CN111291487B - 一种提高既有衡重式挡土墙抗剪承载力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高既有衡重式挡土墙抗剪承载力的方法，通过引入待加固的既有衡重式挡土墙的抗剪强度剩余系数与加固结构的抗剪强度利用系数，建立加固结构加固后的既有衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型；综合考虑既有衡重式挡土墙与加固结构的抗剪能力协同发挥的差异性，充分利用既有衡重式挡土墙的剩余承载力建立合理的计算模型，并以此得到加固结构的加固设计方案。并且相应的植筋加固工艺通过合理选取钻孔植入的角度，无需对衡重台上部进行填土挖除，不会影响临近主体工程的正常运营，施工便捷、成本低。

Description

一种提高既有衡重式挡土墙抗剪承载力的方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，特别涉及一种提高既有衡重式挡土墙抗剪承载力的方法。

背景技术

衡重式挡土墙以填土重力和墙体自重协同抵抗墙侧土压力，具有良好的结构自稳性，尤其在地形受限的复杂艰险地区工程中应用较多。但由于衡重台处形状出现急剧变化，往往会产生应力集中现象，造成衡重台折角处混凝土开裂，加之不利因素引起的土压力剧增、施工过程中砂浆填充不饱满，存在孔隙，削弱了浆砌石的抗剪能力等综合原因，致使工程实践中经常出现衡重式挡土墙衡重台处斜截面剪切开裂的病害。

对于存在斜截面剪切开裂病害或有破坏风险的既有挡土墙，传统方法通常采用拆除重建或“框架梁+预应力锚索”的方式进行处理。但该方法处置工程成本高、对既有工程扰动大。或者是在衡重台折角处插竖向补强钢筋、高压注浆封堵裂缝的方式，需要将衡重台上部填土挖除，往往会影响临近主体工程的正常运营，因此该种方法往往适用于工程初期，在新建挡土墙时对挡土墙进行竖筋加固，并且该种加固方式也没有一个合理的抗剪承载力计算方法，没有综合考虑挡土墙和加固结构的抗剪强度的协同作用进行合理的加固结构的布设。因此，亟须提出一种施工便捷、成本低的既有衡重式挡土墙的安全性提升技术，在充分利用既有挡土墙抗剪承载能力的基础上进行加固补强，解决挡土墙衡重台处斜截面抗剪承载能力不足的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的加固方式不适用，加固方式没有一个合理的抗剪承载力计算方法，没有综合考虑挡土墙和加固结构的抗剪强度的协同作用进行合理的加固结构的布设的不足，提供一种提高既有衡重式挡土墙抗剪承载力的方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种提高既有衡重式挡土墙抗剪承载力的方法，包括：

步骤1：引入第一抗剪强度剩余系数以及第二抗剪强度利用系数，建立加固结构加固后的既有衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型；

其中，所述第一抗剪强度剩余系数为待加固的既有衡重式挡土墙的抗剪强度利用系数，所述第二抗剪强度利用系数为加固结构的抗剪强度利用系数；

步骤2：获取待加固既有衡重式挡土墙的原始状态参数；对所述待加固既有衡重式挡土墙的裂缝情况进行分析评估，得到所述第一抗剪强度剩余系数以与所述第二抗剪强度利用系数；

步骤3：根据待加固既有衡重式挡土墙的目标抗剪承载力，以及获取到的待加固既有衡重式挡土墙的状态参数、以及所得第一抗剪强度剩余系数与第二抗剪强度利用系数，利用所述加固后的既有衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型计算所述加固结构的期望数量；

步骤4：采用期望数量的加固结构对待加固既有衡重式挡土墙进行加固处理。

优选的，所述待加固既有衡重式挡土墙的状态参数包括：所述待加固既有衡重式挡土墙的圬工砌体的容许直接剪应力以及所述待加固既有衡重式挡土墙的剪裂面面积。

优选的，所述加固结构为单排补强钢筋或多排补强钢筋。

优选的，采用钻孔植筋的方式对待加固既有衡重式挡土墙进行加固处理，具体为：

在待加固既有衡重式挡土墙的预定位置处进行钻孔；钻孔完成后在孔内设置设置所述补强钢筋，并灌注高强度水泥砂浆进行填充。

优选的，所述预定位置为与剪裂面呈75～105度夹角的位置。

优选的，所述步骤3具体包括：

步骤301，根据所述待加固既有衡重式挡土墙的状态参数求取所述待加固既有衡重式挡土墙的初始抗剪承载力，根据所得第一抗剪强度剩余系数与所述初始抗剪承载力求得待加固既有衡重式挡土墙的剩余抗剪承载力；

