一种二次加固旧边坡结构和施工方法与流程

本发明涉及边坡治理技术领域，具体涉及一种二次加固旧边坡结构和施工方法。

背景技术：

随着高速铁路、公路、水利水电等基础设施的大规模兴建，出现了大量的岩土高边坡，其在建设、运营中的各类工程安全问题也日益凸显，各种灾害环境下边坡工程的安全性、耐久性经受巨大考验。边坡加固工程是提高边坡整体稳定的重要措施之一。传统的土钉加固、格构梁加固、支撑墙加固和锚杆加固体系一般由钢筋、混凝土或型钢等材料制成，而这些材料易腐蚀、不能重复使用，耐久性差、浪费资源，易造成环境污染，因此，寻求一种新型且先进的加固系统势在必行。纤维增强复合材料与钢材相比，因其具有工程造价低、抗拉强度高、抗腐蚀性强、松弛性低、抗电磁干扰性强等特点，已得到土木工程界的广泛关注。在边坡加固工程中采用玻璃纤维复合材料，既能节约钢材，保护环境，又能从根本上解决构件腐蚀问题，降低结构的运维费用，延长结构使用寿命。

但一些边坡加固后，由于环境条件恶化，在工程加载、雨水入渗以及地震等因素影响下，边坡自身材料逐渐劣化，使得支挡结构变形甚至失效，如挡墙开裂、滑移，抗滑桩变形、倒塌，锚杆框架变形、下错，锚杆失效等，进而影响结构的正常使用性能，在极端降雨情况下可能导致边坡土体饱和度增加，由于土体膨胀力增加可能导致边坡支护结构失稳破坏。

对治理后出现危险的边坡，需要根据边坡和治理工程结构的变形情况进行二次加固(补强加固)。受前期主体工程布局的影响，二次加固可供利用的空间有限，而且不宜产生较大的施工扰动。因此，受力合理、锚固性能良好、施工破坏小、适应地形条件较强的锚固技术是边坡坡体和原有治理工程结构二次加固的最佳选择。

从目前工程实践来看，挡土墙结构加固理论研究相对滞后于工程实践，且目前缺乏行业规范来指导挡土墙结构加固，这就为挡土墙结构加固方案选取提供了客观难度，常见二次加固方式采用的仍是土钉加固、格构梁加固、支撑墙加固、锚杆加固等。

尽管上述二次加固技术对旧边坡的治理能起到一定的作用，但其本质上与一次加固技术类似。此外，土钉加固、格构梁加固、支撑墙加固、锚杆加固等二次加固措施对旧边坡会产生一定施工扰动，所需要的作业空间较大，且在后期的降雨入渗后，土钉、格构梁、支撑墙、锚杆的耐久性仍会受到威胁，仍有可能在较短的时间内失效，影响二次加固效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种二次加固旧边坡结构和施工方法，本发明提供的二次加固旧边坡结构，受力合理、锚固性能良好、施工破坏小，能够提高边坡工程的耐久性、安全性和稳定性，确保二次治理效果。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种二次加固旧边坡结构，包括旧边坡、旧防护结构以及设置于所述旧防护结构外侧的预制格构梁；所述预制格构梁通过纤维增强复合材料锚固系统锚固在旧边坡上；所述预制格构梁之间填充有混凝土挡板。

优选地，所述二次加固旧边坡结构还包括若干个泄水孔，所述泄水孔贯穿所述旧防护结构和混凝土挡板；所述泄水孔的内部填充有粗砂。

优选地，所述旧防护结构为土钉加固体系、格构梁加固体系、支撑墙加固体系或锚杆加固体系。

优选地，所述预制格构梁为“l”型、“t”型和“十”字型中的一种或几种；所述预制格构梁由若干节格构梁组成，相邻两节格构梁之间的连接端通过钢筋插头和钢筋插孔相插接。

优选地，所述混凝土挡板的内部设置有钢筋网片。

优选地，所述预制格构梁和混凝土挡板之间的连接端通过钢筋插头和钢筋插孔相插接。

优选地，所述纤维增强复合材料锚固系统包括纤维增强复合锚杆、锚孔、钻孔、螺母、钢垫板、锚斜托、砼封锚、对中支架和注浆体；所述锚孔设置在所述预制格构梁的转角处；所述钻孔设置于旧边坡上，所述钻孔与锚孔对中；所述纤维增强复合锚杆的一端插入钻孔，另一端穿出锚孔；所述锚斜托、钢垫板和螺母依次设置于所述预制格构梁的外侧，用于固定纤维增强复合锚杆；所述砼封锚封闭所述钢垫板和螺母；所述对中支架设置于所述纤维增强复合锚杆和钻孔之间；所述钻孔的内部填充有注浆体。

