含废混凝土块的挡土墙设计方法、施工方法及挡土墙与流程

本发明属于支挡结构工程，具体涉及重力式挡土墙，更具体的，涉及含废混凝土块的挡土墙设计方法、施工方法及挡土墙。

背景技术：

1、重力式挡土墙属于一种传统的结构形式，因料源丰富、形式简单、取材方便、施工简便，所以当前应用十分广泛。为了适应多变的地形条件和地基承载力的要求，逐渐发展为普通重力式挡土墙、折线形墙背挡土墙和衡重式挡土墙。重力式挡土墙依靠墙身自重抵抗墙背土体的侧压力，采用片石混凝土或混凝土整体浇筑而成。

2、重力式挡土墙承受较大的土压力，特别是土质路堑地段，通常需要采用较大结构尺寸和结构自重来确保挡墙的抗滑移或抗倾覆稳定性满足设计要求，然而现有的多数重力式挡土墙存在以下缺陷：

3、重力式挡土墙主要依靠自重来满足抗滑、抗倾覆稳定性要求，墙身尺寸较大，但基于耐久性设计，墙体需全部采用较高标号的混凝土进行浇筑，导致混凝土墙身截面强度利用率较低，存在较大的浪费。

4、在平原地区，制作混凝土的砂石材料、毛石或片石需要到山区开采，运距较大造成材料价格及运输费用的提高，不利于成本控制。砂石材料、毛石或片石在开采过程中会让当地的植物被破坏、水体造成一定的污染、土壤结构和层次受到破坏、水土流失以及生物数量的减少。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术存在的重力式挡土墙结构存在材料开采运输成本较高以及混凝土墙身截面强度利用率较低的技术缺陷，提供一种含废混凝土块的挡土墙设计方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种含废混凝土块的挡土墙设计方法，包括以下步骤：

4、步骤1：确认待砌筑的重力式挡土墙的墙身截面尺寸以及混凝土材料强度等级信息；

5、步骤2：根据步骤1的信息计算所述重力式挡土墙的墙身截面的最大抗剪承载力；所述最大抗剪承载力用[v]表示；

6、步骤3：根据待砌筑的所述重力式挡土墙的墙背土压应力分布曲线计算确定墙身截面最大剪力v；

7、步骤4：根据所述最大抗剪承载力、墙身截面最大剪力并结合所述重力式挡土墙的墙体体积a数据，计算确定废混凝土块的用量r，其中，r满足以下表达式：

8、r＝a(1-kv/[v])或r＝a(1-v/[v])/k；

9、其中k为安全系数，k为大于1的常数，k的取值范围为1.5-4，

10、步骤5：根据r值即可指导含废混凝土块的挡土墙的施工工序。

11、发明人在进行若干项铁路路基的支挡工程项目的过程中发现，对于重力式挡土墙结构，主要依靠墙身的自重抵抗墙背土体的侧压力，根据现有的重力式挡土墙结构而言，其主要结构组成材料为片石、混凝土，或者整体混凝土材料。墙背土体所带来的土压力即形成墙身截面最大剪力，与现有挡土墙结构的截面抗剪承载力的相比，墙身截面的最大剪力较小，调研发现，c30片石混凝土挡墙，片石含量不超过20％，若不考虑片石强度参与抗剪，墙身80％混凝土墙身的抗剪承载力仍远大于截面的最大剪力。因此，这导致重力式挡土墙结构的墙身截面强度利用率较低，造成明显的浪费；不符合施工建设经济环保以及可持续发展的理念。因此，发明人在调研了大量不同类型的重力式挡土墙结构后，提出了一种含废混凝土块的挡土墙设计方法，其核心构思是通过降低合理程度的截面抗剪承载力，在不影响重力式挡土墙使用性能的前提下，提高墙身截面强度利用率，降低单位体积的重力式挡土墙的建设成本。

12、通过大量的调研发现，废混凝土切割材(包括板材或块材)的用途一般为切割板材、切割砖、切割路缘石、切割护坡石，这与重力式挡土墙中的片石材料用途相吻合，而废混凝土切割材取材方便，价格低廉，能够极大的降低重力式挡土墙的砌筑成本，将合理比例的废混凝土替代片石应用到重力式挡土墙领域中，使废弃的混凝土材料能够重新实现再生利用，这在一定程度上减少了天然建筑材料的用量，避免了砂石料的开采，更加有利于环境的保护，资源的可持续利用，更加符合国家可持续性发展的战略。

13、本发明的技术方案中，通过研究推算得到确定废混凝土块的用量r的表达式，通过该表达式结合重力式挡土墙的基本结构数据信息即可确认最佳的废混凝土块的用量r值，使最终得到的重力式挡土墙在不降低其性能、作用的前提下，将施工成本控制到较低的水平。该设计方法还将可再生利用理念引入传统设计领域，起到很好的示范作用，推动工程建设向更生态、更环保的方向发展，具有一定的社会效益。

14、作为本发明的优选技术方案，还包括步骤6：根据所述重力式挡土墙墙身厚度b，设计所述废混凝土块的最长边尺寸l，其中，l不大于b/3。

15、作为本发明的优选技术方案，还包括步骤7：根据所述重力式挡土墙周边土壤及水环境侵蚀性等级和耐久性设计要求确定所述废混凝土块的最小保护层厚度c，最小保护层厚度c为废混凝土块至重力式挡土墙外边缘的最小距离，c的取值范围为3cm～10cm。所述废混凝土块距离土体侧的最小距离值，即最小保护层厚度c，根据重力式挡土墙周边土壤及水环境侵蚀性等级和耐久性要求确定，c的取值与环境侵蚀性等级正相关，等级高，c取大值，等级低，c取小值。

