一种预制拼装的FRP截水墙结构及施工方法与流程

一种预制拼装的frp截水墙结构及施工方法
技术领域
1.本发明涉及一种预制拼装的frp截水墙结构及施工方法，属于土木工程、管道防护技术领域。


背景技术：

2.管道运输业是中国的第五大运输业，它在国民经济和社会发展中起着十分重要的作用。目前，油气长输管道80％～90％处于埋地状态。由于管沟内的回填土结构疏松、固结程度差，遇水极易发生沿管沟方向的水土流失，引起管道露管或悬空，对管线的正常运营形成威胁。修建截水墙可以减弱或消除坡面径流顺管沟的冲刷作用，支挡斜坡上管沟土体土压力的下滑趋势，是防治管沟水土流失简单有效的办法。
3.目前以应用于石方管沟的浆砌石、混凝土截水墙和应用于土质管沟的水泥土、草袋截水墙四种结构形式最为普遍。现行管沟截水墙技术通常墙身截面尺寸较大、强度利用率较低；采用现场施工，工序复杂、工期长，砂袋及砌体质量不易控制，防治效果差强人意，易造成管道漂管。对于偏远或砌筑材料相对匮乏的地区，其施工难度和工程费用均较高。现在生产的具有较稳定力学性能和使用性能的大尺寸、高性能frp构件，主要以结构加固为主，将frp 应用于截水墙等领域的设计研究几乎为空白。所以，亟需一种基于frp的截水墙结构，用于土木工程、管道防护。


技术实现要素：

4.本发明提供一种预制拼装的frp截水墙结构及施工方法，有效提高截水墙的防渗性、耐久性，同时利用弃土、废矿渣等作为墙体材料，可有效降低弃方量，符合节能减排、低碳环保的要求。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种预制拼装的frp截水墙结构，包括底板、若干第一横隔板、若干第二横隔板、若干第一拼接板、若干第二拼接板、若干第三拼接板以及顶板，
7.底板固设在地面上，以底板中心为坐标系中心，建立三维坐标系，定义底板平行于z轴的两条边为横边，底板平行于x轴的两条边为拼接边；沿着底板的横边以及拼接边开设若干凹槽，用于嵌设若干第一横隔板、若干第二横隔板、若干第一拼接板、若干第二拼接板以及若干第三拼接板；
8.在底板表面横边位置分别嵌设第二横隔板，第二横隔板靠近坐标系中心的侧面与底板表面形成钝角，与第二横隔板的每侧相邻的拼接边上分别嵌设第三拼接板，第三拼接板相对x 轴的侧面与底板表面形成锐角，且第二横隔板与相邻第三拼接板紧密贴合；
9.相对设置的两块第三拼接板的一侧通过第二横隔板连接，两块第三拼接板的另一侧通过第一横隔板连接，且第一横隔板垂直于底板表面，嵌设第一横隔板的凹槽与横边平行；
10.沿着底板的每条拼接边，从第三拼接板另一侧向坐标系中心方向分别嵌设若干顺
次排布的第二拼接板，每块第二拼接板相对x轴的侧面与底板表面形成锐角，在相对布设的第二拼接板相邻的端部均通过第一横隔板连接，且嵌设第一横隔板的凹槽同样均与横边平行；
11.沿着底板的每条拼接边，从第二拼接板向坐标系中心方向分别嵌设若干顺次排布多组第一拼接板组，将底板的拼接边形成联通，每组第一拼接板相对x轴的侧面与底板表面形成锐角，其中，每组第一拼接板组包括两块第一拼接板，两块第一拼接板拼接形成的整体中心为一圆形孔洞，用于穿设管道；
12.若干第一横隔板、若干第二横隔板、若干第一拼接板、若干第二拼接板、若干第三拼接板拼接后形成倒梯形状结构，倒梯形状结构的底部为底板，倒梯形状结构的顶部覆设顶板；
13.作为本发明的进一步优选，沿着底板的每条拼接边，从第三拼接板另一侧向坐标系中心方向分别嵌设一块第二拼接板；
14.同样的，从第二拼接板向坐标系中心方向分别嵌设一组第一拼接板组，即包括两块第一拼接板，将底板的拼接边形成连通后，每条拼接边包括一个用于穿设管道的圆形孔洞；
15.作为本发明的进一步优选，沿着底板的拼接边以及横边分别预留25个圆形孔，圆形孔均垂直于地面开设，在每个圆形孔内穿设frp锚杆，将底板锚固在地面；
