二級垛式懸臂式l型擋墻及其實施方法

專利名稱：二級垛式懸臂式l型擋墻及其實施方法
技術領域：
本發明涉及路基工程技術領域，具體地說，是二級垛式懸臂式L型擋墻及其實施方法。

背景技術：
工程中采用的擋土墻類型很多，通常按結構型式、建筑材料、墻背形狀、墻在斷面上所處的位置、施工方法及環境條件等進行分類。按結構型式，擋土墻可分為重力式(包括衡重式)擋土墻和輕型擋土墻。
一直以來我國路基支擋工程中應用較多的是重力式擋土墻，近幾十年來，發展了許多采用鋼筋混凝土構件組成的輕型擋土墻，如鋼筋混凝土懸臂式擋土墻、加筋土擋土墻、錨定板擋土墻、錨桿(索)擋土墻、土釘墻、對拉式擋土墻及帶卸荷板式擋土墻等。
近年來，懸臂式L型擋墻(如圖1所示，由墻趾板1、立臂2、墻踵板3和凸榫4組成)作為一種新型的支擋結構，它充分利用墻后填土的自重來平衡土壓力，其輕型、柔性的力學特點使其具有地基適應性強和適應交替變形的優點，此外，還具有斷面簡單、預制拼裝、施工方便等工程特點。在鐵路、公路、市政和水利工程中都有應用中，甚至在蘭新鐵路被用于擋風支擋結構。
多年的實踐表明，單級懸臂式L型擋墻無論是在理論還是在實際應用中都有了比較完善的經驗可循。但從結構本身的受力特性而言，單級懸臂(扶壁)式擋墻的主要缺點在于過高的懸臂將使結構承受較大的彎矩和剪力。根據《鐵路路基支擋結構設計規范》(TB10025-2001)，其最大高度為6m，當超過6m的時候要增設扶壁，即使增設了扶壁，其高度也增加有限。相應于高陡邊坡支護、施工場地狹小和工程綠化的角度，單級懸臂式擋墻的工程應用就受到了極大的限制。


發明內容
本發明克服了上述缺點，提出了一種二級垛式懸臂式L型擋墻。
為了進一步提高懸臂式L型擋墻的支擋高度，擴大其應用范圍，充分發揮運用這種支擋結構簡單輕型、節約用地、對地基應力要求不高、能適用交替變形和生態保護等特點，在既利用懸臂式擋墻較高的抗傾覆能力和抗滑特性，又能在充分利用墻后填土自重的前提下提高其支擋的高度，提出二級垛式懸臂式L型擋墻這一新型支擋結構是非常必要的。
本發明解決其技術問題所采取的技術方案是 一種二級垛式懸臂式L型擋墻，其特征在于由單級懸臂式L型擋墻呈上下砌垛方式組成上層單級懸臂式L型擋墻和下層單級懸臂式L型擋墻，利用上層單級懸臂式L型擋墻的底板形成卸荷平臺。
由多個所述的上層單級懸臂式L型擋墻平行并連為一體；每2~3片所述的上層單級懸臂式L型擋墻通過連接環和連接筋相連。由多個所述的下層單級懸臂式L型擋墻平行并連為一體；每2~3片所述的下層單級懸臂式L型擋墻通過連接環和連接筋相連。這樣，構成實用的擋墻結構。
上述二級垛式懸臂式L型擋墻的實施方法，先分別預制上層單級懸臂式L型擋墻和下層單級懸臂式L型擋墻，再進行就地整體澆筑。具體可以采用以下步驟 A.根據設計圖紙，預先扎制鋼筋骨架，模板制作、澆注混凝土，拆模養生； B.進行基槽開挖、地基處理及防排水； C.清方之后，抄平放線，用吊機吊裝安放L型預制擋墻塊； D.采用透水性強，易排水、抗剪強度大且穩定的填料墻背填料； E.整坡和景觀恢復。
本發明所得的二級垛式懸臂式L型擋墻的分析方法如下 1)力學分析模型和理論解析 第一種分析方法分級墻背條件下的理論解析 (a)二級垛式懸臂式L型擋墻上墻土壓力計算 對于二級懸臂式擋墻上墻而言，其土壓力的計算方法同一級懸臂式擋墻的計算方法一致，不再贅述。
(b)二級懸臂式擋墻下墻土壓力計算 那么對于下墻而言，首先要判定下墻是否會產生第二破裂面，判斷方法同單級懸臂式擋墻。從簡化計算角度考慮，采用填土面表面水平的情況。