16、作为本发明的优选技术方案，挡土墙底部废混凝土块与所述重力式挡土墙墙底之间的最小距离为d，d的取值范围为7～10cm。

17、作为本发明的优选技术方案，所述废混凝土块的用量r根据墙身截面强度富余量进行确定。

18、步骤2中，墙身截面强度富余量为截面抗剪承载力与截面的最大剪力之间的差值，即[v]–v；墙身截面强度富余量与r之间的关系如下所示：

19、r＝a([v]-v)/[v])＝a(1-v/[v])

20、设计中需考虑一定的安全储备，在公式中增加安全系数k，将r值调整成为较小的值。

21、可当将r直接除以k，此时，r＝a(1-v/[v])/k

22、也可将r公式中墙身截面强度富余量进行折减，此时，r＝a([v]-kv)/[v])a(1-kv/[v])

23、所述k的取值大小由挡土墙的高度决定，k的取值与挡土墙的高度呈正相关，高度大，k的取值较大，高度小，k的取值较小。

24、截面抗剪承载力[v]根据截面尺寸和墙身混凝土强度等级，采用现有的结构力学公式计算确定。截面最大剪力v根据重力式挡土墙墙背土压应力曲线，采用现有的结构力学公式计算确定。具体的，[v]的取值符合以下关系式：[v]＝0.2fcbh；

25、其中，fc表示混凝土抗压强度设计值；

26、b表示挡土墙单位宽度；b＝1m；

27、h表示截面高度，取挡土墙厚度，单位为米。

28、一种含废混凝土块的挡土墙施工方法，包括如下步骤：

29、s1：根据权利要求4所述的含废混凝土块的挡土墙设计方法，确定r、l、c以及d的数

30、值范围；

31、s2：根据s1中得到的r、l、c以及d的数值范围，准备废混凝土原料和混凝土材料；

32、对废混凝土原料进行切割，切割得到的废混凝土块的尺寸最长边尺寸为l；

33、s3：开挖挡土墙基坑，并安装墙体模板；

34、s4：在所述墙体模板内分层浇筑混凝土并分层填充废混凝土块，填充的过程中，所述废混凝土块的填充量以及废混凝土块距离土体侧的最小距离值严格遵守步骤s1中的数值范围；

35、

36、s5：重复步骤s4，直到完成设计结构的挡土墙高度。

37、本发明的技术方案中，利用挡墙新浇筑的混凝土来满足墙身截面强度及耐久性要求，利用新浇筑的混凝土及废混凝土块自重来满足墙体稳定性要求，经初步估算，废混凝土体积占比可达30％以上，可有效的废物利用，避免资源浪费；废混凝土块获取渠道方便，可利用道路工程、房建工程中的建筑垃圾，原料价格便宜，可有效的节约建设成本；废混凝土块再生利用，减少了天然建筑材料用量，避免了砂石料开采，有利于环境的保护，符合国家可持续性发展的战略。

38、作为本发明的优选技术方案，切割得到的废混凝土块的尺寸范围为：长度为10-50cm；宽度为10-50cm；高度为5-30cm。废混凝土块切割成块体，块体应形状规则，且无贯通裂纹。

39、作为本发明的优选技术方案，在模板内分层浇筑混凝土并分层填充废混凝土块，填充废混凝土块应确保挡土墙截面混凝土占比不低于废混凝土块占墙体体积的比例，如此反复至墙体顶面。

40、进一步优选的，废混凝土块使用前，应通过钻芯取样或其他方式判定废混凝土的强度等级，并确定其应用范围。强度要求采用c25及以上的废混凝土块。

41、一种含废混凝土块的挡土墙结构，包括挡土墙本体，所述挡土墙本体背土侧与土体坡面直接接触，所述挡土墙本体由废混凝土块与混凝土材料共同砌筑而成，所述废混凝土块用量r满足以下表达式：r＝a(1-kv/[v])或r＝a(1-v/[v])/k；其中k为安全系数，k为常数，k的取值范围为1.5-4。

42、所述挡土墙本体的底部具有混凝土基底层，所述混凝土基底层的厚度d范围为7-10cm。

43、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

44、本发明的技术方案中，通过研究推算得到确定废混凝土块的用量r的表达式，通过该表达式结合重力式挡土墙的的基本结构数据信息即可确认最佳的废混凝土块的用量r值，使最终得到的重力式挡土墙在不降低其性能、作用的前提下，将施工成本控制到较低的水平。该设计方法还将可再生利用理念引入传统设计领域，起到很好的示范作用，推动工程建设向更生态、更环保的方向发展，具有一定的社会效益。

45、通过采用废混凝土块替代片石，进行重力式挡土墙的砌筑，替代了常规的砂石材料、毛石或片石，缩减了使用上述材料所增加的价格成本和运输成本；砂石材料、毛石或片石在开采过程中会让当地的植物被破坏、水体造成一定的污染、土壤结构和层次受到破坏、水土流失以及生物数量的减少。通过废混凝土块的取代，既实现了废砼块的重复利用，同时又能够一定程度的避免对环境的破坏。

46、本发明的技术方案中，利用挡墙新浇筑的混凝土来满足墙身截面强度及耐久性要求，利用新浇筑的混凝土及废混凝土块自重来满足墙体稳定性要求，经估算，废混凝土体积占比可达30％以上，可有效的废物利用，避免资源浪费；废混凝土块获取渠道方便，可利用道路工程、房建工程中的建筑垃圾，原料价格便宜，可有效的节约建设成本；废混凝土块再生利用，减少了天然建筑材料用量，避免了砂石料开采，有利于环境的保护，符合国家可持续性发展的战略。