CN115217124B - 一种用于边坡扩挖的原位支挡结构及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于边坡扩挖的原位支挡结构及施工方法，属于边坡加固技术领域，解决了现有技术中开挖工程量大、占地面积大的问题。本发明提供一种用于边坡扩挖的原位支挡结构，包括边坡本体内的注浆岩土体、注浆钢花管单元和坡内排水装置。本发明无需大量挖方，减少了对原有边坡的破坏，进而也减少了边坡失稳的风险。

Description

一种用于边坡扩挖的原位支挡结构及施工方法
技术领域
本发明涉及边坡加固的技术领域，尤其涉及一种用于边坡扩挖的原位支挡结构及施工方法。
背景技术
高速公路改扩建过程中需对既有边坡进行扩挖施工，传统做法一般是先开挖后做支挡结构，此过程开挖工程量大、占地面积大，且容易形成弃土污染，不能满足经济和环保的要求，以及无法利用原有的支护结构，特别是边坡存在高压输电线塔或文物遗址等造成征地受限时，传统扩挖施工方式难以胜任。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种用于边坡扩挖的原位支挡结构及施工方法，用以解决现有的开挖工程量大、占地面积大的问题。
本发明提供一种用于边坡扩挖的原位支挡结构，包括边坡本体内的注浆岩土体、注浆钢花管单元和坡内排水装置；
所述注浆钢花管单元一端在垂直地面的方向埋设于所述注浆岩土体内，另一端露于所述注浆岩土体外，用于向所述注浆岩土体内注入浆液；
所述坡内排水装置倾斜设置于所述边坡本体内；
所述注浆钢花管单元和坡内排水装置间隔埋设于所述边坡本体内。
可选地，所述注浆钢花管单元分为单侧孔注浆钢花管和双侧孔注浆钢花管，所述单侧孔注浆钢花管埋设于所述双侧孔注浆钢花管外围。
可选地，所述单侧孔注浆钢花管包括第一出浆口。
可选地，所述双侧孔注浆钢花管包括第二出浆口。
可选地，所述坡内排水装置包括排水钢花管。
可选地，所述排水钢花管包括出水端。
可选地，所述排水钢花管还包括尖端。
可选地，所述坡内排水装置还包括防堵塞物，所述防堵塞物填充于所述排水钢花管内。
可选地，所述原位支挡结构还包括坡顶截水沟。
可选地，所述原位支挡结构还包括坡底排水沟。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
1、本发明采用注浆钢花管单元与注浆岩土体形成原位支挡结构，此过程充分利用了边坡本体内的岩土体自身重力和强度，操作便捷，便于推广应用；
2、本发明注浆钢花管单元垂直于地面，更加稳固，且操作方便，省时省力。
3、本发明采用的单侧孔注浆钢花管内的浆液只能单侧流出，另一侧阻挡单侧孔注浆钢花管内的浆液流出，避免浆液进入注浆岩土体以外从而造成浆液大量浪费；双侧孔注浆钢花管内的浆液可双侧流出，加快浆液流入注浆岩土体的速度，由此快速将注浆岩土体加固，节省时间，快速高效完成施工。
3、本发明设计的坡内排水装置结构简单，排水顺畅且不易堵塞，可有效降低坡内地下水位，增强暴雨工况下边坡的稳定性，且排水钢花管的管身设有防移动限位装置，坡内排水装置既可以起到排水作用，同时可以起到加固边坡本体的作用。
4、本发明对于由于输电线塔、农田或者文物等造成坡顶征地受限时，此原位支挡结构占用征地面积小，且无需大量挖方，减少了对原有边坡的破坏，进而也减少了边坡失稳的风险。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为边坡扩挖前注浆截面示意图；