當產生第二破裂面時，即，為了簡化計算以及從安全性考慮，可以將上墻荷載按等效的均布荷載計算作用于擋土墻的土壓力，那么作用于擋墻上計算土壓力應該比實際土壓力要大，偏于安全，具體見計算簡圖4。
則破裂面與豎直面夾角
土壓力計算公式為 其中，不同方向土壓力可采用下述公式 Ex＝Eacos(αi+) Ey＝Easin(αi+) (3) 土壓力作用點位置為 Zy＝B-Zxtanαi (4) 當不產生第二破裂面時，懸臂式擋墻墻底與墻頂連線作為計算墻面進行計算，那么β＝ai，

其他同。
第二種分析方法假想整體墻背條件下的理論解析 當二級懸臂擋墻整體作用時，由于有減壓平臺，擋土墻的計算墻面為一個折線形的墻面，土壓力計算時采用的是非直線墻面上的土壓力計算方法，計算簡圖見圖4。因此對于這一新型懸臂式支擋結構形式，將采用類似于有減壓平臺的擋土墻的土壓力計算方法，如下所述。
(a)滑動面傾角θ的計算 填土的滑動面EF通常通過擋土墻E點，因此滑動土體應為GCDEF，如上圖所示，但是為了計算方便起見，在確定滑動面傾角θ時，可近似地將CD面向下延長，與滑動面EF相交于J點，而以土體GCDJF作為滑動土體。此時J點的位置可以這樣近似地來確定，即從墻角E點作平面EF，與水平面成夾角

然后將平面CD向下延伸與EF面相交，交點即為J點。
由上圖可見，DJ線段的長度為 而得到
式中，α3-墻面DE與豎直平面之間的夾角(°) 所以
從上圖中，從F點作水平面FM與DC面的延長平面DM(豎直平面正交于M點)，由圖中的幾何關系可知，滑動土體的體積為 式中，H1，H2，H4-分別為墻段AB，CD和DJ的高度(m)；β-填土表面與水平面的夾角；B----FM的長度；α----計算墻面GC與豎直面的夾角 令 則滑動土體的體積為 故填土的主動土壓力可表示為(具體的計算方法參考非直線墻墻面上的土壓力計算方法) 式中，λ0-土壓力系數，其值為
式中，ac-從G點到J點各段計算墻面與豎直面夾角的加權平均值，即 θ-填土滑動面JF與豎直面的夾角 δc-填土與各段計算墻面的平均摩擦角，即
根據極值條件可得
式中，γ----填土的容重(KN/m3)；λ0-土壓力系數，按上式λ0的算法求得，但式中ac＝α，δc＝；V1-計算墻段GC時的滑動土體GCH，即 其中 式中，b-減壓平臺的寬度(m)，即AG水平距離。
土壓力E1沿GC面呈三角形分布。
(c)作用在CD墻面上的側向土壓力 由于CD墻面是豎直的，故a2＝0，因此作用在CD墻面上的土壓力強度為 式中，則作用在CD墻面上的總側向土壓力 側向土壓力e2和E2與墻面CD的法線成δ角(d)作用在DE計算墻面上的側向土壓力作用在DE計算墻面上的側向土壓力強度 式中，則作用在DE計算墻面上的側向土壓力為 2)數值分析方法 可將縱橫比很大的L型擋土墻簡化為二維的平面應變問題。數值分析中采用彈塑性模型、Mohr-Coulomb屈服準則、相關聯的流動法則，并考慮了幾何非線性。由于土和鋼筋混凝土的變形模量存在較大的差異，為了提高分析質量，使其切合實際情況，需要在擋土墻結構和土的界面上設置Goodman接觸面單元。
與圖2中現有的卸荷板重力式擋墻結構相對比，本發明的優點如下(a)利用上層單級懸臂式L型擋墻的底板形成卸荷平臺，減少土壓力；(b)充分利用了填土自身的抗力作用并減小了下墻土壓力，突破了單級懸臂式L型擋墻墻高不大于6m的界限；(c)避免了傳統卸荷板重力式擋墻對較大地基承載力的要求，適用于石料缺乏和地基承載力較低的高填方地段；(d)由于進一步利用了填料的自重作用，二級L型擋墻底板可以不再設置凸榫。



