一種集塊模式的預應力免漿砌塊擋土墻及其砌筑方法與流程

本發明涉及一種砌塊擋土墻及其砌筑方法，屬于建筑施工技術領域。

背景技術：

作為最古老的結構形式之一，擋土墻有重力式、懸臂式、扶壁式、拼裝式幾大類。混凝土砌塊，通過劈裂、做舊等技術，可以做出類似石材的效果，而其造價又不足石材的一半，用其做成擋土墻，不僅美觀，而且節能、降噪、耐久，具有廣闊的應用前景。擋土墻有擋土功能，在土的壓力作用下，單純的砌塊擋墻難以抵擋。重力式擋土墻是靠自身的重力獲得抗滑動和傾覆的能力，也是應用最古老的擋土墻形式。懸臂式擋土墻則需要依靠鋼筋來承受擋土墻所受到的拉力，其本身可以更輕，更經濟。扶壁式擋土墻則是應對高度更大的擋土墻的擋土要求，通過設置垂直于擋土墻方向的橫墻段，來提高擋土墻的抗彎能力。拼裝式擋土墻是近些年來出現的形式，主要是靠自重和加筋土來提供抗力。

目前的應用狀況為國外對砌塊的研究和應用都比我國更早些，目前的應用范圍和水平都在我國之上。美國的老城堡公司在伊利諾伊州，其產品就涉及承重、裝飾、園林、鋪地等多個方面，對砌塊產品的生產既有一般要求的生產，也有更高要求的深加工生產，對我國開拓砌塊的應用范圍有很大的借鑒意義。

美國關于砌塊的研究，多以經營砌塊的公司完成，美國SPECTRA公司，推出釉面混凝土裝飾空心砌塊，用于室內外裝飾用，釉面可以采用各種顏色，為砌塊的應用拓展了空間；還推出方形砌塊，其高度可達到400mm，其解決了砌塊加大砌塊制造高度的問題，為建筑師在使用塊型上，增加了選擇；還推出弧形砌塊，用于達到特定的藝術效果。其對砌塊制品的研究，也非常廣泛，為提高砌塊的性能，想出了很多辦法。為減小混凝土制品的泛堿和抗滲性能，在砌塊中添加“超微量抗堿抗滲添加劑”，來改善砌塊的性能。

國外對砌塊擋土墻進行了大量研究，有很多形式的擋土墻做法。除傳統的擋土墻外，還有很多很具創意的形式，上面提到的重力式、懸臂式、扶壁式、拼裝式，都有用砌塊作為材料的。聯鎖型干壘擋土塊起源于20世紀60年代，現代混凝土干壘塊在沿用和發展了聯鎖設計的同時一進一步豐富了它自然美觀的裝飾效果，1996年“鉆石系列干泉擋土墻”引進到中國，開始生產和推廣其應用技術，并迅速得到了中國設計人員和業主的廣泛認同，干壘混凝土砌塊也是近年來出現的一種砌筑時不需砂漿的砌塊砌體。嵌鎖式干壘擋土墻是加筋土干壘擋土墻的一種。由塑料壓桿和嵌鎖式干壘擋土塊所組成的聯鎖結構極大地加強了拉接網片與墻體之間的連接，偏斜式鍵槽和鍵銷在導引塊體準確安裝錯臺就位的同時一也起到了塊體自穩定的作用，墻體抗傾覆、拉接網片抗拉拔和抗滑移能力、抗剪切、抗震和抗附加荷載能力強，尤其適用于擋土高墻和附加荷載較大的擋土墻。

從以上敘述中可以看出，聯鎖型干壘擋土墻在墻高了以后，必須輔以加筋技術，而加筋技術的優點是通過網格布承受土壓力，保證了擋土墻的安全。但這種方法的缺點是需要將設置網格布的區域清空，這對于在填方區新建擋土墻不成問題，但在既有土坡處施工，則變得不現實，現實中一般不允許撤除土體，即使允許也要額外支出費用。如何解決加筋擋土墻的挖方問題和干壘擋土墻使用高度受限問題至今未得到有效解決。

技術實現要素：

為了解決傾斜坡體處加筋擋土墻的挖方問題以及干壘擋土墻使用高度受限問題，從而提出了一種集塊模式的預應力免漿砌塊擋土墻及其砌筑方法。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：