优选地，所述旧边坡为土质边坡或岩质边坡；所述旧边坡的边坡坡角为0～90°。

本发明还提供了一种二次加固旧边坡的施工方法，包括以下步骤：

按照上述技术方案所述的结构，在旧防护结构的外侧安装预制格构梁，在所述预制格构梁之间填充混凝土挡板，利用纤维增强复合材料锚固系统将所述预制格构梁锚固在旧边坡上。

优选地，所述纤维增强复合材料锚固系统的形成方法，包括以下步骤：

在旧边坡设置钻孔，所述钻孔的深度根据纤维增强复合锚杆的设计长度确定，并留有一定长度的超钻段；

将纤维增强复合锚杆的一端插入所述钻孔内，向所述钻孔内注入水泥砂浆，形成注浆体；

在预制格构梁上设置锚孔和混凝土挡板，将所述锚孔与钻孔对中，所述纤维增强复合锚杆的另一端由锚孔穿出，在所述预制格构梁的外侧依次布设锚斜托、钢垫板和螺母，利用砼封锚封闭所述钢垫板和螺母，形成纤维增强复合材料锚固系统。

本发明提供了一种二次加固旧边坡结构，包括旧边坡、旧防护结构以及设置于所述旧防护结构外侧的预制格构梁；所述预制格构梁通过纤维增强复合材料锚固系统锚固在旧边坡上；所述预制格构梁之间填充有混凝土挡板。本发明在旧防护结构的外侧增设装预制格构梁和混凝土挡板，以减小二次加固施工对旧边坡支挡结构的扰动；并利用纤维增强复合材料锚固系统将预制格构梁固定，以形成结构受力合理、锚固性能良好、施工破坏小的旧边坡二次加固结构。本发明在锚固系统中利用纤维增强复合材料替代钢筋、钢管、钢绞线等，形成纤维增强复合材料锚固系统，可以防止边坡挡墙、抗滑桩、锚杆框架进一步开裂、滑移、失稳，提高边坡工程的耐久性、抗腐蚀性、安全性和稳定性，既能节约钢材，保护环境，又能从根本上解决构件腐蚀问题，降低结构的运维费用，延长结构使用寿命，确保二次治理效果。

附图说明

图1为本发明实施例中二次加固旧边坡结构的立面图；

图2为本发明实施例中二次加固旧边坡结构的剖面图；

图3为“l”型、“t”型和“十”字型格构梁的示意图；

图4为预制格构梁中各节格构梁的连接示意图；

图5为纤维增强复合材料锚固系统的示意图；

图6为图5中i-i剖面图；

图7为预制格构梁与混凝土挡板的连接示意图；

其中，1为旧边坡，2为预制格构梁，3为纤维增强复合材料锚固系统，4为旧防护结构，5为泄水孔，6为钢筋网片，7为锚斜托，8为钢垫板，9为螺母，10为砼封锚，11为纤维增强复合锚杆，12为对中支架，13为水泥砂浆，14为超钻段，15为钻孔，16为注浆管，17为锚筋，18为混凝土挡板，19为锚孔，20为一节格构梁，21为钢筋插孔，22为钢筋插头，23为预埋钢筋，24为波纹钢管，25为接缝，26为连接剂。

具体实施方式

本发明提供了一种二次加固旧边坡结构，包括旧边坡、旧防护结构以及设置于所述旧防护结构外侧的预制格构梁；所述预制格构梁通过纤维增强复合材料锚固系统锚固在旧边坡上；所述预制格构梁之间填充有混凝土挡板。

本发明提供的二次加固旧边坡结构包括旧边坡。在本发明中，所述旧边坡优选为土质边坡或岩质边坡；所述旧边坡的边坡坡角优选为0～90°。

本发明提供的二次加固旧边坡结构包括设置在所述旧边坡上的旧防护结构。在本发明中，所述旧防护结构优选为土钉加固体系、格构梁加固体系、支撑墙加固体系或锚杆加固体系。本发明对所述土钉加固体系、格构梁加固体系、支撑墙加固体系和锚杆加固体系没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的加固体系即可。

本发明提供的二次加固旧边坡结构包括设置于所述旧防护结构外侧的预制格构梁。在本发明中，所述预制格构梁优选为“l”型、“t”型和“十”字型中的一种或几种，所述预制格构梁优选在工厂预制，现场装配式施工。在本发明中，所述预制格构梁的转角处设置有锚孔，所述锚孔的直径优选为100～150mm。

