CN106013216B - 一种被动应力控制墙体变形式挡墙及其构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种被动应力控制墙体变形式挡墙及其构建方法。挡墙包括墙体和受拉装置；墙体由N段子墙体构成，各子墙体由分割体垒砌而成；分割体的表面为包裹层，内部有充填物；每段子墙体上设置至少一组受拉装置，该受拉装置包括上受拉垫板、下受拉垫板和若干受拉杆件；上受拉垫板设置在位于顶层的分割体的顶面，下受拉垫板设置在位于底层的分割体的底面；受拉杆件贯穿各层分割体，该受拉杆件的上、下端分别固定在上受拉垫板和下受拉垫板上。本发明还提供了构建方法：先加工分割体，再平场，安装下受拉垫板、下子拉杆和底层分割体，然后安装其余子拉杆和分割体，最后安装上子拉杆、顶层分割体、上受拉垫板。本发明的挡墙抗变形能力强、施工简单。

Description

一种被动应力控制墙体变形式挡墙及其构建方法

技术领域

本发明属于土木工程领域，具体涉及一种被动应力控制墙体变形式挡墙及其构建方法。

背景技术

挡土墙是防止土体坍塌的构筑物，是各类建筑物的重要组成部分。作为工程的附属设施，在房屋建筑、水利工程、铁路工程以及桥梁等工程领域建设中得到广泛的运用。目前根据挡土墙的结构形式划分，常见的挡土墙形式有：重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚杆式和锚定板式等类型。但是这些不同类型的挡土墙都存在各自的局限性，无法做到在强度和稳定性满足的条件下，按照结构合理、断面经济及施工方便安全可靠等原则设计。

其中最常用的重力式挡土墙是用块石、片石、混凝土预制块作为砌体，或采用混凝土、片石混凝土进行整体浇筑而成，它依靠自身重力来抵抗侧向土压力。该挡墙不仅要有一定的强度抵抗侧向土压力，而且要有一定的刚度来阻止边坡土体的变形。虽然目前常用的挡墙有仰斜式、俯斜式、衡重式等多种形式，但这些挡墙都存在以下不可避免的缺陷：1、墙体后侧的压力随着边坡土体埋深的增加而增加，由于挡墙墙体刚度较大，不能调整墙后侧压力的分布，导致墙体局部受力较大且集中，容易造成挡墙局部的破损。2、重力式挡墙靠自身重力抵抗侧向土压力，其设计的最终目的为了平衡侧向土带来的压力，将侧向土压力作为破坏挡墙的根本原因，无法利用侧向土压力来提高挡墙的承载力。3、该挡墙自身材料透水性较差，需在挡墙结构设置一些排水孔，但挡墙在服役期间排水孔容易堵塞，危及挡墙自身安全。4、传统的重力式挡墙砌块，主要是依靠上下层砌块之间的摩擦力来抵抗侧向土压力，其摩擦力仅有底部的接触面以上砌块的自重产生，因此该挡墙自重较大，对地基承载能力要求较高。5、重力式挡墙一般设计都偏于保守，因此其水平截面面积较大，垮工数量多，经济成本较高。6、该挡墙现场施工方法较为复杂，施工速度较慢。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种抗变形能力大、稳定性好且便于建设的被动应力控制墙体变形式挡墙，并对应提供其构建方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种被动应力控制墙体变形式挡墙，包括墙体和受拉装置；所述的墙体由N段首尾相接的子墙体构成，每个子墙体由多个块状的分割体自下而上垒砌M层构成；所述的分割体的表面为包裹层，内部装有充填物；其中：M为≥3的整数，N为≥1的整数；每段子墙体上设置有至少一组所述的受拉装置，该受拉装置包括上受拉垫板、下受拉垫板和若干受拉杆件；所述的上受拉垫板设置在位于顶层的分割体的顶面，所述的下受拉垫板设置在位于底层的分割体的底面；所述的受拉杆件贯穿各层分割体，且所述受拉杆件的上、下端分别固定在所述上受拉垫板和下受拉垫板上。

进一步，所述的受拉杆件由若干节首尾相接的子拉杆构成；其中，与所述上受拉垫板连接的子拉杆为上子拉杆，与所述下受拉垫板连接的子拉杆为下子拉杆，其余的为中间子拉杆；所述的子拉杆之间焊接在一起或通过套筒连接在一起。