一種集塊模式的預應力免漿砌塊擋土墻，包括多塊混凝土擋土砌塊和多個預應力定位連接件，多塊混凝土擋土砌塊依次排列形成擋土墻本體，所述擋土墻本體的頂部設置有壓頂層，所述擋土墻本體的底部設置有基礎層，多個預應力定位連接件均布在擋土墻本體內；

每個預應力定位連接件包括施加預應力用的螺母、蓋板、預應力鋼筋、鋼筋連接件和預埋鋼筋，蓋板水平設置在多塊混凝土擋土砌塊中一塊混凝土擋土砌塊中邊肋和中肋之間，預應力鋼筋的頂端依次穿過該塊混凝土擋土砌塊的孔洞和蓋板與螺母相連接，預應力鋼筋的底端從上至下豎直穿過位于同一豎直線上多塊混凝土擋土砌塊后通過鋼筋連接件與處于基礎層中的預埋鋼筋可拆卸連接。

一種集塊模式的預應力免漿砌塊擋土墻的砌筑方法，砌筑方法包括以下步驟：

步驟一：建立基礎層：首先根據擋土情況以及需要建造擋土墻本體的類型，作出相應的設計，在施工基礎層時，應按擋土墻本體中預應力鋼筋的設置情況，在基礎層中設置預埋鋼筋，確保預埋鋼筋頂端的第二外螺紋在澆筑混凝土時得到有效保護；

步驟二：砌筑前工作：砌筑前將鋼筋連接件安裝在混凝土擋土砌塊中，同時將保護罩套裝在鋼筋連接件的頂部；

步驟三：砌筑擋土墻本體：按圖紙設計的要求干壘多塊混凝土擋土砌塊直至砌筑形成擋土墻本體；

步驟四：預應力定位連接件的安裝工作：當砌筑到次頂砌塊層后，首先將一根預應力鋼筋豎直插入處于同一豎直線上的多塊混凝土擋土砌塊的多個孔洞中直至該根預應力鋼筋的底端插入鋼筋連接件中，其次擰動預應力鋼筋，達到設計規定的深度，然后設置蓋板，使其穿過預應力鋼筋，最后將螺母旋擰到預應力鋼筋的頂端，通過擰緊螺母對預應力鋼筋施加預應力，從而達到圖紙要求的緊固力；

步驟五：依照步驟四的操作過程，安裝其他預應力定位連接件；

步驟六：當多個預應力定位連接件安裝完畢后，干壘最頂砌塊層，再設置壓頂層；

步驟七：對擋土墻本體后方的土體進行施工。

本發明與現有技術相比具有以下有益效果：

1、本發明旨在通過預應力鋼筋的使用引入預應力技術，使得擋土墻本體在免漿干壘的情況下，由多個預應力定位連接件對擋土墻形成豎向預壓力，抵抗了側向土壓力，承受更大的土壓力，從而大幅度提高干壘砌塊擋土墻的使用高度，拓展砌塊產品的應用范圍，避免了干壘砌塊擋土墻被土壓力推倒、使用高度受限的問題。

2、本發明通過多塊混凝土擋土砌塊和多個預應力定位連接件之間的合理構造，使得擋土墻本體的砌筑方法簡單、易于操作，成本低廉，在保證安全的前提下，以較低的成本提供了高檔的裝飾效果，為園林工程提供了一種新的選擇。

