一种复合式挡土墙及其施工方法与流程

本发明涉及道路工程路基与土建工程的边坡防护领域，特别涉及一种复合式挡土墙、一种复合式挡土墙的施工方法。

背景技术：

目前在道路的路基工程和其他边坡工程中，受地形地势的限制，不可避免的对高填方进行设计，为减少路基填方数量，减少占地，经常使用挡土墙来作为路基边坡的整体支挡和防护，以稳定路基和路堑边坡、防止道路沉降、边坡塌方、滑坡等病害，减小土石方开挖量，以减少土方工程量和占地面积，防止水流冲刷路基等。

相关技术中，路基或边坡工程中的挡土墙类型较多，一般有重力挡土墙、薄壁式挡土墙、加筋土挡土墙、桩基托梁式挡土墙等成熟的挡土墙，在各种防护措施适宜的工程条件下，可以达到良好防护效果。

但是，对于9m～10m以上的高填土软土地基的路基或高边坡，由于软土地基土体承载力不足导致重力式挡土墙不适用，而轻型薄壁挡土墙或桩基托梁式挡土墙又难以承受土体的巨大主动土压力，需要大大增加土方开挖量，通过增加挡土结构尺寸和规模来满足工程要求，导致工程造价增大；对于填土高度较高的加筋土挡土墙，在投入使用一段时间以后，随着水流深入或填方土体压缩变形不断增加，很多都会出现不同程度的变形、开裂，甚至失稳的现象。

因此，对于地形受限的软土地基的高路基或高边坡，需要研究发明一种受力合理、便于施工、防护效果好、工程造价优的新型复合式挡土墙。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种复合式挡土墙及其施工方法，以解决相关技术中在9m～10m以上的高填土软土地基的路基或高边坡，挡土墙的工程造价高，以及挡土墙后期的开裂变形或失稳的问题。

第一方面，提供了一种复合式挡土墙，其包括：桩基础，设于低路面的地基土体内，且所述桩基础的顶面设有承台；墙体，固定于所述承台上，所述墙体位于高路面的高路基填土外侧；锚固系统，设于所述高路面的高路基填土内，所述锚固系统包括锚固梁、墙中部锚拉索和墙顶部锚拉索，其中所述墙中部锚拉索一端锚固于所述锚固梁、另一端锚固于所述墙体，所述墙顶部锚拉索一端锚固于所述锚固梁、另一端锚固于所述墙体顶部，所述墙中部锚拉索和所述墙顶部锚拉索用于平衡所述高路基填土对所述墙体产生的主动土压力。

一些实施例中，所述锚固系统还包括与所述锚固梁垂直设置的锚固桩，用于支撑所述锚固梁，所述锚固桩向下延伸至所述低路面所在水平面的下方。

一些实施例中，所述锚固桩和所述锚固梁设置于所述高路基填土的土体滑动面的后方。

一些实施例中，所述锚固系统还包括刚性撑杆，所述墙体靠近所述锚固系统的一侧设有扶壁，所述刚性撑杆一端连接所述锚固桩，另一端连接所述扶壁，用于增加所述锚固桩的水平刚度。

第二方面，提供了一种上述的复合式挡土墙的施工方法，其包括以下步骤：将所述高路基填土自所述高路面开挖至所述低路面的高程；依次进行所述桩基础、所述承台、所述墙体的浇筑施工；在所述高路基填土内浇筑成型所述锚固梁；在所述锚固梁与所述墙体之间安装所述墙顶部锚拉索以及所述墙中部锚拉索。

一些实施例中，在浇筑成型所述锚固梁之前，先计算出所述高路基填土的土体滑动面所在位置，并在所述土体滑动面的后方设置与所述锚固梁垂直的锚固桩。

一些实施例中，在设置所述锚固桩的位置时，所述锚固桩距所述墙体的水平距离l为：l＝(h-h)tanα，其中，h为所述墙体的高度，h为所述墙中部锚拉索锚固点至墙体根部的垂直距离，α为所述墙顶部锚拉索与铅垂面的夹角。