16.沿着底板的拼接边平行于横边开设14条圆形孔槽，用于穿设frp纵筋将第一横隔板、第二横隔板、第一拼接板以及第二拼接板固定在底板上；
17.第一拼接板与第一横隔板之间、第二拼接板与第一横隔板之间、第三拼接板与第一横隔板之间、第二横隔板与第三拼接板之间均通过插件进行紧密连接；
18.作为本发明的进一步优选，所述插件为呈z型的杆体，由frp板材制成；
19.作为本发明的进一步优选，所述第一横隔板由frp板材制成，呈梯形状设置，其长边位于底部，在第一横隔板底部设有一个凸起，凸起内贯穿一条第一横隔板孔槽，第一横隔板孔槽与frp纵筋匹配，当第一横隔板嵌设在平行底板横边的凹槽内时，frp纵筋贯穿圆形孔槽以及第一横隔板孔槽；
20.沿着第一横隔板的两个侧边分别开设两条插件凹槽，用于与插件匹配连接；
21.作为本发明的进一步优选，所述第二横隔板由frp板材制成，呈梯形状设置，其长边位于底部，在靠近底部位置沿着长边贯穿一条第二横隔板孔槽，当第二横隔板嵌设在底板横边的凹槽时，frp纵筋贯穿圆形孔槽以及第二横隔板孔槽；
22.沿着第二横隔板的两个侧边分别开设两条插件凹槽，用于与插件匹配连接；
23.作为本发明的进一步优选，所述第一拼接板由frp板材制成，包括两层frp空腹板，两层frp空腹板通过胶粘接，且通过螺栓进行加固；
24.所述第一拼接板呈长方形状，在其中一个较长边位置开设半圆槽，第一拼接板靠近底部位置预留两个第一拼接板孔洞，当第一拼接板嵌设在底板拼接边的凹槽内时，frp纵筋贯穿圆形孔槽以及第一拼接板孔洞；
25.第一拼接板沿着两个较长边分别开设两条插件凹槽，用于与插件匹配连接；
26.作为本发明的进一步优选，所述第二拼接板由frp板材制成，包括两层frp空腹板，两层frp空腹板通过胶粘接，且通过螺栓进行加固；
27.所述第二拼接板为长方形状，其中一个较短边为底部，在靠近底部位置预留两个第二拼接板孔洞，当第二拼接板嵌设在底板拼接边的凹槽内时，frp纵筋贯穿圆形孔槽以及第二拼接板孔洞；
28.作为本发明的进一步优选，所述第三拼接板由frp板材制成，呈直角三角形状，其最小角插设在底板的凹槽内，沿着第三拼接板的两个长边分别开设两条插件凹槽，用于与插件匹配连接；
29.作为本发明的进一步优选，所述顶板由frp板材制成，呈长方形状，沿顶板的每条长边均预留四个顶板圆形孔洞，且顶板圆形孔洞的位置与第二拼接板位置匹配，frp竖筋贯穿顶板圆形孔洞、第二拼接板以及位于底板的圆形孔，将顶板与底板固定；
30.一种基于所述的预制拼装的frp截水墙结构的施工方法，具体包括以下步骤：
31.步骤s1：整平地面，放置底板，在底板表面安装frp竖筋，沿着底板的拼接边以及横边分别预留25个圆形孔，在每个圆形孔内插入frp锚杆，将底板锚固在地面；
32.步骤s2：沿着底板的横边以及拼接边开设凹槽，将第一横隔板插入底板凹槽内，并通过 frp纵筋穿过底板、第一横隔板进行固定连接；
33.步骤s3：将第一拼接板插入底板凹槽内，通过frp纵筋穿过底板以及第一拼接板进行固定连接；通过插件将第一横隔板和第一拼接板、第一拼接板和相邻第一拼接板进行连接；
34.步骤s4：将第二拼接板穿过frp竖筋，并插入底板凹槽内，通过frp纵筋穿过底板以及第二拼接板进行固定连接；通过插件将第一横隔板和第二拼接板连接；
35.步骤s5：将第三拼接板插入底板凹槽内，通过插件将第一横隔板和第三拼接板连接；
36.步骤s6：将第二横隔板插入底板凹槽内，通过frp纵筋穿过底板和第二横隔板进行固定连接；通过插件将第二横隔板和第三拼接板连接；
37.步骤s7：利用聚氨酯材料填充底板与第一横隔板、第二横隔板、第一拼接板、第二拼接板、第三拼接板之间的连接空隙，形成内部有空腔的倒梯形状结构；
38.步骤s8：将弃土或废矿渣等作为墙体材料，装入预制拼装的倒梯形状结构内，并整平表面；
39.步骤s9：将顶板穿过frp竖筋，进行紧固，覆设在倒梯形状结构开口端。
