CN110295622B - 一种桁排架组合结构挡土墙 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桁排架组合结构挡土墙，包括：桁排架组合系统，桁排架组合系统设置于基础之上，桁排架组合系统由若干并排设置的竖直梯形桁架组成，竖直梯形桁架所在平面与水平面垂直，若干竖直梯形桁架通过若干水平支撑桁架实现平行连接，水平支撑桁架所在平面与竖直梯形桁架所在平面垂直，每一竖直梯形桁架包括：竖直弦杆和斜弦杆，竖直弦杆和斜弦杆之间自上而下设置有若干斜腹杆，每两道斜腹杆下加设一道水平腹杆，若干斜弦杆处在同一平面，局部加设十字支撑，形成迎土面，若干竖直弦杆处于同一平面，局部加设十字支撑，形成背土面，迎土面上设置有墙板，解决现有技术中的结构不稳定，及结构复杂不易施工和经济性较差等技术问题。

Description

一种桁排架组合结构挡土墙

技术领域

本发明属于建筑技术领域，尤其涉及一种桁排架组合结构挡土墙。

背景技术

随着我国建设规模增大，挡土墙结构大量应用于边坡、基坑防护工程中。常见的挡土墙结构包括重力式挡土墙、锚定式挡土墙、悬臂式挡土墙、加筋土挡土墙等。重力式挡土墙是依靠挡土墙本身的自重来抵御墙后土体的压力从而实现边坡稳定，其通常由浆砌片石或毛石混凝土砌筑，适用高度有限，尤其对地基承载力要求较高。锚杆式挡土墙主要由预制的钢筋混凝土立柱和挡土板构成墙面、与水平或倾斜的钢锚杆联合作用支挡土体，靠埋置岩土中的锚杆的抗拉力拉住立柱保证土体稳定，施工难度较高，需要有锚拉条件，不适用于路堑。悬臂式挡土墙是钢筋混凝土结构，利用钢筋的抗弯拉以及混凝土抗压的特性来抵御墙后土体压力，它具有持久和强度大的特点，但钢筋混凝土挡土墙实际施工中影响因素较多，导致施工难度大、工期较长、工程造价高。加筋土挡土墙是由填土、填土中的拉筋条以及墙面板等三部分组成，不适用于路堑或地形陡峭的山坡。

另一方面，传统挡土墙结构体积较大、结构自重大，随着挡土墙的广泛应用、废弃，越来越多的自然资源被开采和浪费，这与我国的可持续发展理念是相悖的。

关于新型挡土墙结构的研发已渐渐出现一些成果。如中国专利1“一种桁架式挡土墙”(公开号：CN104652475A)提供了一种桁架式挡土墙，但结构整体为竖向放置的悬臂桁架结构体系，缺少支撑系统，不够稳定，悬臂结构杆件尺寸往往也较大，因此不适用于较高的挡土墙；另一方面，其桁架为矩形，而土压力从上至下递增，呈三角形分布，矩形桁架设计不够经济合理；此外，其基础形式为桩基础，工期较长，造价较高。中国专利2“一种重力式多榀桁排架组合挡土结构”(公开号：CN106759468B)采用多个空间桁架结构相连，结构体积较大，结构中未受力的杆件较多，经济性较差，所以如何开发一款结构轻巧稳定、承载力高、施工方便、适用范围广，经济环保的挡土墙，是本领域技术人员一直在思考的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桁排架组合结构挡土墙，解决上述现有技术中的结构不稳定，及结构复杂不易施工和经济性较差的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种桁排架组合结构挡土墙，包括墙板和设置于基础之上的桁排架组合系统；桁排架组合系统包括若干并排设置的竖直梯形桁架，竖直梯形桁架间距为待挡土体的高度H的0.4～1倍，若干竖直梯形桁架通过若干水平支撑桁架实现平行连接；每一竖直梯形桁架包括：竖直弦杆和斜弦杆，竖直弦杆和斜弦杆之间自上而下设置有若干斜腹杆，每一斜腹杆两端分别与竖直弦杆和斜弦杆连接，两道斜腹杆与竖直弦杆或斜弦杆形成三角形结构，竖直弦杆和斜腹杆之间的夹角为40°～50°，每两道斜腹杆交点处加设一道水平腹杆；若干斜弦杆处在同一平面并形成迎土面，若干竖直弦杆处于同一平面并形成背土面，迎土面上设置有墙板，墙板与土体接触。通过结构计算，调整竖直梯形桁架间距，以及竖直梯形桁架、水平支撑桁架、迎土面纵向支撑、背土面纵向支撑中各杆件大小、根数，调整基础大小，可使该挡土墙结构适用于不同高度的挡土墙，对于高挡墙、超高挡墙也同样适用。