一些实施例中，在安装完所述墙顶部锚拉索及所述墙中部锚拉索之后，分层回填所述高路基填土，且在分层回填压实所述高路基填土的过程中，根据所述墙体的内力和位移计算结果，从低到高分级分批张拉所述墙中部锚拉索和所述墙顶部锚拉索。

一些实施例中，当所述高路基填土回填至所述墙中部锚拉索的高度h时，先张拉所述墙中部锚拉索至索力值t2′，其中，ka为朗肯主动土压力系数，为土的内摩擦角；γ为土体的天然重度；c为土体的粘聚力；h为所述墙中部锚拉索锚固点至所述墙体根部的垂直距离；α为所述墙顶部锚拉索与铅垂面的夹角。

一些实施例中，当所述高路基填土全部回填完毕之后，将所述墙中部锚拉索和所述墙顶部锚拉索张拉至最终目标的张拉力值，并保证所述墙体的垂直度，且所述墙体和所述桩基础的弯矩内力处于最低水平。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明实施例提供了一种复合式挡土墙及其施工方法，由于在所述高路基填土内设置了所述锚固系统，所述墙顶部锚拉索的一端锚固于所述墙体的顶端，另一端锚固于所述锚固梁，所述墙中部锚拉索的一端锚固于所述墙体，另一端锚固于所述锚固梁，增加了所述墙体的支撑约束条件，可以平衡所述高路基填土对所述墙体产生的主动土压力，改善了所述墙体不稳定的悬臂受力形式，因此，有效提高了所述墙体的刚度和稳定性，大大增加了所述墙体的承载力，有利于控制所述墙体自身的结构规模，避免对路基或边坡的大方量、大面积开挖，有利于降低工程直接成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明实施例提供的一种复合式挡土墙的主视示意图；

图2为本发明实施例提供的一种复合式挡土墙的俯视示意图；

图3为本发明实施例提供的一种复合式挡土墙的锚固桩与锚固梁的右视示意图；

图4为本发明实施例提供的一种复合式挡土墙的施工方法的流程图。

图中：1、高路面；2、低路面；3、高路基填土；4、桩基础；5、承台；6、扶壁；7、墙体；8、土体滑动面；9、锚固桩；10、锚固梁；11、刚性撑杆；12、墙中部锚拉索；13、墙顶部锚拉索；14、地基土体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种复合式挡土墙及其施工方法，其能解决相关技术中在9m～10m以上的高填土软土地基的路基或高边坡，挡土墙的工程造价高，以及挡土墙后期的开裂变形或失稳的问题。

参见图1所示，为本发明实施例提供的一种复合式挡土墙，其包括：桩基础4，设于低路面2的地基土体14内；墙体7，固定于所述桩基础4的上方，且位于高路面1的高路基填土3外侧；锚固系统，设于所述高路基填土3内，且于所述墙体7连接，用于平衡所述高路基填土3对所述墙体7产生的主动土压力。

参见图1所示，在一些实施例中，所述高路面1位于所述低路面2的上方，且所述低路面2所在水平面以下可以均为所述地基土体14，所述低路面2所在水平面与所述高路面1之间的土体可以为所述高路基填土3；所述桩基础4可以设有多排，且均位于所述地基土体14内，所述桩基础4的顶面可以固设有承台5，所述承台5的上表面优选与所述低路面2齐平，所述桩基础4和所述承台5的材质均可以为钢筋混凝土。

参见图1所示，在一些可选的实施例中，所述墙体7可以固定于所述承台5的顶面，且所述墙体7的顶面可以与所述高路面1齐平，所述墙体7的底面可以与所述低路面2齐平，本实施例中，所述墙体7优选与所述高路面1、所述低路面2均垂直，所述墙体7的材质也可以为钢筋混凝土，可以将所述墙体7靠近所述高路基填土3的一侧定义为内侧，将所述墙体7远离所述高路基填土3的一侧定义为外侧，所述墙体7内测的中下部可以设有垂直所述墙体7表面的扶壁6，所述扶壁6优选为直角三角形结构，且所述扶壁6垂直所述承台5，所述扶壁6的两个直角边分别与所述墙体7和所述承台5固结于一体，以增强所述墙体7的结构刚度，及所述墙体7与所述承台5之间连接的稳定性，当所述墙体7外侧的空间不受限制时，也可以将所述扶壁6设置在所述墙体7的外侧；由于所述高路基填土3高度较高，所述地基土体14不足以承受所述墙体7传递下来的荷载，所述桩基础4能提高所述墙体7的基础承载力，用于直接支承所述墙体7和所述扶壁6传递下来的主动土压力和所述墙体7结构自重等荷载。

