一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构及施工方法

摘要

本发明提供了一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构及施工方法，所述挡土结构包括护坡回填料、含EPS混合结构、墙踵黏土层、挡土墙、排水孔、刚性拉杆和锚定板；挡土墙墙身在上、中和下部分别设置贯通的排水孔；消除冻胀效应的回填结构紧贴附于墙背；刚性拉杆通过布设钢筋相连，左端嵌入挡土墙内，右端横向贯穿EPS轻质土与埋置墙后土中锚定板相连；所述施工方法包括以下步骤：进行施工准备→进行基槽开挖，搭建施工工作面→对挡土墙及墙后回填结构进行施工→对刚性拉杆进行施工→对含EPS混合结构进行施工。本发明适用于寒区基础设施建设中需降低或消除冻胀效应的土质边坡加固工程或高填方工程，具有结构形式简单，施工方法简便，工程造价低的优点。

权利要求

1.一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构，包括挡土墙（4）和排水孔（5），其特征在于：还包括回填结构、刚性拉杆（6）和锚定板（7）；挡土墙（4）为重力式结构，墙身在上、中和下部分别设置贯通的排水孔（5）；

所述回填结构包括护坡回填料（1）、多个含EPS混合结构（2）和墙踵黏土层（3）；回填结构紧贴附于挡土墙（4）墙背；

所述含EPS混合结构（2）从上至下依次为防渗黏土层（21）、EPS轻质土（22）、土工布（23）和砂料垫层（24）；

所述排水孔（5）右端口与含EPS混合结构（2）中砂料垫层（24）的底部齐平，局部区域进行加密布置；

所述刚性拉杆（6）为普通实心钢筋；刚性拉杆（6）左端与挡土墙（4）内布设的结构钢筋（9）焊接，右端横向贯穿EPS轻质土（22）通过螺帽与埋置于墙后土（8）中带孔锚定板（7）连接；所述锚定板（7）为长方形薄板；所述结构钢筋（9）材质为普通螺纹钢筋HRB335。

2.根据权利要求1所述的一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构，其特征在于：所述刚性拉杆（6）应按交叉间隔分布，布设位置应与排水孔（5）位置错开；刚性拉杆（6）、锚定板（7）和结构钢筋（9）表面都需涂刷油漆进行防腐处理。

3.根据权利要求1‑2中任一项所述的适用于寒区消除冻胀效应挡土结构的施工方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：进行施工准备；

步骤2：进行基槽开挖，搭建施工工作面；

步骤3：对挡土墙（4）及墙后回填结构进行施工；

步骤4：对刚性拉杆（6）进行施工；

步骤5：对含EPS混合结构（2）进行施工。

4.根据权利要求3所述的一种适用于寒区消除冻胀效应挡土结构的施工方法，其特征在于：步骤5中所述含EPS混合结构与步骤4中刚性拉杆是匹配设置，竖向同一个含EPS混合结构单元内才布设若干刚性拉杆；同列同含EPS混合结构单元内的刚性拉杆左端在挡土墙内通过结构钢筋焊接相连；含EPS混合结构中砂料垫层位置与墙身排水孔位置进行匹配设计，并在墙背侧孔口做好颗粒级配反滤设计。

5.根据权利要求4所述的一种适用于寒区消除冻胀效应挡土结构的施工方法，其特征在于：所述步骤4中挡土墙（4）高度增至进行刚性拉杆（6）高程时在墙身内埋设结构钢筋（9）；若工程为土质边坡加固，根据锚定板（7）尺寸进行孔洞开挖至既定深度后放置锚定板（7），施工完成后需将开挖料全部回填开挖孔洞；若工程为高填方工程，则直接进行铺设锚定板（7）；刚性拉杆（6）布设完成后，穿过同一含EPS混合结构（2）的同列刚性拉杆（6）左端应与结构钢筋（9）焊接相连，穿过不同含EPS混合结构（2）的刚性拉杆（6）不需通过结构钢筋（9）连接。

