CN115075306A - 用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构及其施工方法，包括主墙体和卸荷台，卸荷台位于主墙体的一侧；主墙体的底部设有若干根限制主墙体水平位移的混凝土旋喷桩；主墙体上适配有限制主墙体转动的若干根锚杆；主墙体外设有隔离墙钢板围护，隔离墙钢板围护与主墙体上对立的两侧啮合相连。本发明在断层发生错动过程中，隔离墙结构受压发生弹性变形，通过隔离墙两侧钢板结构提高墙整体刚度，避免墙体发生剪切破坏，通过卸荷台、锚杆和混凝土旋喷桩三种装置维持墙体稳定不发生位移，从而阻止断层继续错动，本发明可减小地面建筑下方土体的变形，进而避免地面建筑受到断层错动的影响。

Description

用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构及其施工方法

技术领域

本发明属于隔离墙结构的技术领域，具体涉及一种用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构及其施工方法。

背景技术

我国活断层分布广泛，快速城市化使得城市用地日趋紧张，地铁隧道等大型结构物不可避免地跨越活断层，因此大量人口生活在潜在灾害区。许多大城市位于表层土壤较厚的地区，地表或地下有许多建筑物。在断层错动的作用下，断层附近的土体会发生较大的剪切变形和破裂，而地表附近的建筑物易受到断层错动作用而发生破坏，严重威胁生命财产安全。然而，现有的灾害防治措施无法在高烈度区正断层的作用下做到有效的防护。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构及其施工方法，以解决现有的灾害防治措施无法在高烈度区正断层的作用下做到有效的防护的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

第一方面，一种用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构，其包括主墙体和卸荷台，卸荷台位于主墙体的一侧；主墙体的底部设有若干根限制主墙体水平位移的混凝土旋喷桩；主墙体上适配有限制主墙体转动的若干根锚杆；

主墙体外设有隔离墙钢板围护，隔离墙钢板围护与主墙体上对立的两侧啮合相连。

进一步地，卸荷台位于断层下方，且垂直设于主墙体的一侧，并与主墙体一侧浇筑为一体。

进一步地，若干根混凝土旋喷桩上端与主墙体底部相连，其另一端埋入土层内。

进一步地，隔离墙钢板围护包括与锚杆数量适配的预留锚杆孔、一块直钢板和一块异形钢板；直钢板和异形钢板上预留有成对配合的预留锚杆孔，直钢板和异形钢板由预留锚杆孔的两侧焊接相连。

进一步地，直钢板和异形钢板内侧均设有多个凸起钢齿；直钢板通过多个凸起钢齿与主墙体一侧面啮合相连，异形钢板通过多个凸起钢齿与主墙体上卸荷台所在侧面啮合相连，且异形钢板上向外凸起的部分与卸荷台之间通过凸起钢齿啮合相连。

进一步地，锚杆通过预留锚杆孔穿过主墙体，锚杆的前端埋入土层中，其后端固定在预留锚杆孔上。

进一步地，根据断层终点至主墙体右侧的水平距离和断层终点至地面建筑的垂直距离，设计主墙体的墙高L_w：

其中，x为断层终点至主墙体右侧的水平距离，

为施工场地土的内摩擦角，H为断层终点至地面建筑的垂直距离，卸荷台埋深取1m-3m，宽度取2-3m，高度取1.2-1.5m；主墙体的墙宽T_w取1.2m-1.5m。