本发明的一种桁排架组合结构挡土墙，水平支撑桁架包括平行设置的上弦杆和下弦杆，上弦杆和下弦杆之间设置有若干竖直腹杆，上弦杆、下弦杆和竖直腹杆围的若干矩形对角线上首尾相接的设置有若干水平桁架斜腹杆；水平支撑桁架沿挡土墙纵向水平通长设置，上弦杆与竖直梯形桁架的斜弦杆依次连接，下弦杆与竖直梯形桁架的竖直弦杆依次连接；在竖直梯形桁架顶面设置一道，根据竖直梯形桁架高度，从上至下设置多道水平支撑桁架；最高处的水平支撑桁架形成桁排架组合系统顶面。

本发明的一种桁排架组合结构挡土墙，桁排架组合系统顶面设置有墙板，桁排架组合系统顶面的宽度为待挡土体的高度H的0.05～0.15倍，竖直梯形桁架的高度为待挡土体的高度H的1～1.2倍，斜弦杆斜率为1/15～1/5。

本发明的一种桁排架组合结构挡土墙，迎土面上某两个相邻的斜弦杆之间自上而下设有若干迎土面纵向支撑，使迎土面形成排架结构，每一迎土面纵向支撑为两根相互交错形成十字支撑的纵向支撑杆，两根纵向支撑杆间的夹角为60°～120°。

本发明的一种桁排架组合结构挡土墙，上下相邻迎土面纵向支撑之间的连接处设置有水平支撑桁架；迎土面纵向支撑水平跨度不超过50m。

本发明的一种桁排架组合结构挡土墙，背土面上与迎土面纵向支撑位置对应处设置有背土面纵向支撑，使背土面形成排架结构。

本发明的一种桁排架组合结构挡土墙，基础为天然基础或桩基础，若为桩基础，桩基础表面设置承台；桁排架组合系统为钢质或钢筋混凝土材质。

本发明的一种桁排架组合结构挡土墙，竖直弦杆和斜弦杆与天然基础或承台铰接。

本发明的一种桁排架组合结构挡土墙，桁排架组合系统为钢质，墙板由钢板和檩条组成，在桁排架组合系统的迎土面外侧设置檩条连接钢板，檩条从上而下采用一定间距设置，桁排架组合系统和墙板外部具有防腐层；桁排架组合结构的背土面，墙板可设可不设。

本发明产生的有益效果是：

1、本发明桁排架组合结构挡土墙，主体结构桁排架组合系统，通过在迎土面、背土面设置支撑并形成纵向排架结构，使挡土墙结构整体稳定可靠，能减小受力构件大小，提高挡土墙的承载力，提高挡土墙的适用高度；根据土压力的特点，主要受力桁架设置为梯形，使构件利用率高、降低了工程造价；桁架的腹杆、排架的支撑杆件布置合理，结构整体没有多余杆件，满足精细化设计、节能设计要求；桁排架结构均提前在工厂完成拼装，施工工期短，占地面积小，施工方便；

2、挡土墙内部没有填充材料，有大量空间可以利用；桁排架组合结构的背土面未设墙板，可根据情况加设景观构造等；

3、相对于其他挡土墙型式，该挡土墙工程量小，造价低，且挡土墙废除后，桁排架组合结构可整体进行吊装运输，利用到其他地方新的挡土墙结构中，若拆除，钢材也可以再利用，不产生建筑垃圾，是一种能高效生产的绿色环保挡土墙。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的主视图(仅示意桁排架组合系统，墙板未示出)；

图2是图1的I-I剖面视图；

图3是图1的Ⅱ-Ⅱ剖面视图；

图4为图1的Ⅲ-Ⅲ剖面视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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的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。

