CN108642986B - 一种控制半堤半堑路基不均匀沉降的锚索结构和施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种控制半堤半堑路基不均匀沉降的锚索结构和施工方法，属于半堤半堑路基施工和路基边坡防护领域，锚索结构分为三个部分，包括全长锚索、托板以及托板支架，锚索结构沿着路基基底方向向上均布排开；本发明方法可提高半堤半堑路基整体性，有效控制半堤半堑路基工后不均匀沉降，在新填土体路堤侧张拉力严格按照限定的张拉力计算公式进行张拉，可使新填土侧路基整体性达到最佳，而且路基防护结构及其施工工艺简单，工程造价较低。
Description
技术领域
本发明属于半堤半堑路基施工和路基边坡防护领域，具体涉及在一种控制半堤半堑路基不均匀沉降的锚索结构和施工方法。
背景技术
在半堤半堑路基施工中，若天然半路堑和新填土半路堤填挖结合面处结合不好，则路基易产生过大的工后不均匀沉降甚至失稳。基于高速公路对路基变形要求非常严格，为保证半堤半堑路基工后不均匀变形保持在容许范围内，必须增强天然半路堑和新填土半路堤整体性，同时对新填土半路堤进行主动防护。目前控制半堤半堑路基不均匀沉降中，常采用天然半路堑开挖成台阶、铺设土工格栅和挡土墙等措施。但采用天然半路堑开挖成台阶并铺设土工格栅不能施加主动的防护力，难以抑制半堤半堑路基工后不均匀沉降，在交通荷载长期作用下极易发生路基变形超限。增加了预应力的锚杆索挡土墙结构虽然能够施加主动防护，但新填土中设置过长的锚杆索存在过大预应力损失，防护效果不好；此外，该方法在新填土半路堤侧进行大力张拉时，存在工艺复杂和安全隐患大的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种可有效控制半堤半堑路基工后不均匀沉降、且施工工艺比较简单、施工工程量较小和施工安全可靠的连板锚索结构和施工方法。
一种控制半堤半堑路基不均匀沉降的锚索结构，所述锚索结构分为三个部分，包括全长锚索、托板以及托板支架，全长锚索通过预留孔连接多个托板，托板放置在托板支架的预留槽中，用钢板焊接，再配以钢筋作为支撑骨架，锚索结构沿着路基基底方向向上均布排开。
所述托板的形式采用正方形，边长大小为30cm，托板中部设置有外拱形式预留孔，孔径大于全长锚索最大外直径。
所述托板支架采用钢筋焊接形式，高度是20cm，正截面形式采用梯形，斜边与水平面成夹角45。，梯形上边长35cm，下边长70cm，侧截面形式采用梯形，上边长3cm，底边长33cm，高20cm，与上托板之间的距离1.5m，托板支架上设有预留槽，预留槽的高度是5cm。
一种控制半堤半堑路基不均匀沉降的锚索结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤1、天然半路堑开挖
(1)按照路基设计标高进行填方部分的开挖，先对基底进行路基填方处理，然后根据路基的填方高度在自然路堑边坡处逐层开挖台阶，开挖顺序应从基底向上，台阶的宽度不小于2.0m，内倾4％坡度；
(2)挖好台阶后铺筑路基填料，并进行摊铺碾压，松铺系数选取为1.12，每一层的铺筑与压实都应该在填方路基一侧利用水准仪测量压实前后的高度，计算其值并加以控制；
步骤2、锚索结构的铺设
(1)锚索结构在填方部分分层布设，具体层数等于台阶数，取用1 .5m作为层高，先铺设底层，再进行上一层的结构布置；
(2)在台阶所在的土体进行钻孔，接着将孔清理干净，把树脂锚固剂顶入孔里，平直放入锚索进行锚固；接着选择钢筋锚定位置，将全长锚索的右端锚固在台阶所在的土体；然后将全长锚索的另一自由端穿过预留孔，在孔口予以焊接固定；接着稳固托板支架以及托板的位置，将木楔通过托板支架打入土体予以固定，同时确保托板处于预设的预留槽位置处，并予以焊接固定；
(3)在铺设好该锚索结构后，进行铺填路基材料，直到超过托板的上表面3～5cm；在挡土墙侧浇筑锚固墩，并进行锚固端内灌浆，进行张拉，以0.4F试拉5分钟，随后适当补充路基填料；再以0 .9F进行张拉，10分钟后在钢筋张拉位置处用锁具锁死，锚索的张拉应力F按照下述公式计算得出：