6.根据权利要求5所述的一种适用于寒区消除冻胀效应挡土结构的施工方法，其特征在于：所述步骤5中挡土墙（4）后回填结构以含EPS混合结构（2）为单元进行施工填筑，从上至下依次为防渗黏土层（21）、EPS轻质土（22）、土工布（23）和砂料垫层（24）；砂料垫层（24）的位置与墙身排水孔（5）右端相匹配，并做好反滤级配设计；墙顶含EPS混合结构（2）的上部应填筑护坡回填料（1），选用砂砾石土料作为填料，表面涂抹砂浆，防止雨水大面积渗入。

说明书

一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构及施工方法

技术领域

[0001] 本发明涉属于岩土工程边坡稳定支护领域，具体涉及一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构及施工方法，尤其涉及寒冷地区土质边坡加固或者高填方工程中消除冻胀效应的挡土结构及施工方法。

背景技术

[0002] 随着水利、交通、工业和民建等领域一系列重大寒区基础设施工程的建设不断发展与推进，解决寒区土体冻胀危害迫在眉睫。受气候影响，寒区季节性温差巨大、水文地质条件错综复杂；在季节性冻土地区中负温诱发了浅层区域液态水冻结成冰，体积膨胀，引起了颗粒间相对位移，使得土体出现冻胀变形和冻胀力。

[0003] 诸多结构建筑物出现不同程度冻胀问题，如挡土墙与桩基等支挡结构的大变形、路基土体鼓胀与开裂、路肩不均匀沉降等。因此，土体冻胀危害是寒区工程防冻设计和安全建设及营运中重要的处理问题。

[0004] 目前已有的含EPS缓冲层的支挡结构，如中国专利CN106522270A公开的一种含EPS缓冲层的桩基挡墙抗震支挡结构及施工方法，包括重力式挡土墙、 EPS缓冲层、混凝土基座和抗滑桩；此结构适用于抗震要求的高填方工程，对寒区冻胀危害的柔性支挡结构还需要另外进行设计发明。

[0005] 如中国专利CN111287041A公开的一种有限空间下的新型挡土结构及其施工工艺，包括位于下部的加筋土挡土结构、位于上部的泡沫轻质土挡土结构；此结构适用于山区艰险地区等有限空间，适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构仍亟待发明。

[0006] 当前，对于冻胀问题的处理以置换砂砾料、穿越冻土层的深部桩基、增设排水板、铺设保温层等措施为主。从灾害表象角度而言，冻胀变形和冻胀力是引发结构物产生冻胀危害现象的宏观力学指标；近年来，柔性材料与支挡结构相匹配的新型隔震缓冲理念在结构设计中得到重视，如泡沫混凝土、EPS轻质土等。鉴于此，考虑如何能利用宏观指标—冻胀变形和冻胀力进行转害为利的结构设计成为当前冻胀灾害防治的创新思路，对寒区工程建设具有十分重要的意义。

发明内容

[0007] 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构及施工方法，在挡土墙背布设多个含EPS混合结构来减缓或消除墙后土的冻胀变形与冻胀力，增设结构钢筋、刚性拉杆与锚定板组成的结构来增强挡土结构体系的刚度，分解作用于含EPS混合结构的土压力。通过上述两个方面的结构组合设计，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0008] 为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案：

[0009] 一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构，包括回填结构、挡土墙、排水孔、刚性拉杆和锚定板；挡土墙为重力式结构，墙身在上、中和下部分别设置贯通的排水孔，墙背面呈俯斜或垂直。

[0010] 所述回填结构包括护坡回填料、多个含EPS混合结构和墙踵黏土层，回填结构紧贴附于墙背。

[0011] 所述含EPS混合结构从上至下依次为防渗黏土层、EPS轻质土、土工布和砂料垫层。

[0012] 所述排水孔右端口与含EPS混合结构中砂料垫层的底部齐平；所述刚性拉杆左端嵌入挡土墙内通过布设钢筋相连，右端横向贯穿EPS轻质土与埋置于墙后土中锚定板相连，呈水平或一定倾斜角度布置。

