本发明涉及边坡沉降防治技术领域，尤其涉及一种自钻式土钉与加筋挡土墙联结系统及方法。
背景技术：
我国幅员辽阔，地形复杂，随着基础设施建筑工程数量的日益增长，在公路工程的建设过程中面临着愈来愈多的边坡稳定性治理问题。尤其在黄土丘陵沟壑区高等级公路的施工过程中，不可避免地会遇到各种各样的高填方路基或者跨越黄土沟壑的填方路基。为保证路基的稳定性，一般的工程措施通过设置挡土墙的方式对路基填土或者开挖路堑进行有效地支挡防护，以防止由于降雨、振动荷载等不利因素带来的土体变形破坏。目前的施工技术中多采用重力式挡土墙进行支挡，重力式挡土墙结构简单、施工方便和造价低廉诸多优点，但也存在自重较大、圬工量多、对地基承载力要求较高等不足之处。加筋挡土墙通过在填土中置入人工加筋材，依靠加筋材和土体之间的摩擦力改善土体变形条件，具有提高填土的自身稳定性，属于柔性结构，对地基不均匀沉降变形适应能力强等诸多优点。但受限于拉筋布设的限制，其工程应用一般多见于地形较为平坦且宽敞的填方路段上，在挖方路段或地形陡峭的山坡鲜有实施案例。
黄土作为一种特殊土，垂直节理发育并具有较强的水敏性，干燥状态时黄土边坡具有较好的直立性，而在浸水后又具有不同程度的湿陷变形。高等级公路在跨越黄土丘陵沟壑区时，如何保证填方路基与沟壑陡峭边壁结合部的稳定性和减缓路基由于地基不均匀沉降带来的病害成为制约高等级公路建设质量的关键问题。传统的施工方法依旧采用分层夯实填筑的方式，在高填方地区存在占地面积大、工程量繁重、作业面积有限等缺点，对于沟壁较为陡立的边坡，在填挖交界处无法开挖满足要求的台阶，为后期的路基不均匀沉降病害埋存隐患；改进的施工方法通过在原状黄土地层内开设一定深度的沟槽，将加筋材预埋其中，然后进行填方作业，这种做法能够有效地加强填土的力学性质，对不均匀沉降具有一定的改善，但在后期路基固结沉降过程中填挖交接处的加筋材易出现应力集中的现象，严重时可能导致加筋材的断裂，影响到路基的工作运营状态。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种自钻式土钉与加筋挡土墙联结系统，解决了传统加筋挡土结构在挖方路段和地形陡峭的黄土丘陵沟壑区应用困难的问题，在保证填方路基和陡立坡面交接处稳定性的同时，降低加筋材因不均匀沉降带来的应力集中而致损的风险，提高了黄土地区高等级公路填方路基的建设质量和可靠性。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种自钻式土钉与加筋挡土墙联结系统，包括边坡、加筋挡土墙和联结构件，所述边坡底部施工出地基，所述边坡上钉入有若干个自钻式土钉，所述地基上构筑有加筋挡土墙，所述加筋挡土墙从下至上依次设有若干个加筋挡土墙构件，所述加筋挡土墙构件通过联结构件与自钻式土钉连接固定；所述联结构件包括联结部件和纵向联结杆，所述联结部件由承压部件和固定于承压部件两侧的环状握裹部组成，所述纵向联结杆紧密固定安装于环状握裹部中，所述自钻式土钉端部穿过承压部件并通过土钉锚固端头紧固锁定，所述纵向联结杆呈竖向方向紧贴于边坡的坡面；所述加筋挡土墙构件包括加筋格网、水平支撑杆、联结绳索和夹持固定机构，所述加筋格网端部连接有水平支撑杆，所述加筋挡土墙构件的水平支撑杆与联结构件的纵向联结杆通过联结绳索连接。
为了更好地实现本发明，所述边坡的坡面从内至外依次铺设有无纺土工布、镀锌点焊钢丝网、碎石透水层，所述自钻式土钉靠近土钉锚固端头的端部依次穿过无纺土工布、镀锌点焊钢丝网、碎石透水层，所述联结构件、加筋挡土墙构件位于碎石透水层外侧。
作为优选，所述联结绳索绕过纵向联结杆、水平支撑杆并形成环形形状，所述联结绳索的两自由端通过夹持固定机构夹持锁定。
