CN114457819A - 柔性箱型砌块—大变形弹簧协同护坡体系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及边坡工程领域，特别是装配式柔性箱型砌块—大变形弹簧协同护坡体系。挡土墙沿平行于边坡的方向设置，挡土墙由数个沿水平方向和竖直方向依次排列的预制箱型砌块单体连接而成，预制箱型砌块单体包括前壁和后壁，前壁和后壁之间呈平行设置，且前壁和后壁之间固定连接，前壁和后壁之间设有橡胶肋板，前壁的厚度大于后壁的厚度，在前壁、后壁和橡胶肋板形成的间隙、以及相邻两预制箱型砌块单体之形成的间隙内填充有大粒径碎石，形成变形吸收层。兼顾高装配率、强变形协调性、适用性广泛、抗震性好、排水性能优越，充分利用大刚度前壁及小刚度后壁的箱型装配式挡土墙、柔性锚索及大变形弹簧协同受力实现刚柔并济，防控边坡失稳破坏。

Description

柔性箱型砌块—大变形弹簧协同护坡体系

技术领域

本发明涉及边坡工程领域，特别是装配式柔性箱型砌块—大变形弹簧协同护坡体系。

背景技术

寒区温度的周期性改变对边坡稳定影响较大，冻融循环作用造成寒区边坡诸多病害，如边坡冻融滑塌破坏及冻胀破坏等，严重危害寒区边坡的安全性、稳定性。与此同时，西南地区地震频繁，护坡结构深受震害困扰，常发生倾倒和崩塌等病害。因此，有必要对寒区及西南地区边坡进行有效的防护、加固措施。

装配式挡土墙已广泛应用于边坡支护，但该类护坡结构虽然整体性较好，但对护坡基础要求比较高，并且该类整体式护坡属于刚性结构，一旦遭受寒区冻融循环和地震破坏，基础的不均匀变形超过一定量值后，护坡结构往往会出现裂缝等破坏，甚至会出现整体垮塌现象，不仅影响了边坡的稳定，又造成了经济的损失。

综上所述，提供一种既能够满足寒区冻胀和春融变形，体系中既有刚性结构也有柔性部件，可较好的协调边坡变形，且可在冬季施工的装配式刚柔并济护坡体系是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种柔性箱型砌块—大变形弹簧协同护坡体系，兼顾高装配率、强变形协调性、适用性广泛、抗震性好、排水性能优越，充分利用大刚度前壁及小刚度后壁的箱型装配式挡土墙、柔性锚索及大变形弹簧协同受力实现刚柔并济，防控边坡失稳破坏。

本发明的技术方案是：一种柔性箱型砌块—大变形弹簧协同护坡体系，其中，包括挡土墙、大变形弹簧、预应力锚索、变形吸收层、土工格栅网，挡土墙沿平行于边坡的方向设置，挡土墙由数个沿水平方向和竖直方向依次排列的预制箱型砌块单体连接而成，预制箱型砌块单体包括前壁和后壁，前壁和后壁之间呈平行设置，且前壁和后壁之间固定连接，前壁和后壁之间设有橡胶肋板，前壁的厚度大于后壁的厚度，在前壁、后壁和橡胶肋板形成的间隙、以及相邻两预制箱型砌块单体之形成的间隙内填充有大粒径碎石，形成变形吸收层；

所述后壁的底部固定连接有外延板，外延板位于后壁的后方，外延板的后侧固定有土工格栅网，土工格栅网通过封闭型沉头铆钉固定在土层中；

所述前壁的顶部表面设有数个定位孔，对应的在前壁的底部表面固定有数个限位凸起，下层预制箱型砌块单体顶部表面的定位孔恰好插入上层预制箱型砌块单体底部表面的限位凸起内，前壁和后壁内均设有数条水平方向的PVC注浆软管孔和竖直方向的PVC注浆软管孔；

预制箱型砌块单体前壁的后表面的中心处自上而下设置预应力锚索安装凸块和变形弹簧安装凸块，预应力锚索安装凸块和变形弹簧安装凸块上均设有安装孔，预应力锚索均匀分布于预制箱型砌块的后侧，预应力锚索的一端带有反勾爪，该端方式与预应力锚索安装凸块的安装孔固定连接，预应力锚索的另一端为固定端，并锚固在滑动面以内的稳定岩体中；

