CN115478548B - 膨胀土路堑边坡减胀抗震防灾组合支挡结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了膨胀土路堑边坡减胀抗震防灾组合支挡结构及施工方法，所述防灾组合支挡结构包括前排桩、后排桩和横系梁，横系梁通过设置隔震支座和阻尼器与前排桩连接，减小了前排桩桩顶和横系梁梁端的弯矩；在后排桩悬臂段之间设置有桩间挡土板和具有减胀作用的减胀板，后排桩悬臂段靠近潜在滑体一侧还设置有减压平台，前排桩连系梁和后排桩悬臂段还分别设置有预应力减胀锚杆。综上所述的支挡结构在保证支挡效果的同时具有较高的抗震和减胀能力，且具有施工方法简单便捷，施工工艺成熟可靠的优点。
Description
技术领域
本发明属于膨胀土路堑边坡支护技术领域，具体涉及膨胀土路堑边坡减胀抗震防灾组合支挡结构及施工方法。
背景技术
膨胀土在我国分布广泛，其遍布于我国长江及黄河流域、西南地区、西北地区及南部沿海地区。近年来，随着公路、铁路等基础交通设施的建设力度不断加大，部分公路及铁路需要穿越膨胀土地区，并且由于大面积土方开挖而不可避免的形成高陡路堑边坡；与此同时因边坡失稳或支挡结构破坏而引发的工程事故日益增多，其中因公路及铁路线路贯通需要大面积土方开挖而形成的膨胀土路堑边坡的支挡结构破坏及边坡失稳是主要类型之一。上述事故的发生主要说明了现有的膨胀土路堑边坡支挡结构中存在以下不足：①不同于平地桩基，路堑边坡上的抗滑桩主要受水平荷载，同时由于陡坡效应，抗滑桩所受的地基水平抗力大大减小，通常采用乘以折减系数的方式考虑陡坡效应的影响，而现有研究中关于折减系数的取值难以真实反映现场复杂的情况；②对于膨胀土路堑边坡的支挡结构而言，不能有效消减膨胀力对支挡结构的影响，导致支挡结构在膨胀土所产生的反复胀缩变形及膨胀力的作用下产生不可逆的损伤，其力学性能逐渐劣化，大大降低了边坡稳定性，进而影响公路及铁路线路的运营安全；③我国部分膨胀土地区位于我国地震带，部分支挡结构未进行抗震、隔震设计，导致地震中大量公路及铁路边坡及支挡结构发生破坏；④桩板式挡土墙中的抗滑桩存在一定高度的悬臂段，为确保支挡结构的安全与稳定，传统桩板式挡土墙的悬臂段高度往往较小，这限制了该类结构在大型边坡支护工程中的应用。综上所述，现有的膨胀土路堑边坡支挡结构存在的核心问题是不能解决膨胀土的胀缩变形及膨胀力对支挡结构的影响，并且现有支挡结构的抗震性能较差。
因此，本领域需要一种新的膨胀土路堑边坡减胀抗震防灾组合支挡结构及施工方法。
发明内容
本发明的目的在于提供膨胀土路堑边坡减胀抗震防灾组合支挡结构及施工方法，能有效降低膨胀土的胀缩变形及膨胀力对支挡结构的不良影响，减少支挡结构的损伤，同时还能提高支挡结构的抗震能力，进一步提高支挡结构的可靠性和安全性并能在大型边坡支护工程中应用。
本发明提供膨胀土路堑边坡减胀抗震防灾组合支挡结构，包括前排桩1和后排桩2，后排桩2包括后排桩悬臂段201和后排桩下段202，所述前排桩1和后排桩下段202均设置在路堑边坡岩土层内，后排桩悬臂段201设置在路堑边坡岩土层外；在相邻的前排桩1之间设置有前排桩连系梁6，在前排桩1上部还设置有前排桩牛腿101；在相邻的后排桩下段202之间的顶端设置有后排桩连系梁7，在相邻的后排桩悬臂段201之间设置有桩间挡土板9和减胀板11，所述桩间挡土板9和减胀板11紧贴在一起，减胀板11设置在靠潜在滑体13的一侧；在后排桩下段202和前排桩1之间的顶端设置有横系梁3，所述横系梁3与后排桩下段202之间为固定连接，横系梁3靠近前排桩1一端的梁下设置有隔震支座4，所述隔震支座4顶面与横系梁3连接，隔震支座4底面与前排桩牛腿101连接；横系梁3靠近前排桩1一端通过设置阻尼器5与前排桩1连接；在各个后排桩悬臂段201之间靠近潜在滑体13的一侧设置有减压平台10，所述减压平台10生根在后排桩悬臂段201上；在后排桩悬臂段201和前排桩连系梁6上设置有预留孔，预应力减胀锚杆8锚固段设置在路堑边坡的稳定岩层内，预应力减胀锚杆8自由段分别穿过后排桩悬臂段201或前排桩连系梁6上的预留孔，并通过预应力减胀锚杆8的锚具分别与后排桩悬臂段201或前排桩连系梁6锚定连接固定。
在一种具体的实施方式中，后排桩悬臂段201横截面为“T”形，后排桩下段202横截面为矩形；桩间挡土板9采用预制的甲型挡土板，采用桩前挂板的方式安装在相邻后排桩悬臂段201之间。
在一种具体的实施方式中，所述减胀板11采用聚苯乙烯板。
在一种具体的实施方式中，所述隔震支座4包括设置有若干个螺栓孔的上部法兰板406和下部法兰板405，在上部法兰板406和下部法兰板405之间设置有内部缓冲段，所述内部缓冲段通过上下两个端部封板403分别与上部法兰板406和下部法兰板405连接，在内部缓冲段内部交替设置有若干层内部橡胶板401和若干层内部钢板402，在内部缓冲段外部包裹有外侧保护胶404。
