CN117552368A - 一种水利工程基础建设用装配式砌体结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水利工程建筑材料技术领域，具体公开了一种水利工程基础建设用装配式砌体结构及其制备方法，其中：砌体结构包括砌块、包裹材料以及连接机构，包裹材料设置在砌块外表面，连接机构包括螺杆以及螺母，螺杆贯穿砌块和包裹材料两端，螺母设置在螺杆两端，将包裹材料以张紧方式固定在砌块表面；制备方法包括以下步骤：预制模具；制备流态固化土；固化土养护；将包裹材料套设在砌块上；调整连接件对包裹材料施加预应力；通过连接件将多个砌块进行装配式连接。本发明利用土石材料、固体废弃物、河道或滩涂淤泥作为砌块的原材料，代替了传统的砂石原料，既环保又节约成本；装配式的施工方式提高了施工效率，缩短了工期，进而降低了工程造价。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程建筑材料技术领域，特别涉及一种水利工程基础建设用装配式砌体结构及其制备方法。
背景技术
水利工程涵盖的应用领域极其广泛，如防洪、排涝、灌溉、水力发电、引（供）水、滩涂治理、水土保持、水资源保护等各类工程，总体而言，水利工程是为消除水害和开发利用水资源而修建的工程。
目前，水利工程在建设过程中经常会使用砌块作为基础的建筑材料，如专利CN112523249A所公开的一种基础结构及水利工程砌块、专利CN209652872U所公开的一种水利工程用组合式砌块墙、专利CN218176313U所公开的一种水利工程用的砌块等等，都是此类结构。
但现有的砌块一般都是以混凝土和砂、石作为主料浇筑而成，这种砌块结构需要开山采石、挖河取砂、毁田制砖，市场上砂、石料出现了供不应求的现象，材料费用高涨、材料来源无保障，成为制约水利工程成本造价和建设工期的重要因素，因此寻找合适的替代材料已迫在眉睫。
发明内容
为解决上述问题，本发明一方面公开了一种水利工程基础建设用装配式砌体结构，包括砌块、包裹材料以及连接机构，所述包裹材料设置在砌块的外表面，所述连接机构贯穿砌块和包裹材料并通过张紧包裹材料对砌块施加预应力，所述连接机构包括螺杆以及螺母，所述螺杆贯穿砌块和包裹材料的两端，所述螺母设置在螺杆的两端，将包裹材料以张紧方式固定在砌块的表面。
进一步的，所述砌块的表面均设置有半球状凹槽，所述半球状凹槽内设有半球状垫片，沿所述砌块的X、Y、Z三个空间方向分别相互垂直穿插一螺杆，所述螺母设置在半球状垫片的外侧，所述螺杆的端部设有连接件。
进一步的，所述连接件为子母扣或套筒。
进一步的，所述连接机构还包括穿心管以及十字螺杆，所述穿心管沿砌块的中心位置贯穿设置，所述十字螺杆套设在穿心管的外侧，所述十字螺杆的伸出端可通过所述连接件进行装配式连接，所述螺杆穿过穿心管并且两端通过连接件与砌块锁紧。
另一方面，本发明还公开了一种水利工程基础建设用装配式砌体结构的制备方法，包括以下步骤：
A1：预制模具，并将连接机构预设在模具内；
A2：将骨料与固化剂按比例均匀混合，形成流态固化土；
A3：将混合好的流态固化土倒入模具中养护3-5天，待固化土初凝；
A4：将模具拆除，取出连接机构与固化土形成的砌块整体，继续养护25-30天；
A5：将包裹材料套设在砌块上，然后封口；
A6：调整连接机构对包裹材料施加预应力；
A7：通过连接机构将多个砌块进行装配式连接。
进一步的，步骤A1中，在模具的表面居中位置设置半球状凹槽，并在半球状凹槽的中心位置预留通孔；沿模具的X、Y、Z三个空间方向分别相互垂直穿插一螺杆，螺杆的长度略短于模具的边长，在三个螺杆相互交叉的位置截断并焊接。
进一步的，步骤A2中，固化剂的质量比为10-30%，余量为骨料。
进一步的，步骤A5-A7中，使用包裹材料包覆砌块的方式有三种：
① 对每个砌块单独包覆包裹材料；
② 多个砌块使用连接机构连接后再统一包覆包裹材料；
③ 每个砌块单独包覆包裹材料，多个砌块使用连接机构连接后再包覆一次包裹材料。
进一步的，步骤A6中，螺杆穿过半球状垫片中间的预留孔，并通过螺母固定在砌块每个面的凹陷处，半球状垫片置于包裹材料外侧以使包裹材料张紧，从而对砌块施加预应力。
进一步的，步骤A6中，在穿心管内壁涂胶，将一端封闭的包裹材料套在砌块上，包裹材料的另一端穿过穿心管，拉紧穿过穿心管的包裹材料，从而对砌块施加预应力。
