预应力锚索-加筋土挡墙组合支挡结构及其施工方法与流程

1.本发明属于路基支护技术领域，具体涉及一种山区斜坡地段预应力锚索-加筋土挡墙组合支挡结构及其施工方法。


背景技术：

2.在中西部山区高等级公路基础设施新建进程中，由于地形狭窄，地基承载力低，基础不易施工，且施工难度大费用高，传统的重力式挡土墙已被摒弃。加筋土挡墙作为一种轻型支挡结构，受力变形特性良好，节约占地及造价、施工周期短、环保美观，逐渐成为了山区斜坡地带路基填筑较为可行的一个方案。然而，受限于山区斜坡地段的复杂环境，使加筋土挡墙的应用存在以下3个困难。
3.1.较之水平场地上的挡土墙，山区斜坡地带挡墙加筋土回填区与原位斜坡交界面软弱，加筋土挡墙回填土区域容易沿着边坡产生整体下滑，并由此导致墙面变形、基地压力过大，回填土强度降低等问题。工程中往往通过调整坡体形态的方式（削坡或挖台阶）控制整体失稳风险，挖方-回填过程中经济与环境成本较高，原位稳定岩土坡低值利用问题显著。
4.2.格栅、填土摩阻力是加筋土挡墙内部稳定的核心，然而，路基承受由路面传来的交通荷载和周围环境的综合影响（特别是雨水入渗），填土工程性质改变，格栅蠕变，导致格栅-填土界面应力松弛，伴随而产生路面不均匀沉降，挡墙变形、坍塌等问题。
5.3.斜坡地段格栅布设空间受限，难以满足规范规定的最小布设长度（公路路基设计规范对于有面板加筋土挡墙此下限值为max ：0.8倍墙高, 5m）。加筋土挡墙内部稳定性难以保证。