参见图1及图2所示，在一些实施例中，所述锚固系统可以包括与所述桩基础4平行设置的锚固桩9，所述锚固桩9位于所述墙体7的内侧，即设于所述高路基填土3内，且所述锚固桩9向下延伸至所述低路面2所在水平面的下方，也就是向下延伸至所述地基土体14内一段距离，使所述锚固桩9的底面与所述桩基础4的底面几乎齐平，所述锚固桩9的顶部可以设有将一排所述锚固桩9连接起来的锚固梁10，所述锚固梁10可以延所述墙体7的纵长方向延伸，且与所述墙体7平行间隔设置，所述锚固梁10与所述锚固桩9垂直设置，所述锚固桩9用于支撑所述锚固梁10，所述锚固桩9与所述锚固梁10可以固定成框架结构设置于所述高路基填土3的土体滑动面8的后方。

参见图1及图3所示，在一些可选的实施例中，所述锚固系统还可以包括一端锚固于所述墙体7的顶端，另一端锚固于所述锚固梁10的墙顶部锚拉索13，以及一端锚固于所述墙体7，另一端锚固于所述锚固梁10的墙中部锚拉索12，本实施例中，所述墙中部锚拉索12优选锚固于所述墙体7的中部，在其他实施例中，所述墙中部锚拉索12也可锚固于所述墙体7高度方向偏上部或偏下部的位置，所述墙顶部锚拉索13和所述墙中部锚拉索12可以用于对所述墙体7提供向所述高路基填土3内的拉力，来平衡所述高路基填土3对所述墙体7产生的主动土压力；所述锚固系统还可以包括一端支撑于所述扶壁6，另一端连接所述锚固桩9的刚性撑杆11，所述刚性撑杆11靠近所述锚固梁10，且位于所述锚固梁10的下方，使整个锚固系统可以支撑在所述扶壁6上，可以增加所述锚固桩9的水平刚度，减小所述锚固桩9在所述墙顶部锚拉索13和所述墙中部锚拉索12的锚固力作用下的水平位移，所述撑刚性杆向下传递至所述扶壁6的轴向压力，可以减小或平衡所述承台5和所述桩基础4的部分转动弯矩；通过设置所述锚固系统可以用于改善所述墙体7的悬臂受力模式，在所述墙体7的墙顶悬臂端和所述墙体7的中部增加了弹性支撑，可有效减小由于所述高路基填土3的主动土压力对所述墙体7产生的巨大弯矩内力和水平位移。

参见图1和图4所示，为本发明实施例提供的一种上述的复合式挡土墙的施工方法，其包括以下步骤：

步骤1：将所述高路基填土3自所述高路面1开挖至所述低路面2的高程。

参见图1所示，在一些实施例中，于步骤1中，在开挖所述高路基填土3时，可以根据最终设计的结构尺寸，将所述高路基填土3开挖成形状类似于所述土体滑动面8的倾斜曲面，且需要将所述高路基填土3开挖至所述土体滑动面8的后方，至少开挖至所述刚性撑杆11处，以便于后续施工。

参见图1所示，在一些可选的实施例中，于步骤1后，可以进行所述桩基础4的钻孔施工。

步骤2：依次进行所述桩基础4、所述承台5、所述墙体7的浇筑施工。

参见图1所示，在一些实施例中，于步骤2中，在进行所述桩基础4的浇筑施工时，所述桩基础4可以采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，在设计所述桩基础4的结构尺寸时，需按照压弯构件设计，并在所述桩基础4内配置钢筋，且所述桩基础4的桩顶以下一定范围内需采用增强水平方向的抗弯钢筋配置，以抵抗水平荷载产生的弯矩；所述桩基础4的桩身下半部弯矩较小区域可按轴向受力构件配置钢筋。