图2为边坡扩挖后原位支挡结构截面示意图；
图3为坡内排水装置截面示意图；
图4为边坡扩挖后原位支挡结构、坡内排水装置和预应力锚索位置截面示意图；
图5为注浆钢花管单元俯视截面示意图；
图6为图5中A-A处截面结构示意图；
图7为图5中B-B处截面结构示意图。
附图标记：
1-边坡本体；11-支护结构；12-注浆岩土体；2-注浆钢花管单元；21-单侧孔注浆钢花管；211-第一出浆口；22-双侧孔注浆钢花管；221-第二出浆口；3-预应力锚索；4-坡内排水装置；41-排水钢花管；411-出水端；412-尖端；413-进水口；42-防堵塞物；43-过滤土工布；5-坡顶截水沟；6-坡底排水沟；7-强风化与中风化岩体分界线；8-拓宽路面；9-注浆设备。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本发明的一个具体实施例，如图1至图7所示，本发明公开了一种用于边坡扩挖的原位支挡结构，包括边坡本体1中的注浆岩土体12、注浆钢花管单元2和坡内排水装置4，其中注浆钢花管单元2一端在垂直于地面的方向埋设于注浆岩土体12内，另一端露于注浆岩土体12外，用于向注浆岩土体12内注入浆液；坡内排水装置4倾斜设置于边坡本体1内；注浆钢花管单元2和坡内排水装置4间隔埋设于边坡本体1内。
本发明只需将注浆钢花管单元2插进注浆岩土体12内，无需将注浆岩土体12挖出，通过注浆钢花管单元2将浆液注入到注浆岩土体12内，使注浆岩土体12与浆液混合，利用浆液加固注浆岩土体12，使得注浆岩土体12的强度变大，使得加固后的注浆岩土体12与注浆钢花管单元2形成原位支挡结构，此过程充分利用注浆岩土体12自身重力和强度，操作便捷，便于推广应用；且对于由于输电线塔、农田或者文物等造成坡顶征地受限时，此原位支挡结构占用征地面积小，且无需大量挖方，减少了对原有边坡的破坏，进而也减少了边坡失稳的风险；注浆钢花管单元2垂直于地面，更加稳固，且操作方便，省时省力。
边坡本体1具有支护结构11，在形成新的原位支挡结构过程中不会大面积破坏支护结构11，本发明利用原位支挡结构和支护结构11进行边坡防护，节省成本，增强防护效果。
原位支挡结构利用注浆设备9将浆液注入到注浆钢花管单元2内，所用浆液可以为水泥浆或者为加入速凝剂的水泥浆。
可选地，注浆钢花管单元2置入注浆岩土体12内的方式可以为先根据注浆钢花管单元2的大小，利用钻孔装置进行打孔后，将注浆钢花管单元2置入进孔内，或者无需打孔，采用静压或锤击将注浆钢花管单元2置入进注浆岩土体12，具体方法根据边坡本体1的岩土类型和强度选择。
可选地，注浆钢花管单元2的位置根据需要拓宽路面8的宽度、边坡扩挖的范围而定。
可选地，注浆钢花管单元2的深度到达强风化与中风化岩体分界线7以下，即到达裂隙不发育的基岩中，并嵌入一定的深度，以便于将注浆钢花管单元2固定，具体深度值根据边坡岩土体的工程特性、数值计算和工程经验综合确定，可以为注浆钢花管直径的五倍。
注浆钢花管单元2分为单侧孔注浆钢花管21和双侧孔注浆钢花管22，单侧孔注浆钢花管21埋设于双侧孔注浆钢花管22外围，单侧孔注浆钢花管21的数量为多个，例如：4个、6个或10个等，双侧孔注浆钢花管22的数量为至少一个，例如：1个、2个、3个或4个等，能够加快岩土体加固，缩短浆液注入工时。