在一种具体的实施方式中，在横系梁3和前排桩牛腿101安装隔震支座4的对应位置分别埋设预埋定位板407，每个预埋定位板407上设置有若干个预埋套筒409，所述预埋套筒409分别与上部法兰板406和下部法兰板405上的螺栓孔数量相同且位置对应；每个预埋套筒409的另一端设置有一根锚筋410，所述预埋定位板407、预埋套筒409和锚筋410一起分别预埋至横系梁3和前排桩牛腿101相应位置；隔震支座4的上部法兰板406和下部法兰板405分别通过高强螺栓408与横系梁3和前排桩牛腿101上预埋的预埋套筒409连接固定。
在一种具体的实施方式中，所述阻尼器5包括缸体501、第一耳板508、第一连接体513、第二连接体507和第二耳板509；在所述缸体501上设置有外端盖502和内端盖504，并在外端盖502和内端盖504内形成空腔体，缸体501上还设置有活塞杆506，所述活塞杆506的一端与第一连接体513连接，另一端从缸体501外依次穿过外端盖502和内端盖504进入缸体501内；所述活塞杆506上设置有活塞503，活塞503位于外端盖502和内端盖504之间形成的空腔体内，并将空腔体分为第一空腔体和第二空腔体，所述空腔体内填充有阻尼介质505；活塞杆506往复运动时，用于带动活塞503在空腔体内往复运动，迫使阻尼介质505通过设置在活塞503上的小孔或活塞503与缸体501之间的间隙在第一空腔体和第二空腔体之间来回流动，使得阻尼器5产生阻尼力；在所述横系梁3靠前排桩1的一端上部设置有缺口，所述缺口水平支撑面上设置有第一预埋件511，在前排桩1顶部朝横系梁3一侧设置有第二预埋件512；所述第一连接体513一端与活塞杆506连接，另一端通过轴销510与第一耳板508连接，第一耳板508与第一预埋件511焊接连接，所述第二连接体507一端与缸体501连接，另一端通过轴销510与第二耳板509连接，第二耳板509与第二预埋件512焊接连接。
在一种具体的实施方式中，所述减压平台10包括悬臂梁与平台板，减压平台10顶面距后排桩2桩顶的距离为后排桩悬臂段201高度的二分之一，减压平台10的宽度为后排桩悬臂段201高度的四分之一到三分之一，且宽度不小于2m。
在一种具体的实施方式中，所述预应力减胀锚杆8与铅垂线之间的夹角为65°～75°，其锚固段穿过边坡潜在滑动面12并嵌入稳定岩层，嵌入深度大于4m。
在一种具体的实施方式中，所述预应力减胀锚杆8采用二次注浆法，锚固段采用早强水泥砂浆进行高压注浆，自由段采用低弹轻质泡沫混凝土进行低压注浆。
以本发明还公布了所述减胀抗震防灾组合支挡结构的施工方法，包括以下步骤：
S1、施工准备及材料制作：对施工场地进行三通一平，采购、定制或加工所需的钢筋和设备；
S2、前排桩1施工：1)定位放线，采用高精度RTK测量技术进行定位放线以确定桩位；2)成孔，先浇筑锁口护壁，再采用旋挖钻机钻孔并更换方形切刀沿锁口护壁内侧向下修整孔壁；3)吊装钢筋笼及模板安装；4)浇筑混凝土，采用导管法浇筑，桩身混凝土应一次连续浇筑完毕，控制浇筑速度并加强振捣以保证密实度；5)养护；6)拆模，待混凝土达到设计强度的75％后即可拆模；7)桩身检测：采用声波诱射法对抗滑桩进行检测；
S3、后排桩2施工：1)定位放线，向下挖至后排桩连系梁7底面标高处，采用高精度RTK测量技术进行定位放线以确定桩位；2)成孔，先浇筑锁口护壁，再采用旋挖钻机钻孔并更换方形切刀沿锁口护壁内侧向下修整孔壁；3)吊装钢筋笼及模板安装，预埋PVC管以便后期预应力减胀锚杆8施工；4)浇筑混凝土，采用导管法浇筑，桩身混凝土应一次连续浇筑完毕，控制浇筑速度并加强振捣以保证密实度；5)养护；6)拆模，待混凝土达到设计强度的75％后即可拆模；7)桩身检测，采用声波诱射法对抗滑桩进行检测；
S4、连系梁施工：连系梁施工包括前排桩连系梁6和后排桩连系梁7的施工，1)钢筋绑扎与连接，梁端处及预应力减胀锚杆8附近箍筋应加密处理，前排桩连系梁6钢筋与前排桩1桩身顶部的植入钢筋焊接连接，后排桩连系梁7钢筋与后排桩下段202顶端的植入钢筋焊接连接；2)模板安装；3)浇筑混凝土，控制浇筑速度并在浇筑时采用插入式振捣器加强振捣，振捣时遵循快插慢拔的原则并注意避免接触钢筋、预埋件及模板；4)养护；5)拆模，待连系梁混凝土强度达到5MPa后即可拆除侧模；
S5、隔震支座4安装：下部法兰板405的螺栓孔对准前排桩牛腿101上预埋定位板407的预埋套筒409并缓慢落下，进行精确校正后安装并拧紧高强螺栓408；
S6、横系梁3施工，1)钢筋绑扎与连接，进行钢筋绑扎时，在横系梁3前端安装隔震支座4的预埋定位板407、预埋套筒409和锚筋410，以及第一预埋件511，钢筋与锚筋410焊接连接；2)模板安装；3)浇筑混凝土，采用与前排桩1、后排桩2同标号的混凝土进行浇筑；4)养护；5)拆模，待横系梁3混凝土强度达到5MPa后拆除侧模；
S7、阻尼器5安装：1)耳板安装，在精确定位后，将第一耳板508和第二耳板509分别焊接在第一预埋件511和第二预埋件512上，并进行焊缝探伤检测；2)阻尼器缸体501安装，将第一连接体513和第二连接体507分别通过轴销510与第一耳板508和第二耳板509连接；