步骤302，根据目标抗剪承载力提升系数以及所述初始抗剪承载力求得目标抗剪承载力；

步骤303，将所述目标抗剪承载力、以及待加固既有衡重式挡土墙的剩余抗剪承载力与第二抗剪强度利用系数代入所述加固后的既有衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型中求取所述加固结构的期望间距；

步骤304，利用所述挡土墙每延米的斜截面面积与所得加固结构的期望间距求得所述加固结构的期望数量。

优选的，所述加固后的既有衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型为：

V＝V_O+V_R

其中，V为目标抗剪承载力，V_O为待加固既有衡重式挡土墙的剩余抗剪承载力；V_R为加固结构加固后提高的抗剪承载力；[τ]为圬工砌体的容许直接剪应力；A为挡土墙的剪裂面面积；

为既有衡重式挡土墙抗剪强度利用系数；

为加固结构的抗剪强度利用系数；f_y为加固结构的设计强度值；n为加固结构的排数；A_s为单根补强钢筋截面面积；h为挡土墙纵向长度；s为平行于挡土墙横断面钢筋的间距。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

通过引入既有衡重式挡土墙抗剪强度剩余系数

和加固结构抗剪强度利用系数

来描述挡土墙和加固结构的协同工作性能，综合考虑二者抗剪强度的同步作用来建立合理的加固结构加固后的既有衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型；填补了既有衡重式挡土墙加固工艺中缺少合理计算方法的空白，可以通过该模型反推出加固结构的设计方案，拟定设计参数后，可以根据模型求出加固结构的合理布设间距和数量，该方法充分利用既有挡土墙的剩余抗剪承载能力。

在待加固既有衡重式挡土墙的预定位置处采用钻孔植筋的方式进行对既有挡土墙进行加固，将所述预定位置设置为与既有挡土墙剪裂面呈75～105度夹角的位置；该位置的钻孔植筋加固无需对衡重台上部进行填土挖除，不会影响临近主体工程的正常运营，施工便捷、成本低。

附图说明：

图1是本发明示例性实施例的提高既有衡重式挡土墙抗剪承载力的方法流程图。

图2是本发明示例性实施例的既有衡重式挡土墙横断面图。

图3是本发明示例性实施例的待加固挡土墙几何尺寸示意图。

图中标记：1-既有衡重式挡土墙；2-钻孔；3-补强钢筋；4-高强度水泥砂浆；5-既有衡重式挡土墙的剪裂面；6-既有衡重式挡土墙的衡重台。

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提高既有衡重式挡土墙抗剪承载力的方法，包括：

步骤1：引入第一抗剪强度剩余系数以及第二抗剪强度利用系数建立加固结构加固后的既有衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型；其中，所述第一抗剪强度剩余系数为待加固的既有衡重式挡土墙的抗剪强度利用系数，所述第二抗剪强度利用系数为加固结构的抗剪强度利用系数；在实际实施过程中，两个系数根据以往工程经验以及现场对既有衡重式挡土墙的开裂情况的评估结果来取值。

步骤2：获取待加固既有衡重式挡土墙的原始状态参数；对所述待加固既有衡重式挡土墙的裂缝情况进行分析评估，得到所述第一抗剪强度剩余系数以与所述第二抗剪强度利用系数；具体的，所述待加固既有衡重式挡土墙的状态参数主要包括：所述待加固既有衡重式挡土墙的圬工砌体的容许直接剪应力以及所述待加固既有衡重式挡土墙的剪裂面面积；相应的参数可以通过查找既有衡重式挡土墙的原始设计参数，再依据现有的施工技术手册中的计算方法求得。

