CN215715501U - 一种异型钢管桩波纹钢壁板式挡土墙结构 - Google Patents

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CN215715501U CN202121704343.8U CN202121704343U CN215715501U CN 215715501 U CN215715501 U CN 215715501U CN 202121704343 U CN202121704343 U CN 202121704343U CN 215715501 U CN215715501 U CN 215715501U
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徐成林
徐刚
徐静
李荣海
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Abstract

本实用新型公开了一种异型钢管桩波纹钢壁板式挡土墙结构,属于边坡防护工程技术领域。其包括土体和墙体;墙体包括波纹钢挡土板以及异型钢管桩前排长桩,异型钢管桩前排长桩或后排短桩的底部插入底部土体中,并通过注入高压注浆体提高其桩刚度和抗剪性,同时加固周边土体,起到增大被动土压力的作用。波纹钢挡土板承受背面土体的主动压力,并通过异型钢管桩前排长桩将该力传导给底部土体。本实用新型具有绿色环保、造价低、不受季节限制、施工周期短、劳动强度低、现场安装方便等优点,具有极大的推广应用价值。

Description

一种异型钢管桩波纹钢壁板式挡土墙结构
技术领域
本实用新型涉及钢结构以及边坡防护工程技术领域,特别是指一种异型钢管桩波纹钢壁板式挡土墙结构。
背景技术
平原土质地区是由大量泥沙沉积所形成,该土质具有地基承载力低,沉降大的特点,在场地、公路、铁路路基边坡防护中,采用常规浆砌片石(混凝土)重力式挡土墙、钢筋混凝土悬臂式(扶壁式)挡土墙等方式防护,受当地无砂石、水泥等原料,运输距离远和地质条件差等影响,工程造价较高。上述防护工程施工中,需要大量水泥、砂石,水,钢筋、模板等原料,设有临时原料堆场,砂浆、混凝土搅拌装置,钢筋加工线,木材加工间,施工工人宿舍等设施,临时占地较多。重力式挡土墙、钢筋混凝土悬臂式(扶壁式)挡土墙为刚性结构,为满足结构安全,在地基承载力低,土质变形大工程地质条件下,基础底宽较大,故永久性占地较多,无形中增加工程总造价。重力式挡土墙、钢筋混凝土悬臂式(扶壁式)挡土墙主体结构为浆砌片石和混凝土,其强度随时间增加而增加,达到设计强度一般需要28 天,北方冬季施工需要采取特殊措施,增加费用。工程施工过程中,搅拌机、电锯、钢筋加工线等均产生噪声,挡土墙基坑开挖等对周边环境也有一定的影响。挡土墙结构一旦废弃,需拆除重新规划利用,不但拆除费用较高,可回收的价值也极低,而且产生几乎与主体结构体积相同的建筑垃圾,需排弃到专用建筑垃圾场,也需要一笔不小的费用。
近几年国内有关设计、科研、企业等单位对波纹钢板挡土墙的设计、施工等已研发出不少成果,如:2020年12月31日青海省发布了《公路波纹钢板挡土墙设计规范》DB 63/T1852-2020;申请号为201610174788.7的中国专利公开了一种波纹钢板挡土墙,申请号为201821930131.X的中国专利公开了一种加筋土波纹钢板挡土墙结构。但上述规范和专利均有一定的局限性,还有进一步改进的空间。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型提出一种异型钢管桩波纹钢壁板式挡土墙结构,其采用异型钢管桩支撑挡土板,具有结构简单、支撑稳固、施工方便的特点。
基于上述目的,本实用新型提供的技术方案是:
一种异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙结构,包括波纹钢挡土板2,还包括异型钢管桩前排长桩1,所述波纹钢挡土板2与异型钢管桩前排长桩1固定连接。
进一步的,所述异型钢管桩前排长桩1的截面形状为多边形或椭圆。