进一步地，根据隔离墙整体的单位重力和混凝土旋喷桩的单位重力，设计混凝土旋喷桩桩长L_p：

其中，k为安全系数，G_w为隔离墙整体的单位重力，Gp为混凝土旋喷桩的单位重力，N为桩数，D为桩径，

为施工场地土的内摩擦角，v为摩擦系数，L_w为隔离墙墙高，k₀为侧压力系数。

进一步地，根据主墙体重心埋深、锚杆头部埋深和锚杆直径，设计锚杆长度L_a：

其中，L_R为主墙体重心埋深，H_m为锚杆头部埋深，d为锚杆直径，ω为锚杆施作角度，

为施工场地土的内摩擦角。

第二方面，一种用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构的施工方法，包括以下步骤：

S1、确定隔离墙结构的尺寸，在目标施工位置开挖三个相连的左基坑、主基坑、右基坑；左基坑宽度为a，深度为h；主基坑宽度为b，深度为h+t；右基坑宽度为c，深度为l；

主墙体放置在宽度为b，深度为h+t主基坑的位置，其中b略大于主墙体宽度，h+t略大于主墙体深度；

在左侧为预留锚杆孔处开挖宽度为a，深度为h的右基坑作为操作空间，其中a大于锚杆长度的1/3；

左侧开挖宽度为c，深度为l的右基坑作为卸荷台的预留放置空间；其中基坑宽度c大于卸荷台横置尺寸；

S2、旋喷钻机将旋喷注浆管及喷头钻至于主基坑底部，将预先配置好的浆液通过高压注浆管喷嘴中高速喷射，破坏主基坑下的土体；同时钻杆旋转，使得浆液与土体充分搅拌混合，在主基坑下方形成混凝土旋喷桩；

并重复施工第二根、第三根混凝土旋喷桩；

S3、沿主基坑左侧放入直钢板，沿主基坑右侧放入异形钢板，直钢板和异形钢板由预留锚杆孔两端焊接相连；将直钢板和异形钢板下端固定在主基坑底部，直钢板和异形钢板中间留有浇筑混凝土的预留空间；

S4、在左基坑预留空间中，将锚杆头对准预留锚杆孔打入锚杆，锚杆穿越主墙体接触土体后，向土体内继续顶入锚杆，直至锚杆与土体充分接触后，将锚杆后端固定在直钢板左侧的预留锚杆孔处；并重复打入第二根锚杆；在直钢板和异形钢板间浇筑混凝土，直至混凝土完全填充钢板间的预留空间；

S5、待混凝土凝结硬化后，回填开挖土至地面平齐。

本发明提供的用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构及其施工方法，具有以下有益效果：

本发明应用时，断层在发生错动过程中，隔离墙结构受压发生弹性变形，通过隔离墙两侧钢板结构提高墙整体刚度，避免墙体发生剪切破坏，通过卸荷台、锚杆和混凝土旋喷桩三种装置维持墙体稳定不发生位移，从而阻止断层继续错动，本发明可减小地面建筑下方土体的变形，进而避免地面建筑受到断层错动的影响。

本发明断层未发生错动时，隔离墙两侧钢板内的凸起钢齿可以以使钢板与内部的混凝土墙紧密接触，避免钢板从墙体侧发生脱落，进而保证墙体在土体的挤压下不变形的，进而保证了整个隔离墙结构的稳定性。

在对本方案的隔离墙进行施工的过程中，左中右分别开挖三种不同深度的基坑，给本方案中的隔离墙施工提供合理的空间，提高埋设钢板的便捷性，提高后续向土体内穿入锚杆的简易性，从而缩短施工时间，提高施工效率。

附图说明

图1为用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构的示意图。

图2为正断层中保护建筑安全的隔离墙结构中两侧钢板的横断面图。

图3为隔离墙-断层-地面建筑的位置关系图。

图4为正断层中保护建筑安全的隔离墙结构的设计参数示意图。

图5为埋设正断层中保护建筑安全的隔离墙结构的施工步骤图。

其中，1、主墙体；2、卸荷台；3、锚杆；4、混凝土旋喷桩；5、预留锚杆孔；6、断层；7、地面建筑；8、直钢板；9、异形钢板；10、凸起钢齿。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1，参考图1，本方案的用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构，本实施例可减小地面建筑7下方土体的变形，进而避免地面建筑7受到断层6错动的影响，可有效解决现有的灾害防治措施无法在高烈度区正断层6的作用下做到有效的防护的问题，其具体包括：

