一种设有预制反弧鹰嘴结构的挡浪墙及其设计施工方法与流程

本发明涉及水利工程防灾减灾设计领域，具体是一种设有预制反弧鹰嘴结构的挡浪墙及其设计施工方法。

背景技术：

海堤挡浪墙是海堤实现防潮安全的海堤建设内容之一，挡浪墙位于海堤堤顶路面之上的迎潮侧，一般为浆砌块石或混凝土填筑而成的直立式结构。海堤挡潮防浪高度的设计主要由设计潮位、波浪爬高和越浪量等参数确定。就某一特定区域的海堤而言，其设计潮位是一个确定值，则如何降低波浪爬高和减少越浪量就成为经济有效保障海堤安全的重要内容。

就作用机理而言，目前海堤的波浪爬高、越浪量控制主要分为直接式和间接式两种。直接式主要是通过在堤前设置混凝土异形块或修筑潜堤等构件或构筑物、或框架式结构，以直接消减波浪能量来控制或降低波浪爬高和越浪量；而间接式主要是把海堤迎潮面设置成反弧式结构，通过把往、返潮汐波浪相位差尽可能控制在180度的设计原则，以减少叠加组合后的波浪高度和越浪量。

对于已经修砌好的挡浪墙上设置反弧形结构来降低越浪量时，传统做法是在挡浪墙及以下部位进行混凝土贴面处理，并在挡浪墙位置做成反弧形结构。这种施工方式在工程实践中还存在一些不足，如迎潮面的贴面混凝土现浇造成工序繁琐、工期较长以及造价较高的问题。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术存在的不足，本发明提供一种设有预制反弧鹰嘴结构的挡浪墙，通过设置在反弧鹰嘴结构上以及挡浪墙上的卡扣构件实现装配式安装，不但能够确保反弧鹰嘴结构的安全稳定性，也大幅度缩短了对挡浪墙加固的施工周期。

为了实现本发明的上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种设有预制反弧鹰嘴结构的挡浪墙，包括挡浪墙以及预制的反弧鹰嘴结构单元，预制结构单元的迎水面为弧形结构，预制结构单元的背水面的上部设有灌浆孔，灌浆孔下方设有灌浆缝，预制结构单元的背水面的底部及两侧设有止浆条，预制结构单元的顶部设有安装吊点；预制结构单元的背水面以及挡浪墙的迎水面分别设有相互配合的卡扣构件，预制结构单元通过卡扣构件安装在挡浪墙的迎水面上，并通过灌浆孔向灌浆缝内以及反弧鹰嘴结构单元与挡浪墙的安装间隙进行灌浆，在挡浪墙的背水面通过植筋固定安装配重结构。

所述预制结构单元用混凝土预先浇筑而成，安装吊点的下端用锚固件深入混凝土内进行锚固。

所述预制结构单元的侧面设有灌沥青孔和止浆条。

所述止浆条采用半圆橡胶条。

所述配重结构采用混凝土现浇而成，通过挡浪墙背水面的植筋把配重结构与挡浪墙连成整体结构；或者是配重结构采用预制箱式结构，并通过挡浪墙背水面的植筋把预制箱式结构与挡浪墙连成整体结构，预制箱式结构的设计安装采用下置式结构，预制箱式结构内部填充种植土，种植土内种植绿色植物。

本发明还提供上述设有预制反弧鹰嘴结构的挡浪墙的设计施工方法，其内容包括：

（1）对原挡浪墙进行反弧鹰嘴结构改进做结构抗倾稳定受力分析，进而确定反弧鹰嘴结构和配重结构的尺寸、重量，以及确定配重结构的设计方案；

（2）反弧鹰嘴结构单元采用工厂内提前预制完成，并在反弧鹰嘴结构单元背水面和原挡浪墙的迎水面预先设置完成卡扣构件；

（3）施工时，先将配重结构用植筋固定在挡浪墙的背水面，再将反弧鹰嘴结构吊装至挡浪墙的安装处，将反弧鹰嘴结构背水面上的卡扣构件与挡浪墙迎水面上的卡扣构件准确挂扣，并通过灌浆孔向灌浆缝内以及反弧鹰嘴结构单元与挡浪墙的安装间隙进行灌浆，将反弧鹰嘴结构固定在挡浪墙的迎水面。

所述设计施工方法的内容(1)中，对挡浪墙改进结构的抗倾覆分析计算公式如下：

其中，∑mv＝g3b3+g1b1，∑mh＝g2b2+p谷c，

上述公式中参数定义如下：

k0—抗倾稳定安全系数；

mv—抗倾覆力矩(kn.m)；

mh—倾覆力矩(kn.m)；

g1、g2、g3—分别为挡浪墙、反弧鹰嘴结构和配重结构的重力；

b1、b2、b3—分别为原挡浪墙、反弧鹰嘴结构和配重结构的重力对倾覆计算点的力臂；

p谷—波谷作用下挡浪墙前所受波浪作用力；

c—波浪作用力对倾覆计算点的力臂。

所述设计施工方法中涉及到的植筋锚固深度is按照以下公式计算：

ls=0.2αsptdfy/fbd

式中：αspt—为防止混凝土劈裂引用的计算系数；

d—植筋公称直径（mm）；

fbd—植筋用胶黏剂的粘结抗剪强度设计值（n/mm²）；

fy—植筋用钢筋抗拉强度设计值（n/mm²）。

所述安装在挡浪墙上的卡扣构件采用挂钩植筋，先在挡浪墙迎水面预设位置处钻孔，再清除孔内遗留的灰粉、灰渣，最后向孔内注胶，孔内注满胶后把钢筋立即放入孔口并慢慢单向旋入，直至钢筋伸入孔底，钢筋植入后在梁底模板上定位，等待强力植筋胶的固化。