步骤3：根据待加固既有衡重式挡土墙的目标抗剪承载力，以及获取到的待加固既有衡重式挡土墙的状态参数、以及所得第一抗剪强度剩余系数与第二抗剪强度利用系数，利用所述加固后的既有衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型计算所述加固结构的期望数量。

其中，步骤3具体包括：根据所述待加固既有衡重式挡土墙的状态参数求取所述待加固既有衡重式挡土墙的初始抗剪承载力，根据所得第一抗剪强度剩余系数与所述初始抗剪承载力求得待加固既有衡重式挡土墙的剩余抗剪承载力；根据目标抗剪承载力提升系数以及所述初始抗剪承载力求得目标抗剪承载力；将所述目标抗剪承载力、以及待加固既有衡重式挡土墙的剩余抗剪承载力与第二抗剪强度利用系数代入所述加固后的既有衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型中求取所述加固结构的期望间距(在求取加固结构的期望间距前，还需要初步拟定所选加固结构的材料、直径等参数)；利用所述挡土墙每延米的斜截面面积与所得加固结构的期望间距求得所述加固结构的期望数量。

步骤4：采用期望数量的加固结构对待加固既有衡重式挡土墙进行加固处理。

具体的，在实施时，以单排补强钢筋或多排补强钢筋为既有衡重式挡土墙的加固结构，采用钻孔植筋的方式对待加固既有衡重式挡土墙进行加固处理：在待加固既有衡重式挡土墙的预定位置(预定位置为与剪裂面呈75～105度夹角的位置)处进行钻孔；钻孔完成后在孔内设置设置所述补强钢筋，并灌注高强度水泥砂浆进行填充。

实施例2

图2示出了既有衡重式浆砌片石挡土墙横断面图，图3示出了该既有衡重式浆砌片石挡土墙的几何尺寸。如图3所示，墙身总高10.6m，上墙高5.0m，墙顶宽1.0m，台宽2.0m，面坡倾斜坡度1:0.2，上墙背坡倾斜坡度1:0.25，下墙背坡倾斜坡度1:-0.25；墙趾台阶宽0.30m，墙趾台阶高0.50m，墙趾台阶与墙面坡坡度相同，墙底倾斜坡率0.2:1。圬工砌体容重23.0kN/m³，圬工之间摩擦系数0.4，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60.0kPa，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30.0°，黏聚力0kPa，容重19.0kN/m³，墙背与墙后填土摩擦角15.0°。

根据原设计资料，本实施例中既有衡重式浆砌片石挡土墙的剪裂面5长度5.4m、与水平面夹角(破裂角)42.5°；墙身砌体剪应力55.7kPa，满足墙身砌体容许剪应力60.0kPa的要求。但现场监测结果表明，上墙体出现外倾、沿斜截面出现剪切裂缝，分析其原因为：1.不利因素引起的墙侧土压力增大；2.施工过程中砂浆填充不饱满。为防止衡重式挡土墙衡重台处斜截面裂缝继续开展，采用本发明的衡重式挡土墙1，如图1所示流程进行计算分析，然后，对既有衡重式挡土墙1进行加固。在监测评估中，第一抗剪强度系数与第抗剪强度二系数与挡土墙的裂缝情况直接相关，当现场勘查的挡土墙裂缝越大时，两个系数均越来越小。钻孔2和补强钢筋3的方向近垂直于衡重台处剪裂面(与剪裂面呈75～105度夹角)，拟采用单排补强钢筋3。

植筋加固后，预计使挡土墙1的斜截面受剪能力提高至原设计工况150％。

植筋加固对挡土墙1的抗剪承载力提高，可通过下式确定：

V＝V_O+V_R

式中，V为植筋加固后挡土墙的抗剪承载力；V_O为既有衡重式挡土墙的抗剪承载力；V_R为植筋加固后提高的抗剪承载力；[τ]为圬工砌体的容许直接剪应力；A为挡土墙的斜截面面积；

为既有衡重式挡土墙抗剪强度利用系数；

为补强钢筋抗剪强度利用系数；f_y为补强钢筋设计强度值；n为补强钢筋排数；A_s为单根补强钢筋截面面积；h为挡土墙纵向长度；s为平行于挡土墙横断面钢筋的间距。

在本实施例中，待加固挡土墙每延米的斜截面面积A＝5.4m²，圬工砌体的容许直接剪应力[τ]＝60.0kPa，则原设计工况挡土墙1每延米的抗剪承载力[τ]·A＝270kN。