进一步，所述的包裹层由土工格栅制成，在该土工格栅与所述的填充物之间还铺设有作为土工织物的土工无纺布。

进一步，所述的上受拉垫板的面积小于位于顶层的分割体的顶面的面积；所述的下受拉垫板的面积小于位于底层的分割体的底面的面积。

进一步，所述的下子拉杆的长度大于位于底层的分割体的厚度；所述的上子拉杆的长度小于位于顶层的分割体的厚度。

一种上述被动应力控制墙体变形式挡墙的构建方法，包括以下步骤：

1）预先制备分割体：取土工格栅，在作为外包筋材的土工格栅内部放置土工织物，在土工织物内部填充充填物；再将外包筋材和土工织物折叠，以将充填物朝向墙体两侧及上方的开口封住而形成分割体；在分割体上沿墙体的延伸方向上打若干个间距相同的竖向通孔作为安装孔，用于安装所述的受拉杆件。

2）整平施工场地，安置下受拉垫板，并将下受拉垫板与下子拉杆的下端连接，再安放位于底层的所述分割体，使所述的下子拉杆的上端沿所述的安装孔穿过位于底层的所述分割体。

3）在下子拉杆的上端连接第二层中间子拉杆，然后再将第二层分割体通过安装孔套在第二层中间子拉杆上的方式垒砌在底层分割体上并使第二层中间子拉杆上端穿出第二层分割体。

4）在第二层中间子拉杆的上端连接第三层中间子拉杆，然后再将第三层分割体通过安装孔套在第三层中间子拉杆上的方式垒砌在第二层分割体上；依次类推，直至完成顶层分割体的垒砌；每层子拉杆上端均穿出所在层分割体。

5）在顶层分割体上表面放置上受拉垫板，并将其与上子拉杆的上端连接，从而完成一段子墙体的构建。

6）重复步骤2）-5）以完成其它段子墙体的构建，形成被动应力控制墙体变形式挡墙。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的被动应力控制墙体变形式挡墙当受到侧向土压力作用时，受拉装置被动地产生拉应力，利用此拉压力来增加各分割体之间的摩擦力，提高挡土墙自身的稳定性和抗变形能力。挡墙受侧向土压力作用越大，被动拉应力也越大。

2、本发明的分割体是一种柔性分割体结构，能够有效降低墙体刚度，协调墙后边坡土体的变形。通过墙体自身结构调节侧向土压力在墙体壁面的分布，有效的降低挡墙因局部土压力过大而破坏的几率。

3、本发明利用墙体自身排水，不需要单独在墙体上设置排水孔等排水系统，从而避免了排水不畅而诱发的坍塌危险。

4、本发明的分割体的尺寸可以任意调整，可以现场施工，也可预制完成，制作方法快速简单。

5、本发明的被动应力控制墙体变形式挡墙的构建方法的材料来源广泛可就地取材、造价低、施工速度快等优点，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明的被动应力控制墙体变形式挡墙的正视结构示意图；

图2为本发明的被动应力控制墙体变形式挡墙的俯视结构示意图；

图3为本发明的被动应力控制墙体变形式挡墙的左视结构示意图；

图4为本发明的采用套筒连接的子受拉杆件的结构示意图；

图5为本发明的采用焊接连接的子受拉杆件的结构示意图；

图6为土工格栅的结构示意图；

图7为本发明实施例的结构示意图。

附图中：1—分割体；21—下受拉垫板；22上受拉垫板；23—下子拉杆；24—上子拉杆；25—套筒；26—螺栓；27—螺母；3—土工格栅；4—墙后填土。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

一、一种被动应力控制墙体变形式挡墙，如图1-6所示。包括墙体和受拉装置；所述的墙体由N段首尾相接的子墙体构成，每个子墙体由多个块状的分割体1自下而上垒砌M层构成；所述的分割体1的表面为包裹层，内部装有充填物；其中：M为≥3的整数，N为≥1的整数；每段子墙体上设置有至少一组所述的受拉装置，该受拉装置包括上受拉垫板22、下受拉垫板21和若干受拉杆件；所述的上受拉垫板22设置在位于顶层的分割体1的顶面，所述的下受拉垫板21设置在位于底层的分割体1的底面；所述的受拉杆件贯穿各层分割体1，且所述受拉杆件的上、下端分别固定在所述上受拉垫板22和下受拉垫板21上。

