一种集块模式的配筋砌体挡土墙的制作方法

本发明涉及一种配筋砌体挡土墙，属于土木工程中岩土工程技术领域。

背景技术：

钢筋混凝土出现之前,挡土墙由石砌体或大体积混凝土筑成,两者都没有配筋,这些墙体依靠它们的自重抵抗土压力,这样被称为重力式挡土墙,这些墙体根据所用材料的抗压强度获得它们的强度或抵抗能力。钢筋混凝土出现以后,发展了很多结构形式的挡土墙,如悬壁式挡土墙和扶壁式挡土墙、嵌岩桩板式挡土墙、锚杆挡土墙和锚定板挡土墙、加筋土挡土墙。其中重力式挡土墙、悬壁式挡土墙和扶壁式挡土墙的应用最为广泛。

重力式挡土墙一般由块石或混凝土材料砌筑，具有构造简单、施工工艺成熟和可就地取材等优点,但是由于其结构稳定性主要是靠墙身自重来保证,因而有墙身断面大、圬工量大、占地多,且不易实现施工的机械化和工厂化等缺点。悬壁式和扶壁式挡土墙结构形式相差不大,均由钢筋混凝土材料建造，扶壁式挡土墙比悬壁式挡土墙多了一个扶壁,因此扶壁式挡土墙的适用墙高大于悬壁式挡土墙，悬壁式挡土墙多用于市政工程及储料仓库，扶壁式挡土墙一般用于重要的土建工程。尽管悬壁式和扶壁式挡土墙是一种轻巧合理的支挡结构形式，但其施工工序相对复杂，工期较长。

配筋砌体结构是一种极具应用前景和经济前景的结构形式。在国外，配筋混凝土砌块砌体挡土墙在公路、铁路等挡土墙工程中有广泛的应用，在国内,砌块挡土墙的应用与研究起步较晚,目前主要是不少企业与国外挡土墙公司合作,引进了国外的生产技术以及设计理念,但应用的主要还是无筋砌块砌体挡土墙。无筋砌块砌体的特点是其抗压强度较高，而其抗拉强度很低，无筋砌块砌体挡土墙在自重应力及土压力作用下，其适用高度由无筋砌块砌体的抗拉强度决定，因此其适用高度较低。为弥补无筋砌块砌体抗拉强度低的缺陷，在砌体中设置钢筋，形成配筋砌体结构，用钢筋代替砌块砌体承担拉应力，可以大幅度提高砌块砌体结构的抗拉能力，因此配筋砌块砌体挡土墙的适用高度则要明显大于无筋砌块砌体挡土墙。尽管配筋砌块砌体挡土墙的适用高度有较大提高，但是墙体受弯承载力提高幅度有限，同时墙顶侧向变形及墙体裂缝偏大。

技术实现要素：

本发明提供一种集块模式的配筋砌体挡土墙，为了解决现有挡土墙的墙身断面大、圬工量大、占地多且机械化施工困难，同时配筋砌块砌体挡土墙的墙体受弯承载力提高幅度有限，墙顶侧向变形及墙体裂缝偏大的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明为一种集块模式的配筋砌体挡土墙，包括墙本体、挡土墙用压顶、挡土墙用基础和钢筋组件，钢筋组件包括若干根水平钢筋和若干根竖直钢筋，每根竖直钢筋为预应力钢筋，墙本体设置在挡土墙用压顶和挡土墙用基础之间，墙本体由多排砌体组成条从下至上依次排列形成，每排砌体组成条包括多个砌块，每个砌块沿其厚度方向加工有与竖直钢筋相配合的至少两个锥形孔洞，砌块的顶面为锥形孔洞小口端所在的端面，砌块的底面为锥形孔洞大口端所在的端面，砌块的底面加工有与水平钢筋相配合的至少一个水平凹槽，水平凹槽与每个锥形孔洞相连通，每排砌体组成条中多个砌块中的水平凹槽依次连通形成水平钢筋放置通道，每个水平钢筋放置通道内设置有一根水平钢筋，每两排相邻的砌体组成条中的多个砌块上下一一对应设置，每两个上下对应的砌块之间形成有至少两条竖直钢筋放置段，每条竖直钢筋放置段由上下对应设置的两个锥形孔洞依次连通形成，墙本体内的多排砌体组成条之间从左至右依次形成有多个竖直钢筋放置通道，每个竖直钢筋放置通道由处于同一竖直线上的多条竖直钢筋放置段从上至下依次连通形成，每个竖直钢筋放置通道分别与多个水平钢筋放置通道相连通，每个竖直钢筋放置通道内设置有一根竖直钢筋，每根竖直钢筋的顶部固定安装在挡土墙用压顶上，每根竖直钢筋的底部穿过其对应竖直钢筋放置通道与挡土墙用基础中的基础钢筋可拆卸连接。

