CN111310265A - 一种提高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衡重式挡土墙抗剪承载力的方法，在建造衡重式挡土墙前，引入加固结构抗剪强度利用系数对所述加固结构提高的抗剪承载力进行表征，并以此建立增设加固结构后的衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型；再根据设定好的目标抗剪承载力、利用所述增设加固结构后的衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型对加固结构进行设计，初拟定参数，再反推出期望间距，最后完成增设有加固结构的衡重式挡土墙的建设。通过相应的计算模型描述挡土墙和加固结构的协同工作性能，综合考虑二者抗剪承载力协同作用，填补了衡重式挡土墙加固设计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合理布设间距和数量，得到最优的加固补强方案。

Description

一种提高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，特别涉及一种提高衡重式挡土墙抗剪承载力的方法。

背景技术

衡重式挡土墙在墙体自重的基础上，能充分利用衡重台上部填土重力，以改变墙体的重心位置、抵抗墙侧土压力，是一种应用广泛的支挡结构。浆砌片石挡土墙是采用砂浆与毛石料砌筑的砌体结构，具有造价低、透水性好等诸多优点。但由于浆砌片石承载力低、易变形，加之衡重台折角位置为应力集中区域，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。

为防止上述病害，加强衡重台与上墙背相交处的斜截面抗剪能力，传统方法通常在新建衡重式挡土墙的过程中，在衡重台与上墙背相交区域附近采用插竖向短钢筋的方式进行加固。但该方法缺乏合理的抗剪承载力计算方法导致其缺乏合理的加固结构的布设依据，往往因钢筋过少导致加固范围受限、对挡土墙抗剪承载力的提升不足，而过多的设置则会导致工程量的加剧和浪费，因此亟需提出一种更加合理的衡重式挡土墙安全性提升技术来有效提高衡重式挡土墙的抗剪承载力。

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，提供一种提高衡重式挡土墙抗剪承载力的方法，通过建立相应的模型来描述挡土墙和加强体的协同工作性能，以此计算出更加合理的加固结构的间距尺寸，从而合理有效提高衡重式挡土墙的抗剪承载力。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种提高衡重式挡土墙抗剪承载力的方法，包括：

步骤1：引入加固结构抗剪强度利用系数对所述加固结构提高的抗剪承载力进行表征，并以此建立增设加固结构后的衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型；

步骤2：根据衡重式挡土墙的目标参数，以及设定好的目标抗剪承载力，以及所述加固结构的抗剪强度利用系数，利用所述增设加固结构后的衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型中反推出所述加固结构的期望参数；

步骤3：根据衡重式挡土墙的目标参数施工建造所述衡重式挡土墙，并且在所述衡重式挡土墙中增设有期望间距的加固结构。

优选的，所述加固结构为补强钢筋网，所述加固结构的期望参数为补强钢筋网的网格间距。

优选的，所述加固结构抗剪强度利用系数取值范围为：0.6～0.9。

优选的，所述增设加固结构后的衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型为：

V＝V_O+V_R

V_O＝[τ]·A

其中，V为设定好的目标抗剪承载力；V_O为未增设钢筋网的衡重式挡土墙自身抗剪承载力；V_R为增设钢筋网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；

为补强钢筋网抗剪强度利用系数；f_y为平行于挡土墙横断面钢筋的设计强度值；A_s为平行于挡土墙横断面的单根钢筋截面面积；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。

优选的，所述步骤3具体包括：

步骤301，根据所述衡重式挡土墙的目标参数砌筑第一墙体3；

步骤302，根据所述衡重式挡土墙的目标参数在所述第一墙体3上设置模板和补强钢筋网2，在所述模板中浇筑成型衡重台41和坡面墙体42，所述衡重台41和坡面墙体42一体成型形成第二墙体4；所述第二墙体4与第一墙体3连接形成所述衡重式挡土墙。

优选的，所述衡重台41的高度为0.5m～1.5m。

优选的，所述补强钢筋网2包括连接在一起的第一补强钢筋网21和第二补强钢筋网22；其中所述第一补强钢筋网21与所述衡重台41顶面平行，所述第二补强钢筋网22与坡面墙体42的坡面平行。

优选的，所述衡重式挡土墙还包括设于所述第一墙体3顶部的连接构造；所述第一墙体3通过所述连接构造与所述第二墙体4连接。

优选的，所述连接构造包括马牙槎5和/或连接钢筋6。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

通过引入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协同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合理布设参数，得到最优加固施工方案。在具体施工时，选用补强钢筋网作为加固结构，将该钢筋网自身直径、截面参数，代入模型中可以求出补强钢筋网的网格间距，以得到钢筋网的最佳布设参数。