参见图1所示，在一些可选的实施例中，于步骤2中，在进行所述承台5、所述墙体7的浇筑施工时，可以依次通过立模、绑扎钢筋、浇筑混凝土来完成施工；且同时可以在所述墙体7的内侧或外侧浇筑形成所述扶壁6，使所述墙体7、所述扶壁6、所述承台5成为一个整体。

步骤3：在所述高路基填土3内浇筑成型所述锚固梁10。

参见图1所示，在一些实施例中，于步骤3之前，先按土力学计算出所述高路基填土3的土体滑动面8所在位置。

参见图1所示，在一些实施例中，于步骤3之前，先在所述土体滑动面8后方一定距离处设置所述锚固桩9，且所述以锚固桩9也可以采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，所述锚固桩9的桩基竖向承载力需分别同时满足竖向抗拔力和水平方向的弯矩，按受拉和受弯钢筋混凝土的基础构件进行设计和配置钢筋；在设置所述锚固桩9的位置时，所述锚固桩9距所述墙体7的水平距离l为：l＝(h-h)tanα，其中，h为所述墙体7的高度，h为所述墙中部锚拉索12锚固点至墙体7根部的垂直距离，α为所述墙顶部锚拉索13与铅垂面的夹角。

参见图2和图3所示，在一些可选的实施例中，于步骤3中，在浇筑成型所述锚固梁10时，所述锚固梁10可以为钢筋混凝土构件，且与所述锚固桩9在桩顶部位浇筑连成一体，所述锚固梁10内部需在相应部位预留所述墙顶部锚拉索13以及所述墙中部锚拉索12的拉索管道。

参见图1和图2所示，在一些实施例中，于步骤3之后，可以在所述锚固桩9的顶部与所述扶壁6的根部之间设置结构刚度较大的所述刚性撑杆11，所述刚性撑杆11按压弯受力钢筋混凝土构件进行设计和配置钢筋，用于增加所述锚固桩9的水平刚度。

步骤4：在所述锚固梁10与所述墙体7之间安装所述墙顶部锚拉索13以及所述墙中部锚拉索12。

参见图1和图3所示，在一些实施例中，于步骤4中，在安装所述墙顶部锚拉索13与所述墙中部锚拉索12时，可以根据所述墙体7的强度、刚度或稳定性需要，沿着水平方向或竖向设置若干根；所述墙顶部锚拉索13和所述墙中部锚拉索12均可以由柔性预应力钢绞线索体、索导管和端部锚固件组成，其中，索体采用体外预应力束的成品索，由环氧涂层钢绞线、专用油脂、热挤外层hdpe套管等多层防腐结构组成，以保证其在设计使用年限内的耐久性处于正常水平，钢绞线标准强度为fpk＝1860mpa，弹性模量为1.95×105mpa，规格型号可根据所述墙体7的具体设计采用ф15.24-19、ф15.24-15或ф15.24-12等型号。

参见图1所示，在一些可选的实施例中，于步骤4之后，在安装完所述墙顶部锚拉索13与所述墙中部锚拉索12后，暂时不张拉所述墙顶部锚拉索13与所述墙中部锚拉索12的索体。

参见图1所示，在一些实施例中，于步骤4之后，在安装完所述墙顶部锚拉索13与所述墙中部锚拉索12后，分层回填所述高路基填土3，且在所述高路基填土3分层回填压实过程中，根据所述墙体7的内力和位移计算结果，从低到高分级分批张拉所述墙中部锚拉索12和所述墙顶部锚拉索13；当所述高路基填土3回填至所述墙中部锚拉索12的高度h时，先张拉所述墙中部锚拉索12至索力值t2′，确保所述墙体7的受力满足要求，t2′的计算方法如下：