所述植筋采用hrb335级钢筋种植时，挡浪墙的混凝土强度等级不低于c15；当植筋采用hrb400级钢筋种植时，挡浪墙的混凝土强度等级不低于c20；若植筋采用hpb235级钢筋种植时，钢筋的直径不大于12mm，挡浪墙的混凝土强度等级不低于c20。

本发明提供的预制反弧鹰嘴结构提前在工厂完成预制，通过标准化作业具有质量可控且更稳定的结构，反弧鹰嘴结构与挡浪墙采用预制构件进行装配，施工现场可减少立模湿法作业，不但省时省工，还可以降低工程的造价成本，并且用于连接的预制构件可在工厂内预制出不同形状结构，能够满足反弧鹰嘴结构与不同线型的不规则堤线的安装要求。

以下通过附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述。

附图说明：

图1为标准型反弧鹰嘴结构单元（a型）的结构示意图；

图2为用于伸缩缝处反弧鹰嘴结构单元（b型）的结构示意图；

图3为采用上置式配重结构的挡浪墙结构示意图；

图4为采用下置式配重结构的挡浪墙结构示意图；

图5为采用l型配重结构的挡浪墙结构示意图；

图6为挡浪墙改进结构抗倾覆稳定受力分析示意图。

具体实施方式：

本发明提供的一种预制的反弧鹰嘴结构，根据安装位置的不同可以分为两种结构，一种如图1所示称之为标准型预制结构单元（简称a型），另一种如图2所示用于伸缩缝位置（简称b型）。无论是a型还是b型，都采用混凝土结构提前在工厂内预制成预制结构单元1。

预制结构单元1用c20混凝土构成，并将其迎水面设计成弧形结构，并且反弧转角取90°。预制结构单元1的背水面设有卡扣构件，该卡扣构件可以为挂环3，则对应安装在挡浪墙6迎水面上的卡扣构件就为挂钩2，或者也可以将两者上的卡扣构件互换，将预制结构单元1上设置成挂钩，挡浪墙6上设置成挂环，只要能够将反弧鹰嘴结构与挡浪墙6进行卡接装配即可。对于a型预制结构单元，其长度本实施例设计为1.5米，为增强其安装稳固性，特意将挂环3设置成两列，每列挂环3纵向间隔0.75米。在预制结构单元1背水面的上部设有灌浆孔8，并在灌浆孔8的下方开设灌浆缝4，本实施例将灌浆缝4宽度设为5厘米。对于a型预制结构单元，每列挂环3上方的灌浆孔8分别设置两个，灌浆孔8的孔径设为6~8厘米。在预制结构单元1背水面的底部以及两侧还需设置止浆条9，止浆条9采用直径为3厘米的半圆橡胶条，止浆条9的作用是防止漏浆。为方便预制结构单元1与挡浪墙6的安装，还在预制结构单元1的顶部设置安装吊点5，安装吊点5的下端需用锚固件深入到混凝土内部进行锚固，防止在吊装预制结构单元1时将安装吊点5拔出，锚固的长度一般不小于30倍的锚固件直径。

对于b型预制结构单元，是在a型结构的基础上进一步设置，在b型预制结构单元的侧面设有灌沥青孔10，灌沥青孔10可以沿侧面设置两个，孔径为5厘米，为防止灌入沥青时漏浆，还在设置灌沥青孔10的侧面边缘设置止浆条9，通过预留的灌沥青孔10灌注高温沥青，以达到适应变形和防止渗漏的效果。

本实施例中所设计的预制结构单元1其鹰嘴外侧的厚度取20~30厘米，底端的宽度可以依据接合面实际确定（一般取不小于50厘米）。无论上述a型预制结构单元，还是b型预制结构单元，其安装在挡浪墙6上都以多个单元进行组合装配。装配时，预制结构单元1的背水面与挡浪墙6的迎水面间隙不超过5厘米，各单元之间的间隙控制在0.05~0.1厘米。

