CN111254973B - 一种路堑挡土墙挤压性变形的修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路堑挡土墙挤压性变形的修复方法，包括：在既有路堑挡土墙上钻设若干个锚孔，在锚孔内分别设置锚杆；沿既有路堑挡土墙的墙面设置浇筑模板，浇筑模板内设置加固网，并且加固网与锚杆相连；在锚孔中灌注水泥砂浆将锚杆锚固，在浇筑模板中浇筑混凝土包裹加固网形成混凝土面板。其中，锚杆的轴向承载力设计值由修复后挡土墙的倾覆稳定性计算模型求得，加固网的布置方案由修复后挡土墙的抗剪承载力计算模型求得。本发明通过增设锚杆的抗力控制既有挡土墙的外倾变形，通过增设加固网混凝土面板解决挡土墙因抗剪能力不足而开裂的病害。本发明所提供的修复方法施工过程对临近主体工程扰动小，具有便于施工、成本低、修复效果好的优点。

Description

一种路堑挡土墙挤压性变形的修复方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，特别涉及一种路堑挡土墙挤压性变形的修复方法。

背景技术

重力式挡土墙依靠墙体自重抵抗土压力、防止土体坍滑，因其具有形式简单，就地取材，施工简便等特点，被广泛的应用于我国各类交通及矿山工程中。随着时间的推移，在降雨等不利因素的影响下，可能造成墙后土压力骤增；加之，自2008年以来我国西南地区地震灾害频发，2008年“5.12”8级地震、2013年“4.20”芦山7级地震、2017年“8.8”九寨沟7级地震，致使路堑边坡的稳定性进一步降低，造成大量挡土墙开裂、外倾等病害。针对于既有路堑(重力式)挡土墙的再加固修复技术，成为保障工程安全的重要工作。

目前，针对挡土墙开裂、外倾等病害的主要加固方法包括：拆除重建、新建大体积的支挡结构等。如：CN107604939A的中国发明专利公开了一种用于重力式挡土墙的加固方法，需要在重力式挡土墙墙脚附近增设悬臂式挡土墙；CN110106914A的中国发明专利公开了一种重力式挡土墙加固装置和方法，需要在墙背增设若干并排设置的竖向墙条状的水泥墙。但上述方法，修复工程的花费较大且对场地空间的要求很高。

虽有一些文献提到了采用增设钢筋或“钢筋混凝土格构梁+锚杆”的方式加固挡土墙，如：CN207436094U的中国实用新型专利和CN109208631A的中国发明专利。上述实用新型专利中采用增设钢筋针的加固方式对新建挡土墙进行加固，而非对既有挡土墙进行加固，将相应的加固方法运用到既有挡土墙时，其可实施性较低。上述发明专利中采用局部格构梁(钢筋混凝土格构梁+锚杆)的加固方式也不适用于已经产生斜截面病害的既有挡土墙，对于已经产生斜截面病害的既有挡土墙(存在裂缝)，无法使用局部格构梁进行加固。并且上述挡土墙加固方法中只是提出了加固方式(加固结构的选用)，并未给出相应的加固结构施工设计计算方法，并没有相应加固结构设计参数的理论支撑，致使难以合理估计加固措施的工程数量或参数，在实际工程应用中难以操作，给实际工程应用带来巨大的困扰。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种既有路堑挡土墙挤压性变形的修复方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种路堑挡土墙挤压性变形的修复方法包括：

步骤1：在既有路堑挡土墙1上钻设若干个锚孔5，在所述锚孔5内分别设置锚杆4；沿所述既有路堑挡土墙1的墙面设置浇筑模板，所述浇筑模板内设置加固网3，并且所述加固网3与所述锚杆4相连；