其中，ka为朗肯主动土压力系数，为土的内摩擦角；γ为土体的天然重度；c为土体的粘聚力；h为所述墙中部锚拉索12锚固点至所述墙体7根部的垂直距离；α为所述墙顶部锚拉索13与铅垂面的夹角。

参见图1所示，在一些可选的实施例中，于步骤4之后，当所述高路基填土3全部回填完毕之后，将所述墙中部锚拉索12和所述墙顶部锚拉索13张拉至最终目标的张拉力值，并尽量保证所述墙体7的垂直度，且所述墙体7和所述桩基础4的弯矩内力处于最低水平；其中，所述墙中部锚拉索12永久张拉力为t2，所述墙顶部锚拉索13永久张拉力为t1，其计算公式如下：

其中，ea主动土压力合力，作用点在h的处；pa为主动土压力强度，q为作用于所述高路面1的均布荷载；ka为朗肯主动土压力系数；为土体的内摩擦角；γ为土体的天然重度；c为土的粘聚力；h为所述墙中部锚拉索12锚固点至所述墙体7根部的垂直距离；α为所述墙顶部锚拉索13与铅垂面的夹角，所述墙中部锚拉索12永久张拉力t2、所述墙顶部锚拉索13永久张拉力t1和主动土压力合力ea需同时满足：水平合力为零∑f＝０、弯矩合力为零∑m＝０。

参见图1所示，在一些实施例中，于步骤4之后，所述墙中部锚拉索12和所述墙顶部锚拉索13的张拉方式可以为单端张拉，即所述墙体7侧锚杯为张拉端，所述锚固梁10侧锚杯为锚固端；其中所述张拉端预留后期索力调整构造。所述墙中部锚拉索12和所述墙顶部锚拉索13的设计允许最大张拉控制应力σcon为0.4fpk～0.5fpk，即为(0.4～0.5)×1860mpa＝744～930mpa。可通过对所述墙中部锚拉索12以及所述墙顶部锚拉索13索体的钢绞线规格型号、数量或布置方法调整，优化所述墙体7的内力，将整个所述复合式挡土墙的工程可靠度、防护效果、工程经济成本、施工便利性等多重指标调整至最优的平衡状态。

参见图1所示，在一些可选的实施例中，于步骤4之后，所述复合式挡土墙建成投入使用一段时期后，可以根据长期的道路沉降或所述墙体7的变形情况，必要时可通过调整所述墙中部锚拉索12和所述墙顶部锚拉索13的张拉力，来控制或改善所述墙体7变形或路基边坡的沉降；由于所述墙中部锚拉索12和所述墙顶部锚拉索13的索力可调可换，通过改善所述墙体7的受力，减小软土地基的高路基和高挡土墙自身的沉降变形，有利于节约运营期维护成本。

本发明实施例提供的一种复合式挡土墙及其施工方法的原理为：

由于在所述高路基填土3内设置了所述锚固系统，所述墙顶部锚拉索13的一端锚固于所述墙体7的顶端，另一端锚固于所述锚固梁10，所述墙中部锚拉索12的一端锚固于所述墙体7，另一端锚固于所述锚固梁10，当所述墙体7受到所述高路基填土3对其产生向外侧的主动土压力时，所述墙顶部锚拉索13和所述墙中部锚拉索12可以对所述墙体7提供向所述高路基填土3内的拉力，增加了所述墙体7的支撑约束条件，改善了所述墙体7不稳定的悬臂受力形式，因此，有效提高了所述墙体7的刚度和稳定性，大大增加了所述墙体7的承载力，有利于控制所述墙体7自身的结构规模，避免对路基或边坡的大方量、大面积开挖，有利于降低工程直接成本；相比于重力式挡土墙、普通轻型薄壁挡土墙在用于软土地基时，需要增大其挡土墙的尺寸规模以及挖方量，桩基托梁式挡土墙需要增加更多排桩基础4来固定其挡土墙；本发明的复合式挡土墙整体结构简明，布置形式灵活、适用性强，在地形受限的市政工程中可明显节约空间，对于高度在9m～10m以上的地形受限的软体高路基或边坡，本发明在承载力、经济性和节约空间上均具有明显优势。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。