如图1-4所示，一种桁排架组合结构挡土墙，包括墙板2和设置于基础3之上的桁排架组合系统1；桁排架组合系统1包括若干并排设置的竖直梯形桁架4，竖直梯形桁架4间距为待挡土体的高度H的0.4～1倍，若干竖直梯形桁架4通过若干水平支撑桁架5实现平行连接；每一竖直梯形桁架4包括：竖直弦杆8和斜弦杆9，竖直弦杆8和斜弦杆9之间自上而下设置有若干斜腹杆11，每一斜腹杆11两端分别与竖直弦杆8和斜弦杆9连接，两道斜腹杆11与竖直弦杆8或斜弦杆9形成三角形结构，竖直弦杆8和斜腹杆11之间的夹角为40°～50°，每两道斜腹杆11交点处加设一道水平腹杆10；若干斜弦杆9处在同一平面并形成迎土面，若干竖直弦杆8处于同一平面并形成背土面，迎土面上设置有墙板2，墙板2与土体接触。通过结构计算，调整竖直梯形桁架4间距，以及竖直梯形桁架4、水平支撑桁架5、迎土面纵向支撑6、背土面纵向支撑中各杆件大小、根数，调整基础大小，可使该挡土墙结构适用于不同高度的挡土墙，对于高挡墙、超高挡墙也同样适用。

本发明的优选实施例中，水平支撑桁架5包括平行设置的上弦杆12和下弦杆13，上弦杆12和下弦杆13之间设置有若干竖直腹杆14，上弦杆12、下弦杆13和竖直腹杆14围的若干矩形对角线上首尾相接的设置有若干水平桁架斜腹杆15；水平支撑桁架5沿挡土墙纵向水平通长设置，上弦杆12与竖直梯形桁架的斜弦杆9依次连接，下弦杆13与竖直梯形桁架的竖直弦杆8依次连接；在竖直梯形桁架4顶面设置一道，根据竖直梯形桁架4高度，从上至下设置多道水平支撑桁架5；最高处的水平支撑桁架5形成桁排架组合系统1顶面。

本发明的优选实施例中，桁排架组合系统1顶面设置有墙板2，桁排架组合系统1顶面的宽度为待挡土体的高度H的0.05～0.15倍，竖直梯形桁架4的高度为待挡土体的高度H的1～1.2倍，斜弦杆9斜率为1/15～1/5。

本发明的优选实施例中，迎土面上某两个相邻的斜弦杆9之间自上而下设有若干迎土面纵向支撑6，使迎土面形成排架结构，每一迎土面纵向支撑6为两根相互交错形成十字支撑的纵向支撑杆，两根纵向支撑杆间的夹角为60°～120°。

本发明的优选实施例中，上下相邻迎土面纵向支撑6之间的连接处设置有水平支撑桁架5；迎土面纵向支撑6水平跨度不超过50m。

本发明的优选实施例中，背土面上与迎土面纵向支撑6位置对应处设置有背土面纵向支撑，使背土面形成排架结构。

本发明的优选实施例中，基础3为天然基础或桩基础，若为桩基础，桩基础表面设置承台；桁排架组合系统1为钢质或钢筋混凝土材质。

本发明的优选实施例中，竖直弦杆8和斜弦杆9与天然基础或承台铰接。

本发明的优选实施例中，桁排架组合系统1为钢质，墙板2由钢板16和檩条17组成，在桁排架组合系统1的迎土面外侧设置檩条17连接钢板16，檩条17从上而下采用一定间距设置，桁排架组合系统1和墙板2外部具有防腐层。桁排架组合结构的背土面，墙板可设可不设。

以某一具体工况进行举例说明：

某二级公路道路宽度为12m，设计车速为60km/h，设计汽车荷载等级为公路-Ⅰ级，设计安全等级一级。道路填方段不具备放坡条件，需设置挡墙，挡墙高10m，场地地质情况良好，未见不良地质现象，承载力高，适宜做天然基础。

桁排架组合系统的墙板高10m，由桁排架组合系统1、墙板2和基础3组成；挡土墙主体结构即桁排架组合系统1，为竖直梯形桁架4、水平支撑桁架5、迎土面纵向支撑6、背土面纵向支撑组成的桁排架组合系统1，为钢结构，均由Q235级钢材制作；竖直梯形桁架4沿挡土墙纵向按间距5m设置；水平支撑桁架5、迎土面纵向支撑6、背土面纵向支撑分别从挡土墙顶面、中部、迎土面和背土面，与竖直梯形桁架4进行连接，迎土面和背土面形成两个排架结构，整体形成一个桁排架组合系统1；墙板2与桁排架组合系统1相连，设置在桁排架组合系统1顶面和迎土面，与基础3相接，墙板2将桁排架组合系统1的顶面和迎土面封闭；基础3为天然基础。