所述预制箱型砌块单体后壁上设有两个用于安装大变形弹簧的限位孔，对应的在外延板上设有用于固定大变形弹簧的弹簧定位孔，大变形弹簧的一端依次穿过后壁上的第一限位孔、外延板上的弹簧定位孔、后壁上的第二限位孔，并最终连接至变形弹簧安装凸块，大变形弹簧的另一端始终与变形弹簧安装凸块连接。

本发明中，所述土工格栅网由数层玻纤土工格栅组成。

所述前壁的侧面和顶部表面均设有数个弹性橡胶垫片，考虑到一定的施工误差，所述相邻箱型砌块装配时若存在一定空隙，可用橡胶垫片进行填补。

所述前壁后侧壁的一侧固定有导向滑块，通过设置导向滑块，当自左向右装配预制箱型砌块时，通过导向滑块可以保证相邻两预制箱型砌块之间能够准确装配。

所述大变形弹簧通过封闭型沉头铆钉在弹簧定位孔处固定于土层中。

本发明的有益效果是：

首先，本发明采用的预制箱型砌块，具有如下优点：

(1)抗震性强：由于橡胶肋板采用柔性结构，可减少地震时墙体抵抗动态土压力所产生的应力，以防挡土墙开裂和倒塌；此外，在季节性冻土区针对冻胀期和春融期墙背土的不均匀沉降具有跟随性，进而保证挡土墙的整体稳定性；

(2)经济效益好：由于预制箱型砌块所用混凝土、钢筋、模板等较少，可极大缩短工期，降低成本；

(3)预制箱型砌块的前壁和后壁倾斜角度可根据所需支护边坡设计，灵活性强于传统的倾斜式挡土墙和大型砌块，对高陡边坡及砾石边坡的适应性均较好，施工速度快且难度低，是一种较好的滑坡应急处置手段；

(4)预制箱型砌块的凹槽内填充大粒径单粒度碎石后抗倾覆能力强等，可承受较大的土压力，提高挡土墙整体稳定性。

第二，本发明采用大变形弹簧，在冻胀期和冻融期均可缓冲变形增加体系可靠度：严寒期，边坡冻胀时大变形弹簧将支护结构拉回原位，减少冻胀量；当春融期，边坡塌陷时弹簧将沉陷的支护结构反向移动至原位。

第三，本发明采用由大粒径碎石填充的变形吸收层，其高排水性保证春融期背面土壤的稳定，冻胀期可作为变形缓冲层，且挡土单元在地震时抵抗土压力，产生的应变可通过变形吸收层分散，对地基、背土的不等沉降也有协调性，从而保持整个挡土墙的稳定性。

第四，本发明采用的预应力锚索，其一端紧扣在预制箱型挡土结构预留安装孔，一端打入边坡稳定岩土层内，一方面加固岩体，可改善箱型挡土结构桩受力，另一方面增加体系整体性和强度。

本发明适用范围：适用于寒区及西南地区有防护加固要求的铁路工程、公路工程及其他类型的边坡工程。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是预制箱型砌块单体的结构示意图；

图3是预制箱型砌块单体的主视结构示意图；

图4是预制箱型砌块单体的右视结构示意图；

图5是预制箱型砌块单体的俯视结构示意图；

图6是预制箱型砌块单体的配筋图；

图7是预制箱型砌块单体上大变形弹簧的装配示意图；

图8是预制箱型砌块单体PVC灌浆管的装配示意图；

图9是数个预制箱型砌块单体的装配示意图；

图10是土工格栅网的局部俯视结构示意图；

图11是挡土墙的主视结构示意图。

图中：1挡土墙；2大变形弹簧；3预应力锚索；4土工格栅网；5封闭型沉头铆钉；6锚索安装孔；7弹簧安装孔；8橡胶垫片；9PVC注浆软管孔；10限位凸起；11变形吸收层；12 定位孔；13定向滑块；14预留注浆软管孔；15前壁；16后壁；17橡胶肋板；18外延板；19 弹簧定位孔；20预应力锚索安装凸块；21预制箱型砌块单体。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