在本发明中，所述预制格构梁优选由若干节格构梁组成，每一节格构梁的长度优选为1500～3000mm，宽度优选为200～600mm，高度优选为200～600mm。在本发明中，相邻两节格构梁之间的连接端优选通过钢筋插头和钢筋插孔相插接；所述钢筋插孔优选由波纹钢管形成，所述波纹钢管和钢筋插头之间的缝隙优选填充有连接剂，相邻两节格构梁之间的接缝处优选填充有连接剂。本发明对所述连接剂的具体组成没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的连接剂即可。

在本发明中，所述预制格构梁之间填充有混凝土挡板，具体在所述预制格构梁的格构中填充混凝土挡板。在本发明中，所述混凝土挡板优选采用装配式施工，每一块混凝土挡板的长度优选为1500～3000mm，宽度优选为1500～3000mm，高度优选为200～300mm。在本发明中，所述混凝土挡板的内部设置有钢筋网片，所述钢筋网片中钢筋的直径优选为14～22mm。

在本发明中，所述预制格构梁和混凝土挡板之间的连接端优选通过钢筋插头和钢筋插孔相插接；所述钢筋插孔优选由波纹钢管形成，所述波纹钢管和钢筋插头之间的缝隙优选填充有连接剂，所述预制格构梁和混凝土挡板之间的接缝处优选填充有连接剂。

本发明提供的二次加固旧边坡结构优选还包括若干个泄水孔，所述泄水孔贯穿所述旧防护结构和混凝土挡板；所述泄水孔的内部填充有粗砂。在本发明中，所述泄水孔优选采用pvc管梅花形布置，所述pvc管的内径优选为20～30mm，相邻两个泄水孔的垂直距离优选为1500～2000mm；所述泄水孔插入旧边坡的深度优选为400～600mm。在本发明中，所述粗砂的粒径优选为3～15mm。本发明在泄水孔中填充粗砂能够形成反滤层。

本发明提供的二次加固旧边坡结构还包括将所述预制格构梁锚固在旧边坡上的纤维增强复合材料锚固系统。在本发明中，所述纤维增强复合材料锚固系统优选包括纤维增强复合锚杆、锚孔、钻孔、螺母、钢垫板、锚斜托、砼封锚、对中支架和注浆体；所述锚孔设置在所述预制格构梁的转角处；所述钻孔设置于旧边坡上，所述钻孔与锚孔对中；所述纤维增强复合锚杆的一端插入钻孔，另一端穿出锚孔；所述锚斜托、钢垫板和螺母依次设置于所述预制格构梁的外侧，用于固定纤维增强复合锚杆；所述砼封锚封闭所述钢垫板和螺母；所述对中支架设置于所述纤维增强复合锚杆和钻孔之间；所述钻孔的内部填充有注浆体。

在本发明中，所述纤维增强复合锚杆的材质优选包括碳纤维增强聚合物、芳纶纤维增强聚合物和玻璃纤维增强聚合物中的一种或几种；所述纤维增强复合锚杆的直径优选为20～28mm，长度优选为10～20m；相邻两个纤维增强复合锚杆的间距优选为1500～2000mm，本发明优选按区段分排施工，排距优选为2000～3000mm。在本发明中，所述纤维增强复合锚杆上优选设置有3根锚筋，用于在安装时固定纤维增强复合锚杆。在本发明中，所述纤维增强复合锚杆的设计倾角优选为15°～25°。

在本发明中，所述钻孔的孔径优选为100～150mm。

在本发明中，所述钢垫板的厚度优选为15～25mm，外径优选为150～180mm。

在本发明中，所述螺母的长度优选20～60mm，螺距优选为9～10.5mm，外径优选为40～60mm，内径优选为20～28mm。

本发明还提供了一种二次加固旧边坡的施工方法，包括以下步骤：按照上述技术方案所述的结构，在旧防护结构的外侧安装预制格构梁，在所述预制格构梁之间填充混凝土挡板，利用纤维增强复合材料锚固系统将所述预制格构梁锚固在旧边坡上。

在本发明中，所述纤维增强复合材料锚固系统的形成方法，包括以下步骤：在旧边坡设置钻孔，所述钻孔的深度根据纤维增强复合锚杆的设计长度确定，并留有一定长度的超钻段；将纤维增强复合锚杆的一端插入所述钻孔内，在所述钻孔内注入水泥砂浆，形成注浆体；在预制格构梁上设置锚孔和混凝土挡板，将所述锚孔与钻孔对中，所述纤维增强复合锚杆的另一端由锚孔穿出，在所述预制格构梁的外侧依次布设锚斜托、钢垫板和螺母，利用砼封锚封闭所述钢垫板和螺母，形成纤维增强复合材料锚固系统。