40.通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
41.1、本发明创新性的采用frp板材作为截水墙的墙身材料，有效提高截水墙的安全性、适用性、耐久性以及防渗性；
42.2、本发明提供的截水墙结构为预制结构，采用预制安装施工程序，实现截水墙结构工厂化、标准化生产，施工质量高、工期短，并确保运输管道的安全和管沟土体的稳定；
43.3、本发明利用弃土、废矿渣等作为墙体材料，大大降低混凝土材料用量，减少弃方量，达到节能减排、低碳环保的目的。
附图说明
44.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
45.图1是本发明提供的优选实施例的立体图；
46.图2是本发明提供的优选实施例的正面图；
47.图3是本发明提供的优选实施例的平面图；
48.图4a-图4b是本发明提供的优选实施例中底板的俯视图以及侧视图；
49.图5a-图5c是本发明提供的优选实施例中第一横隔板的三视图；
50.图6a-图6c是本发明提供的优选实施例中第二横隔板的三视图；
51.图7a-图7c是本发明提供的优选实施例中第一拼接板的三视图；
52.图8a-图8c是本发明提供的优选实施例中第二拼接板的三视图；
53.图9a-图9c是本发明提供的优选实施例中第三拼接板的三视图；
54.图10a-图10b是本发明提供的优选实施例中顶板的三视图；
55.图11是本发明提供的插件的示意图。
56.图中：1为底板，2为第一横隔板，3为第二横隔板，4为第一拼接板，5为第二拼接板，6为第三拼接板，7为顶板，8为插件，9为frp纵筋，10为frp竖筋，11为螺栓，12为frp 锚杆。
具体实施方式
57.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。本技术的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
58.在目前防治管沟水土流失问题上，采用的管沟截水墙通常都存在墙身截面尺寸较大，强度利用率较低的问题，在经过多方研究后，本技术提供了一种截水墙结构，其基于frp材料，并将其工厂预制化，确保了运输管道的安全以及管沟土体的稳定性。
59.图1所示，是本技术提供优选实施例的整体结构立体示意图，从图中可以明显看出，本技术提供的截水墙结构为倒梯形状结构，这是因为在管沟开挖施工时，需要考虑到两侧土体结构的稳定问题，将土体开挖成倒梯形状结构，因此为了匹配土体开挖的结构，将本技术提供的截水墙结构的两侧面倾角与相邻护坡倾角相匹配。
60.具体的，包括底板1、若干第一横隔板2、若干第二横隔板3、若干第一拼接板4、若干第二拼接板5、若干第三拼接6以及顶板7，底板1固设在地面上，为了更好的描述倒梯形状结构，以底板1中心为坐标系中心，建立三维坐标系，定义底板1平行于z轴的两条边为横边，底板1平行于x轴的两条边为拼接边；沿着底板1的横边以及拼接边开设若干凹槽，用于嵌设若干第一横隔板2、若干第二横隔板3、若干第一拼接板4、若干第二拼接板5以及若干第三拼接6；
61.在底板1表面横边位置分别嵌设第二横隔板3，第二横隔板3靠近坐标系中心的侧面与底板1表面形成钝角，与第二横隔板3的每侧相邻的拼接边上分别嵌设第三拼接6，第三拼接6相对x轴的侧面与底板1表面形成锐角，且第二横隔板3与相邻第三拼接6紧密贴合；
62.相对设置的两块第三拼接6的一侧通过第二横隔板3连接，两块第三拼接6的另一侧通过第一横隔板2连接，且第一横隔板2垂直于底板1表面，嵌设第一横隔板2的凹槽与横边平行；
63.沿着底板1的每条拼接边，从第三拼接6另一侧向坐标系中心方向分别嵌设若干顺次排布的第二拼接板5，每块第二拼接板5相对x轴的侧面与底板1表面形成锐角，在相对布设的第二拼接板5相邻的端部均通过第一横隔板2连接，且嵌设第一横隔板2的凹槽同样均与横边平行；