式中：
Eak填方一侧土体主动土压力合力标准值kN/m；
Za最上层锚索结构中心线到主动土压力作用线的距离m；
n-锚索结构布置层数；
-预应力筋倾角；
-挡土墙仰斜角度；
G-挡土墙自重；
h-挡土墙高度；
在每一层锚索结构张拉结束后，在钢筋张拉位置处浇筑小型混凝土构筑物予以保护，形仰斜式挡土墙，避免因水分侵入导致锚固力失效，保护路基边坡；
(4)进行上一层的结构布置，按照步骤2(2)和(3)，不同的是无需将底层固定在土体中，而是将第上层的托板位置布设在下层锚索结构中相邻托板的中间，直至铺设到最上一层时，再对挖方部分进行适当超挖，在挖方部分与填方部分处整体铺填集料，再进行最后的压实。
上述一种控制半堤半堑路基不均匀沉降的锚索结构的施工方法，其中：
所述步骤1(1)中，对于软基应予以挖除并换填为片石和碎石稳定性透水材料。
所述步骤1(2)中，铺筑路基填料时，先应测定填料的含水率，保证在最优含水率下进行摊铺碾压，碾压过程中，采用晾晒或喷洒水分，以调整为最优含水率。
所述步骤2(3)中，采用压力注浆方式完成锚固。
所述步骤2(3)中，张拉过程中应及时校验压实度，确保控制在《公路路基路面现场测试规程》（JTJ-059-95）》规定的预设范围内。
所述步骤2(4)中，每隔一层布置锚索结构，应充分利用土体挤压形成了对托板间的挤压预应力，再考虑到利用土体间的挤压力。
本发明的一种控制半堤半堑路基不均匀沉降的锚索结构和施工方法，与现有技术相比，有益效果为：
1、本发明中的锚索结构和施工方法，是对半堤半堑路基工后不均匀沉降的主动控制，该结构的设计及施工方法是基于路基填筑施工中的土体三向应力状态下变形规律，维护路基的针对性强、效果好。按照本发明方法进行路基施工，可提高半堤半堑路基整体性，有效控制半堤半堑路基工后不均匀沉降。
2、本发明中锚索结构的新填土体路堤侧张拉力严格按照限定的张拉力计算公式进行张拉，可使新填土侧路基整体性达到最佳：既不会因张拉力太小达不到有效防护的作用；又不会因张拉力过大对路基原有结构造成损伤。
3、本发明中新填土压实度按照压实计算公式进行控制，连板锚索结构在路基填筑分层碾压下，土体的外扩侧向力挤压连板，进而施加了连板间锚索预应力，可使天然半路堑和新填土半路堤填挖结合面处整体性达到最佳：既不会因连板间锚索预应力过小达不到效果；又不会因连板间锚索预应力过大而破坏连板锚索结构。
4、本发明中的路基防护结构及其施工工艺简单，工程造价较低。
附图说明
图1本发明路基横断面布置示意图；
图2本发明中锚索结构的横断面图；
图3本发明锚索结构中托板及支架的样图；
图4本发明锚索结构中托板及支架的正视图；
图5本发明锚索结构中托板及支架的侧视图；
图6本发明锚索结构中托板及支架的俯视图；
图中：1-托板支架，2-全长锚索，3-托板，4-挖方部分，5-填方部分，6-自然坡体，7-台阶，8- 自然路堑边坡，9-钢筋锚定位置，10-钢筋张拉位置，11-挡土墙，13-预留孔，14-预留槽，15-木楔。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例
本实施例为某段高速公路的路基施工，压实度按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)有关规定予以控制。
该处高速公路路基高12m，横向宽28m，填方深度7m，主要以粉质粘土、细砂为主，5m以下以砂砾石土为主。路基挖方部分外侧主动土压力合力标准值Eak＝534.25kN/m该标准值 是根据土的重度、粘聚力及内摩擦角等参数，利用主动土压力计算公式求出主动土压力强度及分布。挡土墙容重=18kN/m3，墙高h＝7m，向上仰斜角度/>=30。，外侧主动土压力合力到最上层锚索结构中心线的距离Za＝2 .63m，挡土墙锚定处与台阶锚定处经碾压后预应力筋产生倾角/>=2.3。