考虑到衡重台斜截面开裂情况，取既有衡重式挡土墙抗剪强度利用系数

现阶段剩余的抗剪承载力为

若使挡土墙1的斜截面受剪能力提高至原设计工况150％，即V＝1.5[τ]A＝405kN，植筋加固提供的抗剪承载力V_R＝V-V_O＝297kN。

再利用模型计算钢筋的期望数量前，首先初步拟定补强钢筋3的材料、直径等参数。取钻孔2直径91mm，补强钢筋3采用直径25mm的HRB400钢筋f_y＝360N/mm²，钢筋抗剪强度利用系数

取0.6，则平行于挡土墙1横断面钢筋的间距

本实施例中取补强钢筋间距35cm。

采用本发明进行既有衡重式挡土墙1加固的关键施工步骤如下：

(1)在既有衡重式挡土墙1的预定位置进行钻孔2，并清理孔渣。

(2)设置补强钢筋3，并灌注高强度水泥砂浆4。

(3)封孔，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 (6)

1.一种提高既有衡重式挡土墙抗剪承载力的方法，其特征在于，包括：

步骤1：引入第一抗剪强度剩余系数以及第二抗剪强度利用系数建立加固结构加固后的既有衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型；

其中，所述第一抗剪强度剩余系数为待加固的既有衡重式挡土墙的抗剪强度利用系数，所述第二抗剪强度利用系数为加固结构的抗剪强度利用系数；

步骤2：获取待加固既有衡重式挡土墙的原始状态参数；对所述待加固既有衡重式挡土墙的裂缝情况进行分析评估，得到所述第一抗剪强度剩余系数以及所述第二抗剪强度利用系数；

步骤3：根据待加固既有衡重式挡土墙的目标抗剪承载力，以及获取到的待加固既有衡重式挡土墙的状态参数、以及所得第一抗剪强度剩余系数与第二抗剪强度利用系数，利用所述加固后的既有衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型计算所述加固结构的期望数量；

步骤4：采用期望数量的加固结构对待加固既有衡重式挡土墙进行加固处理；所述加固后的既有衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型为：

V＝V_O+V_R

其中，V为目标抗剪承载力，V_O为待加固既有衡重式挡土墙的剩余抗剪承载力；V_R为加固结构加固后提高的抗剪承载力；[τ]为圬工砌体的容许直接剪应力；A为挡土墙的最危险斜截面面积；

为既有衡重式挡土墙抗剪强度利用系数；

为加固结构的抗剪强度利用系数；f_y为加固结构的设计强度值；n为加固结构的排数；A_s为单根补强钢筋截面面积；h为挡土墙纵向长度；s为平行于挡土墙横断面钢筋的间距。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待加固既有衡重式挡土墙的状态参数包括：所述待加固既有衡重式挡土墙的圬工砌体的容许直接剪应力以及所述待加固既有衡重式挡土墙的剪裂面面积。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加固结构为单排补强钢筋或多排补强钢筋。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用钻孔植筋的方式对待加固既有衡重式挡土墙进行加固处理，具体为：

在待加固既有衡重式挡土墙的预定位置处进行钻孔；钻孔完成后在孔内设置所述补强钢筋，并灌注高强度水泥砂浆进行填充。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预定位置为与剪裂面呈75～105度夹角的位置。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

步骤301，根据所述待加固既有衡重式挡土墙的状态参数求取所述待加固既有衡重式挡土墙的初始抗剪承载力，根据所得第一抗剪强度剩余系数与所述初始抗剪承载力求得待加固既有衡重式挡土墙的剩余抗剪承载力；

步骤302，根据目标抗剪承载力提升系数以及所述初始抗剪承载力求得目标抗剪承载力；

步骤303，将所述目标抗剪承载力、以及待加固既有衡重式挡土墙的剩余抗剪承载力与第二抗剪强度利用系数代入所述加固后的既有衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型中求取所述加固结构的期望间距；

步骤304，利用所述挡土墙每延米的斜截面面积与所得加固结构的期望间距求得所述加固结构的期望数量。

Images