主墙体1、卸荷台2、锚杆3和隔离墙钢板围护。

其中，卸荷台2位于主墙体1的一侧，主墙体1的底部设有若干根混凝土旋喷桩4，混凝土旋喷桩4用于限制主墙体1水平位移，主墙体1上适配有限制主墙体1转动的若干根锚杆3，本实施例通过卸荷台2、锚杆3和混凝土旋喷桩4三种装置的配合维持墙体稳定不发生位移，从而阻止断层6继续错动。

主墙体1外设有隔离墙钢板围护，隔离墙钢板围护与主墙体1上对立的两侧啮合相连，以避免墙体发生剪切破坏。

参考图3，卸荷台2位于断层6下方，且垂直设于主墙体1的一侧，并与主墙体1一侧浇筑为一体；若干根混凝土旋喷桩4上端与主墙体1底部相连，其另一端埋入土层内。

图3中除地面建筑7以外的各标注物均在地层中，隔离墙结构整体为地面建筑7的保护装置。

隔离墙装有卸荷台2的一侧与断层6错动方向相对，对断层6的运动进行阻隔。卸荷台2位于断层6下方，在断层6错动量较大时，卸荷台2可帮助主墙体1分散因断层6错动产生的土压力，避免主墙体1发生位移、破坏。

锚杆3通过预留锚杆孔5穿过主墙体1，前端埋入土层中，后端固定在预留锚杆孔5上，在主墙体1因断层6运动发生可能转动时，锚杆3可起到限制墙体转动的作用。混凝土旋喷桩4位于主墙体1下方，上端与主墙体1连接，下端埋入土层中，限制主墙体1的水平位移。

参考图2，隔离墙钢板围护包括与锚杆3数量适配的预留锚杆孔5、一块直钢板8和一块异形钢板9。

直钢板8和异形钢板9上预留有成对配合的预留锚杆孔5，直钢板8和异形钢板9由预留锚杆孔5的两侧焊接相连。

直钢板8和异形钢板9内侧均设有多个凸起钢齿10；直钢板8通过多个凸起钢齿10与主墙体1一侧面啮合相连，异形钢板9通过多个凸起钢齿10与主墙体1上卸荷台2所在侧面啮合相连，且异形钢板9上向外凸起的部分与卸荷台2之间通过凸起钢齿10啮合相连。

在断层6发生错动时，墙体两侧刚度较高的钢板可起到保护隔离墙体的作用，避免隔离墙内部的混凝土结构发生损伤。

本实施例为了防止断层6发生错动对地面建筑7造成破坏，主墙体1起到主要阻挡作用；直钢板8和异形钢板9作为主墙体1的保护装置防止其发生剪切破坏；卸荷台2、锚杆3、旋喷桩作为辅助装置避免主墙体1发生位移和转动。

实施例2，参考图4，在设计正断层6中保护建筑安全的隔离墙结构时，本实施例应遵循以下设计参数的规定，以达到更稳定的墙体结构。

主墙体11的墙宽T_w应控制在1.2m-1.5m，根据断层6终点至主墙体1右侧的水平距离和断层6终点至地面建筑7的垂直距离，设计主墙体1的墙高L_w：

其中，x为断层6终点至主墙体1右侧的水平距离，

为施工场地土的内摩擦角，H为断层6终点至地面建筑7的垂直距离；卸荷台2埋深取1m-3m，宽度取2-3m，高度取1.2-1.5m。

对于混凝土旋喷桩4，其桩径D取0.6-0.8m，桩距S取1.2-1.5倍桩径D的长度，并根据隔离墙整体的单位重力和混凝土旋喷桩4的单位重力，设计混凝土旋喷桩4桩长L_p：