竖直梯形桁架4是由竖直弦杆8、斜弦杆9、水平腹杆10、斜腹杆11组成的平面桁架结构；经结构计算，竖直弦杆8、斜弦杆9采用钢管φ299×16，最长的2根斜腹杆11采用钢管φ299×16，其他水平腹杆10、斜腹杆11采用钢管φ146×10；斜腹杆11与竖直弦杆8角度为45°，从竖直梯形桁架4顶端开始布置斜腹杆11，每两道斜腹杆11下加设一到水平腹杆10；竖直梯形桁架4高度10m，与挡土墙高度相等，竖直梯形桁架4顶宽1m，底宽2.5m。

水平支撑桁架5由上弦杆12、下弦杆13、竖直腹杆14、水平桁架斜腹杆15组成，沿挡土墙纵向水平通长设置；经结构计算，上弦杆12、下弦杆13采用钢管φ108×8，竖直腹杆14、斜腹杆15采用钢管φ50×5；上弦杆12与竖直梯形桁架3的斜弦杆9依次连接，下弦杆13与竖直梯形桁架4的竖直弦杆8依次连接；在竖直梯形桁架4顶面设置一道，高度4.44m处设置一道，共两道。

迎土面纵向支撑6是设置在某两个相邻竖直梯形桁架4的斜弦杆9之间的十字支撑；从上至下设置两道十字迎土面纵向支撑6，经结构计算，迎土面纵向支撑6的构件大小采用φ152×6，上排支撑夹角84°，下排支撑夹角97°，迎土面纵向支撑6相交处为水平支撑桁架5；沿挡土墙纵向，迎土面纵向支撑6间距45m。

背土面纵向支撑是设置在某两个相邻竖直梯形桁架4的竖直弦杆8之间的十字支撑；从上至下设置两道十字背土面纵向支撑，经结构计算，背土面纵向支撑构件大小采用φ152×6，上排支撑夹角84°，下排支撑夹角97°，背土面纵向支撑相交处为水平支撑桁架5；沿挡土墙纵向，背土面纵向支撑间距45m。

迎土面纵向支撑6和背土面纵向支撑设置位置相对应，且数量相同。

基础3采用天然基础，为钢筋混凝土结构；经结构计算，基础3总宽8.5m，其中伸入背土侧部分宽2m，伸入迎土侧部分宽4m，高1.2m，基础3沿挡墙纵向通长；竖直梯形桁架4的竖直弦杆8、斜弦杆9与基础3铰接。

墙板2由钢板16和檩条17组成，在竖直梯形桁架4的斜弦杆9外侧设置水平的檩条17连接钢板16，经结构计算，檩条17采用热轧普通槽钢[28a，从上而下间距0.8m，钢板16厚度t＝10mm。

与其他挡土墙结构相关发明相比，本发明具有如下突出的技术效果：

(1)本发明主要受力构件为竖直梯形桁架，将传统挡土墙整体受弯的受力特点转换为桁架局部构件的受拉或受压，并根据土压力的特点将主要受力桁架设置为梯形，从而有效发挥了材料的潜力，减轻结构自重，节省材料用量，降低工程造价，同时提高了挡土墙的适用高度；

(2)本发明主体结构桁排架组合系统，通过在迎土面、背土面设置支撑并形成纵向排架结构，使挡土墙结构整体稳定可靠，能减小受力构件大小，提高挡土墙的承载力，提高挡土墙的适用高度；

(3)本发明中桁架的腹杆、排架的支撑杆件布置合理，结构整体没有多余杆件，充分利用材料，节省材料，满足精细化设计、节能设计的要求；

(4)本发明中桁排架组合系统可采用钢结构制作，可提前在工厂完成拼装，能极大程度地缩短施工工期；且挡土墙废除后，桁排架组合结构可整体进行吊装运输，利用到其他地方新的挡土墙结构中，若拆除，钢材也可以再利用，不产生建筑垃圾，是一种能高效生产的绿色环保挡土墙；