3、本發明的擋土墻易于維護，方便放張預應力，能夠實現局部維修，也便于拆除，可重復使用。

4、本發明通過預應力來提供抵抗側向力的能力，所以不需要加筋，免除了可能的挖方工作，有效節省施工過程中的人工和費用。

附圖說明

圖1是預應力免漿砌塊擋土墻的主視結構示意圖；

圖2是混凝土擋土砌塊1與預應力定位連接件2之間連接關系的立體結構示意圖；

圖3是預應力鋼筋2-3、鋼筋連接件2-4和預埋鋼筋2-5之間的連接關系的示意圖；

圖4是預應力鋼筋2-3豎直插入處于同一豎直線上的多塊混凝土擋土砌塊1的多個孔洞12中直至該根預應力鋼筋2-3的底端插入基礎層3中的第一工作狀態圖；

圖5是預應力鋼筋2-3豎直插入處于同一豎直線上的多塊混凝土擋土砌塊1的多個孔洞12中直至該根預應力鋼筋2-3的底端插入基礎層3中的第二工作狀態圖；

圖6是最頂砌塊層4與次頂砌塊層5之間的連接關系示意圖；

圖7是混凝土擋土砌塊1的立體結構示意圖；

圖8是本發明中預應力免漿砌塊擋土墻受土壓力影響的示意圖，圖中箭頭方向表示土壓力的施力方向；

圖9是本發明中預應力免漿砌塊擋土墻的受預應力影響的彎矩圖；

圖10是當預應力鋼筋2-3在第一工作狀態下，本發明中僅考慮預應力作用下的擋土墻壓應力分布的示意圖；

圖11是當預應力鋼筋2-3在第一工作狀態下，本發明中僅考慮土壓力作用下的擋土墻應力分布的示意圖；

圖12是當預應力鋼筋2-3在第一工作狀態下，本發明在預應力和土壓力綜合作用下的受力分布圖；

圖13是當預應力鋼筋2-3在第二工作狀態下，本發明中僅考慮預應力作用下的擋土墻壓應力分布的示意圖；

圖14是當預應力鋼筋2-3在第二工作狀態下，本發明中僅考慮土壓力作用下的擋土墻應力分布的示意圖；

圖15是當預應力鋼筋2-3在第二工作狀態下，本發明在預應力和土壓力綜合作用下的受力分布圖。

具體實施方式：

實施例一：結合圖1至圖15說明本實施例，本實施例包括多塊混凝土擋土砌塊1和多個預應力定位連接件2，多塊混凝土擋土砌塊1依次排列形成擋土墻本體，所述擋土墻本體的頂部設置有壓頂層11，所述擋土墻本體的底部設置有基礎層3，多個預應力定位連接件2均布在擋土墻本體內；

每個預應力定位連接件2包括施加預應力用的螺母2-1、蓋板2-2、預應力鋼筋2-3、鋼筋連接件2-4和預埋鋼筋2-5，蓋板2-2水平設置在多塊混凝土擋土砌塊1中一塊混凝土擋土砌塊1中邊肋13和中肋14之間，預應力鋼筋2-3的頂端依次穿過該塊混凝土擋土砌塊1的孔洞12和蓋板2-2與螺母2-1相連接，預應力鋼筋2-3的底端從上至下豎直穿過位于同一豎直線上多塊混凝土擋土砌塊1后通過鋼筋連接件2-4與處于基礎層3中的預埋鋼筋2-5可拆卸連接。

本實施例中每個混凝土擋土砌塊1遠離土體15的一端面為外露面10，擋土墻本體的外露面為多塊混凝土擋土砌塊1中的多個外露面10依次排列形成。根據需要對擋土墻本體的外露面做不同的處理，以實現不同的藝術效果。

本實施例中利用混凝土擋土砌塊1的頂部和底部壁厚的差用于放置蓋板2-2，該蓋板2-2為預應力錨墊板，便于簡化施工。

本實施例中的預應力鋼筋2-3采用精軋螺紋鋼，通過擰緊螺母2-1施加預應力，在預應力要求不高的結構中，施工簡單，造價低廉且能夠提供所需要的預應力。

實施例二：本實施例多塊混凝土擋土砌塊1交錯排列砌筑形成擋土墻本體。交錯排列砌筑也就是錯縫砌筑。

本實施例中的混凝土擋土砌塊1為一種新型的擋土砌塊，其尺寸和形狀均可根據用戶需要和場地情況而變化。混凝土擋土砌塊1內加工有兩個孔洞12，孔洞12為上寬下窄的孔，在混凝土擋土砌塊1頂面的尺寸與底部的尺寸不同，頂部空腔尺寸更小，在迭砌時，頂面和底面的差，用于放置施加預應力的蓋板2-2。孔洞12的邊肋13的寬度為中肋14寬度的一半，在錯縫砌筑時，孔洞12沿豎向可貫通，豎直方向上相鄰的兩個混凝土擋土砌塊1能夠實現孔對孔的效果，方便預應力鋼筋2-3的通過。