充填物可以就地取材，以方便快速施工。一般来说，所述内部充填物选用透水性较好的材料，以方便排水。受拉装置使各分割体1接触面摩擦力增大，有效的降低墙面的位移。由于各分割体1通过受拉装置形成一个整体，增加挡墙的稳定性，有效减少挡墙发生局部破坏的概率。

作为优化，所述的受拉杆件由若干节首尾相接的子拉杆构成；其中，与所述上受拉垫板22连接的子拉杆为上子拉杆24，与所述下受拉垫板21连接的子拉杆为下子拉杆23。其余的为中间子拉杆。为了节约成本，所述的子拉杆之间可以采用焊接的方式连接在一起。

当然，为了提高施工的便捷性，也可以采用可拆卸连接，比如所述的子拉杆之间用套筒25连接在一起。还可以将上子拉杆24的上端加工上螺纹，在上受拉垫板22对应位置开设通孔，使上子拉杆24的上端穿过通孔，再用螺母27固定；将下拉杆的下端加工成螺栓26，并与下受拉垫板21连接。

作为优化，所述的包裹层由土工格栅制成，在该土工格栅与所述的填充物之间还铺设有作为土工织物的土工无纺布。土工格栅3能够固定分割体1的形状，使减少分割体1的变形，形成包裹层后多余的土工格栅3部分可以作为加筋材料使用，可以强化墙体的抗冲击能力。内部的土工无纺布具有返虑作用，防止充填物在雨水作用下流失。

作为优化，所述的上受拉垫板22的面积小于位于顶层的分割体1的顶面的面积；所述的下受拉垫板21的面积小于位于底层的分割体1的底面的面积。这样设置既节省了材料，也方便安装，同时，还提高了上、下受拉垫板21在受到拉力时的形变敏感度。

作为优化，为了方便安装，所述的下子拉杆23的长度大于位于底层的分割体1的厚度；所述的上子拉杆24的长度小于位于顶层的分割体1的厚度。

被动应力控制墙体变形式挡墙的作用原理：该被动应力控制墙体变形式挡墙受到边坡的侧向土压力时，受拉装置会沿着侧向土压力方向发生弯曲变形。当受拉杆件发生弯曲变形时，会产生反力反作用于上受拉垫板22和下受拉垫板21，两受拉垫板将反力传递给堆砌的分割体1，从而使各分割体1接触面的正应力增加，相互之间的摩擦力增加，有效限制墙体的变形，提高墙体抗变形能力。

二、一种上述的被动应力控制墙体变形式挡墙的构建方法，包括以下步骤：

1）预先制备分割体1：取土工格栅3，在作为外包筋材的土工格栅3内部放置土工织物，在土工织物内部填充充填物；再将外包筋材和土工织物折叠，以将充填物朝向墙体两侧及上方的开口封住而形成分割体1；在分割体1上沿墙体的延伸方向上打若干个间距相同的竖向通孔作为安装孔，用于安装所述的受拉杆件；

2）整平施工场地，安置下受拉垫板21，并将下受拉垫板21与下子拉杆23的下端连接，再安放位于底层的所述分割体1，使所述的下子拉杆23的上端沿所述的安装孔穿过位于底层的所述分割体1；

3）在下子拉杆23的上端连接第二层中间子拉杆，然后再将第二层的分割体1通过安装孔套在第二层中间子拉杆上的方式垒砌在底层的分割体1上并使第二层中间子拉杆上端穿出第二层的分割体1；

4）在第二层中间子拉杆的上端连接第三层中间子拉杆，然后再将第三层的分割体1通过安装孔套在第三层中间子拉杆上的方式垒砌在第二层的分割体1上；依次类推，直至完成顶层的分割体1的垒砌；每层子拉杆上端均穿出所在层分割体1；