本发明为一种集块模式的配筋砌体挡土墙，优选地，当锥形孔洞的个数为两个时，砌块底面处的两个锥形孔洞的大口端之间形成有中肋，一个所述锥形孔洞中远离另一个所述锥形孔洞的一端为边肋，边肋水平方向的宽度为W₁，中肋水平方向的宽度为W₂，W₂=2W₁。

本发明为一种集块模式的配筋砌体挡土墙，优选地，每根竖直钢筋对应设置有一块垫板和一个螺帽，每根竖直钢筋的顶部通过其对应的垫板和螺帽固定安装在挡土墙用压顶上。

本发明为一种集块模式的配筋砌体挡土墙，优选地，每根竖直钢筋对应设置有一个套筒，每根竖直钢筋的底部通过其对应的套筒与挡土墙用基础中的基础钢筋12螺纹连接。

本发明为一种集块模式的配筋砌体挡土墙，优选地，每根竖直钢筋对应有一个隔离式套管，隔离式套管与竖直钢筋放置通道一一对应设置，每个隔离式套管套装在其对应的竖直钢筋放置通道内，每根竖直钢筋套装在其对应的隔离式套管内。

本发明为一种集块模式的配筋砌体挡土墙，优选地，每根竖直钢筋与其对应的隔离式套管间隙设置。

本发明的有益效果：

一、本发明引入预应力技术，通过预应力钢筋的设置使本发明在承受侧向土压力之前，预先对其施加竖向压力，增加其适用高度，拓宽砌块砌体挡土墙的适用范围。

二、本发明中每个砌块沿其水平方向开设至少一个水平凹槽，用于布置水平钢筋；将每个砌块沿其高度方向开设至少两个锥形孔洞，用于布置竖直钢筋，钢筋组件包括若干根水平钢筋和若干根竖直钢筋能够提高墙体整体刚度。

三、本发明中的砌块结构新颖，通过设置中肋和边肋的宽度关系，使得在错缝砌筑时，能形成竖向贯通的竖直钢筋放置通道，方便竖直钢筋的操作。

四、本发明中砌块的外露面根据需要做不同的处理，以实现不同的装饰效果。

五、本发明中竖直钢筋通过拧紧螺帽施加预应力，在预应力要求不高的结构中，施工简便，造价低廉。

六、本发明中竖直钢筋与隔离式套管之间相互配合且间隙设置有效实现预应力筋与灌孔混凝土的无粘结，无需对预应力筋与套管之间的空隙灌浆，不但节省砂浆量，还便于施工。

七、本发明的结构设置合理且便于施工，无需预支模板，在施加预应力之前，只需要用混凝土灌注砌块的水平凹槽及锥形孔洞，灌孔率为100%。

八、砌块墙体需设置排水管，达到将土体中的水排出的目的，通过土层中的级配砂石加滤网，将土体中的水输送到挡土墙处。

九、本发明为一种集块模式预应力配筋砌块砌体挡土墙，通过对墙体施加预应力改善普通配筋砌块砌体挡土墙的受力性能，同时可以在砌块表面做出各种装饰效果，不仅可以提高砌块砌体挡土墙的适用高度，还可以实现挡土墙工业化，具有良好的环保效应及和谐的装饰外观，为建筑、市政、公路、铁路及园林挡土墙工程全面推广集块模式预应力配筋砌块砌体挡土墙提供了可能。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图；