本发明还公开了一种水利工程基础建设用装配式砌体结构的制备方法，包括以下步骤：
B1：根据设计要求设置底模，在底模上安装垫块，将连接机构搁置在垫块上；
B2：对连接机构进行准确定位，并安装周边模板；
B3：将骨料与固化剂按比例混合后搅拌均匀，形成流态固化土；
B4：将流态固化土倒入模具中，捣振，并养护3-5天；
B5：固化土初凝后，拆模，继续养护25-30天；
B6：根据设计要求尺寸放线，对大块固化土进行切割，形成设计所需尺寸的砌块；
B7：将包裹材料套设在砌块上，然后封口；
B8：调整连接机构对包裹材料施加预应力；
B9：通过连接机构将多个砌块进行装配式连接。
进一步的，步骤B1中的连接件为塑料材质，切割后将塑料材质的连接件替换为满足设计需要强度的连接件。
本发明的有益效果是：
1）可就地取材，利用水利工程开挖时产生的土石材料、固体废弃物、河道或滩涂淤泥作为砌块的原材料，经处理后形成新的建材，代替了传统的砂、石原料，既环保又节约成本；
2）预应力的施加提高了砌体结构的强度，减少了其变形，有利于结构的整体性及稳定性；
3）与传统的混凝土浇筑砌块相比，即便砌块有一定的破损，固化土也不易流失，提高了砌块的使用寿命；
4）砌体结构预制成型，可灵活地拼接成需要的形状，并且装配式的施工方式提高了施工效率，缩短了水利工程的建设工期，同时也降低了工程的整体成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中实施例一的结构剖视图；
图2为本发明中实施例一的装配结构示意图；
图3为本发明中实施例二的装配结构示意图；
图4为本发明中实施例三的结构剖视图；
图5为本发明中实施例三的装配结构示意图；
图6为本发明中实施例四的结构剖视图；
图7为本发明中实施例四的装配结构示意图。
附图标记：
1-砌块；2-包裹材料；3-螺杆；4-螺母；5-半球状凹槽；6-半球状垫片；7-子扣；8-母扣；9-套筒；10-穿心管；11-十字螺杆。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等应做广义理解。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，也可以通过中介媒体相连，还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。
实施例一
如图1所示，本实施例中的水利工程基础建设用装配式砌体结构，包括砌块1、包裹材料2以及连接机构，包裹材料2设置在砌块1的外表面，连接机构贯穿砌块1和包裹材料2并通过张紧包裹材料2对砌块施加预应力。砌块1可设计成本领域常用的立方体或长方体结构，施加预应力后的砌块1能够有效地提高其自身的抗压能力，进而提高砌体的结构强度。
连接机构包括螺杆3、螺母4以及子母扣，砌块1的各个表面均设置有半球状凹槽5，半球状凹槽5的中心位置设有通孔，沿砌块1的X、Y、Z三个空间方向分别相互垂直穿插一螺杆3，螺杆3均穿过通孔，螺母4设置在螺杆3上位于半球状凹槽5内的位置，子母扣设置在螺杆3的端部。
半球状凹槽5内还设有半球状垫片6，通过螺母4将半球状垫片6锁紧在半球状凹槽5内，从而对包裹材料2施加预应力。
子母扣包括子扣7和母扣8，子扣7和母扣8分别设置在螺杆3的两端，子扣7前端设有卡钩，母扣8内部设有对应的卡槽；当两个砌块1进行连接时，将子扣7插入母扣8内，通过卡钩与卡槽的配合实现子扣7与母扣8的连接。
如图2所示，通过上述方式，依次将多个砌块连接在一起，进而实现装配式连接。
本实施例中的砌体结构制备方法如下：
A1：预制与砌块1形状相匹配的模具，在模具的表面居中位置设置半球状凹槽5，并在半球状凹槽5的中心位置预留通孔；其中，模具可采用木板、金属板或塑料板拼接而成；
A2：沿模具的X、Y、Z三个空间方向分别相互垂直穿插一螺杆3，螺杆3的长度与模具的边长相等，在三个螺杆3相互交叉的位置截断并焊接；
A3：将骨料与固化剂进行均匀混合形成流态固化土，其中，固化剂的质量比为10-30%，余量为骨料；
A4：将混合好的流态固化土倒入中间设置螺杆3的模具中，捣振后放入标准养护室中养护3-5天，待固化土初凝；
A5：拆除模具，取出螺杆3与固化土形成的砌块整体，继续养护25-30天；
