CN111827312B - 一种边坡加筋挡土墙及其施工方法 - Google Patents

一种边坡加筋挡土墙及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种边坡加筋挡土墙及其施工方法，挡土墙包括混凝土垫层及其上方的水泥土层夹回填土层形成的单元结构层，单元结构层可设置多层，各单元结构层的倾角与边坡坡度一致，混凝土垫层处设置有垂直向下压入土体中的若干空心钢管，单元结构层中设置有同倾角的空心钢管，空心钢管的两端分别通过水泥土层约束固定。挡土墙的基础结构承载力较高、不易软化和渗透，单元结构层为稳定的结构体，具有隔水和不易软化的特点。所以挡土墙面倾角可设置较陡，节省填筑工程两节约成本。挡土墙的土料完全取自开挖的天然土体，可节约工程成本。本发明尤其适用于边坡加固设计场地有限、常年降雨频率大的南方地区。

Description

一种边坡加筋挡土墙及其施工方法
技术领域
本发明属于岩土工程领域，具体为一种边坡加筋挡土墙及其施工方法。
背景技术
在边坡的治理过程中，很多时候利用开挖出来的土料和加筋材料通过不同的设计方案和施工方法将其组合在一起，形成一种柔性加筋土挡墙，这种方式具有节约成本、施工简单、施工速度快等优点。目前在加筋土中最多的加筋材料主要是合成加筋材料中的土工格栅。
由于常规刚性重力式挡土墙截面宽度较小，从而底部产生的抗滑摩擦阻力不够而导致挡土墙整体滑移或者倾倒破坏使加固边坡失效，除此外造价昂贵，对于边坡等级要求不高的工程造成了经济浪费；常规土工格栅加筋等柔性重力式挡土墙，往往底部基础泡水软化而发生整体失稳破坏，同时为了提高底部自重应力，往往设置的柔性加筋挡土墙截面宽度较大，因而占用比较宽的场地，而且挡墙倾角较缓使得挡墙表面受雨水冲刷面积大，易发生挡墙浅层溜塌破坏，对于边坡加固设计场地有限、常年降雨频率大的南方地区显然不合适。
发明内容
本发明的目的在于提供一种整体稳定性好、占用场地面积小、施工简单、节约成本的边坡加筋挡土墙及其施工方法。
本发明提供的这种边坡加筋挡土墙，包括混凝土垫层及其上方的水泥土层夹回填土层形成的单元结构层，单元结构层可设置多层，各单元结构层的倾角与边坡坡度一致，混凝土垫层处设置有垂直向下压入土体中的若干空心钢管，使混凝土垫层和空心钢管组合形成刚性结构，单元结构层中设置有同倾角的空心钢管，空心钢管的两端分别通过水泥土层约束固定，使单元结构层形成稳定的结构体。
上述挡土墙的一种实施方式中，所述空心钢管在所述混凝土垫层和单元结构层中分别沿纵向设置多排，且相邻排的空心钢管呈等边三角形布置。
本发明公开的这种上述挡土墙的施工方法，包括以下步骤：
(1)在坡脚处沿地面标高往下开挖矩形坑，矩形坑底的边坡侧纵向预留纵向渗沟后沿纵向有间隔的向下开挖若干横向渗沟；
(2)在坑底将若干空心钢管按设定位置向下压入土体中，并使空心钢管的上端有一段露出坑底面的长度；
(3)将坑内除横向渗沟和纵向渗沟区域外的其它区域灌满混凝土并养护形成混凝土垫层；
(4)将边坡开挖土料进行室内击实试验，获得土料在达到最佳压实度时的含水率，并配置最佳含水率的土料作为回填料备用；
(5)按照边坡倾角在混凝土层表面上依次填筑一层水泥土和多层回填土，每一层填筑时在纵向渗沟中填筑碎石，水泥土为水泥与步骤(4)中所配置回填料的混合土；
(6)沿步骤(5)填筑好的水泥土层和回填土层的倾角方向倾斜压入空心钢管，空心钢管的下端***水泥土层中，并使其上端有一段长度露出回填土层的表面；
(7)取出步骤(6)中空心钢管内的土体，然后往空心钢管内灌满水直至水位不再发生变化，然后参照步骤(5)在回填土上再填筑一层水泥土并养护；