将新建的浆砌片石挡土墙(衡重式挡土墙)分为砌筑墙体(下墙体)和浇筑墙体(上墙体)两部分，所述浆砌片石挡土墙在衡重台附近将砌筑改为浇筑，并在浇筑墙体的衡重台折角处增设防剪切钢筋网进行加固，通过浇筑墙体保证浆砌片石挡土墙上下墙体的紧密连接，以及上墙体与补强钢筋网的紧密连接。

通过片石砌筑墙体预留马牙槎的方式或者预埋植筋方式或者采用二者结合的方式来进一步确保砌筑墙体和浇筑墙体能够紧密连接，保证浆砌片石挡土墙上下墙体的紧密连接。

附图说明：

图1是本发明示例性实施例的提高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衡重式挡土墙横断面图。

图3是本发明示例性实施例的采用的钢筋网示意图。

图4是本发明示例性实施例的衡重式挡土墙部分几何尺寸示意图。

图5是本发明示例性实施例砌筑墙体和浇筑墙体连接示意图1。

图6是本发明示例性实施例的砌筑墙体和浇筑墙体连接示意图2。

图中：1-衡重式挡土墙；2-补强钢筋网；21-第一补强钢筋网；22-第二补强钢筋网；3-砌筑墙体(第一墙体)；4-浇筑墙体(第二墙体)；41-衡重台；42-坡面墙体；5-马牙槎；6-连接钢筋。

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衡重式挡土墙抗剪承载力的方法，包括：

步骤1：引入加固结构抗剪强度利用系数对所述加固结构提高的受剪承载力进行表征，并以此建立增设加固结构后的衡重式挡土墙的受剪承载力计算模型；

步骤2：根据衡重式挡土墙的目标参数，以及设定好的目标受剪承载力，以及所述加固结构的抗剪强度利用系数，利用所述增设加固结构后的衡重式挡土墙的受剪承载力计算模型中反推出所述加固结构的期望参数；

步骤3：根据衡重式挡土墙的目标参数施工建造所述衡重式挡土墙，并且在所述衡重式挡土墙中增设有期望间距的加固结构。

在具体实施时，如图2所示，选用补强钢筋网(图3示出了补强钢筋网的结构示意图)作为加固结构，并且初步拟定补强钢筋网的材料、直径等参数。再通过上述方法，利用该模型求得补强钢筋网的期望参数即补强钢筋网的网格间距，以得到补强钢筋网的最佳布设参数。接着执行步骤3，根据衡重式挡土墙的目标参数施工建造所述衡重式挡土墙。步骤3具体包括：步骤301，根据所述衡重式挡土墙的目标参数砌筑第一墙体3；步骤302，根据所述衡重式挡土墙的目标参数在所述第一墙体3上设置模板和补强钢筋网2，在所述模板中浇筑成型衡重台41和坡面墙体42，所述衡重台41和坡面墙体42一体成型形成第二墙体4；所述第二墙体4与第一墙体3连接形成所述衡重式挡土墙。其中，衡重台41的高度一般取为0.5m～1.5m；并且将补强钢筋网与衡重台与坡面连接处的拐角平行设置。在相应的衡重式挡土墙的第一墙体3顶部的连接构造；用于使第一墙体与第二墙体连接更加紧密。

实施例2

如图4所示，本实施例中的新建衡重式浆砌片石挡土墙的目标参数(几何尺寸：第一墙体、第二墙体的高度及相应的坡度角的等参数)包括：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30.0°，黏聚力0kPa，容重19.0kN/m³，墙背与墙后填土摩擦角15.0°。

对于不增设钢筋网补强的常规衡重式挡土墙，已有很多资料涉及其斜截面验算，此处不再赘述，具体过程可参考《铁路工程设计技术手册—路基》或《公路路基设计手册》。经计算，剪裂面长度5.4m、与水平面夹角42.5°；墙身砌体剪应力55.7kPa，不满足墙身砌体容许剪应力50.0kPa的要求。为防止出现衡重式挡土墙衡重台处斜截面剪切开裂的病害，改为采用本发明的衡重式挡土墙1，如图1所示。该挡土墙1由砌筑墙体3(即第一墙体、下墙体)和浇筑墙体4(即第二墙体、上墙体)组成。在浇筑墙体4的衡重台折角处增设防剪切钢筋网2。具体的，如图5所示，补强钢筋网2包括连接在一起的第一补强钢筋网21和第二补强钢筋网22；其中所述第一补强钢筋网21与所述衡重台41顶面平行，所述第二补强钢筋网22与坡面墙体42的坡面(靠近衡重台的面称为坡面)平行。增设钢筋网2后，预计使挡土墙的斜截面受剪能力提高30％。