A6：将包裹材料2套在成型后的砌块1上，然后封口，包裹材料2的形状和尺寸与砌块1一致；
A7：螺杆3穿过半球状垫片6中间的预留孔，并通过螺母4固定在砌块1每个面的凹陷处，半球状垫片6置于包裹材料2外侧以使包裹材料2张紧，从而对砌块1施加预应力；
A8：通过设置在螺杆3端部的子母扣与其他砌块通过卡扣方式进行装配连接。
其中，包裹材料2采用《土工合成材料应用技术规范》中的土工合成材料，例如土工织物、土工膜、土工网、PE复合土工膜等。骨料可采用破碎后的建筑废料、土石材料或河道、滩涂淤泥，绿色环保，有助于实现循环经济和可持续发展。
实施例二
如图3所示，砌体结构可根据设计需要，在砌筑时进行错缝搭接，避免形成通缝，提高砌体结构连接后的抗剪切能力。具体实施方式为：在砌块1的X、Y、Z三个空间方向上设置两个螺杆3和两套连接机构，每一个砌块1的两侧分别连接另外两个砌块1，从而形成如图3所示的错缝搭接效果。
实施例三
如图4-图5所示，本实施例中的水利工程基础建设用装配式砌体结构，其主体结构与实施例一相同，不同之处在于：子母扣更换为本领域常用的套筒9，相邻砌块1之间通过套筒9与螺杆3连接。
本实施例中的砌体结构制备方法，包括以下步骤：
B1：根据设计要求设置底模，在底模上安装垫块，将连接机构搁置在垫块上；
B2：对连接机构进行准确定位，并安装周边模板；
B3：将骨料与固化剂按比例混合后搅拌均匀，形成流态固化土；
B4：将流态固化土倒入模具中，捣振，养护3-5天；
B5：固化土初凝后，拆模，继续养护25-30天；
B6：根据设计要求尺寸放线，对大块固化土进行切割，形成设计所需尺寸的砌块1；
B7：将包裹材料2套设在砌块1上，然后封口；
B8：调整连接机构对包裹材料2施加预应力；
B9：通过连接件将多个砌块1进行装配式连接。
其中，步骤B1中的连接件为塑料材质，切割后将塑料材质的连接件替换为满足设计需要强度的连接机构。本实施例中的固化土的成分、包裹材料2和连接机构与实施例一相同，这里不再赘述。
实施例四
如图6-图7所示，本实施例中的水利工程基础建设用装配式砌体结构，包括砌块1、包裹材料2以及连接机构，包裹材料2设置在砌块1的外表面，并通过张紧包裹材料2对砌块1施加预应力。
连接机构包括穿心管10以及十字螺杆11，穿心管10沿砌块1的中心位置贯穿设置，十字螺杆11套设在穿心管10的外侧，螺杆3穿过穿心管10并且两端通过连接件与砌块1锁紧；其中，穿心管10可采用中空的PVC管。
本实施例中的砌体结构制备方法如下：
Aa1：预制与砌块1形状相匹配的模具，对需要连接的面预先在模具内设置半球状凹槽；
Aa2：将骨料与固化剂进行均匀混合形成流态固化土，其中，固化剂的质量比为10-30%，余量为骨料；
Aa3：将混合好的流态固化土倒入中间设置穿心管10的模具中，捣振放入标准养护室中养护3-5天，待固化土初凝；
Aa4：拆除模具，取出穿心管10与固化土形成的砌块整体，继续养护25-30天；
Aa5：穿心管10内壁涂胶，将包裹材料2套在成型后的砌块1上，并且包裹材料2的一端穿过穿心管10，采用施加重物的方式拉紧穿过穿心管10的包裹材料2，从而施加预应力；
Aa6：待胶干后缓慢释放预应力，将穿过穿心管10的包裹材料2粘结在砌块1上；
Aa7：将螺杆3穿过穿心管10并通过螺母4进行锁紧，从而将多个砌块1串连成一个整体，在半球状凹槽5处设置半球状垫片6，螺杆3和十字螺杆11露出端可通过连接件（子母扣或套筒）锁紧，进而实现砌体结构的装配式连接。
本发明的砌体结构可用于水利工程中的坝堤、护坡、溢洪道、水闸、渠道、渡漕等不同类型的水工建筑物，以实现其建设目标，其使用的原材料可就地取材，利用水利工程开挖时产生的土石材料、固体废弃物、河道或滩涂淤泥作为砌块的原材料，经处理后形成新的建材，代替了传统的砂、石原料，既环保又节约成本。
通过包裹材料2对砌块1施加预应力，提高了砌体结构的强度，减少了其变形，有利于结构的整体性及稳定性，即便砌块有一定的破损，固化土也不易流失，提高了砌块1的挡水效果和使用寿命。