圖1是現有的單級懸臂式L型擋墻的結構示意圖。
圖2是現有的卸荷板重力式擋墻結構示意圖。
圖3是本發明的二級垛式懸臂式L型擋墻的結構示意圖。
圖4是鏈接環細部構造圖。
圖5是圖4的主視示意圖。
圖6是圖4的側視示意圖。
圖7是二級垛式懸臂式L型擋墻下墻土壓力簡化計算簡圖。
圖8是二級垛式懸臂式L型擋墻假想整體墻背土壓力計算簡圖。
圖9是本發明的二級垛式懸臂式L型擋墻實施方法的流程圖。
附圖標記說明1.墻趾板；2.立臂；3.墻踵板；4.凸榫；5.墻趾；6.填土；7.卸荷板式擋土墻；8.卸荷板；9.上層單級懸臂式L型擋墻；10.下層單級懸臂式L型擋墻；11.鏈接環；12.鏈接筋。

具體實施例方式 實施例1 如圖3所示，單級懸臂式擋墻可采用就地整體澆筑和預制拼裝式結構，二級垛式懸臂式L型擋墻宜采用預制拼裝式結構。采用拼裝式施工時，首先根據墻體設計高度，分別預制上下L型擋墻。每一單元墻體寬度可根據車輛運輸能力，分為1.0~2.0m不等，然后運至施工現場完成擋土墻結構的拼裝，但拼裝式擋土墻不宜在地質不良地段和地震烈度大于等于8度的地區使用。
如圖9所示，施工工序主要包括墻體預制、基槽開挖、地基處理、防排水設施、預制件的運輸與拼裝、填料攤鋪與壓實、景觀恢復等，其施工工藝流程如圖9所示。而二級擋墻與單級擋墻的區別就在于完成了下墻的施工進度以后才能做上墻的施工，也就是說在施工完下墻以后，然后再進行上墻結構拼裝、回填，最后進行景觀恢復。
1)L型擋墻的預制 根據設計圖紙，主要步驟包括預先扎制鋼筋骨架，模板制作、澆注混凝土，拆模養生。
(a)鋼筋骨架制作 鋼筋骨架制作包括鋼筋加工、調直、切斷、彎鉤、綁扎成型等，均應用冷加工的方法進行，并應符合下述要求 ①鋼筋浮皮、鐵銹、油漬、污垢等應清除干凈；鋼筋應平直，無局部曲折。
②采用冷拉法調直鋼筋時，I級鋼筋的冷彎率不宜大于2％；II~III級鋼筋不宜大于1％。
③鋼筋應按所需下料長度加工。
④預制成的鋼筋骨架，必須具有足夠的剛度和穩定性，以便在運送、吊裝和澆筑混凝土時不致松散、移位、變形。一般光面受力鋼筋均應在末端設彎鉤。必要時可在鋼筋骨架的某些連接點處加以焊接或增設加強鋼筋。
⑤為保證受力鋼筋的混凝土保護層厚度及鋼筋的間距，應在鋼筋與模板間設置墊塊，墊塊應與鋼筋扎緊，并互相錨開，間距不能過大，以達到支墊的效果。
(b)模板制作與安裝 為使擋土墻墻體光滑整潔，尺寸準確，宜優先采用通用化組合鋼模，剛模板具有質量高，拆裝方便、快速，可多次周轉使用，節省木材等優點。剛模板宜采用標準化的組合模板，主要由平面模板、連接件和支承件三部分組成。模板的槽板制作宜采用冷軋沖壓整體成型的生產工藝，沿槽板縱向兩側的凸棱傾角，應嚴格按標準圖尺寸控制；模板的組裝焊接，宜采用組裝胎具定位及合理的焊接順序；U形卡應采用冷作工藝成型，卡口彈性夾緊力不應小于1.5KN，其圓弧半徑應符合設計要求，且不得出現非圓弧形的折角皺紋；剛模板及配件的表面，必須除去油污、銹跡后再作防銹處理。
(c)水泥混凝土配合比設計 水泥混凝土由水泥、粗骨料、細骨料和水組成。為了改善混凝土拌合物的某些性能，必要時可以摻加適量的外加劑。由于混凝土的性能很大程度上取決于水泥的質量，同時，在混凝土組成材料中，水泥所消耗的費用最高。所以在選擇混凝土組成材料時，對水泥品種和強度等的選擇必須特別慎重。通常配置C30以下混凝土時，水泥強度為混凝土抗壓強度的1.2~2.2倍；配置C30以上混凝土時，為混凝土抗壓強度的1.1~1.5倍。當水泥強度等級與混凝土強度等級相接近或略小時，除水灰比要小且澆筑時應施以強力振動搗實外，還必須摻加早強劑。擋土墻混凝土使用的粗骨料，可以使碎石或卵石，應質地堅硬、耐久、潔凈。為獲得密實、高強的混凝土，并能節約水泥，要求粗細骨料組成的礦質混合料要有良好的級配。擋土墻混凝土選用的細骨料，應采用級配良好、質地堅硬、顆粒潔凈、直徑小于5mm的河砂。