64.沿着底板1的每条拼接边，从第二拼接板5向坐标系中心方向分别嵌设若干顺次排布多组第一拼接板4组，将底板1的拼接边形成联通，每组第一拼接板4相对x轴的侧面与底板 1表面形成锐角，其中，每组第一拼接板4组包括两块第一拼接板4，两块第一拼接板4拼接形成的整体中心为一圆形孔洞，用于穿设管道；
65.若干第一横隔板2、若干第二横隔板3、若干第一拼接板4、若干第二拼接板5、若干第三拼接6拼接后形成倒梯形状结构，倒梯形状结构的底部为底板1，倒梯形状结构的顶部覆设顶板7。
66.在本技术提供的优选实施例中，即图2-图3中可以看出，沿着底板1的每条拼接边，从第三拼接6另一侧向坐标系中心方向分别嵌设一块第二拼接板5；同样的，从第二拼接板5 向坐标系中心方向分别嵌设一组第一拼接板4组，即包括两块第一拼接板4，将底板1的拼接边形成连通后，每条拼接边包括一个用于穿设管道的圆形孔洞。当在施工过程中，通过改变第二拼接板5的块数，即可适用于各种宽度的管沟地形，此处的宽度为位于三维坐标系中 x方向上的距离。然后通过增加至少一组第一拼接板4组，以及匹配的第一横隔板2，即可在每条拼接边上布设多个用于穿设管道的圆形孔洞，适用于多管道的管沟。
67.图4a-图4b所示，在优选实施例采用一个圆形孔洞以及一块第二拼接板5的前提下，沿着底板1的拼接边以及横边分别预留25个圆形孔，圆形孔均垂直于地面开设，在每个圆形孔内穿设frp锚杆12，将底板1锚固在地面；沿着底板1的拼接边平行于横边开设14条圆形孔槽，用于穿设frp纵筋9将第一横隔板2、第二横隔板3、第一拼接板4以及第二拼接板5 固定在底板1上；圆形孔的个数以及圆形孔槽的条数均与后期各个板块上开设的孔洞或者孔槽匹配。
68.在各个板块进行拼接后，部分之间依旧有间隙，因此为了更好的实现截水墙结构的整体性，第一拼接板4与第一横隔板2之间、第二拼接板5与第一横隔板2之间、第三拼接6与第一横隔板2之间、第二横隔板3与第三拼接6之间均通过插件8进行紧密连接。图11所示，所述插件8为呈z型的杆体，由frp板材制成，。
69.下面对每个部件做逐一阐述，图5a-图5c所示，所述第一横隔板2由frp板材制成，呈梯形状设置，其长边位于底部，在第一横隔板2底部设有一个凸起，凸起内贯穿一条第一横隔板2孔槽，第一横隔板2孔槽与frp纵筋9匹配，当第一横隔板2嵌设在平行底板1横边的凹槽内时，frp纵筋9贯穿圆形孔槽以及第一横隔板2孔槽；沿着第一横隔板2的两个侧边分别开设两条插件8凹槽，用于与插件8匹配连接。
70.图6a-图6c所示，所述第二横隔板3由frp板材制成，呈梯形状设置，其长边位于底部，在靠近底部位置沿着长边贯穿一条第二横隔板3孔槽，当第二横隔板3嵌设在底板1横边的凹槽时，frp纵筋9贯穿圆形孔槽以及第二横隔板3孔槽；沿着第二横隔板3的两个侧边分别开设两条插件8凹槽，用于与插件8匹配连接。
71.图7a-图7c所示，所述第一拼接板4由frp板材制成，包括两层frp空腹板，两层frp 空腹板通过胶粘接，且通过螺栓11进行加固；所述第一拼接板4呈长方形状，在其中一个较
长边位置开设半圆槽，第一拼接板4靠近底部位置预留两个第一拼接板4孔洞，当第一拼接板4嵌设在底板1拼接边的凹槽内时，frp纵筋9贯穿圆形孔槽以及第一拼接板4孔洞；第一拼接板4沿着两个较长边分别开设两条插件8凹槽，用于与插件8匹配连接。
72.图8a-图8c所示，所述第二拼接板5由frp板材制成，包括两层frp空腹板，两层frp 空腹板通过胶粘接，且通过螺栓11进行加固；第二拼接板5采用此种构造，为后续底板1与顶板7的frp竖筋10穿设提供便利；所述第二拼接板5为长方形状，其中一个较短边为底部，在靠近底部位置预留两个第二拼接板5孔洞，当第二拼接板5嵌设在底板1拼接边的凹槽内时，frp纵筋9贯穿圆形孔槽以及第二拼接板5孔洞。