其中，所述锚杆4的轴向承载力设计值由修复后挡土墙的倾覆稳定性计算模型求得；所述加固网3的网格间距由修复后挡土墙的抗剪承载力计算模型求得；

步骤2：在所述锚孔5中灌注水泥砂浆6将所述锚杆4锚固，在所述浇筑模板中浇筑混凝土包裹所述加固网3形成混凝土面板2。

优选的，所述锚杆4向下倾斜设置，并且所述锚杆4与水平面的夹角小于或等于45度，且所述锚杆4之间的间距大于或等于2m。

优选的，在所述锚杆4与所述加固网3的连接处设置钢垫板7，用于连接所述锚杆4与所述加固网3；

其中，所述锚杆4端部设有螺纹段8，所述螺纹段8适配有螺母9，所述螺母9用于将所述钢垫板7抵接于所述加固网3外侧；

或者，在所述锚杆4上焊接短钢筋10，将所述钢垫板7抵接于所述加固网3外侧；

或者，在所述锚杆4上设置锚固弯钩11，将所述钢垫板7抵接于所述加固网3外侧。

优选的，按照支点反力相等的原则构造所述锚杆4的抗倾覆力计算式，并以此建立所述修复后挡土墙的倾覆稳定性计算模型。

优选的，所述修复后挡土墙的倾覆稳定性计算模型为：

其中，K₀为既有路堑挡土墙倾覆计算点的目标抗倾覆稳定系数；W为既有路堑挡土墙的自重重力；Z_w为既有路堑挡土墙的重心到倾覆计算点的水平距离；E_y为既有路堑挡土墙承受的土压力在竖直方向的分力；Z_x为既有路堑挡土墙承受的土压力在竖直方向的分力到倾覆计算点的水平距离；T为锚杆轴向承载力设计值；θ为锚杆与水平面的夹角；Z_xi为第i根锚杆的轴向承载力在竖直方向的分力到倾覆计算点的水平距离；Z_yi为第i根锚杆轴向承载力在水平方向的分力到倾覆计算点的竖向距离；E_x为既有路堑挡土墙承受的土压力在水平方向的分力；Z_y为既有路堑挡土墙承受的土压力在水平方向的分力到倾覆计算点的竖向距离。

优选的，求取所述锚杆的轴向承载力设计值，包括：

根据所述既有路堑挡土墙的倾斜程度对其进行评估，求取所述既有路堑挡土墙实际承受的土压力值；

设定所述锚杆的初始状态参数，以及所述目标抗倾覆稳定系数的目标值；其中，所述锚杆的初始状态参数包括：锚杆的排数、间距、直径、长度以及锚杆与水平面的夹角；

将设定好的锚杆的初始状态参数、所述目标抗倾覆稳定系数的目标值、所述既有路堑挡土墙实际承受的土压力值代入所述修复后挡土墙的倾覆稳定性计算模型中反推出所述锚杆的轴向承载力设计值。

优选的，通过引入既有路堑挡土墙抗剪强度剩余系数、混凝土面板抗剪强度利用系数、以及加固网水平抗剪强度利用系数建立所述修复后挡土墙的抗剪承载力计算模型。

优选的，所述修复后挡土墙的抗剪承载力计算模型为：

V＝V_O+V_R

其中，V为修复后既有路堑挡土墙的目标抗剪承载力；V_O为既有重力式既有路堑挡土墙的抗剪承载力；V_R为修复后提高的抗剪承载力；[τ]为既有路堑挡土墙圬工体的容许直接剪应力；A为既有路堑挡土墙的计算截面面积；

为既有路堑挡土墙抗剪强度剩余系数；

为混凝土面板抗剪强度利用系数；f_t为混凝土轴心抗拉强度设计值；b为混凝土面板水平向厚度；h为既有路堑挡土墙纵向长度；

为加固网水平抗剪强度利用系数；f_y为补强钢筋设计强度值；A_s为沿既有路堑挡土墙高度方向加固网的钢筋截面面积；s为平行于既有路堑挡土墙横断面钢筋的间距。

优选的，所述混凝土面板抗剪强度利用系数的取值范围为0.3～0.35；所述加固网水平抗剪强度利用系数的取值范围为：0.6～0.8；根据既有路堑挡土墙的受损情况确定所述既有路堑挡土墙抗剪强度剩余系数，其取值范围为：0～1。