[0013] 优选地，所述含EPS混合结构整体长度不超过4m；砂料垫层需满足过流条件下反滤要求，厚度根据结构需要作适当调整；EPS轻质土中聚苯乙烯作为控制掺料条件，颗粒选用粒径为3‑5mm颗粒；土工布具有渗透性，保证EPS轻质土在排水条件下不发生渗透破坏，防渗黏土层应满足防渗条件。

[0014] 优选地，所述含EPS混合结构紧贴附于挡土墙背侧，能重复多次无间隔地设置含EPS混合结构；墙背回填结构的下部为墙踵黏土层、顶部为护坡回填料；护坡回填料为砂砾石土料，表面用砂浆防护。

[0015] 优选地，所述挡土墙为重力式结构；墙体材采用浆砌条石或者素混凝土；墙身上、中和下部分别设置排水孔，排水孔右端口与含EPS混合结构中砂料垫层的底部齐平，局部区域进行加密布置。

[0016] 优选地，所述刚性拉杆为普通实心钢管，直径80‑120mm；刚性拉杆左端与挡土墙内布设的结构钢筋焊接，右端通过螺帽与带孔锚定板连接；所述锚定板为长方形薄板；所述结构钢筋材质为普通螺纹钢筋HRB335。

[0017] 优选地，所述刚性拉杆应按交叉间隔分布，布置位置应与排水孔位置错开。刚性拉杆、锚定板和结构钢筋表面都需涂刷油漆进行防腐处理。

[0018] 一种基于如上所述适用于寒区消除冻胀效应挡土结构的施工方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

[0019] 步骤1：进行施工准备；

[0020] 步骤2：进行基槽开挖，搭建施工工作面；

[0021] 步骤3：对挡土墙及墙后回填结构进行施工；

[0022] 步骤4：对刚性拉杆进行施工；

[0023] 步骤5：对含EPS混合结构进行施工。

[0024] 优选地，所述含EPS混合结构与刚性拉杆是匹配设置，竖向同一个含EPS 混合结构单元内才布设若干刚性拉杆；同列同含EPS混合结构单元内的刚性拉杆左端在挡土墙内通过结构钢筋焊接相连；含EPS混合结构中砂料垫层位置与墙身排水孔位置进行匹配设计，并在墙背侧孔口做好颗粒级配反滤设计。

[0025] 优选地，所述步骤4中挡土墙高度增至进行刚性拉杆高程时在墙身内埋设结构钢筋；若工程为土质边坡加固，根据锚定板尺寸进行孔洞开挖至既定深度后放置锚定板，施工完成后需将开挖料全部回填开挖孔洞；若工程为高填方工程，则直接进行铺设锚定板；刚性拉杆布设完成后，穿过同一含EPS混合结构的同列刚性拉杆左端应与结构钢筋焊接相连，穿过不同含EPS混合结构的刚性拉杆不需通过结构钢筋连接。

[0026] 优选地，所属步骤5中挡土墙后回填结构以含EPS混合结构为单元进行施工填筑，从上至下依次为防渗黏土层、EPS轻质土、土工布和砂料垫层；砂料垫层的位置与墙身排水孔右端相匹配，并做好反滤级配设计；墙顶含EPS混合结构的上部应填筑护坡回填料，选用砂砾石土料作为填料，表面涂抹砂浆，防止雨水大面积渗入。

[0027] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0028] 1.本发明所提供的一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构，含EPS混合结构包括砂料垫层、土工布、EPS轻质土和防渗黏土层，实际使用时作为一个整体紧贴于挡土墙背侧填筑；挡土墙后回填区域从上至下依次为护坡回填料、多个含EPS混合结构和墙踵黏土层，给从而能够有效减缓或消除墙后土的冻胀变形与冻胀力。