73.图9a-图9c所示，所述第三拼接6由frp板材制成，呈直角三角形状，其最小角插设在底板1的凹槽内，沿着第三拼接6的两个长边分别开设两条插件8凹槽，用于与插件8匹配连接。
74.图10a-图10b所示，所述顶板7由frp板材制成，呈长方形状，沿顶板7的每条长边均预留四个顶板7圆形孔洞，且顶板7圆形孔洞的位置与第二拼接板5位置匹配，frp竖筋10 贯穿顶板7圆形孔洞、第二拼接板5以及位于底板1的圆形孔，将顶板7与底板1固定。
75.通过对上述各个部件的具体描述可以发现，截水墙的底面在z轴方向上的宽度要比截水墙顶面在z轴方向上的宽度要大，这是因为预制拼装frp截水墙结构的设计荷载与重力式截水墙基本一致，管沟内土体大多数为松散土体，故截水墙上的土压力沿墙高可按三角形分布考虑；至于各个板块的倾斜的具体角度，要依据地质条件、截水墙高度等因素做具体确定。
76.在优选实施例中，对frp纵筋9需要贯穿的各个孔槽做了具体大小的限定，frp纵筋9 贯穿的圆形孔槽、第一横隔板2孔槽、第二横隔板3孔槽、第一拼接板4孔洞以及第二拼接板5孔洞直径为16mm；沿着底板1的拼接边以及横边分别预留25个圆形孔，这25个圆形孔用于贯穿frp锚杆12，直径为30mm；顶板7上预留的顶板7圆形孔洞直径为20mm。
77.最后本技术还给出了所述的预制拼装的frp截水墙结构的施工方法，具体包括以下步骤：
78.步骤s1：整平地面，放置底板1，在底板1表面安装frp竖筋10，沿着底板1的拼接边以及横边分别预留25个圆形孔，在每个圆形孔内插入frp锚杆12，将底板1锚固在地面；
79.步骤s2：沿着底板1的横边以及拼接边开设凹槽，将第一横隔板2插入底板1凹槽内，并通过frp纵筋9穿过底板1、第一横隔板2进行固定连接；
80.步骤s3：将第一拼接板4插入底板1凹槽内，通过frp纵筋9穿过底板1以及第一拼接板4进行固定连接；通过插件8将第一横隔板2和第一拼接板4、第一拼接板4和相邻第一拼接板4进行连接；
81.步骤s4：将第二拼接板5穿过frp竖筋10，并插入底板1凹槽内，通过frp纵筋9穿过底板1以及第二拼接板5进行固定连接；通过插件8将第一横隔板2和第二拼接板5连接；
82.步骤s5：将第三拼接6插入底板1凹槽内，通过插件8将第一横隔板2和第三拼接6连接；
83.步骤s6：将第二横隔板3插入底板1凹槽内，通过frp纵筋9穿过底板1和第二横隔板 3进行固定连接；通过插件8将第二横隔板3和第三拼接6连接；
84.步骤s7：利用聚氨酯材料填充底板1与第一横隔板2、第二横隔板3、第一拼接板4、
第二拼接板5、第三拼接6之间的连接空隙，形成内部有空腔的倒梯形状结构；
85.步骤s8：将弃土或废矿渣等作为墙体材料，装入预制拼装的倒梯形状结构内，并整平表面；
86.步骤s9：将顶板7穿过frp竖筋10，进行紧固，覆设在倒梯形状结构开口端。
87.按照上述施工方式得到的截水墙结构设计荷载与重力式截水墙基本一致，区别是空腹薄壁舱格需要考虑箱体内填土的土压力，这是有界填土产生的，是截水墙尺寸设计的主控力，但是其抗滑、抗倾覆稳定性计算与重力式截水墙一致。因此本技术提供的预制拼装的frp截水墙结构有效提高截水墙的防渗性、耐久性，采用预制安装施工程序，实现截水墙结构工厂化、标准化生产，并确保运输管道的安全和管沟土体的稳定；同时大大降低混凝土材料用量，利用弃土、废矿渣等作为墙体填充材料，有效降低弃方量，节能减排、低碳环保。
88.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
89.本技术中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
90.本技术中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
91.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。