一种预应力悬臂式挡土墙及其施工方法与流程

本发明涉及土木工程和地质工程领域，具体涉及一种可以有效改善混凝土立板挠曲变形或抗弯性能的预应力悬臂式挡土墙及其施工方法。

背景技术：

悬臂式挡土墙主要由底板(包括趾板和踵板)和固定在底板上的立板构成，其主要依靠底板上的填土重量来维持其稳定性。悬臂式挡土墙由于构造简单、重量轻，能适应较松软的地基土层，在土木工程和地质工程领域得到广泛应用。然而，在现行规范《铁路路基支挡结构设计规范》和文献《新型支挡结构设计与工程实例》中要求悬臂式挡土墙的高度一般不宜大于6m，这是由于挡土墙的立板高度超过6m后，随着挡土墙高度的增加，填土完成后，立板的挠曲变形和弯矩会迅速增大，导致挡土墙的抗倾覆稳定性迅速下降，或由于立板抗弯能力不足，可能引发钢筋混凝土立板折断。

因此，在地基承载力较高的地区，如果需要建造悬臂式挡土墙的高度超过6m，一般可通过增加钢筋混凝土用量，以调整挡土墙立板厚度或在立板外侧增设扶壁(形成扶壁式挡土墙)，来减小其挠曲变形和弯矩过大问题，但这种方式会造成悬臂式挡土墙的钢筋混凝土用量攀升，其整体重量急剧增大，而且这就会对挡土墙底部的地基承载力提出更高要求。然而其它一些软土地区的地基承载力一般不大，且如果要进行软土地基处理，其费用通常较高。因此，通过上述方法来提高悬臂式挡土墙的建造高度显然不适用于软土地区。

技术实现要素：

基于现有技术对悬臂式挡土墙进行加高建造时，存在的上述缺陷，本发明提供了一种预应力悬臂式挡土墙及施工方法，可适用于任何各种地区，尤其是可大大提高软土地区悬臂式挡土墙的建造高度，还可显著减少悬臂式挡土墙的立板挠曲变形、弯矩过大的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种预应力悬臂式挡土墙，包括混凝土底板以及设置于混凝土底板上的混凝土立板，所述预应力悬臂式挡土墙内部设有多个预应力施加组件，所述预应力施加组件由钢套管、高抗张力钢索以及锁紧部件构成，其中：

所述钢套管内部为中空结构，两端设置开口，所述钢套管的一端开口设置于混凝土立板的顶部，另一端开口设置于混凝土底板的侧端；

所述高抗张力钢索设置有多根，分别由钢套管的一端开口穿入，并由钢套管的另一端开口引出；

所述锁紧部件分别设置于钢套管的两个开口处，用于将处于拉伸状态的多根高抗张力钢索与悬臂式挡土墙进行锁紧固定。

上述方案中，所述锁紧部件由钢垫板和夹具构成，所述钢垫板和夹具均由钢质材料制成；其中：钢垫板的厚度为6-8cm，夹具的厚度为12-15cm。

上述方案中，所述钢套管为镀锌螺旋波纹套管，管壁厚为10-14mm，管径为8-15cm，所述钢套管以纵向等间距的方式布置于悬臂式挡土墙内部。

上述方案中，所述高抗张力钢索由3-5根的高强度低松弛无粘结预应力钢绞线组成。

本发明还提供了一种上述预应力悬臂式挡土墙的施工方法，具体包括以下步骤：

s1，现场施工准备工作；

s2，施工悬臂式挡土墙主体；

对场地进行开挖和平整后，按照设计图纸绑扎混凝土立板和混凝土底板的钢筋；然后在混凝土立板和混凝土底板内部的中心偏左的位置预先安装多个具有中空孔道的钢套管；最后进行脚手架的搭设与钢模板的安装，并浇筑墙身混凝土；