其中，k为安全系数，G_w为隔离墙整体的单位重力，Gp为混凝土旋喷桩44的单位重力，N为桩数，D为桩径，

为施工场地土的内摩擦角，v为摩擦系数，L_w为隔离墙墙高，k₀为侧压力系数。

根据主墙体1重心埋深、锚杆3头部埋深和锚杆3直径，设计锚杆3长度L_a：

其中，L_R为主墙体1重心埋深，H_m为锚杆3头部埋深，d为锚杆3直径，ω为锚杆3施作角度，

为施工场地土的内摩擦角。

本实施例，具体给出了主墙体1的墙高L_w、混凝土旋喷桩4桩长L_p、锚杆3长度L_a的设计要求，可在具体应用时，达到更稳定的墙体结构。

实施例3，参考图5，本实施例的用于正断层6中保护建筑安全的隔离墙结构的施工方法，其具体包括以下步骤：

步骤S1、确定隔离墙结构的尺寸后(图5中虚线)，在目标施工位置开挖基坑，基坑形状如图所示，其中左基坑宽度为a，深度为h；主基坑宽度为b，深度为h+t；右基坑宽度为c，深度为l。

主墙体1将在后续的施工步骤中放置在宽度为b，深度为h+t主基坑的位置，其中b略大于主墙体1宽度，h+t略大于主墙体1深度。

为了在后续施工步骤中顺利穿入锚杆3，须在左侧为锚杆3预留孔洞处开挖宽度为a，深度为h的右基坑作为操作空间，其中a须大于锚杆3长度的1/3。

左侧开挖宽度为c，深度为l的右基坑作为卸荷台22的预留放置空间，其中基坑宽度c须大于卸荷台22横置尺寸。

步骤S2、旋喷钻机将旋喷注浆管及喷头钻至于主基坑底部，将预先配置好的浆液通过高压注浆管喷嘴中高速喷射出来，破坏主基坑下的土体。同时钻杆旋转，使得浆液与土体充分搅拌混合，在主基坑下方形成混凝土旋喷桩4。

并按照上述步骤S2重复施工第二根、第三根混凝土旋喷桩4。

步骤S3、沿主基坑左侧放入直钢板8，沿主基坑右侧放入异形钢板9，两块钢板由预留锚杆孔5两端焊接相连，将两块钢板下端固定在主基坑底部，使得两侧钢板中间留有浇筑混凝土的预留空间。

步骤S4、在左基坑预留空间中，将锚杆3头对准预留锚杆孔5打入锚杆3，锚杆3穿越主墙体1接触土体后，向土体内继续顶入锚杆3，直至锚杆3与土体充分接触后，将锚杆3后端固定在直钢板8左侧的预留锚杆孔5处。

按照上述步骤S4打入第二根锚杆3；打入两根锚杆3后，在直钢板8和异形钢板9间浇筑混凝土，直至混凝土完全填充钢板间的预留空间。

步骤S5、待混凝土凝结硬化后，回填开挖土至地面平齐。

本实施例的步骤S1～步骤S5分别对应与图5中的a、b、c、d、e。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构，其特征在于：包括主墙体和卸荷台，所述卸荷台位于主墙体的一侧；所述主墙体的底部设有若干根限制主墙体水平位移的混凝土旋喷桩；所述主墙体上适配有限制主墙体转动的若干根锚杆；

所述主墙体外设有隔离墙钢板围护，所述隔离墙钢板围护与主墙体上对立的两侧啮合相连。

2.根据权利要求1所述的用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构，其特征在于：所述卸荷台位于断层下方，且垂直设于主墙体的一侧，并与主墙体一侧浇筑为一体。

3.根据权利要求1所述的用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构，其特征在于：若干根所述混凝土旋喷桩上端与主墙体底部相连，其另一端埋入土层内。

4.根据权利要求1所述的用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构，其特征在于：所述隔离墙钢板围护包括与锚杆数量适配的预留锚杆孔、一块直钢板和一块异形钢板；所述直钢板和异形钢板上预留有成对配合的预留锚杆孔，所述直钢板和异形钢板由预留锚杆孔的两侧焊接相连。