S8、后排桩2桩间挂板施工：1)材料准备，预制所需的桩间挡土板9并确保其达到强度要求；采购减胀板11，优选为聚苯乙烯板；2)桩间挡土板9吊装；3)减胀板11的布置，与桩间挡土板9错缝布置并确保减胀板11与桩间挡土板9贴合密实；
S9、减胀板11板后回填及减压平台10施工：1)填土压实，填土碾压从中间向两边进行，最后碾压减胀板11附近，先采用压路机静压2～3次，然后再进行振动碾压至设计要求的密实度；在靠近减胀板11处填筑高渗水性土，并在减胀板11后铺设排水麦克垫，在泄水孔位置处增设反滤层；2)减压平台10施工，待回填至减压平台10的平台板板底标高时，进行悬臂梁和平台板的钢筋绑扎及支模施工，减压平台10混凝土达到设计强度的75％后拆除模板，待混凝土达到设计强度的100％后即可进行减压平台10上方的土体回填与碾压施工；
S10、钻孔施工：1)搭设钻孔施工作业平台并根据预应力减胀锚杆8设计孔位调整钻机机位；2)钻机开钻，严格控制钻进速度，避免钻孔偏斜、扭曲或变径，并禁止采用湿钻施工方法以减小对边坡岩土体的影响及破坏；3)锚孔检测，实际孔位与设计孔位的空间误差控制在2cm之内，锚孔中轴线与铅垂线夹角为65°～75°，且锚孔偏斜度应控制在2％之内；4)锚孔清理；
S11、预应力减胀锚杆8施工：1)杆体安放，采用人工推进的方式安放预应力减胀锚杆8；2)注浆，采用二次注浆施工工艺将预应力减胀锚杆8的锚固段与自由段分两次进行灌注；3)张拉，待预应力减胀锚杆8的锚固体的强度达到设计要求的80％以上时进行张拉，张拉后采用机械扭力扳手或双活塞空心千斤顶锁定；4)封锚。
与现有技术相比，本发明有益效果包括：
(1)在桩间挡土板靠潜在滑体的一侧设置低弹模的减胀板可以起到明显的减胀作用，即允许膨胀土产生一定程度的膨胀变形从而使作用于抗滑桩和桩间挡土板上的膨胀力显著降低；并有助于桩后土拱效应的形成，改善桩-板荷载分担比，使整体结构受力更加合理；同时在地震中能起到一定的消能缓震作用。
(2)采用双排桩的结构布置形式可显著增强该支挡结构的水平承载力，提高边坡稳定性。
(3)设置隔震支座和阻尼器后允许前排桩的桩顶和横系梁的梁端节点产生相对位移和转动，极大的减小了前排桩桩顶和横系梁梁端的弯矩，同时提高了结构的抗震性能，避免了支挡结构本身因应力集中以及路堑边坡因地震震动而引发的支挡结构破坏失效和边坡地质灾害的发生。
(4)设置在前排桩连系梁和后排桩上的预应力减胀锚杆，可以约束前排桩和后排桩桩顶位移，增强支挡结构水平承载力以提高边坡稳定性，也可以起到一定的减胀作用。
(5)减压平台的设置降低了后排桩悬臂段所受的水平土压力，减小了后排桩悬臂段的内力，改善了后排桩悬臂段的内力分布，并且能在不增加配筋或增大横截面积的情况下使悬臂段的长度增加，扩大适应范围。
附图说明
图1为本发明的一种具体实施例的支挡结构示意图；
图2为本发明的一种具体实施例的支挡结构侧视图；
图3为本发明的一种具体实施例的隔震支座连接大样图，具体为图1所示支挡结构的左侧视角度的大样图；
图4为本发明的一种具体实施例的阻尼器连接大样图，具体为图1所示支挡结构的左侧视角度的大样图；
图中各标号对应部件名称如下：
1-前排桩，101-前排桩牛腿，2-后排桩，201-后排桩悬臂段，202-后排桩下段，3-横系梁，4-隔震支座，401-内部橡胶板，402-内部钢板，403-端部封板，404-外侧保护胶，405-下部法兰板，406-上部法兰板，407-预埋定位板，408-高强螺栓，409-预埋套筒，410-锚筋，5-阻尼器，501-缸体，502-外端盖，503-活塞，504-内端盖，505-阻尼介质，506-活塞杆，507-第二连接体，508-第一耳板，509-第二耳板，510-轴销，511-第一预埋件，512-第二预埋件，513-第一连接体，6-前排桩连系梁，7-后排桩连系梁，8-预应力减胀锚杆，9-桩间挡土板，10-减压平台，11-减胀板，12-潜在滑动面，13-潜在滑体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本发明。
如图1～4所示，本发明提供膨胀土路堑边坡减胀抗震防灾组合支挡结构，包括前排桩1和后排桩2，后排桩2包括后排桩悬臂段201和后排桩下段202，所述前排桩1和后排桩下段202均设置在路堑边坡岩土层内，后排桩悬臂段201设置在路堑边坡岩土层外；在相邻的前排桩1之间设置有前排桩连系梁6，在前排桩1上部还设置有前排桩牛腿101；在相邻的后排桩下段202之间的顶端设置有后排桩连系梁7，在相邻的后排桩悬臂段201之间设置有桩间挡土板9和减胀板11，所述桩间挡土板9和减胀板11紧贴在一起，减胀板11设置在靠潜在滑体13的一侧，减胀板11采用低弹模材料，能发挥减胀作用，有效降低作用于桩间挡土板9上的膨胀力，同时也能在地震中起到消能减震的作用，优选采用聚苯乙烯板；在后排桩下段202和前排桩1之间的顶端设置有横系梁3，所述横系梁3与后排桩下段202之间为固定连接，横系梁3靠近前排桩1一端的梁下设置有隔震支座4，所述隔震支座4顶面与横系梁3连接，隔震支座4底面与前排桩牛腿101连接；横系梁3靠近前排桩1一端通过设置阻尼器5与前排桩1连接；在各个后排桩悬臂段201之间靠近潜在滑体13的一侧设置有减压平台10，所述减压平台10生根在后排桩悬臂段201上，包括悬臂梁与平台板，减压平台10顶面距后排桩2桩顶的距离为后排桩悬臂段201高度的二分之一，减压平台10的宽度为后排桩悬臂段201高度的四分之一到三分之一，且宽度不小于2m；减压平台10有效降低了作用于桩间挡土板9和减胀板11上的土压力，能改善桩身内力。