s3，对悬臂式挡土墙施加预应力；

待步骤s2中的悬臂式挡土墙达到设计强度的75％以上后，通过在钢套管中预留的中空孔道中穿入3-5根高抗张力钢索，然后利用外设的拉伸机对高抗张力钢索进行拉伸，用钢垫板和夹具夹紧后，再放松拉伸机拉力，依靠设置于高抗张力钢索端部的夹具将高抗张力钢索的预张拉力传给混凝土，使混凝土结构产生轴向预压应力；最后再通过夹具顶部的孔隙向钢套管中灌入水泥浆，使预应力筋与混凝土构件形成整体。

s4，施工悬臂式挡土墙后土体回填；

在混凝土立板与边坡土体之间回填填料层；通过分层回填，并采用小型夯实机碾压密实，以至完成全部挡土墙施工。

本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：

1、本发明通过在悬臂式挡土墙内部设置多个由混凝土立板延伸至混凝土底板的钢套管，并在钢套管内引入多根高抗张力钢索，再利用锁紧部件将处于拉伸状态的高抗张力钢索的两端分别与悬臂式挡土墙进行锁紧固定，继而使得悬臂式挡土墙在填土前就处于预应力状态，可以有效抵消挡土墙填土完成后，由于立板弯曲产生在混凝土挡土墙中的部分拉力，继而提高挡土墙的整体抗弯性能以及抗倾覆稳定性。

2、本发明所述预应力悬臂式挡土墙通过结构内部预应力施加组件的设置，与现有普通的悬臂式挡土墙相比，在同等立板厚度以及无需设置立板扶壁的基础上，具有更强的抗裂能力、更大的刚度以及更高的抗剪强度，且施工方便、传力明确、经济可靠，可适用于各种地区(特别是软土地区)的地质灾害治理及边坡支护等。

3、本发明所述预应力悬臂式挡土墙的施工方法可适用于在任何地区，尤其在软土地区，建造高度大于6m的悬臂式挡土墙，而且可以减少随着挡土墙高度的增加，混凝土立板存在的挠曲变形、弯曲增大以及潜在的断裂、折断风险。

4、本发明所述预应力悬臂式挡土墙的施工方法，与现有通过增加混凝土立板厚度或设置立板扶壁，以提高挡土墙的抗弯、抗倾覆的工艺方法相比，在悬臂式挡土墙高度相同的情况下，可以大幅度节约钢筋混凝土的用量(节约钢材40％～50％、混凝土20％～40％)，并减小立板截面尺寸，降低结构整体自重，且防止开裂和减少挠度都十分有效，可使悬臂式挡土墙结构设计得更为经济、轻巧与美观。

5、在本发明所述悬臂式预应力挡土墙的施工方法中，通过在悬臂式挡土墙内部预留钢套管，待混凝土达到设计强度后，再将高抗张力钢索穿入钢套管，以对预期受拉的部位施加预压应力工艺，可克服混凝土立板抗拉强度低的弱点，达到利用预压应力建成后立板不开裂、不倾覆的预应力悬臂式挡土墙结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中预应力悬臂式挡土墙的立体结构示意图。

图2为图1中a处的结构放大示意图。。

图3为本发明实施例中填土完成后的预应力悬臂式挡土墙剖面示意图。

标号说明：1、混凝土立板；2、混凝土底板；21、趾板；22、踵板；3、钢套管；4、钢垫板；5、夹具；6、高抗张力钢索；7、边坡土体；8、填料层。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1：如图1至3所示，一种预应力悬臂式挡土墙，包括混凝土底板2以及设置于混凝土底板2上的混凝土立板1，所述预应力悬臂式挡土墙内部设有多个预应力施加组件，所述预应力施加组件由钢套管3、高抗张力钢索6以及锁紧部件构成，其中：

如图3所示，所述钢套管3内部为中空结构，两端设置开口，所述钢套管3的一端开口设置于混凝土立板1的顶部，另一端开口设置于混凝土底板2的侧端；

所述高抗张力钢索6设置有多根，分别由钢套管3的一端开口穿入，并由钢套管3的另一端开口引出；

所述锁紧部件分别设置于钢套管3的两个开口处，用于将处于拉伸状态的多根高抗张力钢索6与悬臂式挡土墙进行锁紧固定。

在本实施例1所述的预应力悬臂式挡土墙中，所述混凝土底板2由趾板21和踵板22构成，所述趾板21、踵板22以及混凝土立板1一体浇筑成型。设计参数如下：混凝土立板1的高度为5m，混凝土底板2的长度为3.5m；立板面坡1∶0.06，背坡竖直，立板顶宽为0.3m；混凝土底板2为渐变厚度，靠立板处厚0.5m，靠端部处略薄0.05-0.1m。悬臂式挡土墙的墙体采用c30钢筋混凝土，弹性模量e为30000mpa，泊松比μ为0.15，重度γ为23.5kn/m³。