[0029] 2.本发明所提供的一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构，设计了包括结构钢筋、刚性拉杆和锚定板构件，增强挡土结构体系刚度，分解作用于含EPS 混合结构的土压力，使得挡土墙后回填结构能安全有效地承担外部荷载。

[0030] 3.本发明所提供的一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构，挡土墙墙身在上、中和下部分别设置贯通的排水孔，排水孔右端口与含EPS混合结构中砂料垫层的底部齐平，使得墙后土中水能高效排出；含EPS混合结构中设计了具有渗透性的土工布，保证EPS轻质土在排水条件下不发生渗透破坏，为减缓或消除墙后土的冻胀变形与冻胀力提供了保障。

[0031] 4.本发明所述装置具有结构形式简单，操作简单、施工方便，含EPS混合结构的柔性特点与刚性拉杆的刚性效用相互协调与匹配，拓展了所提供寒区消除冻胀效应的挡土结构的适用领域，土质边坡加固工程或高填方工程均可参考使用。

附图说明

[0032] 为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

[0033] 图1为本发明所提供的一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构的立体结构示意图；

[0034] 图2为本发明所提供的一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构的立体结构示意图A‑A’方向的剖面图；

[0035] 图3为本发明所提供的适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构用到的锚定板与刚性拉杆连接主视图。

[0036] 图中：1、护坡回填料；2、含EPS混合结构；21、防渗黏土层；22、EPS轻质土；23、土工布；24、砂料垫层；3、墙踵黏土层；4、挡土墙；5、排水孔； 6、刚性拉杆；7、锚定板；8、墙后土；9、结构钢筋；10、锚固垫板；11、锚固螺母。

具体实施方式

[0037] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。

[0038] 应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

[0039] 此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

[0040] 本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在 A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

[0041] 本文中术语“至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B的至少一种，可以表示：单独存在A，同时存在A 和B，单独存在B这三种情况。

[0042] 还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。

[0043] 实施例1

[0044] 本实施例介绍了一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构的具体结构。

[0045] 请参考图1，图1为本发明所提供的一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构的立体结构示意图；请参考图2，图2为本发明所提供的一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构的立体结构示意图A‑A’方向的剖面图；其展示了一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构，包括包括回填结构、挡土墙4、排水孔5、刚性拉杆6和锚定板7。

[0046] 所述回填结构护坡回填料1、多个含EPS混合结构2和墙踵黏土层3；所述含EPS混合结构2从上至下包括防渗黏土层21、EPS轻质土22、土工布23和砂料垫层24；挡土墙4为重力俯斜式，墙身在上、中和下部分别设置贯通的排水孔5，排水孔5右端口与含EPS混合结构2中砂料垫层24的底部齐平；墙背面呈俯斜或垂直，回填结构紧贴附于墙背；所述刚性拉杆6左端嵌入挡土墙4内通过布设钢筋9相连，右端横向贯穿EPS轻质土22与埋置于墙后土中锚定板7 相连，呈水平或一定倾斜角度布置。

[0047] 进一步地，所述含EPS混合结构2整体长度不超过4m；砂料垫层24需满足过流条件下反滤要求，厚度根据结构需要作适当调整，不小于20cm；EPS轻质土22中聚苯乙烯按质量比不超过3％作为控制掺料条件，颗粒选用粒径为3‑ 5mm颗粒；土工布23具有渗透性，保证EPS轻质土22在排水条件下不发生渗透破坏，防渗黏土层21应满足防渗条件，厚度不小于20cm。

[0048] 进一步地，所述含EPS混合结构2紧贴附于挡土墙4背侧，能重复多次设置含EPS混合结构2；挡土墙4墙背回填结构的下部为墙踵黏土层3、顶部为护坡回填料1；所述墙踵黏土层3成分与含EPS混合结构2中防渗黏土层21相同，厚度不小于30cm；护坡回填料1为砂砾石土料，表面用砂浆防护。