进一步的,还包括异形钢管后排短桩19,异形钢管后排短桩19矮于异型钢管桩前排长桩1,异形钢管后排短桩19和异型钢管桩前排长桩1之间通过水平的拉力结构连接。
进一步的,所述异型钢管桩前排长桩1和异形钢管后排短桩19均包括上部异型钢管1-3 和下部异型钢管1-1,上部异型钢管1-3的底部设有上部异型钢管带筋法兰盘1-4,下部异型钢管1-1的顶部设有下部异型钢管带筋法兰盘1-2,上部异型钢管带筋法兰盘1-4和下部异型钢管带筋法兰盘1-2通过高强螺栓3连接;所述上部异型钢管1-3两侧贴有钢板槽,上部异型钢管1-3通过高强螺栓3与波纹钢挡土板2连为一体;下部异型钢管1-1为中空结构,且管壁上设有通孔。
进一步的,所述拉力结构包括设于异形钢管后排短桩19上的异形钢管后排短桩加强环向钢箍套17、设于异型钢管桩前排长桩1上的异形钢管前排长桩加强环向钢箍套18,以及连接于异形钢管后排短桩加强环向钢箍套17和异形钢管前排长桩加强环向钢箍套18之间的双排桩连接拉紧装置16。
进一步的,所述双排桩连接拉紧装置16包括连接拉杆16-1、矩形框架拉紧器16-2和拉紧器松紧螺母16-3;连接拉杆16-1由圆钢连接环及圆钢段和圆钢螺纹段组成,其中圆钢连接环及圆钢段与圆钢螺纹段通过焊接连接;圆钢螺纹段与矩形框架拉紧器16-2采用螺纹方式连接并可通过拉紧器松紧螺母16-3进行松紧调整和紧固;矩形框架拉紧器16-2由两块矩形端面钢板和两块矩形侧面钢板组成,其中矩形端面钢板中心处设有螺纹钻孔,四块钢板采用焊接方式组成一个矩形构架结构并能承受连接拉杆最大拉力;通过拉紧器松紧螺母对连接拉紧装置进行松紧调整和紧固;拉紧器松紧螺母16-3对连接拉紧装置进行松紧调整和紧固。
进一步的,所述波纹钢挡土板2的顶部还设有墙顶隔土异型梁14,波纹钢挡土板2上方设有护栏,护栏通过护栏钢板柱6与波纹钢挡土板2连接,所述护栏包括两个平行设置的护栏波纹横板5和多个平行设置的护栏竖向间隔板7,护栏竖向间隔板7设于两个护栏波纹横板5之间。
进一步的,还包括土体21,异型钢管桩前排长桩1和异形钢管后排短桩19的下部异型钢管1-1均插入底部土体中,并通过高压注浆体20与底部土体固定,波纹钢挡土板2承受背面土体的主动压力,并通过异型钢管桩前排长桩1将该力传导给底部土体;波纹钢挡土板2的底部还连接有墙底挡土钢板8,墙底挡土钢板8插入底部土体的墙底挡土钢板防渗粘土9中;波纹钢挡土板2上设有泄水孔10,波纹钢挡土板2背面的土体21上设有泄水孔粘土隔水层13,粘土隔水层13上对应于泄水孔10的位置处还设有碎石反滤层12,泄水孔10的末端插入碎石反滤层12中,泄水孔10的末端包裹有泄水孔墙后环向土工布11;土体21上对应于波纹钢挡土板2顶部和墙顶隔土异型梁14的位置处还设有异型梁粘土隔水层15,波纹钢挡土板2顶部和墙顶隔土异型梁14直接压在异型梁粘土隔水层15上。
进一步的,所述波纹钢挡土板2有多个且平行设置。
从上面的叙述可以看出,本实用新型技术方案的有益效果在于:
1)本实用新型为钢结构,可实现“绿色边坡防护”理念。现有技术中,重力式挡土墙、钢筋混凝土悬臂式(扶壁式)挡土墙施工中有噪声发生,且产生一定废弃物,结构拆除时,可回收有用材料极少,大量废弃物需排放到专用排弃场,造成二次环境污染。本实用新型异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙安装过程基本无噪声和废弃物,结构拆除时,绝大部分可以重复利用。
2)本实用新型可以大大降级工程造价和劳动强度,易于推广普及。异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙与重力式挡土墙、钢筋混凝土悬臂式(扶壁式)挡土墙相比所需施工人员较少、工程周期短、综合工程造价低,另外,异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙构件均在工厂加工完成,现场组装采用螺栓连接,作业工作量小,可大大降低劳动强度。