本发明所述的柔性箱型砌块—大变形弹簧协同护坡体系包括挡土墙1、大变形弹簧2、预应力锚索3、变形吸收层11、土工格栅网4。挡土墙1沿平行于边坡的方向设置，挡土墙1 由数个沿水平方向和竖直方向依次排列的预制箱型砌块单体21连接而成。如图2至图6所示，预制箱型砌块单体包括前壁15和后壁16，前壁15和后壁16由混凝土和钢筋预制而成，前壁15和后壁16之间呈平行设置，且前壁15和后壁16之间固定连接，前壁15和后壁16之间的间隙内设有橡胶肋板17，本实施例中每个预制箱型砌块单体内间隔设置有两个橡胶肋板17，橡胶肋板17在预设钢筋骨架处通过一定厚度的橡胶块装配而成，具有减震、耐磨、防滑、柔韧等优点。前壁15的厚度大于后壁16的厚度，因此前壁15的刚度大于后壁16，前壁主要起到了刚性护坡的作用，而后壁16与其他组件共同作用起到了柔性护坡的作用。在前壁 15、后壁16和橡胶肋板17形成的间隙、以及相邻两预制箱型砌块单体之形成的间隙内填充有大粒径碎石，形成变形吸收层11，其抗倾覆能力强，可承受较大的土压力，提高挡土墙1 的整体稳定性。

后壁16的底部固定连接有外延板18，外延板18位于后壁16的后方，外延板18的后侧固定有土工格栅网4，土工格栅网4由多层玻纤土工格栅组成，土工格栅网通过封闭型沉头铆钉5固定在土层中。通过外延板18来布设及固定土工格栅网，且对大变形弹簧起到限位作用。

前壁15的顶部表面设有数个定位孔，对应的在前壁15的底部表面固定有数个限位凸起 10，当从上至下装配预制箱型砌块单体时，下层预制箱型砌块单体顶部表面的定位孔恰好插入上层预制箱型砌块单体底部表面的限位凸起10内，从而实现了上层预制箱型砌块单体和下层预制箱型砌块单体之间的定位连接。前壁15和后壁16内均设有数条水平方向的PVC注浆软管孔9和竖直方向的PVC注浆软管孔9，当PVC软管依次通过水平方向的数个PVC注浆软管孔9时，实现了水平方向的预制箱型砌块单体之间的固定连接；当PVC软管依次通过竖直方向相邻的数个PVC注浆软管孔时，实现了竖直方向的预制箱型砌块单体之间的固定连接。

前壁15的侧面和顶部表面均设有数个弹性橡胶垫片8，考虑到一定的施工误差，所述相邻箱型砌块装配时若存在一定空隙，可用橡胶垫片进行填补。前壁15后侧壁的一侧固定有导向滑块13，通过设置导向滑块，当自左向右装配预制箱型砌块时，通过导向滑块可以保证相邻两预制箱型砌块之间能够准确装配。

预制箱型砌块单体前壁15的后表面的中心处自上而下设置预应力锚索安装凸块20和变形弹簧安装凸块，预应力锚索安装凸块20和变形弹簧安装凸块上均设有安装孔。预应力锚索 3均匀分布于预制箱型砌块的后侧，预应力锚索3的一端带有反勾爪，该端通过焊接的方式与预应力锚索安装凸块20的安装孔固定连接，预应力锚索3的另一端为固定端，该端锚固在滑动面以内的稳定岩体中。预应力锚索一方面可以加固岩体，改善箱型挡土结构桩受力，另一方面，可以用于增加体系的整体性和强度。

预制箱型砌块单体后壁16上设有两个限位孔，用于安装大变形弹簧2，对应的在外延板18上设有弹簧定位孔19，用于固定大变形弹簧2。如图1和图7所示，大变形弹簧2的一端依次穿过后壁16上的第一限位孔、外延板上的弹簧定位孔19、后壁上的第二限位孔，并最终连接至变形弹簧安装凸块，大变形弹簧2的另一端始终与变形弹簧安装凸块连接，最终大变形弹簧2通过封闭型沉头铆钉5在弹簧定位孔19处固定于土层中。