(8)重复步骤(5)至步骤(7)直至挡土墙顶面，但最后一层回填土填筑时在边坡侧的渗沟中填筑回填土；
(9)在挡土墙顶面的边坡侧、底面的外侧分别开挖纵向排水沟。
上述方法的一种实施方式中，所述横向渗沟的沟底面低于纵向渗沟的沟底面，横向渗沟和纵向渗沟的底面和侧面均铺设两布一膜的防水土工布，纵向渗沟设置中设置带出水孔的PVC管，出水孔的位置与横向渗沟的位置对应，以使纵向渗沟中的水流入横向渗沟中。
上述方法的一种实施方式中，步骤(4)中配置最佳含水率的土料时，若开挖土料含水率超过最佳含水率时，掺拌质量含量为3％-6％的石灰或者将开挖土料进行翻晒降低含水率至最佳含水率；当土料含水率低于最佳含水率时，洒水拌和至最佳含水率。
上述方法的一种实施方式中，所述水泥土为硅酸盐水泥与步骤(4)配置好的最佳含水率土料的拌合料，它们的质量百分比为3:20-1:4。
上述方法的一种实施方式中，所述混凝土垫层和水泥土层中的水泥均采用强度为C25或C30的硅酸盐水泥。
上述方法的一种实施方式中，所述矩形坑的宽度为3-4m，深度为200-300mm，坑底纵向间隔5-8m向下开挖深度为100-200mm，宽度为300-500mm的凹槽作为横向渗沟，所述纵向渗沟的宽度为300-500mm。
上述方法的一种实施方式中，所述空心钢管的直径为150-200mm，壁厚为4～7mm，沿竖向压入土体中的空心钢管的长度为3-5m，其上端露出坑底面的长度为150-200mm，倾斜压入土体中的空心钢管的上端伸出回填土层的上表面200-300mm，水泥土和回填土每层的虚铺厚度为600-700mm，用挖掘机反复碾压5-8次使整平后厚度为500mm，误差不超过50mm。
上述方法的一种实施方式中，步骤(6)中，空心钢管的长度L＝(h+0.5)/sin(β)，其中h为回填土层厚度,单位为m，β为挡土墙倾角，单位为度。
本发明挡土墙的基础结构采用空心钢管和混凝土垫层组合形成类似复合地基承载力较高、不易软化和渗透的刚性结构，墙体采用两层水泥土夹回填土的单元结构层，且采用空心钢管作为加筋，使单元结构层形成稳定的结构体，具有隔水和不易软化的特点，节省了底部和顶部铺设反水材料的费用。而且单元结构层的整体性好能有效阻挡边坡发生局部滑移破坏，能将荷载传递给下部结构，因而不需要上部结构产生足够的自重来提高挡土墙的整体稳定性，所以挡土墙的截面宽度可设置的较小、减少占地面积以挡土墙面倾角可设置较陡，从而节省填筑工程两节约成本。本发明修筑挡土墙的土料完全取自开挖出来的天然土体，可极大的节约工程成本。总之，本发明巧妙的将空心钢管和水泥土结合形成一种新的加筋挡土墙结构形式，通过不一样的施工方法利用原有自然土体形成的挡土墙结构具有整体稳定性好、占用场地面积小、施工简单、节约成本等特点和优势，尤其适用于边坡加固设计场地有限、常年降雨频率大的南方地区。
附图说明
图1为本发明的断面结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开的这种边坡加筋挡土墙结构，包括混凝土垫层1及其上方的水泥土层2夹回填土层3形成的单元结构层。单元结构层可根据实际需要设置多层，各单元结构层的倾角与边坡坡度一致。混凝土垫层1处设置有垂直向下压入土体中的若干空心钢管4，使混凝土垫层1和空心钢管4组合形成刚性垫层。单元结构层中设置有同倾角的空心钢管4，空心钢管4的两端分别通过水泥土层2约束固定，使单元结构层形成稳定的结构体。
空心钢管3在混凝土垫层1和单元结构层2中分别沿纵向设置多排，且相邻排的空心钢管呈等边三角形布置。