3)本实用新型异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙施工不受季节限制,避免了重力式挡土墙、钢筋混凝土悬臂式(扶壁式)挡土墙北方冬季施工困难或增加造价的弊病。
4)本实用新型异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙在平原地区,特别是地基承载力较小地区应用具有明显优势,通过高压注浆形成一个强度大、压缩性低、抗渗性高和稳定性良好的新岩土体,使地基得到加固,异型钢管桩地面下部分可以形成更大的被动土压力和向上摩擦力,从而减少异型钢管桩地面线部分深度、直径和壁厚,有效降低工程造价。同时高压注浆体充填异型钢管地下部分的管内外部,起到提高下部异型钢管桩体抗压强度、弯曲刚度、剪切刚度和管体防腐的作用。
总之,本实用新型与目前国内广泛采用的重力式挡土墙、钢筋混凝土悬臂式(扶壁式) 挡土墙相比,具有绿色环保、造价低、不受季节限制、施工周期短、劳动强度低、现场安装方便等优点,具有推广应用价值。
附图说明
为了更加清楚地描述本专利,下面提供一幅或多幅附图,这些附图旨在对本专利的背景技术、技术原理和/或某些具体实施方案做出辅助说明。
图1为异型钢管单排桩波纹钢壁板式挡土墙正面图。
图2为Ad-Ad断面图。
图3a、图3b分别为B-B和C-C断面图。
图4为异型钢管前排长桩详图。
图5为护栏板详图。
图6为波纹钢挡土板详图。
图7为墙底防渗挡土板及防渗结构详图。
图8为泄水孔结构详图。
图9为墙顶隔土异型梁结构详图。
图10为异型钢管双排桩波纹钢壁板式挡土墙正面图。
图11为As-As断面图。
图12为异型钢管后排短桩详图。
图13为双排桩连接拉紧装置总装图。
图14为波纹钢板格构伸缩缝总体布置图。
图15a、图15b为矩形框架拉紧器详图。
图16为拉紧器松紧螺母详图。
图17为单排桩受力原理图。
图18为双排桩受力原理图。
图19为高压注浆体提高被动土压力原理图。
图中各标号的含义如下:
1-异型钢管桩前排长桩;
1-1-异型钢管桩前排长桩下部钢管结构;
1-2-异型钢管桩前排长桩下部钢管带筋法兰盘;
1-3-异型钢管桩前排长桩上部钢管结构;
1-4-异型钢管桩前排长桩上部钢管带筋法兰盘;
2-波纹钢挡土板;
3-高强连接螺栓;
4-普通连接螺栓;
5-护栏波纹横板;
6-护栏钢板柱;
7-护栏竖向间隔板;
8-墙底挡土钢板;
9-墙底挡土钢板防渗粘土;
10-泄水孔;
11-泄水孔墙后环向土工布;
12-碎石反滤层;
13-泄水孔粘土隔水层;
14-墙顶隔土异型梁;
15-异型梁粘土隔水层;
16-双排桩连接拉紧装置;
16-1-连接拉杆;
16-2-矩形框架拉紧器;
16-3-拉紧器松紧螺母;
17-异形钢管后排短桩加强环向钢箍套;
18-异形钢管前排长桩加强环向钢箍套;
19-异形钢管后排短桩;
19-1-异型钢管桩后排短桩下部钢管结构;
19-2-异型钢管桩后排短桩下部钢管带筋法兰盘;
19-3-异型钢管桩后排短桩上部钢管结构;
19-4-异型钢管桩后排短桩上部钢管带筋法兰盘;
20-高压注浆体;
21-土体。
L1-异形钢管单排桩间距;
L2-异形钢管双排前桩间距;
L3-异形钢管双排前后桩间距;
L4-连接拉杆端部螺丝扣长度;
L5-矩形框架拉紧器内净距长度;
H1-护栏高度;
H2-波纹钢板挡土墙防护高度;
H3c-前排长桩下部入土深度;
H3d-后排短桩下部入土深度;
H-矩形框架拉紧器端部高度;
W1-矩形框架拉紧器端部宽度;
d-拉紧器松紧螺母直径;
Lb-异形钢管两侧外边线之间的距离;
D1-机械钻孔直径;
D2-高压注浆体浸入边界线;
Z1-土体;
Z2-高压注浆体;
Z3-高压注浆体渗入区域;
Z4-异形钢管桩;
Z5-孔洞。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解,同时,为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚,并使权利要求书的保护范围得到充分支持,下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。