图2是本发明的侧视结构示意图；

图3是竖直钢筋1-2、垫板7、螺帽8、挡土墙用压顶3、套筒9与挡土墙用基础4中的基础钢筋12之间的连接关系示意图；

图4是竖直钢筋1-2与隔离式套管10之间布置关系的剖面图；

图5是砌块2的第一立体结构示意图；

图6是砌块2的第二立体结构示意图；

图7是砌块2的主视结构示意图；

图8是砌块2的俯视结构示意图；

图9是砌块2的仰视结构示意图；

图10是砌块2和钢筋组件之间连接关系示意图；

图11是本发明在第一受力状态下的截面应力分布图；

图12是图11中拉应力F₁和压应力F₂之间的量化关系图；

图13是本发明在第二受力状态下的截面应力分布图；

图14是图13中拉应力F₁和压应力F₂之间的量化关系图；

图15是本发明在第三受力状态下的截面应力分布图；

图16是图15中拉应力F₁和压应力F₂之间的量化关系图。

具体实施方式

为使本领域技术人员易于深入了解本发明的构造内容以及所能达成的功能效益，列举以下具体实施方式，并配合说明书附图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15和16详细介绍说明如下：

具体实施方式一：本实施方式包括墙本体、挡土墙用压顶3、挡土墙用基础4和钢筋组件，钢筋组件包括若干根水平钢筋1-1和若干根竖直钢筋1-2，每根竖直钢筋1-2为预应力钢筋，墙本体设置在挡土墙用压顶3和挡土墙用基础4之间，墙本体由多排砌体组成条从下至上依次排列形成，每排砌体组成条包括多个砌块2，每个砌块2沿其厚度方向加工有与竖直钢筋1-2相配合的至少两个锥形孔洞2-1，砌块2的顶面为锥形孔洞2-1小口端所在的端面，砌块2的底面为锥形孔洞2-1大口端所在的端面，砌块2的底面加工有与水平钢筋1-1相配合的至少一个水平凹槽2-2，水平凹槽2-2与每个锥形孔洞2-1相连通，每排砌体组成条中多个砌块2中的水平凹槽2-2依次连通形成水平钢筋放置通道，每个水平钢筋放置通道内设置有一根水平钢筋1-1，每两排相邻的砌体组成条中的多个砌块2上下一一对应设置，每两个上下对应的砌块2之间形成有至少两条竖直钢筋放置段，每条竖直钢筋放置段由上下对应设置的两个锥形孔洞2-1依次连通形成，墙本体内的多排砌体组成条之间从左至右依次形成有多个竖直钢筋放置通道，每个竖直钢筋放置通道由处于同一竖直线上的多条竖直钢筋放置段从上至下依次连通形成，每个竖直钢筋放置通道分别与多个水平钢筋放置通道相连通，每个竖直钢筋放置通道内设置有一根竖直钢筋1-2，每根竖直钢筋1-2的顶部固定安装在挡土墙用压顶3上，每根竖直钢筋1-2的底部穿过其对应竖直钢筋放置通道与挡土墙用基础4中的基础钢筋12可拆卸连接。

本发明中挡土墙用基础4中的基础钢筋12也为预应力钢筋。

本发明中每个竖直钢筋放置通道内放置有一根竖直钢筋1-2，每个水平钢筋放置通道内放置有一根水平钢筋1-1，每个竖直钢筋放置通道分别与多个水平钢筋放置通道相连通。每个水平钢筋放置通道分别与多个竖直钢筋放置通道相连通。