进一步地，单侧孔注浆钢花管21埋设于注浆岩土体12的外围，双侧孔注浆钢花管22埋设于注浆岩土体12的内部；单侧孔注浆钢花管21内的浆液只能单侧流出，另一侧阻挡单侧孔注浆钢花管21内的浆液流出，避免浆液进入注浆岩土体12以外从而造成浆液大量浪费；双侧孔注浆钢花管22内的浆液可双侧流出，加快浆液流入注浆岩土体12的速度，由此快速将注浆岩土体12加固，节省时间，快速高效完成施工。
单侧孔注浆钢花管21包括第一注浆端，第一注浆端露在注浆岩土体12外，有利于注浆设备9通过第一注浆端向单侧孔注浆钢花管21内注入浆液。
单侧孔注浆钢花管21还包括第一出浆口211，单侧孔注浆钢花管21在四个方向上设有第一、第二、第三、第四面，第一、第三面为对立面，第二和第四为对立面，第一出浆口211设置在单侧孔注浆钢花管21任意一面，第一出浆口211的数量根据单侧孔注浆钢花管21的长度而定。
双侧孔注浆钢花管22包括第二注浆端，第二注浆端露在注浆岩土体12外，有利于注浆设备9通过第二注浆端向双侧孔注浆钢花管22内注入浆液。
双侧孔注浆钢花管22还包括第二出浆口221，双侧孔注浆钢花管22在四个方向上设有第一、第二、第三、第四面，第一、第三面为对立面，第二和第四为对立面，第二出浆口221可以设置在第一和第三对立面或者第二和第四对立面，浆液通过第二出浆口221流出，第二出浆口221的数量根据双侧孔注浆钢花管22的长度而定。
进一步地，第二出浆口221还可以设置在双侧孔注浆钢花管22的其它任意两个面上或者设置在双侧孔注浆钢花管22的四个面上。
可选地，双侧孔注浆钢花管22的第二出浆口221的位置可以在同一水平线上或者上下间隔设置。
可选地，如图4所示，原位支挡结构还包括预应力锚索3，预应力锚索3与注浆钢花管单元2、坡内排水装置4间隔埋设于边坡本体1内。
进一步地，当注浆钢花管单元2与注浆岩土体12形成的原位支挡结构强度不够时，可再埋设预应力锚索3，增强原位支挡结构的强度。
原位支挡结构还包括坡底排水沟6，坡底排水沟6设置在加宽路面8与原位支挡结构连接处，边坡本体1内的水通过坡内排水装置4流入到坡底排水沟6内。
坡内排水装置4包括排水钢花管41，排水钢花管41与地面呈10～20°倾斜设置于边坡本体1内，优选地，排水钢花管41与地面呈15°。
进一步地，设置排水钢花管41与地面的倾斜角是为了便于排水，当倾斜角超过20°后，会造成同样长度的排水钢花管41吸收坡体内的水的面积变小，且倾斜角度越大，越容易使排水钢花管41穿出边坡本体1的坡面，造成不能排出边坡本体1内部水的结果；当倾斜角小于10°时，不利于排水钢花管41向外排水。
排水钢花管41包括出水端411，出水端411外露于原位支挡结构的外侧，出水端411的水流向坡底排水沟6。
可选地，出水端411距离坡底排水沟6的高度为1～2米，若高度太低，坡内排水装置4不易钻孔置于边坡本体1内；若高度太高，坡体内的水从出水端411流出时会冲刷坡底，水会泡软坡底的岩土体，造成原位支挡结构失去支撑，进而引起原位支挡结构失稳倒塌。
排水钢花管41还包括尖端412，尖端412与排水钢花管41为一体成型或者为可拆卸连接，排水钢花管41在插进边坡本体1内部过程中，尖端412可以减少摩擦力，有利于将排水钢花管41插进边坡本体1内部。
排水钢花管41还包括进水口413，进水口413设置在排水钢花管41两侧壁上，排水口413的数量不限，可根据排水钢花管41的长度进行设置。
坡内排水装置4还包括防堵塞物42，防堵塞物42填充于排水钢花管41内部，防止边坡本体1内的混合砂土的水进入到排水钢花管41内部堵塞进水口413。