在后排桩悬臂段201和前排桩连系梁6上设置有预留孔，预应力减胀锚杆8锚固段设置在路堑边坡的稳定岩层内，预应力减胀锚杆8自由段分别穿过后排桩悬臂段201或前排桩连系梁6上的预留孔，并通过预应力减胀锚杆8的锚具分别与后排桩悬臂段201或前排桩连系梁6锚定连接固定。所述预应力减胀锚杆8与铅垂线之间的夹角为65°～75°，其锚固段穿过边坡潜在滑动面12并嵌入稳定岩层，嵌入深度大于4m；预应力减胀锚杆8采用二次注浆法，锚固段采用早强水泥砂浆进行高压注浆以便锚固体在较短时间内具备足够的强度，自由段采用低弹轻质泡沫混凝土进行低压注浆，以便允许自由段周围膨胀土释放一定的膨胀变形，发挥减胀作用；预应力减胀锚杆8能较好地平衡路堑边坡对后排桩悬臂段201的水平推力，也可以发挥减胀作用，同时也能较好地约束前桩1桩顶位移，从而为后排桩提供水平支撑，增大整体结构的水平承载力。
本实施例中，所述隔震支座4包括设置有若干个螺栓孔的上部法兰板406和下部法兰板405，在上部法兰板406和下部法兰板405之间设置有内部缓冲段，所述内部缓冲段通过上下两个端部封板403分别与上部法兰板406和下部法兰板405连接，在内部缓冲段内部交替设置有若干层内部橡胶板401和若干层内部钢板402，在内部缓冲段外部包裹有外侧保护胶404。在横系梁3和前排桩牛腿101安装隔震支座4的对应位置分别埋设预埋定位板407，每个预埋定位板407上设置有若干个预埋套筒409，所述预埋套筒409分别与上部法兰板406和下部法兰板405上的螺栓孔数量相同且位置对应；每个预埋套筒409的另一端设置有一根锚筋410，所述预埋定位板407、预埋套筒409和锚筋410一起分别预埋至横系梁3和前排桩牛腿101相应位置；隔震支座4的上部法兰板406和下部法兰板405分别通过高强螺栓408与横系梁3和前排桩牛腿101上预埋的预埋套筒409连接固定。隔震支座4由内部橡胶板401和内部钢板402交替叠合后经高温硫化粘结而成，其具备较大的竖向承载力和竖向刚度，但其水平刚度较小(仅为竖向刚度的1/1500～1/500)，在水平地震荷载下能产生较大的剪切变形从而发挥消能减震作用。
本实施例中，所述阻尼器5包括缸体501、第一耳板508、第一连接体513、第二连接体507和第二耳板509；在所述缸体501上设置有外端盖502和内端盖504，并在外端盖502和内端盖504之间形成的空腔体，缸体501上还设置有活塞杆506，所述活塞杆506的一端与第一连接体513连接，另一端从缸体501外依次穿过外端盖502和内端盖504进入缸体501内；所述活塞杆506上设置有活塞503，活塞503位于外端盖502和内端盖504内形成空腔体内，并将空腔体分为第一空腔体和第二空腔体，所述空腔体内填充有阻尼介质505；活塞杆506往复运动时，用于带动活塞503在空腔体内往复运动，迫使阻尼介质505通过设置在活塞503上的小孔或活塞503与缸体501之间的间隙在第一空腔体和第二空腔体之间来回流动，在阻尼介质505分子间、阻尼介质505与缸体(501)和活塞503之间产生剧烈的摩擦，阻尼介质505在穿过活塞503上的小孔时产生巨大的节流阻力，这些作用的合力即为阻尼力，阻尼力会对结构做负功，从而将地震能量耗散掉，达到消能减震的目的；在所述横系梁3靠前排桩1的一端上部设置有缺口，所述缺口水平支撑面上设置有第一预埋件511，在前排桩1顶部朝横系梁3一侧设置有第二预埋件512；所述第一连接体513一端与活塞杆506连接，另一端通过轴销510与第一耳板508连接，第一耳板508与第一预埋件511焊接连接，所述第二连接体507一端与缸体501连接，另一端通过轴销510与第二耳板509连接，第二耳板509与第二预埋件512焊接连接。
隔震支座4和阻尼器5可实现前排桩1桩顶和横系梁3梁端节点的相对位移和转动，极大的减小了前排桩1桩顶和横系梁3梁端的弯矩，避免了支挡结构本身因应力集中以及路堑边坡因地震震动而引发的支挡结构破坏失效和边坡地质灾害的发生。
作为本发明更佳的实施例，后排桩悬臂段201横截面为“T”形，后排桩下段202横截面为矩形；桩间挡土板9采用预制的甲型挡土板，采用桩前挂板的方式安装在相邻后排桩悬臂段201之间。
所述膨胀土路堑边坡减胀抗震防灾组合支挡结构的施工方法，更加具体的步骤包括：