混凝土配合比設計就是合理選擇混凝土各組成材料，并根據擋土墻設計制定的混凝土性能和經濟性原則，確定混凝土各組分的最佳配合比和用量。具體可依據規范和規程。
(d)混凝土澆筑 混凝土澆筑應均質密實、平整，無蜂窩麻面，不露筋骨，強度符合設計要求，做到攪拌均勻、振搗密實、養生及時。澆注過程應注意以下幾點 ①由于實驗室提出的混凝土配合比是骨料表面干燥時的理論計算配合比，因此在施工過程中，應經常檢查粗、細骨料的濕度，并據此將原定設計配合比換算為施工配合比。
②若使用商品混凝土，則混凝土的運輸能力應適用混凝土凝結速度和澆筑速度的需要，使澆筑工作不間斷并使混凝土運到澆筑地點時仍保持均勻性和規定的塌落度，做到有序配合，互不影響。
③澆筑混凝土之前，要仔細檢查模板及鋼筋位置等是否變化，發現問題應及時糾正，同時模板內的雜物、積水和鋼筋上的污垢應清理干凈；模板內面應涂刷隔離劑；并應對混凝土的均勻性和塌落度進行檢查。
(e)拆模養生 根據混凝土標號和養護齡期與設計強度的關系，按規定方法進行拆模養護。寒冷地區須進行蒸汽養護。
2)基槽開挖、地基處理及防排水 (a)基槽開挖 基礎的各部尺寸、形狀以及埋置深度，均應按照L型擋墻底板尺寸的設計要求進行施工。宜采用機械化快速施工方法，集中力量，迅速完成。其程序包括松土(連同棄土通道部分)和棄土兩部分。
①松土作業 開挖方式對淺塹可先基底后邊坡；對深塹，宜先邊坡后基底。但無論何種方式，均應在基面位置拉出一定寬度的排水槽。
開挖方法可用鏇挖鉆機，進行開挖成形。
②棄土作業 地表部分可用的松方，橫向推置于塹測開挖界限米外；上限以下含土冰層或飽冰凍土視路塹長度，采用縱向一次推出或設橫向通道(鎖口)分段推出的方法，推棄于塹外適當地點。棄土時應注意不影響回填時排淤作業和不留隱患。
鎖口的設置應與路塹開挖的松土作業同時進行，間距一米左右為宜，一米以下的路塹，宜兩端相向開挖，并在塹口下方設鎖口；一米以上的長塹，可分段開挖，增設中部橫向鎖口。推土應由高往低拉槽推送。
(b)地基處理 在軟弱地層條件下，應根據地基承載力的設計要求，按設計進行地基土換填、堆載預壓、強夯、水泥土攪拌等多種方法進行地基處理。
(c)防排水處理 擋土墻施工時，應按設計設置排水設施，并應采取措施，疏干墻后填料中的水份，防止墻后積水，避免墻身承受額外的靜水壓力，減少季節性冰凍地區填料的凍脹壓力。路塹墻墻后的地面，在施工時應先做好排水處理，設置排水溝，引排地面水，夯實地表松土，減少雨水和地面水下滲，墻趾前的邊溝應與鋪砌加固。
擋土墻墻面設置泄水孔，最下一排泄水孔應高出施工后的實際地面線30cm，若為出水口應高出邊溝水位30cm，泄水孔尺寸視泄水量大小而定，孔底一般應有向外的排水坡，上下泄水孔錯開布置。在施工中，墻身現澆的話應按設計要求進行泄水孔的預留或預埋，當為預制時，應按面板排列位置，在預制過程中預留孔位。
當墻后填料為滲水土時，為防止堵塞，可以在泄水孔進水端設置砂礫反濾層，并在最下一排泄水孔的下端設置隔水層，進行搗實，防止水分滲入基礎。如果墻后水量較大，可在排水層底部加設縱向滲溝，配合排水層把水引出墻外；反濾層的粒徑宜在0.5~50mm之間，符合一般級配要求，并篩選干凈，可用薄隔板按各層厚度隔開，自上而下逐步抽出隔板，以達到要求。