5.根据权利要求4所述的用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构，其特征在于：所述直钢板和异形钢板内侧均设有多个凸起钢齿；所述直钢板通过多个凸起钢齿与主墙体一侧面啮合相连，异形钢板通过多个凸起钢齿与主墙体上卸荷台所在侧面啮合相连，且异形钢板上向外凸起的部分与卸荷台之间通过凸起钢齿啮合相连。

6.根据权利要求5所述的用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构，其特征在于：所述锚杆通过预留锚杆孔穿过主墙体，锚杆的前端埋入土层中，其后端固定在预留锚杆孔上。

7.根据权利要求6所述的用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构，其特征在于，根据断层终点至主墙体右侧的水平距离和断层终点至地面建筑的垂直距离，设计主墙体的墙高L_w：

其中，x为断层终点至主墙体右侧的水平距离，

为施工场地土的内摩擦角，H为断层终点至地面建筑的垂直距离，卸荷台埋深取1m-3m，宽度取2-3m，高度取1.2-1.5m；主墙体的墙宽T_w取1.2m-1.5m。

8.根据权利要求6所述的用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构，其特征在于，根据隔离墙整体的单位重力和混凝土旋喷桩的单位重力，设计混凝土旋喷桩桩长L_p：

其中，k为安全系数，G_w为隔离墙整体的单位重力，Gp为混凝土旋喷桩的单位重力，N为桩数，D为桩径，

为施工场地土的内摩擦角，v为摩擦系数，L_w为隔离墙墙高，k₀为侧压力系数。

9.根据权利要求6所述的用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构，其特征在于，根据主墙体重心埋深、锚杆头部埋深和锚杆直径，设计锚杆长度L_a：

其中，L_R为主墙体重心埋深，H_m为锚杆头部埋深，d为锚杆直径，ω为锚杆施作角度，

为施工场地土的内摩擦角。

10.一种采用权利要求5～9任一所述的用于正断层中保护建筑安全的隔离墙结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、确定隔离墙结构的尺寸，在目标施工位置开挖三个相连的左基坑、主基坑、右基坑；左基坑宽度为a，深度为h；主基坑宽度为b，深度为h+t；右基坑宽度为c，深度为l；

主墙体放置在宽度为b，深度为h+t主基坑的位置，其中b略大于主墙体宽度，h+t略大于主墙体深度；

在左侧为预留锚杆孔处开挖宽度为a，深度为h的右基坑作为操作空间，其中a大于锚杆长度的1/3；

左侧开挖宽度为c，深度为l的右基坑作为卸荷台的预留放置空间；其中基坑宽度c大于卸荷台横置尺寸；

S2、旋喷钻机将旋喷注浆管及喷头钻至于主基坑底部，将预先配置好的浆液通过高压注浆管喷嘴中高速喷射，破坏主基坑下的土体；同时钻杆旋转，使得浆液与土体充分搅拌混合，在主基坑下方形成混凝土旋喷桩；

并重复施工第二根、第三根混凝土旋喷桩；

S3、沿主基坑左侧放入直钢板，沿主基坑右侧放入异形钢板，直钢板和异形钢板由预留锚杆孔两端焊接相连；将直钢板和异形钢板下端固定在主基坑底部，直钢板和异形钢板中间留有浇筑混凝土的预留空间；

S4、在左基坑预留空间中，将锚杆头对准预留锚杆孔打入锚杆，锚杆穿越主墙体接触土体后，向土体内继续顶入锚杆，直至锚杆与土体充分接触后，将锚杆后端固定在直钢板左侧的预留锚杆孔处；并重复打入第二根锚杆；在直钢板和异形钢板间浇筑混凝土，直至混凝土完全填充钢板间的预留空间；

S5、待混凝土凝结硬化后，回填开挖土至地面平齐。

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