S1、施工准备及材料制作：对施工场地进行三通一平，按照设计要求及实际需求采购、定制或加工所需的钢筋、混凝土、隔震支座4、阻尼器5、桩间挡土板9、减胀板11及预应力减胀锚杆8等材料；
S2、前排桩1施工：①定位放线：清理施工场地，并向下挖至前排桩牛腿101底面标高处，采用高精度RTK测量技术进行定位放线以确定桩位；②成孔：先浇筑锁口护壁，待锁口护壁具备一定强度后，采用旋挖钻机钻孔并更换方形切刀沿锁口护壁内侧向下修整孔壁，为避免成孔深度过大造成孔壁坍塌，每次成孔深度控制在3～4m，成孔后及时浇筑护壁，成孔偏差应小于50mm，垂直度偏差应小于1％，孔底沉渣厚度应小于200mm；③吊装钢筋笼及模板安装：将制作好的钢筋笼吊装至孔内，通过精确定位，安装隔震支座4的预埋定位板407及阻尼器5安装时需使用的第二预埋件512，最后安装前排桩牛腿101及其上方的桩身模板；④浇筑混凝土：采用导管法浇筑，所用混凝土应具备良好的和易性，其坍落度应大于160mm，桩身混凝土应一次连续浇筑完毕，控制浇筑速度并加强振捣以保证密实度；⑤养护：浇筑完成并振捣密实后，立即用无纺土工布覆盖并进行养护；⑥拆模：待混凝土达到设计强度的75％后即可拆模，拆模时注意避免对桩身造成破坏，拆模后立即覆盖无纺土工布，并将过氯乙烯树脂溶液喷洒在混凝土表面以形成隔绝水份蒸发的薄膜，确保水泥水化作用的正常进行；⑦桩身检测：采用声波诱射法对抗滑桩进行检测；
S3、后排桩2施工：①定位放线：清理施工场地，并向下挖至后排桩连系梁7底面标高处，采用高精度RTK测量技术进行定位放线以确定桩位；②成孔：先浇筑锁口护壁，待锁口护壁具备一定强度后，采用旋挖钻机钻孔并更换方形切刀沿锁口护壁内侧向下修整孔壁，为避免成孔深度过大造成孔壁坍塌，每次成孔深度控制在3～4m，成孔后及时浇筑护壁，其中桩位偏差应小于50mm，垂直度偏差应小于1％，孔底沉渣厚度应小于200mm；③吊装钢筋笼及模板安装：将制作好的钢筋笼吊装至孔内，并安装后排桩悬臂段201模板，按设计要求预埋PVC管以便后期预应力减胀锚杆8施工；④浇筑混凝土：采用导管法浇筑，所用混凝土应具备良好的和易性，其坍落度应大于160mm，桩身混凝土一次连续浇筑完毕，控制浇筑速度并加强振捣以保证密实度；⑤养护：浇筑完成并振捣密实后，立即采用无纺土工布覆盖并进行养护；⑥拆模：待混凝土达到设计强度的75％后即可拆模，拆模时注意避免对桩身造成破坏，拆模后立即覆盖无纺土工布，并将过氯乙烯树脂溶液喷洒在混凝土表面以形成隔绝水份蒸发的薄膜，确保水泥水化作用的正常进行；⑦桩身检测：采用声波诱射法对抗滑桩进行检测；
S4、连系梁施工：①钢筋绑扎与连接：在前排桩1及后排桩2上分别弹出前排桩连系梁6和后排桩连系梁7的外轮廓线，并喷射油漆标出梁内纵向受力钢筋、架立钢筋、构造钢筋的位置；按设计要求绑扎钢筋，梁端及预应力减胀锚杆8附近箍筋应加密处理，前排桩连系梁6钢筋与前排桩1桩身顶部的植入钢筋焊接连接，后排桩连系梁7钢筋与后排桩下段202顶端的植入钢筋焊接连接，焊接时注意错开连接以避免出现薄弱面；②模板安装：采用钢模板支模，模板接缝处采用调和胶填缝并刮平，模板内壁喷射脱模剂以便拆模；按设计要求在前排桩连系梁6上预埋PVC管以便后期预应力减胀锚杆施工；③浇筑混凝土：采用与前排桩1、后排桩2同标号的混凝土进行浇筑，控制浇筑速度并在浇筑时采用插入式振捣器加强振捣，振捣时遵循快插慢拔的原则并注意避免接触钢筋、预埋件及模板；④养护：浇筑完成并振捣密实后，立即采用无纺土工布覆盖并进行洒水养护；⑤拆模：待连系梁混凝土强度达到5MPa后即可拆除侧模，拆模时注意避免对桩身造成破坏，拆模后立即覆盖无纺土工布并进行洒水养护，确保水泥水化作用的正常进行；
S5、隔震支座4安装：通过吊车将隔震支座4吊装至前排桩牛腿101上方，将下部法兰板405的螺栓孔对准前排桩牛腿101上预埋定位板407的预埋套筒409并缓慢落下，进行精确校正后安装并拧紧高强螺栓408；安装时需注意控制隔震支座4中心位置与设计位置的偏差不超过5mm，隔震支座4底面中心标高与设计标高偏差不超过5mm，外露的下部法兰板405、上部法兰板406及高强螺栓408应进行防锈处理；
S6、横系梁3施工：①钢筋绑扎与连接：在后排桩2上弹出横系梁3的外轮廓线，并喷射油漆标出梁内纵向受力钢筋、架立钢筋、构造钢筋的位置；按设计要求绑扎钢筋，横系梁3后端钢筋与后排桩下段202顶端的植入钢筋焊接连接，通过精确定位，在横系梁3前端安装隔震支座4的预埋定位板407、预埋套筒409和锚筋410，以及安装阻尼器5时需使用的第一预埋件511，锚筋410与梁内钢筋焊接连接；②模板安装：采用钢模板支模，模板接缝处采用调和胶填缝并刮平，模板内壁喷射脱模剂以便拆模；③浇筑混凝土：采用与前排桩1、后排桩2同标号的混凝土进行浇筑，控制浇筑速度并在浇筑时采用插入式振捣器加强振捣，振捣时遵循快插慢拔的原则并注意避免接触钢筋、预埋件及模板；④养护：浇筑完成并振捣密实后，立即采用无纺土工布覆盖并进行洒水养护；⑤拆模：待横系梁3混凝土强度达到5MPa后即可拆除侧模，拆模时注意避免对桩身造成破坏，拆模后立即覆盖无纺土工布并进行洒水养护，确保水泥水化作用的正常进行；