利用上述装配式柔性箱型砌块—大变形弹簧协同护坡体系进行施工时，包括以下施工步骤。

第一步，预制箱型砌块单体、大变形弹簧、PVC注浆软管等构件的准备。

对边坡进行地质勘察，根据工程要求设计预制箱型砌块单体、大变形协调弹簧、PVC注浆软管和连接固定构件的具体尺寸及数量，并提交工厂进行生产。

搬运预制箱型砌块单体、大变形弹簧、PVC注浆软管及封闭型沉头铆钉到施工现场，并清理边坡上的杂石并整平夯实。

第二步，装配式混凝土挡土墙单层横向骨架的装配。主要包括以下具体步骤。

(一)形成横向骨架，并在水平方向的预留注浆软管孔内注浆。

待边坡整平后，向坡面喷射一层约5mm厚的C30混凝土面层。在向坡面喷射混凝土层时，混凝土面层的覆盖区域应超过边坡的坡顶及坡底一段距离。

按照从上至下的顺序，先在边坡的上部，自左向右装配预制箱型砌块单体，相邻两预制箱型砌块单体装配时若存在一定空隙，可用橡胶垫片进行填补。一整排施工完毕后将PVC注浆软管9依次穿过各水平相邻的预制箱型砌块单体的的水平的预留注浆软管孔，对水平方向的整排箱型砌块单体进行固定，使相邻箱型砌块单体形成横向骨架。

待横向预制箱型砌块单体连接及固定工作完成后，通过PVC注浆软管进行注浆施工，且应选择合适的注浆压力，尽可能保证孔空隙中浆液的均匀性及密实度。

(二)安装大变形弹簧。

将大变形弹簧2依次穿过预制箱型砌块单体后壁的限位孔和前壁安装孔，并用封闭型沉头铆钉5在弹簧定位孔19处将大变形弹簧固定于土层中。

(三)安装预应力锚索。

待大变形弹簧安装及固定工作完成后，在既定位置处打锚索安装孔，一端带有反勾爪的预应力锚索的一端通过预留孔固定于挡土墙1，另一端锚固在滑动面以内的稳定岩体中，再将注浆管插至锚索安装孔的底部，砂浆由孔底注入，空气由锚索孔排出，最后对锚索进行一次张拉及补偿张拉，而后立即封孔注浆，从而完成预应力锚索的安装。

(四)安装土工格栅网。

待预应力锚索安装固定施工完成后，将土工格栅网4的一端铺设于外延板18上，另一端铺设于土层上，且用封闭型沉头铆钉5将土工格栅网4固定于土层中。

第三步，按照自上而下的顺序，安装各层预制箱型砌块，将竖直方向的预制箱型砌块连接，形成装配式混凝土挡土墙的竖向骨架，直至整个护坡体系完成施工。

(一)按照自上而下的顺序，进行下层装配式混凝土挡土墙横向骨架的装配。

待第二步中的注浆施工完成24h后，按照设计要求继续定位下一层预制箱型砌块的位置并在这些位置添加标记。重复第二步中的步骤，完成该层预制箱型砌块横向骨架的装配。

(二)在竖向相邻两层预制箱型砌块之间形成竖向骨架，并在竖直方向的预留注浆软管孔内注浆。

自上而下装配预制箱型砌块单体，通过上层预制箱型砌块单体底部的限位凸起10和对应的下层预制箱型砌块单体顶部的定位孔，实现上、下层预制箱型砌块单体之间的定位连接，待上、下两层施工完毕后，将PVC注浆软管依次穿过各竖直相邻的预制箱型砌块单体的竖直的预留注浆软管孔，对竖直方向的预制箱型砌块单体进行固定，使相邻预制箱型砌块单体形成竖向骨架。