如图1-16所示,一种异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙结构,由异型钢管桩前排长桩1、波纹钢挡土板2、高强连接螺栓3、普通连接螺栓4、护栏波纹横板5、护栏钢板柱6、护栏竖向间隔板7、墙底挡土钢板8、墙底挡土钢板防渗粘土9、泄水孔10、泄水孔墙后环向土工布11、碎石反滤层12、泄水孔粘土隔水层13、墙顶隔土异型梁14、异型梁粘土隔水层 15、双排桩连接拉紧装置16、异形钢管后排短桩加强环向钢箍套17、异形钢管前排长桩加强环向钢箍套18、异形钢管后排短桩19、高压注浆体20、土体21等构件组成。
各部分的结构及功能如下:
异型钢管桩前排长桩1:由下部异型钢管1-1、下部异型钢管带筋法兰盘1-2、上部异型钢管1-3、上部异型钢管带筋法兰盘1-4等部件组成。下部异型钢管1-1、下部异型钢管带筋法兰盘1-2之间采用焊接连接;上部异型钢管1-3、上部异型钢管带筋法兰盘1-4之间采用焊接连接。上下异型钢管通过各自的带筋法兰盘由高强螺栓连接为一个整体。异形钢管1-1、1-3外形可分为方形、矩形、椭圆、外六角、八角、十二角、十六角等形式,采用无缝钢管或焊接钢管制成。下部钢管1-1间隔一定高度四周设有里外相同的孔洞,用于里外高压注浆体相通。上部钢管1-3两侧贴有钢板槽且每隔一定间距设有螺栓孔,通过高强螺栓与波纹钢挡土板2连为一体。下部异型钢管带筋法兰盘1-2与上部异型钢管带筋法兰盘1-4之间采用高强螺栓连接,带筋法兰盘是为了增大连接处的管体的抗弯拉强度。异型钢管桩前排长桩是异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙最主要核心构件,把波纹钢挡土板传递过来的土压力通过桩体传递给地面下土体。
波纹钢挡土板2:采用Q235、Q355钢板,300×110、380×140、400×150、450×210等波形加工制作。波纹钢挡土板也是异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙核心构件,把作用在板上的土压力通过两端连接高强螺栓传递给异型钢管桩前排长桩。
高强连接螺栓3:起到连接两构件作用。
普通连接螺栓4:仅在护栏连接处应用。
护栏波纹横板5:采用Q235钢板,68×13、75×25等波形加工制作。
护栏钢板柱6:采用Q235钢板加工制作。
护栏竖向间隔板7:采用Q235钢板加工制作。
墙底挡土钢板8:采用Q235钢板加工制作,其主要作用是通过钢板嵌入地表下防渗粘土体内,防止墙内渗透水沿墙底渗出。
墙底挡土钢板防渗粘土9:防止墙内渗透水沿墙底渗出。
泄水孔10:疏干墙后坡料中的水分,防止地表水下渗造成墙后积水,从而使墙身免受额外的静水压力;消除粘性土填料因含水量增加产生的膨胀压力;减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力,采用钢管、塑料管等加工制作。
泄水孔墙后环向土工布11:采用涤纶短纤针刺制品,缠绕在泄水孔墙后端部,其作用为:
(1)隔离利用:涤纶短纤针刺土工布对具有不同物理性质(粒径大小、分布、稠度及密度等)的建筑材料(如土体与沙粒、土体与混凝土等)进行隔离。使两种或多种材料间不流失,不混杂,保持材料的整体结构和功能,使构筑物载承能力加强;
(2)过滤(反滤)作用:当水由细料土层流入粗料土层时,利用涤纶短纤针刺土工布良好的透气性和透水性,使水流通过,而有效地截流土颗粒,细沙、小石料等,以保持水土工程的稳定。
(3)排水作用:涤纶短纤针刺土工布具有良好的导水性能,它可以土体内部形成排水通道,将土体结构内多余液体和气体外排。
碎石反滤层12:碎石反滤层是由2-4层颗粒大小不同的砂、碎石或卵石等材料做成的,顺着水流的方向颗粒逐渐增大,任一层的颗粒都不允许穿过相邻较粗一层的孔隙。同一层的颗粒也不能产生相对移动,从而可防止管涌和流土的发生。
泄水孔粘土隔水层13:防止碎石反滤层中的水渗透到下面土体中;