S7、阻尼器5安装：清除第一预埋件511、第二预埋件512上的混凝土浆液、锈迹等杂物，并进行打磨以保证预埋件表面平整；根据设计要求，采用全站仪定位出耳板水平及竖向中心线并弹出耳板边界线；采用定向葫芦将耳板抬高，使耳板外轮廓与弹出的耳板边界线重合；为避免耳板出现偏移或发生翘曲，先采用点焊的方式初步固定耳板，确定无误后沿耳板外轮廓进行全焊缝连接，并进行焊缝探伤检测；耳板安装完成后，直接安装阻尼器5即可，本步骤所述的耳板包括第一耳板508和第二耳板509；
S8、后排桩2桩间挂板施工：①材料准备：在桩间挂板施工时，提前预制所需的桩间挡土板9并确保其达到强度要求；桩间挡土板9内预埋PVC管作为泄水孔；桩间挡土板9运输和堆放时单层竖立摆放，严禁平放、堆叠；采购所需的减胀板11，优选为聚苯乙烯板；②桩间挡土板9吊装：吊装前按设计要求整平基底并从下至上逐次吊装；吊装至设计位置后将桩间挡土板9内预埋钢筋与后排桩2预埋件焊接连接；吊装完成后对桩间挡土板9之间及桩间挡土板9与后排桩2之间的缝隙采用砂浆填塞密实，做到板缝宽窄均匀、顺直；③减胀板11的布置：整平基底并从下至上逐次布置减胀板11，错缝布置并确保减胀板11与桩间挡土板9贴合密实，同时布置PVC管与桩间挡土板9内预埋PVC管相连接以便排水；
S9、减胀板11板后回填及减压平台10施工：①填土压实：在桩间挂板施工时，即可同步进行填土施工，填土碾压从中间向两边进行，最后碾压减胀板11附近(距板面0.5m以外)的填土，先采用压路机静压2～3次，然后再进行振动碾压至设计要求的密实度，最后对距压减胀板11板面0.5～1.5m范围内的填土采用静压至设计要求的密实度；在靠近减胀板11处填筑高渗水性土，并在减胀板11后铺设排水麦克垫，在泄水孔位置处增设反滤层，对于边角处等压不到的位置采用平板振动夯或小型冲击夯等小型机械进行夯实，夯实时严禁打夯机接触后排桩2和减胀板11；②减压平台10施工：待回填至减压平台10的平台板板底标高时，采用全站仪精确测定出悬臂梁的轴线、边线位置及梁底标高，根据减压平台10的悬臂梁设计位置向下开挖基坑，并进行悬臂梁和平台板的钢筋绑扎及支模施工，悬臂梁钢筋与后排桩2上的植入钢筋焊接连接，最后边浇筑混凝土边振捣密实，浇筑完成后覆盖无纺土工布并洒水养护；待减压平台10混凝土达到设计强度的75％后拆除模板，待减压平台10混凝土达到设计强度的100％后即可进行减压平台10上方的土体回填与碾压施工；
S10、钻孔施工：①搭设钻孔施工作业平台：搭设的作业平台满足承载力及稳定性要求，并根据预应力减胀锚杆8设计孔位调整钻机机位；②钻机开钻：钻孔作业时采用干钻施工方法，禁止采用湿钻施工方法以减小对边坡岩土体的影响及破坏，避免孔壁的粘结性能恶化；严格控制钻进速度，避免钻孔偏斜、扭曲或变径；钻进过程中若发生塌孔，应立即停钻并采用注浆固壁处理，24小时后重新钻进或采用跟管钻进施工工艺；③锚孔检测：对实际锚孔的位置、角度、深度及孔径等进行检测，实际孔位与设计孔位的空间误差控制在2cm之内，锚孔中轴线与铅垂线夹角为65°～75°，且锚孔偏斜度应控制在2％之内；为确保钻孔深度以避免锚固段长度不足，实际钻孔深度应大于设计钻孔深度50cm，钻至设计深度后，应稳钻3～5分钟以使孔径满足设计要求；④锚孔清理：钻孔完成后，采用高压风枪将孔内沉渣清出孔外，避免孔内沉渣降低孔壁的粘结性能；
S11、预应力减胀锚杆8施工：①杆体安放：对预应力减胀锚杆8进行质量检查并清除污垢；采用人工推进的方式安放预应力减胀锚杆8，当预应力减胀锚杆8在推进过程中受阻时，不得以扭转或冲撞的方式强行推进，需作清孔或修孔处理；②注浆：采用二次注浆施工工艺将预应力减胀锚杆8的锚固段与自由段分两次进行灌注，用密封圈将需要注浆的位置封住，锚固段采用早强水泥砂浆进行高压注浆，自由段采用低弹轻质泡沫混凝土进行低压注浆；③张拉：待预应力减胀锚杆8的锚固体的强度达到设计要求的80％以上时，方可进行张拉；正式张拉前应取20％设计张拉荷载进行预张拉1～2次，使预应力减胀锚杆8各部位接触紧密，并采用机械扭力扳手进行锁定；正式张拉时，应分级张拉至设计张拉荷载的105％～110％，并采用机械扭力扳手或双活塞空心千斤顶锁定；④封锚：张拉锁定后，依据相关规定和规范要求进行锚固质量抽检试验，检测合格后，方可进行封锚施工；封锚时严禁采用电弧烧割，切除部位距螺母的距离应大于100mm；所用的封锚混凝土强度不宜低于20MPa。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.