作为优选，所述纵向联结杆为实心带肋钢材制成，所述联结构件包括若干个纵向联结杆和联结部件，所述联结构件的纵向联结杆通过联结部件依次连接。
作为优选，所述水平支撑杆由圆柱形的不锈钢管制成，所述联结绳索为钢缆绳。
作为优选，所述碎石透水层由碎石透水材料碾压密实施工而成。
作为优选，所述加筋挡土墙由加筋挡土墙构件分层排列且经过夯实土体构筑而成。
一种自钻式土钉与加筋挡土墙联结方法，其方法如下：
a、在原地形边坡的边坡开挖区域采用分级开挖形式开挖出边坡，并在边坡底部施工出地基；在边坡的坡面从内至外依次铺设有无纺土工布、镀锌点焊钢丝网，按照设计间隔向边坡钉打入若干个自钻式土钉，然后在镀锌点焊钢丝网外侧铺设施工出碎石透水层，自钻式土钉端部伸出碎石透水层；
b、在自钻式土钉端部通过土钉锚固端头连接好联结构件，所有联结构件的纵向联结杆在碎石透水层外表面紧贴铺设，通过联结绳索依次将加筋挡土墙构件连接于联结构件的纵向联结杆上，同时通过夹持固定机构将联结绳索的两自由端锁定，通过土钉锚固端头紧密锁定联结构件与自钻式土钉；所有加筋挡土墙构件经过夯实土体构筑成加筋挡土墙。
作为优选，所述碎石透水层的施工方法如下：在镀锌点焊钢丝网外侧铺设碾压密实的碎石透水材料构筑成碎石透水层。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明解决了传统加筋挡土结构在挖方路段和地形陡峭的黄土丘陵沟壑区应用困难的问题，在保证填方路基和陡立坡面交接处稳定性的同时，降低加筋材因不均匀沉降带来的应力集中而致损的风险，提高了黄土地区高等级公路填方路基的建设质量和可靠性。
(2)本发明通过自钻式土钉、联结构件起到加筋挡土墙与边坡的连接，在边坡开挖区域后壁上钻设土钉之后，将联结构件按设计间隔装配于土钉之上，再将加筋挡土墙构件联结于联结构件上，然后通过夯实土体构筑加筋挡土墙。可以达到提高填方路基与原状陡立坡面交接处和填土路基自身稳定性的目的，同时利用可活动联结绳索减少了加筋材联结部位的应力集中，降低差异性沉降导致加筋材破坏的风险；本发明的连接属于柔性结构，极大地提高了路基对不均匀沉降病害的适应性。
(3)本发明突破了传统加筋挡土墙在挖方路段和地形陡峭的黄土丘陵沟壑区应用的技术瓶颈，提高了黄土丘陵沟壑区陡立边坡坡面与填方路基交接处的联结稳定性，并且降低了加筋材因工后沉降固结过程中差异性沉降导致的应力集中而产生断裂破坏的风险。
附图说明
图1为原地形边坡的边坡开挖区域示意图；
图2为自钻式土钉钉入边坡的示意图；
图3为自钻式土钉按设计要求钉入边坡的布置示意图；
图4为本发明中加筋挡土墙与自钻式土钉联结的示意图；
图5为本发明联结构件的结构示意图；
图6为本发明中加筋挡土墙与联结构件、自钻式土钉联结的放大示意图；
图7为图6中单处加筋挡土墙与联结构件联结的示意图；
图8为本发明联结系统的立体结构示意图。
其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
1－边坡开挖区域，2－自钻式土钉，21－土钉锚固端头，3－镀锌点焊钢丝网，4－无纺土工布，5－碎石透水层，6－加筋挡土墙构件，61－加筋格网，62－水平支撑杆，63－联结绳索，64－夹持固定机构，7－联结构件，71－联结部件，711－承压部件，712－环状握裹部，72－纵向联结杆，8－边坡,9－地基。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：
实施例