墙顶隔土异型梁14:采用Q235钢板加工制作,其作用有两个:(1)挡土墙压顶梁,起保护墙顶作用;(2)对波纹钢挡土板进行顶部封盖,防止土体从顶部掉落。
异型梁粘土隔水层15:防止顶部地表雨水渗透到波纹钢挡土板墙表面上。
双排桩连接拉紧装置16:由连接拉杆16-1、矩形框架拉紧器16-2和拉紧器松紧螺母 16-3等部件组成。
其中,1)连接拉杆16-1由圆钢连接环及圆钢段和圆钢螺纹段组成,其中圆钢连接环及圆钢段与圆钢螺纹段通过焊接连接;圆钢螺纹段与矩形框架拉紧器16-2采用螺纹方式连接并可通过拉紧器松紧螺母16-3进行松紧调整和紧固。2)矩形框架拉紧器16-2由两块矩形端面钢板和两块矩形侧面钢板组成,其中矩形端面钢板中心处设有螺纹钻孔,四块钢板采用焊接方式组成一个矩形构架结构并能承受连接拉杆最大拉力;通过拉紧器松紧螺母对连接拉紧装置进行松紧调整和紧固。3)拉紧器松紧螺母16-3:对连接拉紧装置进行松紧调整和紧固。
异形钢管后排短桩加强环向钢箍套17:该加强环向钢箍套的耳槽孔与连接拉杆圆钢连接环通高强螺栓进行连接,把后排短桩的抗拉力传递给前排长桩。
异形钢管前排长桩加强环向钢箍套18:该加强环向钢箍套的耳槽孔与连接拉杆圆钢连接环通高强螺栓进行连接,把前排长桩的反抗拉力传递给后排短桩。
异形钢管后排短桩19;由下部异型钢管19-1、下部异型钢管带筋法兰盘19-2、上部异型钢管19-3、上部异型钢管带筋法兰盘19-4等部件组成。下部异型钢管19-1、下部异型钢管带筋法兰盘19-2之间采用焊接连接;上部异型钢管19-3、上部异型钢管带筋法兰盘19-4之间采用焊接连接。上下异型钢管通过各自的带筋法兰盘由高强螺栓连接为一个整体。异形钢管19-1、19-3外形可分为方形、矩形、椭圆、外六角、八角、十二角、十六角等形式,采用无缝钢管或焊接钢管制成。下部异型钢管19-1间隔一定高度四周设有里外相同的孔洞,用于里外高压注浆体相通。下部异型钢管带筋法兰盘19-2与上部异型钢管带筋法兰盘 19-4之间采用高强螺栓连接,带筋法兰盘是为了增大连接处的管体的抗弯拉强度。异型钢管桩后排短桩是异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙主要核心构件,一般在防护高度大时采用。
高压注浆体20:可为高压水泥砂浆等材料,注入下部异型钢管内是为了提高抗压强度、弯曲刚度和剪切刚度和防止管体腐蚀。
在防护高度H2小于一定值时,采用异型钢管单排长桩1结构,其上的波纹钢挡土板2 承受主动土压力Ea,并通过上部异型钢管1-3、上部异型钢管带筋法兰盘1-4、高强螺栓3、下部异型钢管带筋法兰盘1-2、下部异型钢管1-1、高压注浆体20将此力传递给土体 21。
当防护高度H2较大时,可采用异型钢管双排桩,其后排为异型钢管短桩19结构,其主要作用是产生一个水平拉力T。该水平拉力T作用在前排异型钢管长桩上部1-3适当位置处,以降低前排异型钢管桩弯矩值和下部1-1的被动土压力Ep值,避免采用单排桩靠加大直径、壁厚、埋深H3c工程造价过高不合理的现象发生。
异型钢管桩前排长桩1由下部异型钢管1-1、下部异型钢管带筋法兰盘1-2、上部异型钢管1-3、上部异型钢管带筋法兰盘1-4等部件组成。
下部异型钢管1-1、下部异型钢管带筋法兰盘1-2之间采用焊接连接;上部异型钢管1- 3、上部异型钢管带筋法兰盘1-4之间采用焊接连接。带筋法兰盘是为了增大连接处管体的抗弯拉强度。上下异型钢管通过各自的带筋法兰盘由高强螺栓3连接为一个整体。
异形钢管1-1、1-3外形可分为方形、矩形、椭圆、外六角、外八角、外十二角、外十六角等形式,采用无缝钢管或焊接钢管在专业工厂加工制成。
下部异型钢管1-1间隔一定高度四周设有里外相同的孔洞,用于里外高压注浆体相通,起到提高下部异型钢管桩体抗压强度、弯曲刚度、剪切刚度和管体防腐的作用。
上部异型钢管1-3两侧贴有钢板槽且每隔一定间距设有螺栓孔,通过高强螺栓3与波纹钢挡土板2连为一体。
异形钢管后排短桩19由下部异型钢管19-1、下部异型钢管带筋法兰盘19-2、上部异型钢管19-3、上部异型钢管带筋法兰盘19-4等部件组成。