膨胀土路堑边坡减胀抗震防灾组合支挡结构，其特征在于：包括前排桩（1）和后排桩（2），后排桩（2）包括后排桩悬臂段（201）和后排桩下段（202），所述前排桩（1）和后排桩下段（202）均设置在路堑边坡岩土层内，后排桩悬臂段（201）设置在路堑边坡岩土层外；在相邻的前排桩（1）之间设置有前排桩连系梁（6），在前排桩（1）上部还设置有前排桩牛腿（101）；在相邻的后排桩下段（202）之间的顶端设置有后排桩连系梁（7），在相邻的后排桩悬臂段（201）之间设置有桩间挡土板（9）和减胀板（11），所述桩间挡土板（9）和减胀板（11）紧贴在一起，减胀板（11）设置在靠潜在滑体（13）的一侧；在后排桩下段（202）和前排桩（1）之间的顶端设置有横系梁（3），所述横系梁（3）与后排桩下段（202）之间为固定连接，横系梁（3）靠近前排桩（1）一端的梁下设置有隔震支座（4），所述隔震支座（4）顶面与横系梁（3）连接，隔震支座（4）底面与前排桩牛腿（101）连接；横系梁（3）靠近前排桩（1）一端通过设置阻尼器（5）与前排桩（1）连接；在各个后排桩悬臂段（201）之间靠近潜在滑体（13）的一侧设置有减压平台（10），所述减压平台（10）生根在后排桩悬臂段（201）上；在后排桩悬臂段（201）和前排桩连系梁（6）上设置有预留孔，预应力减胀锚杆（8）锚固段设置在路堑边坡的稳定岩层内，预应力减胀锚杆（8）自由段分别穿过后排桩悬臂段（201）或前排桩连系梁（6）上的预留孔，并通过预应力减胀锚杆（8）的锚具分别与后排桩悬臂段（201）或前排桩连系梁（6）锚定连接固定。
2.根据权利要求1所述的减胀抗震防灾组合支挡结构，其特征在于：后排桩悬臂段（201）横截面为“T”形，后排桩下段（202）横截面为矩形；桩间挡土板（9）采用预制的甲型挡土板，采用桩前挂板的方式安装在相邻后排桩悬臂段（201）之间。
3.根据权利要求1所述的减胀抗震防灾组合支挡结构，其特征在于：所述减胀板（11）采用聚苯乙烯板。
4.根据权利要求1所述的减胀抗震防灾组合支挡结构，其特征在于：所述隔震支座（4）包括设置有若干个螺栓孔的上部法兰板（406）和下部法兰板（405），在上部法兰板（406）和下部法兰板（405）之间设置有内部缓冲段，所述内部缓冲段通过上下两个端部封板（403）分别与上部法兰板（406）和下部法兰板（405）连接，在内部缓冲段内部交替设置有若干层内部橡胶板（401）和若干层内部钢板（402），在内部缓冲段外部包裹有外侧保护胶（404）。
5.根据权利要求4所述的减胀抗震防灾组合支挡结构，其特征在于：在横系梁（3）和前排桩牛腿（101）安装隔震支座（4）的对应位置分别埋设预埋定位板（407），每个预埋定位板（407）上设置有若干个预埋套筒（409），所述预埋套筒（409）分别与上部法兰板（406）和下部法兰板（405）上的螺栓孔数量相同且位置对应；每个预埋套筒（409）的另一端设置有一根锚筋（410），所述预埋定位板（407）、预埋套筒（409）和锚筋（410）一起分别预埋至横系梁（3）和前排桩牛腿（101）相应位置；隔震支座（4）的上部法兰板（406）和下部法兰板（405）分别通过高强螺栓（408）与横系梁（3）和前排桩牛腿（101）上预埋的预埋套筒（409）连接固定。
6.根据权利要求1所述的减胀抗震防灾组合支挡结构，其特征在于：所述阻尼器（5）包括缸体（501）、第一耳板（508）、第一连接体（513）、第二连接体（507）和第二耳板（509）；在所述缸体（501）上设置有外端盖（502）和内端盖（504），并在外端盖（502）和内端盖（504）内形成空腔体，缸体（501）上还设置有活塞杆（506），所述活塞杆（506）的一端与第一连接体（513）连接，另一端从缸体（501）外依次穿过外端盖（502）和内端盖（504）进入缸体（501）内；所述活塞杆（506）上设置有活塞（503），活塞（503）位于外端盖（502）和内端盖（504）之间形成的空腔体内，并将空腔体分为第一空腔体和第二空腔体，所述空腔体内填充有阻尼介质（505）；活塞杆（506）往复运动时，用于带动活塞（503）在空腔体内往复运动，迫使阻尼介质（505）通过设置在活塞（503）上的小孔或活塞（503）与缸体（501）之间的间隙在第一空腔体和第二空腔体之间来回流动，使得阻尼器（5）产生阻尼力；在所述横系梁（3）靠前排桩（1）的一端上部设置有缺口，所述缺口水平支撑面上设置有第一预埋件（511），在前排桩（1）顶部朝横系梁（3）一侧设置有第二预埋件（512）；所述第一连接体（513）一端与活塞杆（506）连接，另一端通过轴销（510）与第一耳板（508）连接，第一耳板（508）与第一预埋件（511）焊接连接；所述第二连接体（507）一端与缸体（501）连接，另一端通过轴销（510）与第二耳板（509）连接，第二耳板（509）与第二预埋件（512）焊接连接。
7.根据权利要求1所述的减胀抗震防灾组合支挡结构，其特征在于：所述减压平台（10）包括悬臂梁与平台板，减压平台（10）顶面距后排桩（2）桩顶的距离为后排桩悬臂段（201）高度的二分之一，减压平台（10）的宽度为后排桩悬臂段（201）高度的四分之一到三分之一，且宽度不小于2m。
8.根据权利要求1所述的减胀抗震防灾组合支挡结构，其特征在于：所述预应力减胀锚杆（8）与铅垂线之间的夹角为65°~75°，其锚固段穿过边坡潜在滑动面（12）并嵌入稳定岩层，嵌入深度大于4m。