如图1～图8所示，一种自钻式土钉与加筋挡土墙联结系统，包括边坡8、加筋挡土墙和联结构件7，边坡8底部施工出地基9，边坡8上钉入有若干个自钻式土钉2，地基9上构筑有加筋挡土墙，加筋挡土墙从下至上依次设有若干个加筋挡土墙构件6，加筋挡土墙构件6分层设置，每层加筋挡土墙构件6构成土工格栅，所有层加筋挡土墙构件6经过夯实土体构筑成加筋挡土墙，即加筋挡土墙由加筋挡土墙构件6分层排列且经过夯实土体构筑而成；加筋挡土墙构件6通过联结构件7与自钻式土钉2连接固定。如图6所示，边坡8的坡面从内至外依次铺设有无纺土工布4、镀锌点焊钢丝网3、碎石透水层5，自钻式土钉2靠近土钉锚固端头21的端部依次穿过无纺土工布4、镀锌点焊钢丝网3、碎石透水层5，联结构件7、加筋挡土墙构件6位于碎石透水层5外侧。碎石透水层5由碎石透水材料碾压密实施工而成。
如图5所示，联结构件7包括联结部件71和纵向联结杆72，联结部件71由承压部件711和固定于承压部件711两侧的环状握裹部712组成，纵向联结杆72紧密固定安装于环状握裹部712中，自钻式土钉2端部穿过承压部件711并通过土钉锚固端头21紧固锁定，纵向联结杆72呈竖向方向紧贴于边坡8的坡面。加筋挡土墙构件6包括加筋格网61、水平支撑杆62、联结绳索63和夹持固定机构64，加筋格网61端部连接有水平支撑杆62，加筋挡土墙构件6的水平支撑杆62与联结构件7的纵向联结杆72通过联结绳索63连接。本实施例的水平支撑杆62由圆柱形的不锈钢管制成，联结绳索63为钢缆绳。
如图7所示，联结绳索63绕过纵向联结杆72、水平支撑杆62并形成环形形状，联结绳索63的两自由端通过夹持固定机构64夹持锁定，这样联结绳索63一端套住纵向联结杆72，联结绳索63另一端套住水平支撑杆62，以实现自钻式土钉2与加筋挡土墙构件6之间的连接。本实施例的纵向联结杆72端头外露长度应不小于30cm，以保证环状握裹部712对纵向联结杆72的有效联结。纵向联结杆72为实心带肋钢材制成，联结构件7包括若干个纵向联结杆72和联结部件71，联结构件7的纵向联结杆72通过联结部件71依次连接。
一种自钻式土钉与加筋挡土墙联结方法，其方法如下：
a、在原地形边坡的边坡开挖区域1采用分级开挖形式开挖出边坡8，并在边坡8底部施工出地基9；在边坡8的坡面从内至外依次铺设有无纺土工布4、镀锌点焊钢丝网3，这样可以防止小石坠落以确保往后施工的便利性及安全性，按照设计间隔向边坡8钉打入若干个自钻式土钉2，然后在镀锌点焊钢丝网3外侧铺设施工出碎石透水层5，自钻式土钉2端部伸出碎石透水层5；本发明碎石透水层5的施工方法如下：在镀锌点焊钢丝网3外侧铺设碾压密实的碎石透水材料构筑成碎石透水层5。
b、在自钻式土钉2端部通过土钉锚固端头21连接好联结构件7，所有联结构件7的纵向联结杆72在碎石透水层5外表面紧贴铺设，通过联结绳索63依次将加筋挡土墙构件6连接于联结构件7的纵向联结杆72上，本实施例的纵向联结杆72端头外露长度应不小于30cm，以保证环状握裹部712对纵向联结杆72的有效联结；同时通过夹持固定机构64将联结绳索63的两自由端锁定，通过土钉锚固端头21紧密锁定联结构件7与自钻式土钉2；所有加筋挡土墙构件6经过夯实土体构筑成加筋挡土墙。本发明通过联结构件7来联结自钻式土钉2与加筋挡土墙(具体为加筋挡土墙构件6起到连接作用，加筋挡土墙构件6位于加筋挡土墙内部起到加筋挡土作用)，可以让填方路基和原状陡立坡面之间产生良好的联结力，同时也能将联结力均匀分散开，不易松垮，且在施工上更加省时、省工序，而且可大幅度降低自钻式土钉2的使用数量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种自钻式土钉与加筋挡土墙联结系统，包括边坡（8），所述边坡（8）底部施工出地基（9），其特征在于：还包