在本发明中，优选利用注浆管向钻孔内注入水泥砂浆。

在本发明中，所述水泥砂浆的灰砂比优选为1.0～1.5，水灰比优选为0.45～0.5，浆体强度优选为25～35mpa。在本发明中，所述水泥砂浆的注浆压力优选为0.5～0.8mpa，二次高压注浆压力优选为1.5～2.5mpa。

在本发明的具体实施例中，所述二次加固旧边坡的施工方法为：

(1)根据旧边坡二次加固设计方案，确定“l”型格构梁、“t”型格构梁和“十”字型格构梁的尺寸、数量、配筋，交由工厂预制、养护，等待现场装配施工。

(2)对锚杆工作面进行人工场地平整，以满足锚杆机与套管钻机的需要；施工前用全站仪和经纬仪测定锚杆施工的控制点，埋石标记，经过复测验线合格后，用钢尺和测线实地布设孔位，并用红油漆做好标记，一孔一记。

(3)钻机进场后按照先前测量放线放出的孔位位置就位后，调整角度，孔位允许垂直度偏差为水平方向100mm，垂直方向50mm；按设计要求定位开孔，采用专用锚杆机带套筒机械作业成孔，调整钻机的钻进角度与水平面的夹角；钻孔采用回转钻进去，钻孔达到预定深度；现场应存储定量速凝剂、玻璃水及沙袋钢管等堵漏材料，以防成孔过程中孔内出现大量涌水涌砂现象；钻机钻孔施工完成后，清理孔内泥浆、泥皮和沉渣。

(4)现场制作纤维增强复合锚杆，锚筋、对中支架、一次常压注浆管、二次高压注浆管组成，将锚杆拉杆安放在钻孔内中心；利用注浆管进行注浆，注浆材料采用普通硅酸盐水泥浆，外加速凝剂，其水泥、细骨料速凝剂等材料应符合相应的标准要求；注浆液按设计要求配制，常压灌浆压力为0.5mpa，根据现场情况，进行二次高压灌浆。

(5)安装格构梁、混凝土挡板，纤维增强复合锚杆由格构梁上的锚孔穿出，布设锚斜托、钢垫板和螺母，再利用砼封锚，形成纤维增强复合材料锚固系统。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供的二次加固旧边坡结构如图1～2所示，旧边坡1上设有旧防护结构4，旧防护结构4是支撑墙和锚杆加固体系等，旧防护结构4的外侧设有立柱，可直接利用，再增加部分横向的预制格构梁2进行二次加固，预制格构梁2采用纤维增强复合材料锚固系统3进行锚固，中间用混凝土挡板18填充，混凝土挡板18和旧防护结构4中布设有多道泄水孔5，泄水孔5内填有粗砂；所述泄水孔5采用内径28mm的pvc管，间距1800mm梅花型布置，插入旧边坡的深度500mm；所述粗砂的平均粒径为8mm。

旧边坡1为岩质边坡，边坡坡角为78°。

所述预制格构梁2由“l”型、“t”型和“十”字型格构梁组成(如图3所示)，在工厂预制，现场装配式施工；所述“l”、“t”和“十”字型格构梁的转角处设有锚孔19，锚孔直径为120mm；

所述预制格构梁2的整体长度为210m，宽度为17.2m；所述预制格构梁由若干节格构梁20组成(如图4所示)，每一节格构梁20长2000mm，高500mm，宽350mm；相邻两节格构梁20之间的连接端通过钢筋插头22和钢筋插孔21相插接，钢筋插孔21由波纹钢管24形成，波纹钢管24和钢筋插头22之间的缝隙填充有连接剂26，在所述格构梁20之间的接缝处也填充有连接剂26；所述预制格构梁的内部设置有预埋钢筋23。

所述混凝土挡板18采用装配式施工，每一块混凝土挡板长2000mm，宽2000mm，高250mm，内布设有钢筋网片6(如图5所示)，钢筋网直径18mm。

所述预制格构梁2与混凝土挡板18之间采用钢筋插头22和钢筋插孔21相插接(如图7所示)，钢筋插孔21由波纹钢管24形成，波纹钢管24和钢筋插头22之间的缝隙填充有连接剂26，在所述预制格构梁2与混凝土挡板18之间的接缝处也填充有连接剂26；所述预制格构梁的内部设置有预埋钢筋23。