下部异型钢管19-1、下部异型钢管带筋法兰盘19-2之间采用焊接连接;上部异型钢管19-3、上部异型钢管带筋法兰盘19-4之间采用焊接连接;上下异型钢管通过各自的带筋法兰盘由高强螺栓3连接为一个整体。
异形钢管19-1、19-3外形可分为方形、矩形、椭圆、外六角、外八角、外十二角、外十六角等形式,采用无缝钢管或焊接钢管在专业工厂加工制成。
下部异型钢管19-1间隔一定高度四周设有里外相同的孔洞,用于里外高压注浆体相通,起到提高下部异型钢管桩体抗压强度、弯曲刚度、剪切刚度和管体防腐的作用。
双排桩连接拉紧装置16由连接拉杆16-1、矩形框架拉紧器16-2和拉紧器松紧螺母16- 3等部件组成。
连接拉杆16-1由圆钢连接环及圆钢段和圆钢螺纹段组成,其中圆钢连接环及圆钢段与圆钢螺纹段通过焊接连接;圆钢螺纹段与矩形框架拉紧器16-2采用螺纹方式连接并可通过拉紧器松紧螺母16-3进行松紧调整和紧固。
矩形框架拉紧器16-2由两块矩形端面钢板和两块矩形侧面钢板组成,其中矩形端面钢板中心处设有螺纹钻孔,四块钢板采用焊接方式组成一个矩形构架结构并能承受连接拉杆最大拉力;通过拉紧器松紧螺母对连接拉紧装置进行松紧调整和紧固。
拉紧器松紧螺母16-3对连接拉紧装置进行松紧调整和紧固。
高压注浆是指将注浆体通过高压泵、注浆管,以高压方式均匀地注入土体中,以填充、渗透和挤密等方式,驱走岩石裂隙中或土颗粒间的水分和气体,并填充其位置,待其硬化后,将岩土胶结成一个整体,形成一个强度大、压缩性低、抗渗性高和稳定性良好的新岩土体,使地基得到加固,如图19所示。这样注浆后的异型钢管桩地面下部分可以形成更大的被动土压力和向上摩擦力,从而减少异型钢管桩地面线部分深度、直径和壁厚,有效降低工程造价。同时高压注浆体充填异型钢管地下部分的管内外部,起到提高下部异型钢管桩体抗压强度、弯曲刚度、剪切刚度和管体防腐的作用。
异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙工作原理如下:
(一)单排桩结构受力原理
单排桩受力分析如图17所示,单排桩地面线以上部分H2在各种活载和岩土重力作用下产生主动土压力Ea,此力分解成水平分力Eax和垂直分力Eay。单排桩地面线以下部分H3c 在桩上部力的作用下,产生被动土压力Ep、桩向上摩擦力F1和桩端部承载力R1,Ep分解成水平分力Epx和垂直分力Epy。上述各力达到结构内部平衡。地面线以下部分桩不直接承受重力G和活载的作用,只承受由它产生的部分垂直分力Eay作用,此力远小于G和活载之和,而且还有向上的摩擦力的作用,故地基承载力要求较低,很适用于平原和沿海软弱地基地区使用。
(二)双排桩受力原理
双排桩受力分析如图18所示,双排桩前排长桩地面线以上部分H2在各种活载和岩土重力作用下产生主动土压力Ea及后排桩的拉力T1的作用。Ea分解成水平分力Eax和垂直分力Eay。双排桩前排长桩地面线以下部分H3c在桩上部力的作用下,产生被动土压力Ep、桩向上摩擦力F1和桩端部承载力R1。Ep分解成水平分力Epx和垂直分力Epy。上述各力达到前排桩结构内部平衡。地面线以下部分桩不直接承受重力G和活载的作用,只承受由它产生的部分垂直分力Eay作用,此力远小于G和活载之和,而且还有向上的摩擦力的作用,故地基承载力要求较低,很适用于平原和沿海软弱地基地区使用。
在后排桩拉力T1的作用下,异形钢管前排长桩管内的弯矩将大大减少,故双排桩可以增加防护高度。
(三)增加地面下管桩被动土压力和防腐原理
高压注浆是指将注浆体通过高压泵、注浆管,以高压方式均匀地注入土体中,以填充、渗透和挤密等方式,驱走岩石裂隙中或土颗粒间的水分和气体,并填充其位置,待其硬化后,将岩土胶结成一个整体,形成一个强度大、压缩性低、抗渗性高和稳定性良好的新岩土体,使地基得到加固,如图19所示。这样注浆后的异型钢管桩地面下部分可以形成更大的被动土压力和向上摩擦力,从而减少异型钢管桩地面线部分深度、直径和壁厚,有效降低工程造价。同时高压注浆体充填异型钢管地下部分的管内外部,起到提高下部异型钢管桩体抗压强度、弯曲刚度、剪切刚度和管体防腐的作用。
以下为几个具体案例:
案列1:异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙结构护栏高度1100mm,防护高度4000mm,桩地面下深度6000mm,桩间距5000mm。异型钢管采用外八边形,外八边形间距600mm,管壁厚10mm。波纹板为300×110mm,板厚10mm,高压注浆体为C30水泥砂浆。
案列2:异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙结构护栏高度1100mm,防护高度6000mm,桩地面下深度6000mm,桩间距5000mm。异型钢管采用外八边形,外八边形间距800mm,管壁厚20mm。波纹板为380×140mm,板厚12mm,高压注浆体为C30水泥砂浆。
案列3:异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙结构护栏高度1100mm,防护高度,9000mm,采用双排桩结构。前排桩长桩地面下深度7000mm,后排桩短桩地面下深度4000mm,桩间距5000mm。异型钢管采用外八边形,外八边形间距1000mm,管壁厚20mm。波纹板为450×210mm,板厚12mm,高压注浆体为C30水泥砂浆。
以3m防护高度为例,采用重力式挡土墙(浆砌片石或混凝土)、钢筋混凝土悬臂式挡土墙和异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙,每米工程造价分别为6590元/m、6720元/m、2463元/m。异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙每米工程造价最低,仅为2463元/m,是其他两种形式40%左右。考虑工期缩短因素,仅为为1263元/m,只是其他两种形式20%左右,而且随着防护高度的增加,其投资节省的效益将更加明显。
总之,本实用新型为异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙结构,对地基承载力要求较低,而且基本上为装配式结构,构件基本上在工厂制造完成(只有高压注浆体现场施工),不受气候影响,施工速度快,对环境影响极小,工程拆除后,绝大部分(地下异型钢管不能重复利用)可以重复利用。
需要理解的是,上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述,并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中,本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下,以不付出任何创造性劳动的形式,通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式,得到更多的具体实施方式,所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内,因此,这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙结构,包括波纹钢挡土板(2),其特征在于,还包括异型钢管桩前排长桩(1),所述波纹钢挡土板(2)与异型钢管桩前排长桩(1)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙结构,其特征在于,所述异型钢管桩前排长桩(1)的截面形状为多边形或椭圆。
3.根据权利要求1所述的一种异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙结构,其特征在于,还包括异形钢管后排短桩(19),异形钢管后排短桩(19)矮于异型钢管桩前排长桩(1),异形钢管后排短桩(19)和异型钢管桩前排长桩(1)之间通过水平的拉力结构连接。