优选的，求取所述加固网的网格间距，包括：

对所述既有路堑挡土墙抗剪强度剩余系数、混凝土面板抗剪强度利用系数、以及加固网水平抗剪强度利用系数进行赋值；并获取所述既有路堑挡土墙的原始状态参数；

分别设定所述加固网和所述混凝土的初始状态参数，以及所述目标抗剪承载力的目标值；

将设定好的所述加固网和所述混凝土的初始状态参数、所述目标抗剪承载力的目标值代入所述修复后挡土墙的抗剪承载力计算模型中反推出所述加固网的网格间距。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明所提供的路堑挡土墙挤压性变形的修复方法，无需对存在开裂、外倾等病害的既有重力式挡土墙(路堑挡土墙)进行拆除重建修复，只需在既有路堑挡土墙设置相应的“加固网+锚杆”进行加固修复，通过增设锚杆的抗力控制既有挡土墙的外倾变形，通过增设加固网混凝土面板解决挡土墙因抗剪能力不足而开裂的病害。本发明所提供的修复方法施工过程对临近主体工程扰动小，具有便于施工、成本低、修复效果好的优点。

并且该修复方法填补了既有重力式挡土墙加固修复技术中缺少合理计算方法的空白，在施工前通过充分考虑既有挡土墙的承载能力，设计了相应的加固修复计算模型，通过模型能够准确反推出加固网的间距、锚杆的轴向承载力设计值，得到最优修复施工方案。

附图说明：

图1是本发明示例性实施例的路堑挡土墙挤压性变形的修复方法流程图。

图2是本发明示例性实施例的修复后的既有重力式挡土墙横断面图。

图3是本发明示例性实施例的包裹在混凝土面板内的加固网(钢筋网)示意图。

图4是本发明示例性实施例的钢筋网和锚头采用的一部分连接方式示意图。

图5是本发明示例性实施例的既有重力式挡土墙示例性几何尺寸示意图。

图6是本发明示例性实施例的既有重力式挡土墙倾覆稳定性计算简图。

图中标记：1-既有重力式挡土墙；2-混凝土面板；3-钢筋网；4-锚杆；5-锚孔；6-水泥砂浆；7-钢垫板；8-螺丝端杆；9-螺母；10-焊接；11-弯钩。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

图1示出了本发明示例性实施例的一种路堑挡土墙挤压性变形的修复方法，包括：

步骤1：在既有路堑挡土墙1上钻设若干个锚孔5，在锚孔5内分别设置锚杆4；沿既有路堑挡土墙1的墙面(远离土体的一面为墙面)设置浇筑模板，浇筑模板内设置加固网3，并且加固网3与锚杆4相连；其中，锚杆4的轴向承载力设计值由修复后挡土墙的倾覆稳定性计算模型求得；加固网3的网格间距由修复后挡土墙的抗剪承载力计算模型求得；

步骤2：在锚孔5中灌注水泥砂浆6将锚杆4锚固，在浇筑模板中浇筑混凝土包裹加固网3形成混凝土面板2。

具体的，图2示出了本发明示例性实施例的修复后的既有重力式挡土墙横断面图。如图2所示，增设的多排锚杆向下倾斜，每排锚杆与水平面的夹角不大于45°，间距不小于2.0m。图3示出了本发明示例性实施例的包裹在混凝土面板内的加固网结构示意图，该加固网优选为钢筋网。