5）在顶层的分割体1上表面放置上受拉垫板21，并将其与上子拉杆24的上端连接，从而完成一段子墙体的构建；

6）重复步骤2）-5）以完成其它段子墙体的构建，形成被动应力控制墙体变形式挡墙。

三、实施例

采用以上方法构建N=1，M=4的被动应力控制墙体变形式挡墙，分割体1的长度与子墙体的长度相同，宽×高=50cm×50cm。相邻两个安装孔的距离为1米。各子拉杆之间采用套筒25连接，下受拉垫板21与下子拉杆23的下端用螺栓26连接，而上受拉垫板22与上子拉杆24的上端之间用螺母27固定。将多余的土工格栅3作为加筋材料延伸到墙后填土4中，可以增加其稳定性。如图6所示。

在实际应用中，当墙体受到边坡的侧向土压力时，受拉装置会沿着侧向土压力方向发生弯曲变形。当受拉杆件发生弯曲变形时，会产生反力反作用于上受拉垫板22和下受拉垫板21，两受拉垫板将反力传递给堆砌的分割体1，从而使各分割体1接触面的正应力增加，相互之间的摩擦力增加，有效限制墙体的变形，提高墙体抗变形能力。本发明的墙体结构简单、抗变形能力强，还方便快速施工建设。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种被动应力控制墙体变形式挡墙，其特征在于，包括墙体和受拉装置；

所述的墙体由N段首尾相接的子墙体构成，每个子墙体由多个块状的分割体自下而上垒砌M层构成；所述的分割体的表面为包裹层，内部装有充填物；其中：M为≥3的整数，N为≥1的整数；

每段子墙体上设置有至少一组所述的受拉装置，该受拉装置包括上受拉垫板、下受拉垫板和若干受拉杆件；所述的上受拉垫板设置在位于顶层的分割体的顶面，所述的下受拉垫板设置在位于底层的分割体的底面；所述的受拉杆件贯穿各层分割体，且所述受拉杆件的上、下端分别固定在所述上受拉垫板和下受拉垫板上；

所述的上受拉垫板的面积小于位于顶层的分割体的顶面的面积；所述的下受拉垫板的面积小于位于底层的分割体的底面的面积。

2.根据权利要求1所述的被动应力控制墙体变形式挡墙，其特征在于，所述的受拉杆件由若干节首尾相接的子拉杆构成；其中，与所述上受拉垫板连接的子拉杆为上子拉杆，与所述下受拉垫板连接的子拉杆为下子拉杆，其余的为中间子拉杆；所述的子拉杆之间焊接在一起或通过套筒连接在一起。

3.根据权利要求2所述的被动应力控制墙体变形式挡墙，其特征在于，所述的包裹层由土工格栅制成，在该土工格栅与所述的充填物之间还铺设有作为土工织物的土工无纺布。

4.根据权利要求2所述的被动应力控制墙体变形式挡墙，其特征在于，所述的下子拉杆的长度大于位于底层的分割体的厚度；所述的上子拉杆的长度小于位于顶层的分割体的厚度。

5.一种如权利要求3所述的被动应力控制墙体变形式挡墙的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）预先制备分割体：取土工格栅，在作为外包筋材的土工格栅内部放置土工织物，在土工织物内部填充充填物；再将外包筋材和土工织物折叠，以将充填物朝向墙体两侧及上方的开口封住而形成分割体；在分割体上沿墙体的延伸方向上打若干个间距相同的竖向通孔作为安装孔，用于安装所述的受拉杆件；

2）整平施工场地，安置下受拉垫板，并将下受拉垫板与下子拉杆的下端连接，再安放位于底层的所述分割体，使所述的下子拉杆的上端沿所述的安装孔穿过位于底层的所述分割体；

3）在下子拉杆的上端连接第二层中间子拉杆，然后再将第二层分割体通过安装孔套在第二层中间子拉杆上的方式垒砌在底层分割体上并使第二层中间子拉杆上端穿出第二层分割体；

4）在第二层中间子拉杆的上端连接第三层中间子拉杆，然后再将第三层分割体通过安装孔套在第三层中间子拉杆上的方式垒砌在第二层分割体上；依次类推，直至完成顶层分割体的垒砌；每层子拉杆上端均穿出所在层分割体；

5）在顶层分割体上表面放置上受拉垫板，并将其与上子拉杆的上端连接，从而完成一段子墙体的构建；

6）重复步骤2）-5）以完成其它段子墙体的构建，形成被动应力控制墙体变形式挡墙。