(5)本发明不需要在岩土中埋置锚杆，不需要锚拉条件，适用范围广，占地面积小，施工方便；

(6)本发明基础采用天然基础或桩基础均可，可根据地质情况灵活设置。

(7)本发明挡土墙内部没有填充材料，有大量空间可以利用。桁排架组合系统的背土面，墙板可设可不设，可根据情况加设景观构造等。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种桁排架组合结构挡土墙，其特征在于，包括墙板(2)和设置于基础(3)之上的桁排架组合系统(1)；桁排架组合系统(1)包括若干并排设置的竖直梯形桁架(4)，竖直梯形桁架(4)间距为待挡土体的高度H的0.4～1倍，若干竖直梯形桁架(4)通过若干水平支撑桁架(5)实现平行连接；每一竖直梯形桁架(4)包括：竖直弦杆(8)和斜弦杆(9)，所述竖直弦杆(8)和斜弦杆(9)之间自上而下设置有若干斜腹杆(11)，每一所述斜腹杆(11)两端分别与竖直弦杆(8)和斜弦杆(9)连接，相邻的两道斜腹杆(11)与竖直弦杆(8)或斜弦杆(9)形成三角形结构，所述竖直弦杆(8)和斜腹杆(11)之间的夹角为40°～50°，每两道斜腹杆(11)的交点处加设一道水平腹杆(10)；若干所述斜弦杆(9)处在同一平面并形成迎土面，若干所述竖直弦杆(8)处于同一平面并形成背土面，所述迎土面上设置有墙板(2)，所述墙板(2)与土体接触，所述桁排架组合系统(1)顶面设置有墙板(2)，所述桁排架组合系统(1)顶面的宽度为待挡土体的高度H的0.05～0.15倍，所述竖直梯形桁架(4)的高度为待挡土体的高度H的1～1.2倍，所述斜弦杆(9)斜率为1/15～1/5。

2.根据权利要求1所述 的一种桁排架组合结构挡土墙，其特征在于，所述水平支撑桁架(5)包括平行设置的上弦杆(12)和下弦杆(13)，所述上弦杆(12)和下弦杆(13)之间设置有若干竖直腹杆(14)，所述上弦杆(12)、下弦杆(13)和竖直腹杆(14)围的若干矩形对角线上首尾相接的设置有若干水平桁架斜腹杆(15)；所述水平支撑桁架(5)沿挡土墙纵向水平通长设置，所述上弦杆(12)与竖直梯形桁架(4)的斜弦杆(9)依次连接，所述下弦杆(13)与竖直梯形桁架(4)的竖直弦杆(8)依次连接；根据竖直梯形桁架(4)高度，从上至下设置多道水平支撑桁架(5)；最高处的水平支撑桁架(5)形成桁排架组合系统(1)顶面。

3.根据权利要求1所述 的一种桁排架组合结构挡土墙，其特征在于，所述迎土面上某两个相邻的斜弦杆(9)之间自上而下设有若干迎土面纵向支撑(6)，使迎土面形成排架结构，每一所述迎土面纵向支撑(6)为两根相互交错形成十字支撑的纵向支撑杆，两根纵向支撑杆间的夹角为60°～120°。

4.根据权利要求3所述 的一种桁排架组合结构挡土墙，其特征在于，上下相邻迎土面纵向支撑(6)之间的连接处设置有水平支撑桁架(5)；所述迎土面纵向支撑(6)水平跨度不超过50m。

5.根据权利要求4所述 的一种桁排架组合结构挡土墙，其特征在于，所述背土面上与迎土面纵向支撑(6)位置对应处设置有背土面纵向支撑，使背土面形成排架结构。

6.根据权利要求1所述 的一种桁排架组合结构挡土墙，其特征在于，所述基础(3)为天然基础或桩基础，若为桩基础，桩基础表面设置承台；桁排架组合系统(1)为钢质或钢筋混凝土材质。

7.根据权利要求6所述 的一种桁排架组合结构挡土墙，其特征在于，所述竖直弦杆(8)和斜弦杆(9)与天然基础或承台铰接。

8.根据权利要求7所述 的一种桁排架组合结构挡土墙，其特征在于，所述桁排架组合系统(1)为钢质，墙板(2)由钢板(16)和檩条(17)组成，在桁排架组合系统(1)的外侧设置檩条(17)连接钢板(16)，檩条(17)从上而下采用一定间距设置，桁排架组合系统(1)和墙板(2)外部具有防腐层。

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