技术实现要素：

6.本发明克服了现有技术的不足，提出一种预应力锚索-加筋土挡墙组合支挡结构及其施工方法，以降低加筋土挡墙沿坡面下滑的风险，减小加筋土挡墙受复杂环境与交通荷载长期作用的影响，弥补因空间受限土工格栅布设长度不足的短板，同时又不破坏原有加筋土挡墙土工格栅的连续性，造成施工材料的浪费与产生未知风险。
7.为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：预应力锚索-加筋土挡墙组合支挡结构，包括面板组件、加筋土和预应力锚索；所述面板组件包括基础以及设置在基础上的挡土板和肋柱；挡土板设置在两侧的肋柱之间；所述加筋土包括填土与多个从上至下排列的土工格栅，土工格栅一端与挡土板连接，另一端延伸至斜坡坡面；所述填土填充在面板组件与斜坡坡面之间，预应力锚索一端的锚头与面板组件连接，另一端的锚索锚固段锚固于斜坡内，预应力锚索以2-4
°
的倾角沿面板组件至斜坡方向向下倾斜且不与土工格栅交叉，锚索的预应力通过肋柱和挡土板传递给填土侧向压力。
8.优选的，还包括排水结构，所述排水结构包括挡土板设置的排水孔以及排水孔后
方由透水土工布包裹的砂堆料。
9.优选的，预应力锚索的锚头连接在面板组件的锚索孔上，所述锚索孔设置在挡土板和/或肋柱上。
10.更优的，锚索孔下倾角度为0
°
。
11.优选的，挡土板为预制并预埋钢筋挂钩；土工格栅网孔穿过钢筋挂钩与挡土板连接。
12.优选的，预应力锚索中间的自由段以3
°
的倾角向下倾斜。
13.优选的，土工格栅在挡土板与斜坡坡面之间水平通长布置。
14.优选的，基础与肋柱为一体结构。
15.一项所述支挡结构的施工方法，包括以下步骤：a）开挖基槽：浇筑基础与肋柱；b）将挡土板置于两侧的肋柱之间，挡土板背后分层填筑填土和铺设土工格栅，每次填筑填土后压实，土工格栅穿过挡土板预留钢筋挂钩，与挡土板连接；重复填筑填土与铺设土工格栅，到即将填筑的下一层填土覆盖锚索自由段前停止；c）在坡体成孔，坡体锚索孔深入到坡体内岩层中，送入锚索并注浆，将锚索穿过面板组件预留的锚索孔，并施加预应力。
16.优选的，肋柱分段浇筑，第一节段肋柱与基础同时施工，整体浇筑；当加筋土与预应力锚索在第一节段肋柱布置结束之后，再依次浇筑第二节段肋柱和铺设该节段的加筋土与预应力锚索。
17.本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：（1）本发明将预应力锚索引入山区斜坡地段加筋土挡墙结构。锚索提供的抗滑力降低了加筋土挡墙沿坡面滑移的风险，提高了加筋土挡墙的外部稳定性。锚索预应力通过肋柱和面板传递给填土侧向压力，改善了格栅-填土界面应力状态，避免了因车辆荷载和降雨入渗耦合作用下格栅-填土界面劣化，提高了加筋土挡墙的内部稳定性。
18.（2）土工格栅从面板起，到斜坡坡面止，水平通长布置，填土区域不存在加格栅与未加格栅的界面，避免了因长期车辆荷载作用下路基的不均匀沉降。
19.（3）本发明将预应力锚索下倾角设为3
°
，采用高压注浆的方式，一方面保证了预应力锚索锚固段注浆的饱满，另一方面小倾角（3
°
）的设定避免了锚索自由段破坏土工格栅，对土工格栅造成损伤，破坏土工格栅的连续性。
附图说明
20.图1是本发明山区斜坡地段预应力锚索-加筋土挡墙组合结构整体示意图。
21.图2是面板组件正视图（从填土角度）。
22.图3是面板组件的结构示意图。
23.图4是有预留锚索孔挡土板示意图；图中（a）为正视图，（b）为侧视图。
24.图5是无预留锚索孔挡土板示意图；图中（a）为正视图，（b）为侧视图附图标记对应部件名称为：1-基础，2-肋柱，3-挡土板，4-土工格栅，5-填土，6-透水土工布包裹砂堆料，7-排水孔，8-锚头，9-锚索自由段，10-锚索锚固段，11-锚索孔，12-钢筋挂钩。
具体实施方式
25.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
26.如图1所示，是一种预应力锚索-加筋土挡墙组合支挡结构，包括面板组件、加筋土和预应力锚索及排水设施。如图2-5所示，面板组件由基础1，肋柱2，挡土板3组成，肋柱2与挡土板3立于基础1之上，基础1和肋柱2现场浇筑，肋柱2预留锚索孔11，挡土板3为工厂预制，预留排水孔7，预埋钢筋挂钩12；加筋土包括分层填筑铺设的填土5与土工格栅4；预应力锚索包括锚头8，锚索自由段9与锚索锚固段10；排水设施包括挡土板3预留的排水孔7以及由透水土工布包裹的砂堆料6。
27.条形基础1断面图为矩形，条形基础1采用钢筋混凝土现场浇筑，基础1高度600mm，宽度1000mm，基础1顶部与第一次填土基面持平，沿路基延伸方向每隔20m设置一伸缩缝。