本实施例路基横断面布置如图1所示，锚索结构的横断面如图2所示，托板及支架的样图如图3所示，托板及支架的正视图、侧视图、俯视图分别如图4、图5、图6。
一种控制半堤半堑路基不均匀沉降的锚索结构，所述锚索结构分为三个部分，包括全长锚索2、托板3以及托板支架1，全长锚索2通过预留孔13连接多个托板3，托板3放置在托板支架1的预留槽14中，用钢板焊接，再配以钢筋作为支撑骨架，锚索结构沿着路基基底方向向上均布排开。
所述托板3的形式采用正方形，边长大小为30cm，中部采用外拱形式，托板3正中间设置有预留孔13，孔径大于全长锚索2最大外直径。
所述托板支架1采用钢筋焊接形式，高度是20cm，正截面形式采用梯形，斜边与水平面成夹角45。，梯形上边长35cm，下边长70cm，侧截面形式采用梯形，上边长3cm，底边长33cm，高20cm，与上托板3之间的距离1 .5m，托板支架1上设有预留槽14，预留槽14的高度是5cm。
一种控制半堤半堑路基不均匀沉降的施工方法，包括以下步骤：
步骤1、天然半路堑开挖
(1)按照路基设计标高进行填方部分5的开挖，先用履带式推土机将基底杂物淤泥等清理干净，换填一层片石和碎石稳定性透水材料，然后根据路基的填方高度7m在自然路堑边坡8处逐层开挖台阶7，开挖顺序应从基底向上，台阶的宽度不小于2.0m，内倾4％坡度，取用1.5m作为层高，故可考虑设置台阶数为5阶。
(2)挖好台阶后铺筑路基填料，并进行摊铺碾压，先应测定填料的含水率，保证在最优含水率下进行摊铺碾压，松铺系数选取为1 .12，每一层的铺筑与压实都应该在填方路基一侧利用水准仪测量压实前后的高度，计算其值并按照《公路路基路面现场测试规程》（JTJ-059-95）予以控制；
步骤2、锚索结构的铺设
(1)锚索结构在填方部分5分层布设，具体层数等于台阶数，取用1 .5m作为层高，先铺设底层，再进行上一层的结构布置，计算每层托板3的布置数量：
该连板锚索结构共分为5层，连板之间的距离选为1 .5m，故自基底向上，第一层的数量为，第二层的数量为/>，取值为6；第三层的数量为/>，取值为7；第四层的数量为/>； 第五层的数量为， 取值为 10；
(2)参考图1所示，在台阶7所在的土体进行钻孔，接着将孔清理干净，把树脂锚固剂顶入孔里，平直放入锚索，采用压力注浆方式进行锚固；接着选择钢筋锚定位置9，将全长锚索2的右端锚固在台阶7所在的土体；然后将全长锚索2的另一自由端穿过预留孔13，在孔口予以焊接固定；接着稳固托板支架1以及托板3的位置，将木楔15通过托板支架1打入土体予以固定，同时确保托板3处于预设的预留槽14位置处，并予以焊接固定；
(3)计算张拉力F，带入具体数据计算如下
其中
挡土墙自重根据挡土墙尺寸以及挡土墙容重计算得出；由张拉力F参考选择 钢筋的直径为18mm；在铺设好该锚索结构后，进行铺填路基材料，直到超过托板3的上表面 4cm；在挡土墙侧浇筑锚固墩，并进行锚固端内灌浆，在锚索另一侧选择钢筋锚定位置10，进 行张拉，以11 .75kN试拉5分钟，随后适当补充路基填料；再以26.43kN进行张拉，10分钟后用锁具锁死，张拉过程中应及时校验压实度，确保在预设范围内；在每一层锚索结构张拉结束后，在钢筋张拉位置10处浇筑小型混凝土构筑物予以保护，形成仰斜式挡土墙11，避免因水分侵入导致锚固力失效，保护路基边坡，挡土墙11墙高7m，上边宽1m，下边宽2.3m，下部做成高0.5m与竖直方向成45。夹角的蹄型结构；
(4)其余四层的施工程序与第一层大致相同，不同的是无需将底层固定在土体中，而是将第上层的托板位置布设在下层锚索结构中相邻托板3的中间，每铺筑完一层路基就应及时碾压，控制在最优含水率条件下达到最好压实效果，直至铺设到最上一层时，再对挖方部分4进行适当超挖0 .3m，在挖方部分4与填方部分5处整体铺填集料，再进行最后的压实。
Claims (6)