进一步地，如图2所示，本实施例1中，所述锁紧部件由钢垫板4和夹具5构成，所述钢垫板4和夹具5均由钢质材料制成；其中：钢垫板4的厚度为6-8cm，优选6cm，夹具的厚度为12-15cm，优选12cm；如图3所示，所述钢套管3为镀锌螺旋波纹套管，管壁厚为10-14mm，优选12mm，管径为8-15cm，管壁表面均匀光滑、连续，无肉眼可分辨的小孔、空间、孔隙、裂缝、脱皮及其它缺陷，且所述钢套管3以纵向等间距的方式布置于悬臂式挡土墙内部。

另外，本实施例1中，所述高抗张力钢索6由3-5根的高强度低松弛无粘结预应力钢绞线组成，单根钢绞线的连接强度大于200kn，可通过外设的拉伸机对高抗张力钢索6进行拉伸，用钢垫板4和夹具5夹紧后，再放松拉伸机拉力，可使混凝土结构的悬臂式挡土墙产生轴向预压应力。

实施例2：一种用于建造实施例1所述预应力悬臂式挡土墙的施工方法，包括以下步骤：

s1，现场施工准备工作；

现场正式施工前，结合现场实际地形、地质情况，对其位置、方向、长度、高程等进行核对；然后清理场地，准备材料(水泥、沙、卵石、级配碎石)的堆放，根据施工设备的配置情况，确保进出现场的施工道路通畅；最后在施工前组织施工人员熟悉施工流程，掌握施工操作技能。

s2，施工悬臂式挡土墙主体；

对场地进行开挖和平整后，按照设计图纸绑扎混凝土立板1和混凝土底板2的钢筋；然后在混凝土立板1和混凝土底板2内部的中心偏左的位置预先安装多个具有中空孔道的钢套管3；最后进行脚手架的搭设与钢模板的安装，确保模板安装后各构件间的牢固和接缝处不漏浆，并浇筑墙身混凝土；

s3，对悬臂式挡土墙施加预应力；

养护25天，待步骤s2中的悬臂式挡土墙达到设计强度的75％以上后，通过在钢套管3中预留的中空孔道中穿入3-5根高抗张力钢索6，然后利用外设的拉伸机对高抗张力钢索6进行拉伸，用钢垫板4和夹具5夹紧后，再放松拉伸机拉力，依靠设置高抗张力钢索端部的夹具将高抗张力钢索的预张拉力传给混凝土，使混凝土结构产生轴向预压应力；最后通过夹具顶部的孔隙向钢套管3中灌入水泥浆，使预应力筋与混凝土构件形成整体，预应力悬臂式挡土墙建造完成。

实施例3：如图3所示，一种利用实施例2所述施工方法建造得到的预应力悬臂式挡土墙在边坡支护中的应用，具体支护方法如下：

当实施例2中灌入的水泥浆以及浇筑的混凝土养护到期后，在混凝土立板1与边坡土体7之间回填填料层8；通过分层回填，并采用小型夯实机碾压密实，以至完成全部施工内容。

其中，本实施例3中边坡土体7为坡积q2老黄土，黏聚力c为28.0kpa，内摩擦角为18.0°，弹性模量e为24mpa，泊松比μ为0.30，重度γ为18.0kn/m³，坡度为60°。

本实施例3中，填料层8采用建筑黄砂，经颗粒分析试验确定其为中砂。该黄砂的最大、最小干密度分别为1.65，1.44g/cm3。在建造时，控制填料的相对密实度为85％，压实度为97％，对应的密度为1.62g/cm³。通过直剪试验得到填料的内摩擦角为42°。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。