28.肋柱2沿高度方向为矩形等截面，截面为400mm
×
400mm，相邻两肋柱2间距为3000mm。肋柱2分三节段浇筑，第一段肋柱2与基础1整体浇筑，两者轴线重合，形成整体。肋柱2预留锚索孔11，锚索孔11直径为200mm，倾斜角为0
°
。
29.挡土板3由钢筋混凝土预制，挡土板3长度为相邻两肋柱2轴线间距（3000mm），挡土板3高度为1000mm，厚度为300mm。肋柱2预留锚索孔11处，安装预留锚索孔11的挡土板3，肋柱2无预留锚索孔11处，安装无预留锚索孔11的挡土板3，预留锚索孔11为半圆形，位于挡土板3左右两侧中央，直径200mm，参见图4。挡土板3后预埋钢筋挂钩12，钢筋挂钩12为“l”型，位于挡土板3高度600mm处，沿长度方向每隔100mm布设一个。
30.加筋土由填土5与土工格栅4分层铺设组成。每填筑1000mm填土5，铺设一层土工格栅4。相邻土工格栅4之间1000mm厚的填土5应分两次填筑，每次填筑压实后为500mm。土工格栅4自挡土板3起，自坡面止，水平通长布设。土工格栅4网孔穿过挡土板3后预埋钢筋挂钩12，实现与挡土板3的连接。填土可5选用粘性土、中粗砂、粗砂、黄土等。
31.预应力锚索的锚索锚固段10应深入到坡体内稳定的岩层中。锚索自由段9不与土工格栅4产生交叉，避免了对土工格栅4连续性的破坏。预应力锚索施工应在填土覆盖该层锚索之前，锚索施工完成后，填筑锚索上一层填土，锚索上一层填土填筑完成后，施加预应力。锚索下倾角为3
°
。
32.排水设施包括挡土板3预留的排水孔7以及透水土工布包裹的砂堆料6。排水孔7水平设置，无倾斜角。透水土工布包裹的砂堆料6在填土过程中，作为填土5的一部分，紧贴排水孔7填筑。
33.本实施例提供的预应力锚索-加筋土挡墙组合支挡结构的施工方法，步骤如下：步骤a：测量放样，开挖基槽，为支模施工方便，基槽开挖宽度为1500mm。肋柱2分为三节段浇筑，第一节段肋柱2与基础1浇筑一次性浇筑为整体，每节段肋柱2浇筑后高度为设计图纸中该节段肋柱预留锚索孔上方100mm。基槽底整平，支模，布设钢筋，将基础1与第一节段肋柱2整体浇筑。基础宽为1000mm，高600mm；肋柱2预留锚索孔11直径为200mm。
34.步骤b：安装挡土板3，按照预留锚索孔的位置选择是否带有预留锚索孔挡土板（图4、图5），挡土板3紧贴肋2柱垂直放置。挡土板3背后分层填筑填土5和铺设土工格栅4，每次
填筑填土5后需压实，相邻两层土工格栅4之间填土5厚度为1000mm，相邻两层土工格栅4间1000mm厚的填土填土5分两次填筑，每次填筑压实后高度为500mm。土工格栅4穿过挡土板3预留钢筋挂钩12，实现连接。在挡土板3预留排水孔7处，放置由透水土工布包裹的砂堆料6。重复填筑填土5与铺设土工格栅4，到即将填筑下一层填土5覆盖锚索自由段9前停止。
35.步骤c：使用钻孔机在坡体成孔，坡体锚索孔需深入到坡体内稳定的岩层中，坡体锚索孔直径为200mm。将钻孔充分清理后，人工送入锚索，以0.3mpa高压注射水泥砂浆。将锚索穿过肋柱2与挡土板3预留锚索孔11，并按照设计要求施加预应力。要注意的是，锚索施工前应对锚索自由段进行防锈处理。可以刷防锈漆，再包裹塑料布，在塑料布表面涂润滑油套入柔软的塑料管中。
36.步骤d：浇筑第二节段肋柱2，并重复步骤b和c。
37.步骤e：浇筑第三节段肋柱2，并重复步骤b和c。
38.步骤f：在完成步骤a、b、c、d、e的施工后，组合支挡结构已基本完成施工，单是由于受施工步骤及预应力损失的影响，此时组合支挡结构预应力值并非设计所要求预应力，应再次调整锚索预应力值，达到设计的要求。
39.预应力锚索-加筋土挡墙组合支挡结构将预应力引入山区斜坡地段传统加筋土挡墙，锚索提供的抗滑力降低了加筋土挡墙沿坡面滑移的风险，提高了加筋土挡墙的外部稳定性。锚索预应力通过肋柱和面板传递给填土侧向压力，改善了土工格栅-填土界面应力状态，避免了因车辆荷载和降雨入渗耦合作用下土工格栅-填土界面劣化，提高了加筋土挡墙的内部稳定性。本发明将土工格栅在路基断面通常布置，填土区不域存在加格栅与未加格栅的界面，避免了因长期车辆荷载作用下路基的不均匀沉降。本发明将预应力锚索下倾角设为3
°
，采用高压注浆的方式，一方面保证了预应力锚索锚固段注浆的饱满，另一方面小倾角（3
°
）的设定避免了锚索自由段与土工格栅产生交叉，对土工格栅造成损伤，破坏土工格栅的连续性，降低土工格栅的性能。本发明创造性的将预应力锚索引入山区斜坡地段加筋土挡墙，提供了一种山区斜坡地段路基安全稳定的支护结构，解决了路基长期荷载作用下不均匀沉降的问题。
40.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。