并如图4所示，通过在锚杆4与加固网3的连接处设置钢垫板7来连接锚杆4与加固网3。其连接方式可选择焊短钢筋锚固、弯钩锚固及螺母锚固等方式，具体为：在锚杆4端部(锚头)设有螺纹段8，螺纹段8适配有螺母9，螺母9用于将钢垫板7抵接于加固网3外侧；或者，在锚杆4上焊接短钢筋10，将钢垫板7抵接于加固网3外侧；或者，在锚杆4上设置锚固弯钩11，将钢垫板7抵接于加固网3外侧。进一步的，在上述修复过程中，可以采用分段施工，首先在锚孔5灌注水泥砂浆6，接着当锚孔5内的水泥砂浆6达到设计强度的预设百分比(一般，为70％)或预设百分比以上时，再进行混凝土面板的浇筑，相应的施工过程最简单高效。

进一步的，按照支点反力相等的原则构造锚杆4的抗倾覆力计算式，并以此建立修复后挡土墙的倾覆稳定性计算模型；引入既有路堑挡土墙抗剪强度剩余系数、混凝土面板抗剪强度利用系数、以及加固网水平抗剪强度利用系数建立修复后挡土墙的抗剪承载力计算模型。以在施工前根据设定的目标抗剪承载力和目标倾覆稳定性，利用两个模型反推出加固网的网格间距值、锚杆的轴向承载力设计值，得到最优施工方案。

进一步的，加固网的网格间距的具体求解过程包括：设定好既有路堑挡土墙抗剪强度剩余系数、混凝土面板抗剪强度利用系数、以及加固网水平抗剪强度利用系数的值；分别设定加固网(网格材料、截面等)和混凝土的初始状态参数(混凝土强度、钢筋网钢筋型号、钢筋直径等)，以及目标抗剪承载力的目标值；将设定好的加固网和混凝土的初始状态参数、目标抗剪承载力的目标值代入所述修复后挡土墙的抗剪承载力计算模型中反推出所述加固网的网格间距。其中，既有路堑挡土墙抗剪强度剩余系数在0～1之间取值，可根据既有路堑挡土墙的实际受损情况确定。而根据以往工程经验和相应的设计指导手册，混凝土面板抗剪强度利用系数可在0.3～0.35之间取值，而加固网水平抗剪强度利用系数则可在0.6～0.8之间取值。而锚杆的轴向承载力设计值的具体求解过程包括：根据既有路堑挡土墙的倾斜程度对其进行评估，求取既有路堑挡土墙实际承受的土压力值；设定锚杆的初始状态参数(锚杆的排数、间距、直径、长度以及锚杆与水平面的夹角等)，以及目标抗倾覆稳定系数的目标值；将设定好的锚杆的初始状态参数、目标抗倾覆稳定系数的目标值、既有路堑挡土墙实际承受的土压力值代入修复后挡土墙的倾覆稳定性计算模型中反推出锚杆的轴向承载力设计值。

实施例2

在本发明的进一步实施例中，针对图5所示的既有重力式挡土墙进行修复加固。该既有重力式挡土墙的墙身尺寸具体为：墙身总高8.0m，墙顶宽1.5m，面坡倾斜坡度1:0.25，背坡倾斜坡度1:-0.20，墙底倾斜坡率0.1:1。圬工砌体容重23.0kN/m³，圬工之间摩擦系数0.3，地基土摩擦系数0.5，墙身砌体容许压应力2100.0kPa，墙身砌体容许剪应力50.0kPa，墙身砌体容许拉应力150.0kPa，墙身砌体容许弯曲拉应力280.0kPa。墙后填土内摩擦角35.0°，黏聚力0kPa，容重19.0kN/m³，墙背与墙后填土摩擦角20.0°，墙底摩擦系数：0.5，地面横坡角度20.0°。

在外界不利因素下，造成墙后土压力骤增为初始工况的1.2倍，致使挡土墙出现开裂、倾斜等病害，需对该挡土墙进行加固。预计使修复后挡土墙的抗剪承载力提高至初始工况的1.5倍，倾覆稳定性安全系数提升至1.5。