3)拼裝 清方之后，抄平放線，用吊機吊裝安放L型預制擋墻塊。
一般需利用吊車借墻體上預埋的吊鉤吊起，吊鉤的位置應按設計形式安置，以免起吊點與設計不符。
選擇合理的運輸形式，可以保證預制品在運輸過程中不變形和不受損壞，在裝載時應使制品的布置對稱與車身，制品應按照它本身安裝時的支撐形式擱置在墊木上，以免使混凝土因承受設計上未考慮到的應力而損壞，裝載后必須用各種固定件固定，并用草墊或其他柔軟物墊住，以免震動破壞。
每完成一個安裝單位，嚴格檢查位置、高程、平整度和垂直度，確信無誤后才能進行下個段落的安裝。
4)墻背回填 墻背填料的選擇是至關重要的，一般應選擇透水性強，易排水、抗剪強度大且穩定的填料，由于碎(礫)石土、砂類土力學性能穩定、受水的影響較小，因此，墻后應優先選擇透水性良好的砂類土、碎(礫)石土進行填筑。
墻后必須回填均勻、攤鋪平整，分層填夯，每20~30cm一層，壓路機夯壓，平鋪壓實之后，繼續下一層的填夯。
對于二級擋墻來說，下墻墻背填料填到距墻頂0.5m的時候壓實度需達到95％以上，然后才可以進行上墻的施工，必要的時候還需進行加固措施，以保證上墻的穩定。
5)整坡和景觀恢復 填料頂面應按設計要求設置橫坡，一般為2％~3％。
根據地質和環境條件，在坡面上栽種適宜植物或鋪設草皮，以保持水土、恢復景觀。
以上對本發明所提供的二級垛式懸臂式L型擋墻及其實施方法進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種二級垛式懸臂式L型擋墻，其特征在于由單級懸臂式L型擋墻呈上下砌垛方式組成上層單級懸臂式L型擋墻和下層單級懸臂式L型擋墻，利用上層單級懸臂式L型擋墻的底板形成卸荷平臺。
2.根據權利要求1所述的二級垛式懸臂式L型擋墻，其特征在于由多個所述的上層單級懸臂式L型擋墻平行并連為一體；每2~3片所述的上層單級懸臂式L型擋墻通過連接環和連接筋相連。
3.根據權利要求1所述的二級垛式懸臂式L型擋墻，其特征在于由多個所述的下層單級懸臂式L型擋墻平行并連為一體；每2~3片所述的下層單級懸臂式L型擋墻通過連接環和連接筋相連。
4.權利要求1所述的二級垛式懸臂式L型擋墻的實施方法，其特征在于可分別異地預制上層單級懸臂式L型擋墻和下層單級懸臂式L型擋墻，再進行現場拼裝。
5.根據權利要求4所述的二級垛式懸臂式L型擋墻的實施方法，其特征在于，包含以下步驟
A.根據設計圖紙，預先扎制鋼筋骨架，模板制作、澆注混凝土，拆模養生；
B.進行基槽開挖、地基處理及防排水；
C.清方之后，抄平放線，用吊機吊裝安放L型預制擋墻塊；
D.采用透水性強，易排水、抗剪強度大且穩定的填料墻背填料；
E.整坡和景觀恢復。
全文摘要
本發明公開了一種二級垛式懸臂式L型擋墻及其實施方法。該復合擋墻由單級懸臂式L型擋墻呈上下砌垛方式組成上層單級懸臂式L型擋墻和下層單級懸臂式L型擋墻，利用上層單級懸臂式L型擋墻的底板形成卸荷平臺。本發明還公開了這種二級垛式懸臂式L型擋墻的實施方法。本發明充分發揮了單級懸臂式L型擋墻結構簡單輕型、節約用地、對地基應力要求不高、能適用交替變形和生態保護等特點，在既利用懸臂式擋墻較高的抗傾覆能力和抗滑特性，又能在充分利用墻后填土自重的前提下提高其支擋的高度。
文檔編號E02D29/02GK101240548SQ20081006944
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月6日 優先權日2008年3月6日
發明者波 梁, 紅 羅, 王家東, 橋 梁 申請人:重慶交通大學