本實施例中混凝土擋土砌塊1沿擋土方向的寬度應根據擋土的高度確定，當土坡高時，需要更寬的擋土塊。

本實施例中混凝土擋土砌塊1外露一側的砌塊表面為外露面10，根據需要做不同的處理：光面、劈裂面、做舊面及其他處理，以形成不同的藝術效果。其他結構、形狀及連接關系與實施例一相同

實施例三：本實施例中所述擋土墻本體中與壓頂層11相接觸的多塊混凝土擋土砌塊1為最頂砌塊層4，最頂層砌塊層4中的每塊混凝土擋土砌塊1通過多個銷栓9與其相鄰的混凝土擋土砌塊1相連接，所述擋土墻本體中與最頂層砌塊層4相接觸的多塊混凝土擋土砌塊1為次頂砌塊層5，次頂砌塊層5中的每塊混凝土擋土砌塊1通過預應力定位連接件2與其處于同一豎直線上的其他混凝土擋土砌塊1相連接。

本實施例中最頂層砌塊層4采用多個銷栓9實現與次頂砌塊層5的連接，既實現了構造要求，也滿足實際擋土的受力特點和需要。其他結構、形狀及連接關系與實施例一相同。

實施例四：結合圖3說明本實施例，本實施例鋼筋連接件2-4為套筒，套筒的內壁上加工有內螺紋6，預應力鋼筋2-3的底端加工有與內螺紋6相配合的第一外螺紋7，所述預埋鋼筋2-5靠近預應力鋼筋2-3的一端加工有與內螺紋6相配合的第二外螺紋8。其他結構、形狀及連接關系與實施例一或三相同。

實施例五：本實施例包括以下步驟：

步驟一：建立基礎層3：首先根據擋土情況以及需要建造墻本體的類型，作出相應的設計，在施工基礎層3時，應按墻本體中預應力鋼筋2-3的設置情況，在基礎層3中設置預埋鋼筋2-5，確保預埋鋼筋2-5頂端的第二外螺紋8在澆筑混凝土時得到有效保護；預埋鋼筋2-5頂端的第二外螺紋8朝向預應力鋼筋2-3設置以便于下一步與預應力鋼筋2-3的連接工作；

本步驟中按墻本體中預應力鋼筋2-3的設置情況，在基礎層3中設置預埋鋼筋2-5，就是確保每根預應力鋼筋2-3的底端對應有一根預埋鋼筋2-5。

步驟二：砌筑前工作：砌筑前將鋼筋連接件2-4安裝在混凝土擋土砌塊1中，同時將保護罩套裝在鋼筋連接件2-4的頂部；

本步驟中墻本體包括從上至下設置的多層砌塊層，其中最頂層砌塊層4中的每塊混凝土擋土砌塊1通過多個銷栓與其相鄰的混凝土擋土砌塊1相連接，次頂砌塊層5中的每塊混凝土擋土砌塊1通過預應力定位連接件2與其處于同一豎直線上的其他混凝土擋土砌塊1相連接，鋼筋連接件2-4為套筒，鋼筋連接件2-4安裝的位置為墻本體中專為安裝套筒用的一層砌塊層，該砌塊層為多層砌塊層中最底層砌塊層，以便于預應力鋼筋2-3和預埋鋼筋2-5之間的有效連接；

本步驟中保護罩為易破壞的軟質材料制成的罩體，實現保護鋼筋連接件2-4頂部的目的，起到防塵和防止異物進入的效果，保護罩為塑料杯；

步驟三：砌筑墻本體：按圖紙設計的要求干壘多塊混凝土擋土砌塊1直至砌筑形成墻本體；

本步驟中的干壘多塊混凝土擋土砌塊1的順序為從下至上依次砌筑；

步驟四：預應力定位連接件2的安裝工作：當砌筑到次頂砌塊層5后，首先將一根預應力鋼筋2-3豎直插入處于同一豎直線上的多塊混凝土擋土砌塊1的多個孔洞12中直至該根預應力鋼筋2-3的底端插入鋼筋連接件2-4中，其次擰動預應力鋼筋2-3，達到設計規定的深度，然后設置蓋板2-2，使其穿過預應力鋼筋2-3，最后將螺母2-1旋擰到預應力鋼筋2-3的頂端，通過擰緊螺母2-1對預應力鋼筋2-3施加預應力，從而達到圖紙要求的緊固力；