待竖向预制箱型砌块单体连接及固定工作完成后，通过PVC注浆软管9进行注浆施工，且应选择合适的注浆压力，尽可能保证孔空隙中浆液的均匀性及密实度。

(三)重复步骤(一)至步骤(二)，按照自上而下的顺序，进行各层装配式混凝土挡土墙骨架的装配。

按照从上而下的顺序，依次完成横向骨架和竖向骨架的装配，直至沿整个护坡完成混凝土挡土墙的装配，最终由预制箱型砌块单体组成的挡土墙如图11所示。

待预制箱型砌块装配完毕，将大粒径碎石填充于砌块的凹槽中，形成变形吸收层，完成护坡体系的施工。

在对预制箱型砌块进行注浆施工时，应根据砌块的具体尺寸、注浆压力及注浆软管所处位置，适时将注浆软管向孔外拉出，以保证预制箱型砌块能均匀凝聚至预期程度的同时，满足孔空隙中浆液的均匀性及密实度要求；所述注浆浆液为混凝土浆液。

以上对本发明所提供的柔性箱型砌块—大变形弹簧协同护坡体系进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种柔性箱型砌块—大变形弹簧协同护坡体系，其特征在于，包括挡土墙(1)、大变形弹簧(2)、预应力锚索(3)、变形吸收层(11)、土工格栅网(4)，挡土墙(1)沿平行于边坡的方向设置，挡土墙(1)由数个沿水平方向和竖直方向依次排列的预制箱型砌块单体(21)连接而成，预制箱型砌块单体包括前壁(15)和后壁(16)，前壁(15)和后壁(16)之间呈平行设置，且前壁(15)和后壁(16)之间固定连接，前壁(15)和后壁(16)之间设有橡胶肋板(17)，前壁(15)的厚度大于后壁(16)的厚度，在前壁(15)、后壁(16)和橡胶肋板(17)形成的间隙、以及相邻两预制箱型砌块单体之形成的间隙内填充有大粒径碎石，形成变形吸收层(11)；

所述后壁(16)的底部固定连接有外延板(18)，外延板(18)位于后壁(16)的后方，外延板(18)的后侧固定有土工格栅网(4)，土工格栅网通过封闭型沉头铆钉(5)固定在土层中；

所述前壁(15)的顶部表面设有数个定位孔，对应的在前壁(15)的底部表面固定有数个限位凸起(10)，下层预制箱型砌块单体顶部表面的定位孔恰好插入上层预制箱型砌块单体底部表面的限位凸起(10)内，前壁(15)和后壁(16)内均设有数条水平方向的PVC注浆软管孔(9)和竖直方向的PVC注浆软管孔(9)；

预制箱型砌块单体前壁(15)的后表面的中心处自上而下设置预应力锚索安装凸块(20)和变形弹簧安装凸块，预应力锚索安装凸块(20)和变形弹簧安装凸块上均设有安装孔，预应力锚索(3)均匀分布于预制箱型砌块的后侧，预应力锚索(3)的一端带有反勾爪，该端方式与预应力锚索安装凸块(20)的安装孔固定连接，预应力锚索(3)的另一端为固定端，并锚固在滑动面以内的稳定岩体中；

所述预制箱型砌块单体后壁(16)上设有两个用于安装大变形弹簧的限位孔，对应的在外延板(18)上设有用于固定大变形弹簧的弹簧定位孔(19)，大变形弹簧(2)的一端依次穿过后壁上的第一限位孔、外延板上的弹簧定位孔、后壁上的第二限位孔，并最终连接至变形弹簧安装凸块，大变形弹簧(2)的另一端始终与变形弹簧安装凸块连接。

2.根据权利要求1所述的柔性箱型砌块—大变形弹簧协同护坡体系，其特征在于，所述土工格栅网(4)由数层玻纤土工格栅组成。

3.根据权利要求1所述的柔性箱型砌块—大变形弹簧协同护坡体系，其特征在于，所述前壁(15)的侧面和顶部表面均设有数个弹性橡胶垫片(8)。

4.根据权利要求1所述的柔性箱型砌块—大变形弹簧协同护坡体系，其特征在于，所述前壁(15)后侧壁的一侧固定有导向滑块(13)。

5.根据权利要求1所述的柔性箱型砌块—大变形弹簧协同护坡体系，其特征在于，所述大变形弹簧(2)通过封闭型沉头铆钉(5)在弹簧定位孔(19)处固定于土层中。

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