适用于岩石地基上的预应力锚索扶壁式挡墙

摘要

本发明公开了一种适用于岩石地基上的预应力锚索扶壁式挡墙，包括挡墙基础、挡墙面板和扶壁板，挡墙面板和扶壁板置于挡墙基础上，扶壁板置于挡墙面板的内侧。扶壁板的内部有一斜向孔道，预应力锚索的钢绞线从斜向孔道中PVC管穿过，斜向孔道与水平面之间的夹角为15°～45°。钢绞线一端连接挡墙面板外侧的预应力锚索的锚头，锚头由锚头垫墩固定在挡墙面板的外侧，锚索钢绞线另一端伸入到挡墙踵板后侧下的岩石地基钻孔中。本发明将预应力锚索结构与扶壁式挡墙结构有效地结合，利用扶壁板内设置的预应力锚索增进扶壁板的强度，并通过预应力锚索将挡墙基础、挡墙面板、扶壁板和岩石地基更紧密连接一起，提高扶壁式挡墙极限抗滑力和抗倾覆性能。

说明书

技术领域

本发明涉及岩石地基的路堤防护挡墙结构。

背景技术

目前，扶壁式挡墙已被广泛应用于填方路堤加固及填方建筑地基加固等工程。扶壁式挡墙为钢筋混凝土结构，主要凭借挡墙基础与地基之间的摩阻力来平衡挡墙因内侧填土在挡墙面板背侧所承受的土压力。

图1显示现有的扶壁式挡墙的基本结构，包括挡墙基础1、挡墙面板2和扶壁板5。挡墙基础1呈水平板形状，挡墙面板2和扶壁板5置于挡墙基础1上，挡墙面板2垂直于挡墙基础1，呈直角三角形的扶壁板5置于挡墙面板2的内侧。挡墙基础1位于挡墙面板2外侧的部分称为挡墙趾板3，位于挡墙面板2内侧的部分称为挡墙踵板4。扶壁板5连接挡墙面板2及挡墙踵板4。对于一般的扶壁式挡墙结构，需要根据挡墙的长度设置多块扶壁板，使扶壁式挡墙起到加固挡墙面板内侧填方路堤和填方建筑地基的作用。

上述扶壁式挡墙应用于岩石地基工程中时，施工的一般步骤如下：

①在挡墙基础1的设计位置开挖岩石地基，绑扎挡墙基础1、挡墙面板2及扶壁板5的钢筋笼，并安装挡墙基础1、挡墙面板2及扶壁板5的模板；

②浇注挡墙基础1的混凝土，随后在挡墙面板2及扶壁板5的模板内浇注混凝土；

③待扶壁式挡墙混凝土强度达到设计强度的70%后，对挡墙面板2内侧进行回填土方，并分层进行夯实。

上述现有技术的扶壁式挡墙在广泛应用于加固填方路堤及填方建筑地基的同时，也逐渐暴露出一些问题。主要表现为：扶壁式挡墙主要是凭借挡墙踵板上方的一部分回填土体产生的自重来增加扶壁式挡墙基础与地基之间的极限摩阻力，当扶壁式挡墙高度较大时，为平衡回填土体对挡墙面板背侧所产生的较大土压力，所需要的挡墙踵板设计长度较长，连接挡墙面板与挡墙踵板的扶壁板也不断增大增厚，扶壁板的钢筋配筋量也大大增加。因此，当设计扶壁式挡墙高度较高时，其工程造价增加幅度较大。长期以来，部分工程技术人员尝试对扶壁式挡墙进行改进，包括在挡墙基础下方增设凸榫、反坡等，还有学者提出延长挡墙踵板的长度，并在挡墙踵板垂直方向施加预应力锚索。而遗憾的是，上述措施在提高扶壁式挡墙极限抗滑力、抗倾覆性能及扶壁板强度方面所起到的效果并不显著。

发明内容

针对现有技术的扶壁式挡墙存在的问题，本发明推出一种预应力锚索扶壁式挡墙，有效地将预应力锚索结构与扶壁式挡墙结构相结合，利用扶壁板内设置的预应力锚索增进扶壁板的强度，并通过预应力锚索将挡墙基础、挡墙面板、扶壁板和岩石地基更紧密连接一起，提高扶壁式挡墙极限抗滑力和抗倾覆性能。

本发明所涉及的预应力锚索扶壁式挡墙，包括挡墙基础、挡墙面板、扶壁板和预应力锚索。挡墙基础呈水平板形状，挡墙面板和扶壁板置于挡墙基础上，挡墙面板垂直于挡墙基础，呈直角三角形的扶壁板置于挡墙面板的内侧。挡墙面板将挡墙基础分为外侧的挡墙趾板和内侧的挡墙踵板。扶壁板连接挡墙面板及挡墙踵板。扶壁板的内部有一斜向孔道，斜向孔道与水平面之间的夹角为15°～45°，斜向孔道一端位于挡墙面板的上部外侧，斜向孔道另一端达到挡墙基础的挡墙踵板后侧。预应力锚索包括钢绞线和锚头，钢绞线从斜向孔道中PVC管穿过，一端连接挡墙面板外侧的预应力锚索的锚头，另一端伸入到挡墙踵板后侧下的岩石地基钻孔底部。预应力锚索的锚头位于挡墙面板外侧，包括锚具、锚头垫墩和混凝土构件，钢绞线外端连接锚头的锚具，锚头垫墩置于挡墙面板外侧与锚具之间，混凝土构件将锚具、锚头垫墩和钢绞线外端封闭在挡墙面板外侧。钢绞线末端伸入岩石地基钻孔中，形成被砂浆包裹的预应力锚索锚固段，锚头与预应力锚索锚固段之间的钢绞线形成预应力锚索自由段，预应力锚索自由段包括钢绞线的斜向孔道PVC管中的部分和斜向孔道岩石地基钻孔中预应力锚索锚固段以上部分。