本步驟中當次頂砌塊層5砌筑完畢后，將預應力鋼筋2-3豎直插入處于同一豎直線上的多塊混凝土擋土砌塊1的多個孔洞12的過程中，預應力鋼筋2-3的底端直接穿破通過保護塑料杯伸至鋼筋連接件2-4中，并擰動鋼筋，達到規定的深度；

本步驟中如果擋土墻較高，分節設置鋼筋連接；或者對最頂砌塊層4中多個皮砌塊穿鋼筋干壘；

步驟五：依照步驟四的操作過程，安裝其他預應力定位連接件2；

步驟六：當多個預應力定位連接件2安裝完畢后，干壘最頂砌塊層4，再設置壓頂層11；

步驟七：對擋土墻本體后方的土體15進行施工。

本步驟中對擋土墻本體后方的土體15進行施工，應考慮排水及其他要求，由于擋土墻本體采用干壘方式砌筑，存在縫隙，擋土墻本體即使不設置排水管，依然可以達到將土體15中的水排出的目的，即便如此土體15滲排水構造仍然需要，應按設計通過級配砂石加濾網，將土體15中水輸送到擋土墻本體處。

實施例六：本實施例通過擰緊螺母2-1對預應力鋼筋2-3施加預應力，根據設計預應力的大小調節擰動螺母2-1的程度，擰的幅度越大，則施加的預應力越大。由于構造簡單，計算時只考慮5%的預應力損失。

施工時，先在基礎層3中設置預埋鋼筋2-5，并在該預埋鋼筋2-5頂端套上絲扣，并用鋼筋連接件2-4擰緊。該鋼筋連接件2-4同墻中的預應力鋼筋2-3通過擰緊實施有效連接。預應力鋼筋2-3的頂部在所需設置預應力的孔洞12中設置蓋板2-2，該蓋板2-2擱置在混凝土擋土砌塊1鋪漿面的邊肋13和中肋14之間，由砌塊肋支承。預應力鋼筋2-3穿過該蓋板2-2，端部設置絲扣，用螺母2-1套住預應力鋼筋2-3，并擰緊螺母2-1拉伸預應力鋼筋2-3，有蓋板2-2對擋土墻本體施加預壓力。預應力定位連接件2不對最頂砌塊層4和壓頂層11施加預壓力，最頂砌塊層4和壓頂層11需要用鑄鐵件互相銷緊。

工作原理：

本發明中的預應力免漿砌塊擋土墻作為一種擋土結構，

根據圖8和圖9所示，擋土墻承受側向來自土體15的土壓力，在土壓力作用下，擋土墻的根部受力最大，在擋土墻截面不變的情況下，根部是控制截面。

在預加壓應力和自重應力的作用下，擋土墻的應力分布狀態為全截面受壓，這樣在和線性分布的土壓力組合后，截面最終會形成更大的壓應力和更小的壓應力，為保證不出現受拉的情況，需要根據土壓力大小及擋土墻截面確定所施加預壓應力的大小以保證擋土墻任意截面在使用中不出現拉應力，是本發明中擋土墻正常使用的前提。

根據圖2、圖4、圖10、圖11和圖12所示，預應力鋼筋2-3處于第一工作狀態為預應力鋼筋2-3設置在沿B方向截面的中央部位，該位置下的預應力鋼筋2-3單獨受預應力作用下的擋土墻壓應力、單獨受土壓力作用下的擋土墻應力以及預應力和土壓力綜合作用下的受力均有顯示。

根據圖2、圖5、圖13、圖14和圖15所示，預應力鋼筋2-3處于第二工作狀態為預應力鋼筋2-3設置在沿B方向截面的非中央部位，即偏置位置下的預應力鋼筋2-3單獨受預應力作用下的擋土墻壓應力、單獨受土壓力作用下的擋土墻應力以及預應力和土壓力綜合作用下的受力均有顯示。

通過對比可知，更合理的情況是第二工作狀態，即將預應力鋼筋2-3偏置，靠近土體15的一側設置，此位置在預應力、自重應力和土壓力共同作用下，壓力情況較第一工作狀態有所不同，最大壓應力將更小，更易實現全截面受壓，擋土墻本體將更加安全。