将上述预制结构单元1安装在已经修砌好的挡浪墙6的迎水面上，就形成了本发明提供的一种设有反弧鹰嘴结构的挡浪墙（如图3所示）。为了方便预制结构单元1的装配，需要在挡浪墙6的迎水面上固定安装卡扣构件，该卡扣构件与预制结构单元1上的卡扣构件互相配合，本实施例中将预制结构单元1上设置成挂环3，将挡浪墙6上设置成挂钩2，利用大型起吊设备将预制结构单元1起吊到预设安装位置，将预制结构单元1上的挂环3准确挂扣到挂钩2上。由于挡浪墙6一般都是已经修砌好的，因此挂钩2需要采用植筋的方式安装到挡浪墙6上。按照上述方式完成预制结构单元1与挡浪墙6的连接后，用导管插入到灌浆孔8中自下而上均匀地浇筑混凝土，将预制结构单元1与挡浪墙6紧密的固定在一起。

在对原有挡浪墙6进行反弧鹰嘴结构加固安装时，必须对挡浪墙6进行改进抗倾稳定计算，并设计出符合设计要求的配重结构7以及合理的安装方式。配重结构7主要通过植筋11固定于挡浪墙6的背水面上。配重结构7的安装从结构形式上可以分为图3所示的上置式、图4所示的下置式、以及图5所示将配重结构设计成l型结构。从施工工艺上又可将配重结构7分为现浇和预制两种方式。配重结构7采用预制结构时，配重结构7可以采用多个单元进行组合，每个配重结构单元的长度设计一般取3米，单元间的间距按0.05~0.1厘米设置。配重结构7采用现浇方式时，配重结构单元的长度可以设计成与挡浪墙6伸缩缝的长度一致，一般取10~12米，在挡浪墙6的背水面以间距1.5米方式设置植筋11，在设有植筋11处现浇水泥或混凝土形成配重结构7。若配重结构7采用图4所示下置式结构安装，可以将配重结构预先制成预制箱式结构，将预制箱式结构用植筋固定在挡浪墙6背水面，并在预制箱式结构内部填充种植土13，在种植土13内种植绿色植物12，但需注意，采用下置式结构安装，需要根据填土量合理确定填土的设计含水量与密实度。

采用本发明提供的预制装配式反弧鹰嘴结构，省去了对挡浪墙的贴面处理，节省了大量的工作量和材料，可以降低工程造价成本。装配式结构不但可以加快工期，以多个单元形式进行安装可以起到满足差异沉降和预留伸缩缝的作用。

本发明提供上述结构的挡浪墙设计施工方法如下：

（1）先对原挡浪墙6进行反弧鹰嘴结构改进做结构抗倾稳定受力分析，进而确定反弧鹰嘴结构和配重结构7的尺寸及重量，以及确定配重结构7采用的配重方案。

对挡浪墙改进结构的抗倾覆分析计算公式如下（如图6所示）：

k0=

其中，，，

上述公式中参数定义如下：

k0—抗倾稳定安全系数；

mv—抗倾覆力矩（kn.m）；

mh—倾覆力矩（kn.m）；

g1、g2、g3—分别为挡浪墙、反弧鹰嘴结构和配重结构的重力；

b1、b2、b3—分别为原挡浪墙、反弧鹰嘴结构和配重结构的重力对倾覆计算点的力臂；

p谷—波谷作用下挡浪墙前所受波浪作用力；

c—波浪作用力对倾覆计算点的力臂。

（2）在施工现场的挡浪墙6的迎水面上通过植筋方式固定安装挂钩2。挂钩2的植入方式如下：用冲击钻在原挡浪墙预设位置处钻孔，钻头直径应比钢筋直径大5mm左右，清除孔内遗留孔内灰粉、灰渣后，即向孔内注胶，为了使钢筋植入后孔内胶液饱满，又不能使胶液外流，注胶达到80%即可，孔内注满胶后应立即植筋，把经除锈处理过的钢筋立即放入孔口，然后慢慢单向旋入，不可中途逆向反转，直至钢筋伸入孔底。钢筋植入后，在梁底模板上定位，在强力植筋胶完全固化前不能振动钢筋。强力植筋胶在常温下就可完成固化，按胶水说明书中指定固化时间待其固化后便可进行下道工序施工。值得注意的是当植筋采用hrb335级钢筋种植时，挡浪墙的混凝土强度等级不得低于c15；当采用hrb400级钢筋种植时，挡浪墙的混凝土不得低于c20。若需采用hpb235级钢筋种植时，钢筋的直径不得大于12mm，挡浪墙的混凝土强度等级不得低于c20。

（3）施工时先将配重结构用植筋固定在挡浪墙的背水面，再将反弧鹰嘴结构吊装至挡浪墙的安装处，将反弧鹰嘴结构背水面上的卡扣构件与挡浪墙迎水面上的卡扣构件准确挂扣，并通过灌浆孔向灌浆缝内以及反弧鹰嘴结构单元与挡浪墙的安装间隙进行灌浆，将反弧鹰嘴结构固定在挡浪墙的迎水面。

在上述施工方法中涉及到的植筋锚固深度is按照以下公式计算：

ls=0.2αsptdfy/fbd

式中：αspt—为防止混凝土劈裂引用的计算系数；

d—植筋公称直径（mm）；

fbd—植筋用胶黏剂的粘结抗剪强度设计值（n/mm²）；

fy—植筋用钢筋的抗拉强度设计值（n/mm²）。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。