本发明还需设置排水管，达到将土体中的水排出的目的，通过土层中的级配砂石加滤网，将土体中的水输送到墙本体处。

本发明使用灵活且能够制造不同类型，根据工程需要，也可将砌块2加工成两个水平凹槽2-2或一个大的水平凹槽2-2，砌块2中的锥形孔洞2-1的可根据具体需求制成其他布置形成。

具体实施方式二：本实施方式中当锥形孔洞2-1的个数为两个时，砌块2底面处的两个锥形孔洞2-1的大口端之间形成有中肋5，一个所述锥形孔洞2-1中远离另一个所述锥形孔洞2-1的一端为边肋6，边肋6水平方向的宽度为W₁，中肋5水平方向的宽度为W₂，W₂=2W₁。

根据实际制造条件和需求每个砌块2上加工有至少两个锥形孔洞2-1，每个锥形孔洞2-1内设置有一根竖直钢筋1-2，锥形孔洞2-1的最佳设置个数为两个。

边肋6的宽度W₁与中肋5的宽度W₂之间的关系设置能够确保错缝砌筑时，锥形孔洞2-1的竖向对齐，实现竖向贯通，保证竖直钢筋1-2的顺利通过。其他结构及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式中每根竖直钢筋1-2对应设置有一块垫板7和一个螺帽8，每根竖直钢筋1-2的顶部通过其对应的垫板7和螺帽8固定安装在挡土墙用压顶3上。

该实施方式中垫板7为钢垫板，垫板7和螺帽8与竖直钢筋1-2的配合能够实现竖直钢筋1-2顶部稳定且持久地定位效果。垫板7和螺帽8的结构简单且成本低廉，有利于降低本发明的整体造价。竖直钢筋1-2为采用精轧螺纹钢作为的预应力钢筋，通过拧紧螺帽8施加预应力，在预应力要求不高的结构中，施工简便，造价低廉。

具体实施方式四：本实施方式中每根竖直钢筋1-2对应设置有一个套筒9，每根竖直钢筋1-2的底部通过其对应的套筒9与挡土墙用基础4中的基础钢筋12螺纹连接。

该实施方式中套筒9为钢套管，套筒9内壁加工有内螺纹，每根竖直钢筋1-2的底部加工有与套筒9的内螺纹相配合的第一外螺纹，挡土墙用基础4中的基础钢筋12的顶部加工有与套筒9的内螺纹相配合的第二外螺纹。

具体实施方式五：本实施方式中每根竖直钢筋1-2对应有一个隔离式套管10，隔离式套管10与竖直钢筋放置通道一一对应设置，每个隔离式套管10套装在其对应的竖直钢筋放置通道内，每根竖直钢筋1-2套装在其对应的隔离式套管10内。

具体实施方式六：本实施方式中每根竖直钢筋1-2与其对应的隔离式套管10间隙设置。

该实施方式中竖直钢筋1-2选用精轧螺纹钢筋作为预应力筋，竖直钢筋1-2的一端与锚固在挡土墙用基础4中的基础钢筋12通过钢套筒相连，相连时首先将竖直钢筋1-2的一端套上丝扣，竖直钢筋1-2的另一端为张拉端且该端位于最顶排砌体组成条的顶面，在该面上搁置垫板7。施加预应力时首先将张拉端套上丝扣，通过拧紧螺帽8压紧垫板7对砌块2施加预应力，预应力大小根据拧紧螺帽8的程度来调节，拧紧程度越大，则施加的预应力越大。上述过程中的所有钢材构件需要做防腐处理。为方便施工，预应力筋采用无粘结的形式，即在预应力筋外周设置隔离式套管10，使竖直钢筋1-2与灌孔混凝土彼此分隔。因竖直钢筋1-2为直线布置且与灌孔混凝土无粘结，预应力损失可安全的取张拉控制应力的10%。