9.根据权利要求1所述的减胀抗震防灾组合支挡结构，其特征在于：所述预应力减胀锚杆（8）采用二次注浆法，锚固段采用早强水泥砂浆进行高压注浆，自由段采用低弹轻质泡沫混凝土进行低压注浆。
10.一种如权利要求1~9任意一项所述减胀抗震防灾组合支挡结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、施工准备及材料制作：对施工场地进行三通一平，采购、定制或加工所需的钢筋和设备；
S2、前排桩（1）施工：1）定位放线，采用高精度RTK测量技术进行定位放线以确定桩位；2）成孔，先浇筑锁口护壁，再采用旋挖钻机钻孔并更换方形切刀沿锁口护壁内侧向下修整孔壁；3）吊装钢筋笼及模板安装；4）浇筑混凝土，采用导管法浇筑，桩身混凝土应一次连续浇筑完毕，控制浇筑速度并加强振捣以保证密实度；5）养护；6）拆模，待混凝土达到设计强度的75%后即可拆模；7）桩身检测：采用声波诱射法对抗滑桩进行检测；
S3、后排桩（2）施工：1）定位放线，向下挖至后排桩连系梁（7）底面标高处，采用高精度RTK测量技术进行定位放线以确定桩位；2）成孔，先浇筑锁口护壁，再采用旋挖钻机钻孔并更换方形切刀沿锁口护壁内侧向下修整孔壁；3）吊装钢筋笼及模板安装，预埋PVC管以便后期预应力减胀锚杆（8）施工；4）浇筑混凝土，采用导管法浇筑，桩身混凝土应一次连续浇筑完毕，控制浇筑速度并加强振捣以保证密实度；5）养护；6）拆模，待混凝土达到设计强度的75%后即可拆模；7）桩身检测，采用声波诱射法对抗滑桩进行检测；
S4、连系梁施工：连系梁施工包括前排桩连系梁（6）和后排桩连系梁（7）的施工，1）钢筋绑扎与连接，梁端处及预应力减胀锚杆（8）附近箍筋应加密处理，前排桩连系梁（6）钢筋与前排桩（1）桩身顶部的植入钢筋焊接连接，后排桩连系梁（7）钢筋与后排桩下段（202）顶端的植入钢筋焊接连接；2）模板安装；3）浇筑混凝土，控制浇筑速度并在浇筑时采用插入式振捣器加强振捣，振捣时遵循快插慢拔的原则并注意避免接触钢筋、预埋件及模板；4）养护；5）拆模，待连系梁混凝土强度达到5MPa后即可拆除侧模；
S5、隔震支座（4）安装：下部法兰板（405）的螺栓孔对准前排桩牛腿（101）上预埋定位板（407）的预埋套筒（409）并缓慢落下，进行精确校正后安装并拧紧高强螺栓（408）；
S6、横系梁（3）施工，1）钢筋绑扎与连接，进行钢筋绑扎时，在横系梁（3）前端安装隔震支座（4）的预埋定位板（407）、预埋套筒（409）和锚筋（410），以及第一预埋件（511），钢筋与锚筋（410）焊接连接；2）模板安装；3）浇筑混凝土，采用与前排桩（1）、后排桩（2）同标号的混凝土进行浇筑；4）养护；5）拆模，待横系梁（3）混凝土强度达到5MPa后拆除侧模；
S7、阻尼器（5）安装：1）耳板安装，在精确定位后，将第一耳板（508）和第二耳板（509）分别焊接在第一预埋件（511）和第二预埋件（512）上，并进行焊缝探伤检测；2）阻尼器缸体（501）安装，将第一连接体（513）和第二连接体（507）分别通过轴销（510）与第一耳板（508）和第二耳板（509）连接；
S8、后排桩（2）桩间挂板施工：1）材料准备，预制所需的桩间挡土板（9）并确保其达到强度要求；采购减胀板（11），该减胀板（11）为聚苯乙烯板；2）桩间挡土板（9）吊装；3）减胀板（11）的布置，与桩间挡土板（9）错缝布置并确保减胀板（11）与桩间挡土板（9）贴合密实；
S9、减胀板（11）板后回填及减压平台（10）施工：1）填土压实，填土碾压从中间向两边进行，最后碾压减胀板（11）附近，先采用压路机静压2~3次，然后再进行振动碾压至设计要求的密实度；在靠近减胀板（11）处填筑高渗水性土，并在减胀板（11）后铺设排水麦克垫，在泄水孔位置处增设反滤层；2）减压平台（10）施工，待回填至减压平台（10）的平台板板底标高时，进行悬臂梁和平台板的钢筋绑扎及支模施工，减压平台（10）混凝土达到设计强度的75%后拆除模板，待混凝土达到设计强度的100%后即可进行减压平台（10）上方的土体回填与碾压施工；
S10、钻孔施工：1）搭设钻孔施工作业平台并根据预应力减胀锚杆（8）设计孔位调整钻机机位；2）钻机开钻，严格控制钻进速度，避免钻孔偏斜、扭曲或变径，并禁止采用湿钻施工方法以减小对边坡岩土体的影响及破坏；3）锚孔检测，实际孔位与设计孔位的空间误差控制在2cm之内，锚孔中轴线与铅垂线夹角为65°~75°，且锚孔偏斜度应控制在2%之内；4）锚孔清理；
S11、预应力减胀锚杆（8）施工：1）杆体安放，采用人工推进的方式安放预应力减胀锚杆（8）；2）注浆，采用二次注浆施工工艺将预应力减胀锚杆（8）的锚固段与自由段分两次进行灌注；3）张拉，待预应力减胀锚杆（8）的锚固体的强度达到设计要求的80%以上时进行张拉，张拉后采用机械扭力扳手或双活塞空心千斤顶锁定；4）封锚。
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