所述纤维增强复合材料锚固系统3如图5～6所示，先在旧边坡设定位置钻孔15，所述的钻孔15孔径为120mm，深度根据纤维增强复合锚杆11的设计长度确定，并留有一定长度的超钻段14；在预制格构梁2安装后，将锚孔19与钻孔15对中，并将纤维增强复合锚杆11的一端插入钻孔15；纤维增强复合锚杆11为玻璃纤维增强聚合物(gfrp)筋，直径为28mm，其上设有3根锚筋17，并利用支架12进行对中，再利用注浆管16注入水泥砂浆13，形成水泥砂浆锚固体；所述纤维增强复合锚杆11的另一端由锚孔穿出，设计倾角为20°；在所述预制格构梁2的外侧布设锚斜托7、钢垫板8和螺母9，再利用砼封锚10封闭钢垫板8和螺母9，从而形成纤维增强复合材料锚固系统3；

所述纤维增强复合锚杆11的长度为16mm，锚杆间距为1800mm，按区段分排施工，排距为2500mm；

所述钢垫板8的厚度为22mm，外径160mm；

所述螺母9的长度20mm，螺距9mm，外径40mm，内径20mm；

所述水泥砂浆13的灰砂比为1.2，水灰比为0.5，浆体强度30mpa；注浆压力为0.8mpa，二次高压注浆压力2.0mpa。

实施例2

港储部老十万罐区堑坡位于中石化某地炼化化司内齐家山西侧山麓地带，原旧边坡最大坡高41.3m，四级放坡，已采用浆砌片石挡墙+锚杆挡墙+喷射混凝土支护，第一级坡面采用浆砌片石挡墙支护，第二级坡面及第三级坡面采用锚杆+立柱+预制挡板支护，第四级坡面采用喷射混凝土支护。随着边坡近20年的运营，且随着时间的延长及近海海洋环境的影响，第二、第三级及立柱有钢筋混凝土碳化，导致保护层普遍剥落，钢筋锈蚀甚至断裂现象，平台可见剥落物堆积。此外，第二级坡面多处有渗水，局部植被发育，浆砌片石挡墙局部有渗水，勾缝脱落及植被发育现象，第四级坡面蝉联喷砼面破损，边坡防护能力减弱，局部出现病害特征，若进一步发展将对工作人员构成威胁。为此，根据边坡和治理工程结构的变形情况进行二次加固(补强加固)。受前期主体工程布局的影响，二次加固可供利用的空间有限，而且不宜产生较大的施工扰动。因此，受力合理、锚固性能良好、施工破坏小、适应地形条件较强的锚固技术是边坡坡体和原有治理工程结构二次加固的最佳选择。

1、设计方案

综合考虑本工程的地质条件，周边环境条件待各方面的因素，经分析和对比，采用锚杆+支撑墙+立柱(原有)+预制格构梁进行二次加固，具体设计方案如下：

(1)在原来旧的支护结构挡板区采用纤维增强复合锚杆挡墙进行加固防护，锚杆采用全长粘结水泥砂浆gfrp纤维增强复合锚杆，锚筋采用直径28mm的gfrp纤维筋；锚杆长度9m、12m，间距1.5m×3.0m(竖向)，最低一排高于平台1.5m，锚杆倾角15度，孔径100mm，注浆采用m30水泥砂浆，水泥采用p.042.5普通硅酸盐水泥。

(2)预制格构梁高600mm，宽350mm，长度需根据原边坡的预制挡板尺寸确定。支撑墙采用钢筋混凝土预制，混凝土强度等级为c35，厚度20cm，钢筋保护层厚度不小于50mm，墙体的高、宽需根据原边坡的预制挡板尺寸确定，原则上高度不大于3m。墙内预留泄水孔，内置的pvc排水管，外倾角度不小于5％。

2、施工技术方案

(1)钻锚杆孔前应根据要求和边坡坡面情况定出孔位，做出标记。

(2)锚杆安装前，杆体应平直，水泥砂浆配比为：灰砂比采用1.0～1.5，水灰比采用0.45～0.50，浆体强度不低于30mpa。

(3)水泥采用p.042.5普通硅酸盐水泥，锚杆砂浆保护层厚度不小于25mm。

(4)注浆时，注浆管应插至距孔底50～100mm，随水泥砂浆的注入缓慢均速拔出，杆体插入后，若孔口无水泥砂浆溢出，应及时补注。

(5)杆体插入孔内的度长不应小于规定长度的98％。

(6)沿锚杆每隔2.0m设一对对中支架。

(7)支撑墙与坡面间空隙应先采用片石混凝土砌补，待平顺后再安装预制支撑墙。

(8)各支撑墙预制拼装后，采用水泥砂浆对该两块连接板进行浇筑加固。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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