此外，装配式的施工方式能够实现砌块1之间的快速连接，施工灵活，对工人的技术要求较低，有利于提高施工效率，缩短水利工程的建设工期，同时也降低了工程的整体成本。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础；当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种水利工程基础建设用装配式砌体结构，其特征在于：包括砌块、包裹材料以及连接机构，所述包裹材料设置在砌块的外表面，所述连接机构贯穿砌块和包裹材料并通过张紧包裹材料对砌块施加预应力，所述连接机构包括螺杆以及螺母，所述螺杆贯穿砌块和包裹材料的两端，所述螺母设置在螺杆的两端，将包裹材料以张紧方式固定在砌块的表面。
2.根据权利要求1所述的水利工程基础建设用装配式砌体结构，其特征在于：所述砌块的表面均设置有半球状凹槽，所述半球状凹槽内设有半球状垫片，沿所述砌块的X、Y、Z三个空间方向分别相互垂直穿插一螺杆，所述螺母设置在半球状垫片的外侧，所述螺杆的端部设有连接件。
3.根据权利要求2所述的水利工程基础建设用装配式砌体结构，其特征在于：所述连接件为子母扣或套筒。
4.根据权利要求2所述的水利工程基础建设用装配式砌体结构，其特征在于：所述连接机构还包括穿心管以及十字螺杆，所述穿心管沿砌块的中心位置贯穿设置，所述十字螺杆套设在穿心管的外侧，所述十字螺杆的伸出端可通过所述连接件进行装配式连接，所述螺杆穿过穿心管并且两端通过连接件与砌块锁紧。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的水利工程基础建设用装配式砌体结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1：预制模具，并将连接机构预设在模具内；
A2：将骨料与固化剂按比例均匀混合，形成流态固化土；
A3：将混合好的流态固化土倒入模具中养护3-5天，待固化土初凝；
A4：将模具拆除，取出连接机构与固化土形成的砌块整体，继续养护25-30天；
A5：将包裹材料套设在砌块上，然后封口；
A6：调整连接机构对包裹材料施加预应力；
A7：通过连接件将多个砌块进行装配式连接。
6.根据权利要求5所述的水利工程基础建设用装配式砌体结构的制备方法，其特征在于：步骤A1中，在模具的表面设置半球状凹槽，并在半球状凹槽的中心位置预留通孔；沿模具的X、Y、Z三个空间方向分别相互垂直穿插一螺杆，在三个螺杆相互交叉的位置截断并焊接。
7.根据权利要求5所述的水利工程基础建设用装配式砌体结构的制备方法，其特征在于：步骤A2中，固化剂的质量比为10-30%，余量为骨料。
8.根据权利要求5所述的水利工程基础建设用装配式砌体结构的制备方法，其特征在于：步骤A5-A7中，使用包裹材料包覆砌块的方式有三种：
① 对每个砌块单独包覆包裹材料；
② 多个砌块使用连接机构连接后再统一包覆包裹材料；
③ 每个砌块单独包覆包裹材料，多个砌块使用连接机构连接后再包覆一次包裹材料。
9.根据权利要求5所述的水利工程基础建设用装配式砌体结构的制备方法，其特征在于：步骤A6中，螺杆穿过半球状垫片中间的预留孔，并通过螺母固定在砌块每个面的凹陷处，半球状垫片置于包裹材料外侧以使包裹材料张紧，从而对砌块施加预应力。
10.根据权利要求9所述的水利工程基础建设用装配式砌体结构的制备方法，其特征在于：步骤 A6中，在穿心管内壁涂胶，将一端封闭的包裹材料套在砌块上，包裹材料的另一端穿过穿心管，拉紧穿过穿心管的包裹材料，从而对砌块施加预应力。
11.一种如权利要求1-4任一项所述的水利工程基础建设用装配式砌体结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
B1：根据设计要求设置底模，在底模上安装垫块，将连接机构搁置在垫块上；
B2：对连接机构进行准确定位，并安装周边模板；
B3：将骨料与固化剂按比例混合后搅拌均匀，形成流态固化土；
B4：将流态固化土倒入模具中，捣振，并养护3-5天；
B5：固化土初凝后，拆模，继续养护25-30天；
B6：根据设计要求尺寸放线，对大块固化土进行切割，形成设计所需尺寸的砌块；
B7：将包裹材料套设在砌块上，然后封口；
B8：调整连接机构对包裹材料施加预应力；
B9：通过连接件将多个砌块进行装配式连接。
12.根据权利要求11所述的水利工程基础建设用装配式砌体结构的制备方法，其特征在于：步骤B1中的连接件为塑料材质，切割后将塑料材质的连接件替换为满足设计需要强度的连接件。
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