增设钢筋网2对挡土墙1加固后的抗剪承载力，可通过下式确定：

V＝V_O+V_R

V_O＝[τ]·A

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]＝50.0kPa，则未布设钢筋网2的浆砌片石挡土墙1每延米的抗剪承载力V_O＝[τ]A＝270kN。

若使挡土墙1的斜截面受剪能力提高30％，即V＝1.3[τ]A＝351kN，增设钢筋网2后挡土墙1提高的抗剪承载力V_R＝V-V_O＝81kN。

若钢筋网2采用直径6mm的HPB300钢筋，则f_y＝270N/mm²、A_s＝28.3mm²，钢筋抗剪强度利用系数

取0.6(一般取0.6～0.9)，则平行于挡土墙1横断面钢筋的网格间距：

本实施例中取钢筋网2网格间距5cm。

采用本发明进行衡重式挡土墙1施工的关键步骤如下：

(1)首先进行砌筑墙体3的施工，砌筑墙体3高度4.6m，并在砌筑墙体3设置连接构造(如图2、图3所示，该连接构造包括马牙槎5和/或连接钢筋6)；并且，该砌筑墙体3可通过所述连接构造与浇筑墙体4连接。

(2)做好砌筑墙体3表面清理工作。待砌体达到一定强度后，进行浇筑墙体4施工：浇筑混凝土形成衡重台41和坡面墙体42，并且混凝土中包裹补强钢筋网2；补强钢筋网2设置于在衡重台顶面下方0.5m的位置，补强钢筋网2折角近平行于衡重台折角。

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 (9)

1.一种提高衡重式挡土墙抗剪承载力的方法，其特征在于，包括：

步骤1：引入加固结构抗剪强度利用系数对所述加固结构提高的抗剪承载力进行表征，并以此建立增设加固结构后的衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型；

步骤2：根据衡重式挡土墙的目标参数，以及设定好的目标抗剪承载力，以及所述加固结构的抗剪强度利用系数，利用所述增设加固结构后的衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型中反推出所述加固结构的期望参数；

步骤3：根据衡重式挡土墙的目标参数施工建造所述衡重式挡土墙，并且在所述衡重式挡土墙中增设有期望间距的加固结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加固结构为补强钢筋网，所述加固结构的期望参数为补强钢筋网的网格间距。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述加固结构抗剪强度利用系数取值范围为：0.6～0.9。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述增设加固结构后的衡重式挡土墙的抗剪承载力计算模型为：

V＝V_O+V_R

V_O＝[τ]·A

其中，V为设定好的目标抗剪承载力；V_O为未增设钢筋网的衡重式挡土墙自身抗剪承载力；V_R为增设钢筋网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；

为补强钢筋网抗剪强度利用系数；f_y为平行于挡土墙横断面钢筋的设计强度值；A_s为平行于挡土墙横断面的单根钢筋截面面积；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。

5.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，根据所述衡重式挡土墙的目标参数砌筑第一墙体(3)；

步骤302，根据所述衡重式挡土墙的目标参数在所述第一墙体(3)上设置模板和补强钢筋网(2)，在所述模板中浇筑成型衡重台(41)和坡面墙体(42)，所述衡重台(41)和坡面墙体(42)一体成型形成第二墙体(4)；所述第二墙体(4)与第一墙体(3)连接形成所述衡重式挡土墙。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述衡重台(41)的高度为0.5m～1.5m。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述补强钢筋网(2)包括连接在一起的第一补强钢筋网(21)和第二补强钢筋网(22)；其中所述第一补强钢筋网(21)与所述衡重台(41)顶面平行，所述第二补强钢筋网(22)与坡面墙体(42)的坡面平行。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述衡重式挡土墙还包括设于所述第一墙体(3)顶部的连接构造；所述第一墙体(3)通过所述连接构造与所述第二墙体(4)连接。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述连接构造包括马牙槎(5)和/或连接钢筋(6)。

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