首先，对修复后挡土墙的抗剪承载力进行设计，按每延米计。相应的修复后挡土墙的倾覆稳定性计算模型为：

V＝V_O+V_R

其中，挡土墙的计算截面(经墙踵)面积为1.9m²；圬工砌体的容许直接剪应力[τ]＝50.0kPa；由于挡土墙已开裂，取既有挡土墙抗剪强度利用系数0.1。则原设计工况挡土墙每延米的受剪承载力[τ]·A＝95kN，现阶段剩余的受剪承载力为V_O＝9.5kN。若使挡土墙的斜截面受剪能力提高至原设计工况150％，钢筋网混凝土面板加固提供的受剪承载力V_R＝133kN。初步设计混凝土面板厚0.4m，则混凝土面板水平向厚b＝0.41m，沿墙高通长设置，采用C30混凝土，混凝土轴心抗拉强度设计值f_t＝1.43N/mm²，混凝土面板抗剪强度利用系数，取0.3。钢筋网采用直径12mm的HRB400钢筋，则A_s＝113.1mm²，f_y＝360N/mm²，钢筋网水平抗剪强度利用系数，取0.7。故平行于挡土墙横断面钢筋的间距为：

本实施例中取钢筋网间距20cm。

进一步的，对修复后挡土墙的倾覆稳定性进行设计，按每延米计(图6示出了本发明示例性实施例的既有重力式挡土墙倾覆稳定性计算简图)。相应的修复后挡土墙的抗剪承载力计算模型为：

由设计资料易知，挡土墙重量W＝316.9kN，Z_w＝1.81m，Z_x＝2.45m，Z_y＝2.75m。不利因素影响下，增大后的墙后土压力E_x＝184.4kN、E_y＝28.2kN。初步设计为3排锚杆，锚杆与水平面夹角为20°，第2排锚杆设置于墙面高度中心位置，则Z_x2＝1.0m、Z_y2＝4.0m。由于第1排锚杆和第3排锚杆对称布置，则每根锚杆的轴向承载力设计值为：

本实施例中取每根锚杆的轴向承载力设计值为18kN。锚杆的截面及长度等设计可参考各行业设计规范，此处不再赘述。

采用本发明进行重力式挡土墙1修复加固的关键施工步骤如下：

(1)在既有重力式挡土墙1的预定位置钻锚孔5，并清理孔渣。

(2)设置锚杆4，灌注水泥砂浆6。

(3)利用钢垫板7将锚头与沿墙高设置的钢筋网3连接。连接方式可选择焊短钢筋锚固10、弯钩锚固11及螺母锚固8、9等。

(4)待锚孔5砂浆6达到设计强度的70％及以上，浇筑混凝土面板2，并做好养护工作。

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。

Claims (8)

1.一种路堑挡土墙挤压性变形的修复方法，其特征在于，包括：

步骤1：在既有路堑挡土墙(1)上钻设若干个锚孔(5)，在所述锚孔(5)内分别设置锚杆(4)；沿所述既有路堑挡土墙(1)的墙面设置浇筑模板，所述浇筑模板内设置加固网(3)，并且所述加固网(3)与所述锚杆(4)相连；

其中，所述锚杆(4)的轴向承载力设计值由修复后挡土墙的倾覆稳定性计算模型求得；所述加固网(3)的网格间距由修复后挡土墙的抗剪承载力计算模型求得；通过引入既有路堑挡土墙抗剪强度剩余系数、混凝土面板抗剪强度利用系数、以及加固网水平抗剪强度利用系数建立所述修复后挡土墙的抗剪承载力计算模型；所述修复后挡土墙的抗剪承载力计算模型为：

V＝V_O+V_R

其中，V为修复后既有路堑挡土墙的目标抗剪承载力；V_O为既有重力式既有路堑挡土墙的抗剪承载力；V_R为修复后提高的抗剪承载力；[τ]为既有路堑挡土墙圬工体的容许直接剪应力；A为既有路堑挡土墙的计算截面面积；