具体地，防堵塞物42可以为砂袋或者过滤土工布等。
坡内排水装置4还包括过滤土工布43，过滤土工布43包裹出水端411，用绳索将过滤土工布43固定于出水端411，将出水端411封住，从而可以过滤出水端411的水，将砂土过滤掉，避免防堵塞物42的流失和混合砂土水堵塞坡底排水沟6。
本实施例中，坡内排水装置4结构简单，排水顺畅且不易堵塞，可有效降低坡内地下水位，增强暴雨工况下边坡的稳定性。
进一步地，坡内排水装置4可以置入到强风化与中风化岩体分界线7以下，即到达裂隙不发育的基岩中，并嵌入一定的深度，以便于坡内排水装置4固定，坡内排水装置4既可以起到排水作用，同时可以起到加固边坡本体1的作用。
进一步地，排水钢花管41的管身设有防移动限位装置，防移动限位装置与出水端411方向成锐角，防移动限位装置与排水钢花管41可拆卸连接，防移动限位装置用于固定排水钢花管41，由此可以加固边坡本体1的稳定性。
具体地，防移动限位装置可以为套在排水钢花管41的管身的具有挈形斜度的卡套或者为与排水钢花管41的管身成一定角度的限位板等。
原位支挡结构还包括坡顶截水沟5，边坡本体1的坡面上的水流下进入到截水沟5内，避免坡面上的水漫过原位支挡结构顶部从高处落下，冲刷原位支档结构底部附近的岩土体，从而软化原位支挡结构底部附近的岩土体，增加边坡失稳风险。
坡底排水沟6收集坡内排水装置4内的水，同时收集路面上的水。
实施例2
本发明根据实施例1提供一种用于边坡扩挖的原位支挡结构的施工方法，步骤包括：
步骤1：确定施工平台以及注浆岩土体；
步骤2：置入注浆钢花管单元2，开始注浆；
步骤3：注浆完毕后，根据需要置入预应力锚索3；
步骤4：设置坡顶截水沟5；
步骤5：设置坡底排水沟6；
步骤6：置入坡内排水装置4。
具体如下：
在步骤1中，先进行施工前的准备工作，包括进行边坡本体勘察、设计资料等，根据需要拓宽马路的宽度确定注浆岩土体的位置，进而在边坡本体1上确定施工平台，施工平台可以是边坡本体1的坡面上自有的平面或者新开挖形成的平整场地。
在步骤2中，选定注浆岩土体之后，根据岩土体的硬度选择将注浆钢花管置入的方式，本实施例采用钻孔方式，依照注浆钢花管单元2的大小进行钻孔，钻孔结束后，先将单侧孔注浆钢花管21置入进注浆岩土体12的边界的孔内，并将单侧孔注浆钢花管21的第一出浆口211朝向注浆岩土体12面，以便于浆液流入到注浆岩土体12内，同时将单侧孔注浆钢花管21的第一注浆端露在注浆岩土体12外，第一注浆端连接注浆设备9等待注浆。
当置入单侧孔注浆钢花管21完毕后，将双侧孔注浆钢花管22置入注浆岩土体12的内部，因双侧孔注浆钢花管22的第二出浆口221设置在第一、第三对立面或者第二、第四对立面，将两个双侧孔注浆钢花管22的第二出浆口221的位置相对放置，保证浆液在各个方向均有流出，同时将双侧孔注浆钢花管22的第二注浆端露于注浆岩土体12外，第二注浆端连接注浆设备9等待注浆。
单侧孔注浆钢花管21、双侧孔注浆钢花管22全部置入到注浆岩土体12内之后，开始注浆。
在步骤3中，待注浆岩土体12达到预期强度后，分部将预开挖部分的岩土体挖走，可每2-3米向下挖，根据边坡稳定性计算结果结合坡面位移监测结果的要求可以钻孔适时置入预应力锚索3，进一步加固边坡；避免一次将预开挖部分的岩土体挖走，若一次性全部挖走之后，原位支挡结构很容易由于不稳固而造成失稳且由于位置太低不易施加预应力锚索3。
在步骤4中，开挖坡顶截水沟5，将坡面上的水截留住，避免流入原位支挡结构底部附近的岩土体中，造成原位支挡结构的失效和边坡的失稳。