采用本发明的预应力锚索扶壁式挡墙加固岩石地基上路堤的主要施工步骤如下： 

①在挡墙基础的设计位置开挖岩石地基，在岩石地基的后侧壁上施工预应力锚索的钻孔；

②绑扎挡墙基础、挡墙面板、扶壁板和锚头垫墩的钢筋笼，在扶壁板内部按设计位置预先安装PVC管，并安装挡墙基础、挡墙面板、扶壁板和锚头垫墩的模板；

③浇注挡墙基础的混凝土，随后在挡墙面板、扶壁板和锚头垫墩的模板内浇注混凝土；

④当挡墙面板、挡墙基础、扶壁板和锚头垫墩的混凝土初凝后，将预应力锚索的钢绞线自挡墙面板上锚头垫墩上的斜向孔道推进到钻孔的底部，按照预应力锚索锚固段设计长度灌注水泥砂浆至预应力锚索锚固段与预应力锚索自由段的分界处；

⑤待浇注的混凝土强度和钻孔内的水泥砂浆强度均达到设计强度后，按照设计需要的预应力对预应力锚索的钢绞线进行张拉，并将钢绞线用锚具锁定在锚头垫墩上，截掉多余的钢绞线，用混凝土封闭锚头垫墩上的锚具及外露的小部分钢绞线，完成锚头的施工；

⑥对挡墙面板后侧进行回填土方，并分层进行夯实。

与普通扶壁式挡墙相比，本发明的优点是：

 ①通过对预应力锚索的钢绞线施加预应力，极大地增加了扶壁式挡墙抗滑动及抗倾覆的能力，应用于高度较高的扶壁式挡墙，在一定程度上减小了挡墙踵板的设计长度，有效地减少了扶壁式挡墙的混凝土用量；

②扶壁板受预应力锚索产生的预应力作用，有效地减小了扶壁板中沿扶壁板方向的拉应力的大小，有利于减小扶壁板的设计厚度及钢筋用量；

③通过将预应力锚索自由段设置在扶壁板的内部，有效地降低了回填土体施工对预应力锚索工作性能的不良影响。

附图说明

图1为现有技术的普通扶壁式挡墙的结构示意图；

图2为本发明的预应力锚索扶壁式挡墙的结构示意图；

图3为本发明的预应力锚索扶壁式挡墙设置在岩石地基中的剖面结构示意图；

图4为本发明的预应力锚索扶壁式挡墙的正面结构示意图；

图5为本发明的预应力锚索扶壁式挡墙的平面结构示意图；

图6为本发明的预应力锚索扶壁式挡墙的锚头与挡墙面板连接的结构示意图。

1、挡墙基础             2、挡墙面板

3、挡墙趾板             4、挡墙踵板

5、扶壁板               6、岩石地基

7、斜向孔道             8、锚头

9、预应力锚索自由段     10、预应力锚索锚固段

11、钻孔                12、PVC管

13、钢绞线              14、锚头垫墩           

15、锚具。

具体实施方式

现结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。图2～图6显示了适用于岩石地基上的预应力锚索扶壁式挡墙的基本结构和在岩石地基中的设置状态。

如图所示，本发明所涉及的适用于岩石地基6上的预应力锚索扶壁式挡墙，包括挡墙基础1、挡墙面板2、扶壁板5和预应力锚索。挡墙基础1呈水平板形状，挡墙面板2和扶壁板5置于挡墙基础1上，挡墙面板2垂直于挡墙基础1，呈直角三角形的扶壁板5置于挡墙面板2的内侧。挡墙面板2将挡墙基础1分为外侧的挡墙趾板3和内侧的挡墙踵板4。扶壁板5连接挡墙面板2及挡墙踵板4。扶壁板5的内部有一斜向孔道7，斜向孔道7与水平面之间的夹角为15°～45°，斜向孔道7的一端位于挡墙面板2的上部外侧，斜向孔道7的另一端达到挡墙面板2内侧挡墙基础1的挡墙踵板4的后侧。预应力锚索包括钢绞线13和锚头8，钢绞线13从斜向孔道7中的PVC管12中穿过，钢绞线13一端连接挡墙面板2外侧的预应力锚索的锚头8，另一端伸入到挡墙踵板4后侧下的岩石地基钻孔11中。预应力锚索的锚头8位于挡墙面板2的外侧，包括锚具15、锚头垫墩14和混凝土构件，钢绞线13的外端连接锚头8的锚具15，锚头垫墩14置于挡墙面板2外侧与锚具15之间，混凝土构件将锚具15、锚头垫墩14和钢绞线13的外端封闭在挡墙面板2的外侧。钢绞线13的末端伸入岩石地基钻孔11中，形成被砂浆包裹的预应力锚索锚固段10，锚头6与预应力锚索锚固段10之间的钢绞线形成预应力锚索自由段9，预应力锚索自由段9包括钢绞线13在斜向孔道PVC管12中的部分和岩石地基钻孔11中预应力锚索锚固段10以上部分。