括加筋挡土墙和联结构件（7），所述边坡（8）上钉入有若干个自钻式土钉（2），所述地基（9）上构筑有加筋挡土墙，所述加筋挡土墙从下至上依次设有若干个加筋挡土墙构件（6），所述加筋挡土墙构件（6）通过联结构件（7）与自钻式土钉（2）连接固定；所述联结构件（7）包括联结部件（71）和纵向联结杆（72），所述联结部件（71）由承压部件（711）和固定于承压部件（711）两侧的环状握裹部（712）组成，所述纵向联结杆（72）紧密固定安装于环状握裹部（712）中，所述自钻式土钉（2）端部穿过承压部件（711）并通过土钉锚固端头（21）紧固锁定，所述纵向联结杆（72）呈竖向方向紧贴于边坡（8）的坡面；所述加筋挡土墙构件（6）包括加筋格网（61）、水平支撑杆（62）、联结绳索（63）和夹持固定机构（64），所述加筋格网（61）端部连接有水平支撑杆（62），所述加筋挡土墙构件（6）的水平支撑杆（62）与联结构件（7）的纵向联结杆（72）通过联结绳索（63）连接。
2.按照权利要求1所述的一种自钻式土钉与加筋挡土墙联结系统，其特征在于：所述边坡（8）的坡面从内至外依次铺设有无纺土工布（4）、镀锌点焊钢丝网（3）、碎石透水层（5），所述自钻式土钉（2）靠近土钉锚固端头（21）的端部依次穿过无纺土工布（4）、镀锌点焊钢丝网（3）、碎石透水层（5），所述联结构件（7）、加筋挡土墙构件（6）位于碎石透水层（5）外侧。
3.按照权利要求1或2所述的一种自钻式土钉与加筋挡土墙联结系统，其特征在于：所述联结绳索（63）绕过纵向联结杆（72）、水平支撑杆（62）并形成环形形状，所述联结绳索（63）的两自由端通过夹持固定机构（64）夹持锁定。
4.按照权利要求1所述的一种自钻式土钉与加筋挡土墙联结系统，其特征在于：所述纵向联结杆（72）为实心带肋钢材制成，所述联结构件（7）包括若干个纵向联结杆（72）和联结部件（71），所述联结构件（7）的纵向联结杆（72）通过联结部件（71）依次连接。
5.按照权利要求1所述的一种自钻式土钉与加筋挡土墙联结系统，其特征在于：所述水平支撑杆（62）由圆柱形的不锈钢管制成，所述联结绳索（63）为钢缆绳。
6.按照权利要求2所述的一种自钻式土钉与加筋挡土墙联结系统，其特征在于：所述碎石透水层（5）由碎石透水材料碾压密实施工而成。
7.按照权利要求1所述的一种自钻式土钉与加筋挡土墙联结系统，其特征在于：所述加筋挡土墙由加筋挡土墙构件（6）分层排列且经过夯实土体构筑而成。
8.一种自钻式土钉与加筋挡土墙联结方法，其特征在于：其方法如下：
a、在原地形边坡的边坡开挖区域（1）采用分级开挖形式开挖出边坡（8），并在边坡（8）底部施工出地基（9）；在边坡（8）的坡面从内至外依次铺设有无纺土工布（4）、镀锌点焊钢丝网（3），按照设计间隔向边坡（8）钉打入若干个自钻式土钉（2），然后在镀锌点焊钢丝网（3）外侧铺设施工出碎石透水层（5），自钻式土钉（2）端部伸出碎石透水层（5）；
b、在自钻式土钉（2）端部通过土钉锚固端头（21）连接好联结构件（7），所有联结构件（7）的纵向联结杆（72）在碎石透水层（5）外表面紧贴铺设，通过联结绳索（63）依次将加筋挡土墙构件（6）连接于联结构件（7）的纵向联结杆（72）上，同时通过夹持固定机构（64）将联结绳索（63）的两自由端锁定，通过土钉锚固端头（21）紧密锁定联结构件（7）与自钻式土钉（2）；所有加筋挡土墙构件（6）经过夯实土体构筑成加筋挡土墙。
9.按照权利要求8所述的一种自钻式土钉与加筋挡土墙联结系统，其特征在于：所述碎石透水层（5）的施工方法如下：在镀锌点焊钢丝网（3）外侧铺设碾压密实的碎石透水材料构筑成碎石透水层（5）。
技术总结