为既有路堑挡土墙抗剪强度剩余系数；

为混凝土面板抗剪强度利用系数；f_t为混凝土轴心抗拉强度设计值；b为混凝土面板水平向厚度；h为既有路堑挡土墙纵向长度；

为加固网水平抗剪强度利用系数；f_y为补强钢筋设计强度值；A_s为沿既有路堑挡土墙高度方向加固网的钢筋截面面积；s为平行于既有路堑挡土墙横断面钢筋的间距；

步骤2：在所述锚孔(5)中灌注水泥砂浆(6)将所述锚杆(4)锚固，在所述浇筑模板中浇筑混凝土包裹所述加固网(3)形成混凝土面板(2)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锚杆(4)向下倾斜设置，并且所述锚杆(4)与水平面的夹角小于或等于45度，且所述锚杆(4)之间的间距大于或等于2m。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述锚杆(4)与所述加固网(3)的连接处设置钢垫板(7)，用于连接所述锚杆(4)与所述加固网(3)；

其中，所述锚杆(4)端部设有螺纹段(8)，所述螺纹段(8)适配有螺母(9)，所述螺母(9)用于将所述钢垫板(7)抵接于所述加固网(3)外侧；

或者，在所述锚杆(4)上焊接短钢筋(10)，将所述钢垫板(7)抵接于所述加固网(3)外侧；

或者，在所述锚杆(4)上设置锚固弯钩(11)，将所述钢垫板(7)抵接于所述加固网(3)外侧。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照支点反力相等的原则构造所述锚杆(4)的抗倾覆力计算式，并以此建立所述修复后挡土墙的倾覆稳定性计算模型。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述修复后挡土墙的倾覆稳定性计算模型为：

其中，K₀为既有路堑挡土墙倾覆计算点的目标抗倾覆稳定系数；W为既有路堑挡土墙的自重重力；Z_w为既有路堑挡土墙的重心到倾覆计算点的水平距离；E_y为既有路堑挡土墙承受的土压力在竖直方向的分力；Z_x为既有路堑挡土墙承受的土压力在竖直方向的分力到倾覆计算点的水平距离；T为锚杆轴向承载力设计值；θ为锚杆与水平面的夹角；Z_xi为第i根锚杆的轴向承载力在竖直方向的分力到倾覆计算点的水平距离；Z_yi为第i根锚杆轴向承载力在水平方向的分力到倾覆计算点的竖向距离；E_x为既有路堑挡土墙承受的土压力在水平方向的分力；Z_y为既有路堑挡土墙承受的土压力在水平方向的分力到倾覆计算点的竖向距离。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，求取所述锚杆的轴向承载力设计值，包括：

根据所述既有路堑挡土墙的倾斜程度对其进行评估，求取所述既有路堑挡土墙实际承受的土压力值；

设定所述锚杆的初始状态参数，以及所述目标抗倾覆稳定系数的目标值；其中，所述锚杆的初始状态参数包括：锚杆的排数、间距、直径、长度以及锚杆与水平面的夹角；

将设定好的锚杆的初始状态参数、所述目标抗倾覆稳定系数的目标值、所述既有路堑挡土墙实际承受的土压力值代入所述修复后挡土墙的倾覆稳定性计算模型中反推出所述锚杆的轴向承载力设计值。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混凝土面板抗剪强度利用系数的取值范围为0.3～0.35；所述加固网水平抗剪强度利用系数的取值范围为：0.6～0.8；根据既有路堑挡土墙的受损情况确定所述既有路堑挡土墙抗剪强度剩余系数，其取值范围为：0～1。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，求取所述加固网的网格间距，包括：

对所述既有路堑挡土墙抗剪强度剩余系数、混凝土面板抗剪强度利用系数、以及加固网水平抗剪强度利用系数进行赋值；并获取所述既有路堑挡土墙的原始状态参数；

分别设定所述加固网和所述混凝土的初始状态参数，以及所述目标抗剪承载力的目标值；

将设定好的所述加固网和所述混凝土的初始状态参数、所述目标抗剪承载力的目标值代入所述修复后挡土墙的抗剪承载力计算模型中反推出所述加固网的网格间距。

Images