上述边坡加筋挡土墙结构的施工方法，包括以下步骤：
(1)在坡脚处沿地面标高往下开挖矩形坑，矩形坑底的边坡侧纵向预留纵向渗沟5后沿纵向有间隔的向下开挖若干横向渗沟；
(2)在坑底将若干空心钢管4按设定位置向下压入土体中，并使空心钢管的上端有一段露出坑底面的长度；
(3)将坑内除横向渗沟和纵向渗沟区域外的其它区域灌满混凝土并养护形成混凝土垫层1；
(4)将边坡开挖出来的土料进行室内击实试验，获得土料在达到最佳压实度时的含水率，并配置最佳含水率的土料作为回填料备用；
(5)按照边坡倾角从混凝土垫层的表面往上依次填筑一层水泥土和多层回填土，每一层填筑时在边坡侧的渗沟中填筑碎石6，水泥土为水泥与步骤(4)配置回填料的混合土；
(6)沿步骤(5)填筑好的水泥土层和回填土层的倾角方向倾斜压入空心钢管，空心钢管的下端***水泥土层中，并使其上端有一段长度露出回填土层的表面；
(7)取出步骤(6)中空心钢管内的土体，然后往空心钢管内灌满水直至水位不再发生变化，然后参照步骤(5)在回填土上再填筑一层水泥土并养护；
(8)重复步骤(5)至步骤(7)直至挡土墙顶面，但最后一层回填土填筑时在边坡侧的渗沟中填筑回填土；
(9)在挡土墙顶面的边坡侧、底面的外侧分别开挖纵向排水沟。
下面以一倾角45°、坡顶面较缓、高度7m的土质路堑边坡，距设计路面5m、该场地常年降雨量较大的工程案例为例来说明本加紧挡土墙的具体施工步骤：
在坡脚处沿地面标高往下开挖深度为300mm、宽度为3500mm的矩形坑，并在矩形坑的边坡侧预留一宽度为500mm的纵向区域作为纵向渗沟，然后沿纵向每间隔5m向下开挖一个深度为200mm、宽度为500mm的凹槽作为横向渗沟，用于承接纵向渗沟中的集水，且横向渗沟的底面比纵向渗沟的底面低200mm，这样更利于纵向渗沟中的水流入横向渗沟中，同时水位差的存在还更利于横向渗沟中的水向外流动。
在除横向渗沟和纵向渗沟区域外的坑底面用石灰标记出空心钢管的布置位置，本实施例采用直径为150mm，壁厚为5mm的空心钢管，沿坑底纵向布置两排空心钢管，两排空心钢管以坑底面的宽度方向中心面对称布置，排距为1000mm，而且两排的相邻空心钢管以等边三角形布置，这样不仅能有效地减少回填土受到的竖向压力，而且能对回填土起到很好的加筋作用增强整体的水平抗剪能力，因而能形成较陡的加筋挡土墙结构。
用洛阳铲或者小型螺旋钻机按照一定角度开一个直径比空心钢管外径小30-50mm、深度为800-1000m的定位洞，然后按照由中间往两边或者从一边往另一边的顺序依次用挖掘机将3000-5000mm长的空心钢管竖向压入土体中，保留空心钢管上端有150-200mm的长度露出在坑底面。
在横向渗沟和纵向渗沟的底面和侧面均铺设两布一膜防水土工布，然后在横向渗沟和纵向渗沟中填筑碎石，并在纵向渗沟中设置PVC管7，PVC管在对应横向渗沟位置处开设出水孔。
将坑内除横向渗沟和纵向渗沟外的区域灌满混凝土，并洒水养护7天。混凝土和空心钢管组合形成刚性结构，使挡土墙的底部结构不易软化和渗透，且具有较高的承载力。
在室内通过击实试验，获得边坡开挖出来的土料在达到最佳压实度时的含水率，将配置最佳含水率的土料作为回填料备用。
按照边坡倾角在混凝土垫层上依次填筑一层掺石灰量20％(质量比)的水泥土，其压实厚度为500mm，四层回填土，它们的压实厚度也是500mm厚，每一层填筑时在纵向渗沟处填筑碎石。通过挖掘机反复碾压来实现水泥土和回填土的压实。