1.一种控制半堤半堑路基不均匀沉降的锚索结构的施工方法，其特征在于，所述锚索结构分为三个部分，包括全长锚索、托板以及托板支架，全长锚索通过预留孔连接多个托板，托板放置在托板支架的预留槽中，用钢板焊接，再配以钢筋作为支撑骨架，锚索结构沿着路基基底方向向上均布排开；
所述托板的形式采用正方形，边长大小为30cm，托板中部设置有外拱形式预留孔，孔径大于全长锚索最大外直径；
所述托板支架采用钢筋焊接形式，高度是20cm，正截面形式采用梯形，斜边与水平面成夹角45°，梯形上边长35cm，下边长70cm，侧截面形式采用梯形，上边长3cm，底边长33cm，高20cm，与上托板之间的距离1 .5m，托板支架上设有预留槽，预留槽的高度是5cm；
步骤1、天然半路堑开挖
（1）按照路基设计标高进行填方部分的开挖，先对基底进行路基填方处理，然后根据路基的填方高度在自然路堑边坡处逐层开挖台阶，开挖顺序应从基底向上，台阶的宽度不小于2.0m，内倾4％坡度；
（2）挖好台阶后铺筑路基填料，并进行摊铺碾压，松铺系数选取为1 .12，每一层的铺筑与压实都应该在填方路基一侧利用水准仪测量压实前后的高度，计算其值并加以控制；
步骤2、锚索结构的铺设
（1）锚索结构在填方部分分层布设，具体层数等于台阶数，取用1 .5m作为层高，先铺设底层，再进行上一层的结构布置；
（2）在台阶所在的土体进行钻孔，接着将孔清理干净，把树脂锚固剂顶入孔里，平直放
入锚索进行锚固；接着选择钢筋锚定位置，将全长锚索的右端锚固在台阶所在的土体；然后将全长锚索的另一自由端穿过预留孔，在孔口予以焊接固定；接着稳固托板支架以及托板的位置，将木楔通过托板支架打入土体予以固定，同时确保托板处于预设的预留槽位置处，并予以焊接固定；
（3）在铺设好该锚索结构后，进行铺填路基材料，直到超过托板的上表面3~5cm；在挡土墙侧浇筑锚固墩，并进行锚固端内灌浆，进行张拉，以0.4F试拉5分钟，随后适当补充路基填料；再以0.9F进行张拉，10分钟后在钢筋张拉位置处用锁具锁死，锚索的张拉应力F按照下述公式计算得出：
式中：
Eak—填方一侧土体主动土压力合力标准值kN/m；
Za最上层锚索结构中心线到主动土压力作用线的距离m；
n—锚索结构布置层数；
—挡土墙锚定处与台阶锚定处碾压后预应力筋倾角；
—挡土墙仰斜角度；
G—挡土墙自重；
h—挡土墙高度；
在每一层锚索结构张拉结束后，在钢筋张拉位置处浇筑小型混凝土构筑物予以保护，形仰斜式挡土墙，避免因水分侵入导致锚固力失效，保护路基边坡；
（4）进行上一层的结构布置，按照步骤2(2)和(3)，不同的是无需将底层固定在土体中，而是将第上层的托板位置布设在下层锚索结构中相邻托板的中间，直至铺设到最上一层时，再对挖方部分进行适当超挖，在挖方部分与填方部分处整体铺填集料，再进行最后的压实。
2.根据权利要求1所述的一种控制半堤半堑路基不均匀沉降的锚索结构的施工方法，其特征在于，所述步骤1(1)中，对于软基应予以挖除并换填为片石和碎石稳定性透水材料。
3.根据权利要求1所述的一种控制半堤半堑路基不均匀沉降的锚索结构的施工方法，其特征在于，所述步骤1(2)中，铺筑路基填料时，先应测定填料的含水率，保证在最优含水率下进行摊铺碾压，碾压过程中，采用晾晒或喷洒水分，以调整为最优含水率。
4.根据权利要求1所述的一种控制半堤半堑路基不均匀沉降的锚索结构的施工方法，其特征在于，所述步骤2(3)中，采用压力注浆方式完成锚固。
5.根据权利要求1所述的一种控制半堤半堑路基不均匀沉降的锚索结构的施工方法，其特征在于，所述步骤2(3)中，张拉过程中应及时校验压实度，确保控制在《公路路基路面现场测试规程》（JTJ-059-95）规定的预设范围内。
6.根据权利要求1所述的一种控制半堤半堑路基不均匀沉降的锚索结构的施工方法，其特征在于，所述步骤2(4)中，每隔一层布置锚索结构，应充分利用土体挤压形成了对托板间的挤压预应力，再考虑到利用土体间的挤压力。
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