在步骤5中，在加宽路面8与原位支档结构的连接处设置坡底排水沟6，来收集排水钢花管41的出水端411的水以及路面的水。
在步骤6中，在坡底排水沟6上方高度为1～2米处将排水钢花管41与地面呈10～20°倾斜钻孔置入边坡本体1内，出水端411露于原位支挡结构外侧，有利于排水钢花管41向外排水。
本发明的有益效果如下：
1、采用注浆钢花管单元与注浆岩土体形成原位支挡结构，此过程充分利用了边坡本体内的岩土体自身重力和强度，操作便捷，便于推广应用。
2、单侧孔注浆钢花管内的浆液只能单侧流出，另一侧阻挡单侧孔注浆钢花管内的浆液流出，避免浆液进入注浆岩土体以外从而造成浆液大量浪费；双侧孔注浆钢花管内的浆液可双侧流出，加快浆液流入注浆岩土体的速度，由此快速将注浆岩土体加固，节省时间，快速高效完成施工。
3、坡内排水装置结构简单，排水顺畅且不易堵塞，可有效降低坡内地下水位，增强暴雨工况下边坡的稳定性，且坡内排水装置既可以起到排水作用，同时可以起到加固边坡本体的作用。
4、对于由于输电线塔、农田或者文物等造成坡顶征地受限时，此原位支挡结构占用征地面积小，且无需大量挖方，减少了对原有边坡的破坏，进而也减少了边坡失稳的风险。
5、在注浆施工时对原有公路通行影响小，减少工期，增强公路运营效益，且促进了“绿色、环保、经济、高效”理念在边坡开挖与支护工程中的实践与应用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于边坡扩挖的原位支挡结构，其特征在于，包括边坡本体(1)内的注浆岩土体(12)、注浆钢花管单元(2)和坡内排水装置(4)；
所述注浆钢花管单元(2)一端在垂直地面的方向埋设于所述注浆岩土体(12)内，另一端露于所述注浆岩土体(12)外，用于向所述注浆岩土体(12)内注入浆液，所述注浆钢花管单元(2)分为单侧孔注浆钢花管(21)和双侧孔注浆钢花管(22)，所述单侧孔注浆钢花管(21)埋设于所述双侧孔注浆钢花管(22)外围；
所述坡内排水装置(4)倾斜设置于所述边坡本体(1)内；
所述注浆钢花管单元(2)和坡内排水装置(4)间隔埋设于所述边坡本体(1)内。
2.根据权利要求1所述的一种用于边坡扩挖的原位支挡结构，其特征在于，所述单侧孔注浆钢花管(21)包括第一出浆口(211)。
3.根据权利要求1所述的一种用于边坡扩挖的原位支挡结构，其特征在于，所述双侧孔注浆钢花管(22)包括第二出浆口(221)。
4.根据权利要求1所述的一种用于边坡扩挖的原位支挡结构，其特征在于，所述坡内排水装置(4)包括排水钢花管(41)。
5.根据权利要求4所述的一种用于边坡扩挖的原位支挡结构，其特征在于，所述排水钢花管(41)包括出水端(411)。
6.根据权利要求5所述的一种用于边坡扩挖的原位支挡结构，其特征在于，所述排水钢花管(41)还包括尖端(412)。
7.根据权利要求4所述的一种用于边坡扩挖的原位支挡结构，其特征在于，所述坡内排水装置(4)还包括防堵塞物(42)，所述防堵塞物(42)填充于所述排水钢花管(41)内。
8.根据权利要求1所述的一种用于边坡扩挖的原位支挡结构，其特征在于，所述原位支挡结构还包括坡顶截水沟(5)。
9.根据权利要求1所述的一种用于边坡扩挖的原位支挡结构，其特征在于，所述原位支挡结构还包括坡底排水沟(6)。
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