参照竖向空心钢管的施工方法，用挖掘机将3600mm长的空心钢管以边坡倾角斜向向下按压***，空心钢管的下端***水泥土中，上端保留200-300mm的长度露出回填土表面，并采用小型螺旋砖机取出管内空心钢管内的土体。空心钢管的长度按L＝(h+0.5)/sin(β)确定，其中h为回填土总厚度，单位为m，β为边坡倾角，单位为度。
往空心钢管内灌满水并等待至间隔管内水位不再发生变化，在回填土上再填筑一层相同的水泥土，并在该层水泥土表面洒水养护1天。灌水处理可促进水泥土硬化。
至此，混凝土垫层上形成了一个由两层水泥土夹回填土的单元结构层，往空心钢管内灌水，在重力作用下，水泥土能吸收水分进一步发生水解反应从而形成较高强度，起到固定空心钢管的作用，此外结合灌水和洒水的施工方法能有效的提高空心钢管的两端约束作用，从而提高前期的整体性有利于下一步施工工序的进行。
然后参照第一个单元结构层再施工一个单元结构层，但该单元结构层的最后一层回填土填筑时，再对应纵向渗沟处也填筑回填土。
最后，在挡土墙顶面的边坡侧、底面的外侧分别开挖纵向排水沟8，用于将渗沟流出的水向外排出。
即本挡土墙的墙体由混凝土垫层及其上方的两个单元结构层组成，并在混凝土垫层中固定有空心钢筋，在单元结构层中固定有空心钢筋，使本挡土墙不仅具有刚性的垫层，还具有稳定的墙体。
本发明具有以下优势：
1、挡土墙中的土料完全取自开挖出来的天然土体，极大的节省了工程成本；
2、为了克服常规重力式挡墙底部易软化的缺点，本发明采用空心钢管和混凝土结合形成一种类似复合地基的承载力较高的基础结构、形成不易软化和渗透的下部刚性结构，同时水泥土凝固后具有隔水和不软化的特点，节省了底部和顶部铺设防水材料的费用；
3、为了施工简单和发挥空心钢管的加筋作用，在空心钢管的两端，即挡土墙中回填土的上下两层各设置了一层水泥土，而不是混凝土，一方面是因为混凝土前期结构松软不能进行后续施工，此时若***空心钢管便不能进行回填土的施工，而后期水化速度快强度增长快，很难控制空心钢管的***时间，而且施工时间不允许。相反采用水泥土便能克服这些困难，同时巧妙地在空心钢管内灌水，在重力作用下，水泥土能吸收水分进一步发生水解反应从而形成较高强度，起到固定空心钢管的作用，此外结合灌水和洒水的施工方法将有效的提高空心钢管的两端约束作用，从而提高前期的整体性有利于下一步施工工序的进行。
4、采用等边三角形布置两排空心钢管，不仅能有效地减少回填土受到的竖向压力，而且能对回填土起到很好的加筋作用增强整体的水平抗剪能力，因而能形成较陡的加筋挡土墙结构，同时由于上部结构整体性较好能有效地阻挡边坡发生局部滑移破坏，将荷载传递到下部结构，因而不需要上部结构产生足够的自重来提高挡土墙的整体稳定性，所以挡土墙的截面宽度可设置得较小，减少占地面积，以及挡土墙面倾角可设置较陡，来节省填筑工程量节约成本。
总的来说本发明巧妙的将空心钢管和水泥土结合形成一种新的加筋挡土墙结构形式，通过不一样的施工方法利用原有自然土体形成的挡土墙结构具有整体稳定性好、占用场地面积小、施工简单、节约成本等特点和优势。

Claims (8)

1.一种边坡加筋挡土墙施工方法，其特征在于：
本方法的加筋挡土墙结构包括混凝土垫层及其上方的水泥土层夹回填土层形成的单元结构层，单元结构层设置多层，各单元结构层的倾角与边坡坡度一致，混凝土垫层处设置有垂直向下压入土体中的若干空心钢管，使混凝土垫层和空心钢管组合形成刚性结构，单元结构层中设置有同倾角的空心钢管，空心钢管的两端分别通过水泥土层约束固定，使单元结构层形成稳定的结构体；
空心钢管在混凝土垫层和单元结构层中分别沿纵向设置多排，且相邻排的空心钢管呈等边三角形布置；
具体施工包括以下步骤：