结合图11至图16说明本发明的工作原理：

根据图11和图12所示，在竖直方向上对本发明进行施力，根据图13和图14所示，侧向土压力进行施力，由于侧向土压力是作用在挡土墙上的主要荷载，在土压力作用前，预先在本发明的受压区施加一对偏心轴向压力p，在墙背土体11的一侧产生压应力F₂，墙背土体11即为墙本体靠近土体的一侧。在土压力作用下，墙体远离土体的一侧产生拉应力F₁。根据图15和图16所示，本发明所受的应力状态是二者的叠加，墙体内侧可能是压应力F₂，也可能是较小的拉应力F₁，由于预应力的作用，可部分抵消或全部抵消土压力引起的拉应力F₁，因而能延缓裂缝的出现并减小裂缝宽度，同时可使刚度不至于因裂缝原因而降低过多，有利于控制墙顶侧向变形。

在普通配筋砌块砌体挡土墙中，采用高强钢筋虽能较大地提高挡土墙承载力，但因钢筋应力过高，致使裂缝开展过宽，而钢筋应力与设计强度相差甚远，配置高强钢筋远不能充分发挥作用。因而，需要对本发明事先施加压力，对裂缝加以控制，以充分利用高强度钢筋，使砌块砌体挡土墙达到轻质高强的目的。

上述是将预应力筋布置在墙体内侧的情况，也可将竖直钢筋1-2布置在墙本体的中央，但是将竖直钢筋1-2布置在墙本体内侧对减小裂缝、增加刚度、提高承载力更加有利，同时可节省竖直钢筋1-2的用量，使本发明更加安全。

本发明的施工过程如下步骤：

步骤一：施工之前需明确所需竖直钢筋1-2的直径及其砌块2中锥形孔洞2-1的具体位置，应使竖直钢筋1-2与锥形孔洞2-1的内壁间隙设置，保证灌孔混凝土与锥形孔洞2-1的内壁之间有效粘结。在挡土墙用基础4中的相应位置设置所需基础钢筋12，将该基础钢筋12的顶端套上丝扣并用隔离式套管10拧紧；

步骤二：砌筑墙本体，在砌块2的水平凹槽2-2内布置一根水平钢筋1-1，每根水平钢筋1-1与水平凹槽2-2的内壁之间间隙设置，以保证灌孔混凝土在该空隙内填充密实，当砌块2的高度较小时，如砌块高度为140mm，水平钢筋1-1可沿墙本体的墙高高隔一皮或两皮设置；

步骤三：当墙本体和钢筋组件相互配合完成砌筑后，将下端套有丝扣的竖直钢筋1-2插入到墙本体中其对应的竖直钢筋放置通道的套筒9中，旋紧竖直钢筋1-2，实现墙本体中多根竖直钢筋1-2与埋置在挡土墙用基础4中基础钢筋12的连接。为避免施工中异物进入套筒9，可用塑料杯将套筒9罩住。在竖直钢筋1-2外周套上隔离式套管10，确保该隔离式套管10延伸至基础顶面；

步骤四：浇捣每个砌块2中的锥形孔洞2-1及水平凹槽2-2中的混凝土，使混凝土上表面与顶皮砌块2的顶面相齐平，搁置垫板7，使竖直钢筋1-2穿过垫板7上的圆孔。待混凝土立方体抗压强度达到混凝土强度等级值的75%时，方可施加预应力。竖直钢筋1-2端部设有丝扣，用螺帽8套住竖直钢筋1-2，拧紧螺帽8引起竖直钢筋1-2的拉伸，由垫板7对本发明整体施加预压力；

步骤五：将竖直钢筋1-2锚固在顶部第一皮砌块2的顶面，即最顶排砌体组成条，在最顶排砌体组成条的上部设置挡土墙用压顶3，用于保护锚固竖直钢筋1-2的垫板7及螺帽8。因与竖直钢筋1-2相配合的垫板7及螺帽8突出于最顶排砌体组成条，挡土墙用压顶3需采用现浇混凝土。由于墙顶土压力非常小，对本发明产生较小的内力，故本发明不对挡土墙用压顶3施加预压力。