4.根据权利要求3所述的一种异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙结构,其特征在于,所述异型钢管桩前排长桩(1)和异形钢管后排短桩(19)均包括上部异型钢管(1-3)和下部异型钢管(1-1),上部异型钢管(1-3)的底部设有上部异型钢管带筋法兰盘(1-4),下部异型钢管(1-1)的顶部设有下部异型钢管带筋法兰盘(1-2),上部异型钢管带筋法兰盘(1-4)和下部异型钢管带筋法兰盘(1-2)通过高强螺栓(3)连接;所述上部异型钢管(1-3)两侧贴有钢板槽,上部异型钢管(1-3)通过高强螺栓(3)与波纹钢挡土板(2)连为一体;下部异型钢管(1-1)为中空结构,且管壁上设有通孔。
5.根据权利要求4所述的一种异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙结构,其特征在于,所述拉力结构包括设于异形钢管后排短桩(19)上的异形钢管后排短桩加强环向钢箍套(17)、设于异型钢管桩前排长桩(1)上的异形钢管前排长桩加强环向钢箍套(18),以及连接于异形钢管后排短桩加强环向钢箍套(17)和异形钢管前排长桩加强环向钢箍套(18)之间的双排桩连接拉紧装置(16)。
6.根据权利要求5所述的一种异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙结构,其特征在于,所述双排桩连接拉紧装置(16)包括连接拉杆(16-1)、矩形框架拉紧器(16-2)和拉紧器松紧螺母(16-3);连接拉杆(16-1)由圆钢连接环及圆钢段和圆钢螺纹段组成,其中圆钢连接环及圆钢段与圆钢螺纹段通过焊接连接;圆钢螺纹段与矩形框架拉紧器(16-2)采用螺纹方式连接并可通过拉紧器松紧螺母(16-3)进行松紧调整和紧固;矩形框架拉紧器(16-2)由两块矩形端面钢板和两块矩形侧面钢板组成,其中矩形端面钢板中心处设有螺纹钻孔,四块钢板采用焊接方式组成一个矩形构架结构并能承受连接拉杆最大拉力;通过拉紧器松紧螺母对连接拉紧装置进行松紧调整和紧固;拉紧器松紧螺母(16-3)对连接拉紧装置进行松紧调整和紧固。
7.根据权利要求6所述的一种异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙结构,其特征在于,所述波纹钢挡土板(2)的顶部还设有墙顶隔土异型梁(14),波纹钢挡土板(2)上方设有护栏,护栏通过护栏钢板柱(6)与波纹钢挡土板(2)连接,所述护栏包括两个平行设置的护栏波纹横板(5)和多个平行设置的护栏竖向间隔板(7),护栏竖向间隔板(7)设于两个护栏波纹横板(5)之间。
8.根据权利要求7所述的一种异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙结构,其特征在于,还包括土体(21),异型钢管桩前排长桩(1)和异形钢管后排短桩(19)的下部异型钢管(1-1)均插入底部土体中,并通过高压注浆体(20)与底部土体固定,波纹钢挡土板(2)承受背面土体的主动压力,并通过异型钢管桩前排长桩(1)将该力传导给底部土体;波纹钢挡土板(2)的底部还连接有墙底挡土钢板(8),墙底挡土钢板(8)插入底部土体的墙底挡土钢板防渗粘土(9)中;波纹钢挡土板(2)上设有泄水孔(10),波纹钢挡土板(2)背面的土体(21)上设有泄水孔粘土隔水层(13),粘土隔水层(13)上对应于泄水孔(10)的位置处还设有碎石反滤层(12),泄水孔(10)的末端插入碎石反滤层(12)中,泄水孔(10)的末端包裹有泄水孔墙后环向土工布(11);土体(21)上对应于波纹钢挡土板(2)顶部和墙顶隔土异型梁(14)的位置处还设有异型梁粘土隔水层(15),波纹钢挡土板(2)顶部和墙顶隔土异型梁(14)直接压在异型梁粘土隔水层(15)上。
9.根据权利要求1所述的一种异型钢管桩波纹钢板壁式挡土墙结构,其特征在于,所述波纹钢挡土板(2)有多个且平行设置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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