（1）在坡脚处沿地面标高往下开挖矩形坑，矩形坑底的边坡侧纵向预留纵向渗沟后沿纵向有间隔的向下开挖若干横向渗沟；
（2）在坑底将若干空心钢管按设定位置向下压入土体中，并使空心钢管的上端有一段露出坑底面的长度；
（3）将坑内除横向渗沟和纵向渗沟区域外的其它区域灌满混凝土并养护形成混凝土垫层；
（4）将边坡开挖土料进行室内击实试验，获得土料在达到最佳压实度时的含水率，并配置最佳含水率的土料作为回填料备用；
（5）按照边坡倾角在混凝土层表面上依次填筑一层水泥土和多层回填土，每一层填筑时在纵向渗沟中填筑碎石，水泥土为水泥与步骤（4）中所配置回填料的混合土；
（6）沿步骤（5）填筑好的水泥土层和回填土层的倾角方向倾斜压入空心钢管，空心钢管的下端***水泥土层中，并使其上端有一段长度露出回填土层的表面；
（7）取出步骤（6）中空心钢管内的土体，然后往空心钢管内灌满水直至水位不再发生变化，然后参照步骤（5）在回填土上再填筑一层水泥土并养护；
（8）重复步骤（5）至步骤（7）直至挡土墙顶面，但最后一层回填土填筑时在边坡侧的渗沟中填筑回填土；
（9）在挡土墙顶面的边坡侧、底面的外侧分别开挖纵向排水沟。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述横向渗沟的沟底面低于纵向渗沟的沟底面，横向渗沟和纵向渗沟的底面和侧面均铺设两布一膜的防水土工布，纵向渗沟设置中设置带出水孔的PVC管，出水孔的位置与横向渗沟的位置对应，以使纵向渗沟中的水流入横向渗沟中。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）中配置最佳含水率的土料时，若开挖土料含水率超过最佳含水率时，掺拌质量含量为3%-6%的石灰或者将开挖土料进行翻晒降低含水率至最佳含水率；当土料含水率低于最佳含水率时，洒水拌和至最佳含水率。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述水泥土为硅酸盐水泥与步骤（4）配置好的最佳含水率土料的拌合料，它们的质量百分比为3:20-1:4。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述混凝土垫层和水泥土层中的水泥均采用强度为C25或C30的硅酸盐水泥。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述矩形坑的宽度为3-4m，深度为200-300mm，坑底纵向间隔5-8m向下开挖深度为100-200mm，宽度为300-500mm的凹槽作为横向渗沟，所述纵向渗沟的宽度为300-500mm。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述空心钢管的直径为150-200mm，壁厚为4-7mm，沿竖向压入土体中的空心钢管的长度为3-5m，其上端露出坑底面的长度为150-200mm，倾斜压入土体中的空心钢管的上端伸出回填土层的上表面200-300mm，水泥土和回填土每层的虚铺厚度为600-700mm，用挖掘机反复碾压5~8次使整平后厚度为500mm，误差不超过50mm。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（6）中，空心钢管的长度L=(h+0.5) /sin(β)，其中h为回填土层厚度,单位为m，β为挡土墙倾角，单位为度。
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