[0049] 进一步地，所述挡土墙4为重力式结构，高度不大于10m；墙体材料可采用浆砌条石或者素混凝土，条石的单轴抗压强度不低于30MPa，混凝土强度等级不低于C15；墙身上、中和下部分别设置排水孔5，排水孔5右端口与含EPS混合结构2中砂料垫层24的底部齐平，局部区域可进行加密布置。

[0050] 本实施例的技术方案通过在挡土墙4背布设多个含EPS混合结构2来减缓或消除墙后土的冻胀变形或冻胀力。

[0051] 实施例2

[0052] 基于上述实施例1，本实施例介绍了一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构的具体结构。

[0053] 请参考图3，图3为本发明所提供的一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构用到的锚定杆7和刚性拉杆6连接主视图。

[0054] 所述刚性拉杆6与锚定杆7的连接件有锚固垫板10和锚固螺母11；结构钢筋9、刚性拉杆6和锚定杆7组成的结构来增强挡土结构体系中的刚度，分解作用于含EPS混合结构2的土压力。

[0055] 进一步地，所述刚性拉杆6为普通实心钢筋，直径80‑120mm，长度不小于 3m；刚性拉杆6左端与挡土墙4内布设的结构钢筋9焊接，右端通过螺帽与带孔锚定板7连接；所述锚2
定板7为长方形薄板，面积不小于400cm ，厚度不小于3mm；所述结构钢筋9材质为普通螺纹钢筋HRB335，直径不小于16mm。

[0056] 进一步地，所述刚性拉杆6应按交叉间隔分布，排与列间距不小于0.8m，布设位置应与排水孔5位置错开。刚性拉杆6、锚定板7和结构钢筋9表面都需进行涂刷油漆等防腐处理。

[0057] 本实施例的技术方案是基于实施例1通过增设结构钢筋9、刚性拉杆6和锚定杆7组成的结构来增强挡土结构体系中的刚度，分解作用于含EPS混合结构 2的土压力。

[0058] 实施例3

[0059] 基于上述实施例1和2，本实施例主要介绍了一种适用于寒区消除冻胀效应的挡土结构的施工方法，包括以下步骤：

[0060] 步骤1：进行施工准备；

[0061] 步骤2：进行基槽开挖，搭建施工工作面；

[0062] 步骤3：对挡土墙4及墙后回填结构进行施工；

[0063] 步骤4：对刚性拉杆6进行施工；

[0064] 步骤5：对含EPS混合结构2进行施工。

[0065] 进一步地，所述含EPS混合结构2与刚性拉杆6是匹配设置，竖向同一个含EPS混合结构2单元内才布设若干刚性拉杆6；同列同含EPS混合结构2单元内的刚性拉杆6左端在挡土墙4内通过结构钢筋9焊接相连。含EPS混合结构2中砂料垫层24位置与墙身排水孔5位置进行匹配设计，并在墙背侧孔口做好颗粒级配反滤设计。

[0066] 进一步地，所述步骤4中挡土墙4高度增至进行刚性拉杆6高程时在墙身内埋设结构钢筋9，距挡土墙4墙背不小于0.5m；若工程为土质边坡加固，根据锚定板7尺寸进行孔洞开挖至既定深度后放置锚定板7，施工完成后需将开挖料全部回填开挖孔洞；若工程为高填方工程，则直接进行铺设锚定板7；刚性拉杆6 布设完成后，穿过同一含EPS混合结构2的同列刚性拉杆6左端应与结构钢筋 9焊接相连，穿过不同含EPS混合结构2的刚性拉杆6不需通过结构钢筋连接。

[0067] 进一步地，所述步骤5中挡土墙4后回填结构以含EPS混合结构2为单元进行施工填筑，从上至下依次为防渗黏土层21、EPS轻质土22、土工布23和砂料垫层24；砂料垫层24的位置与墙身排水孔5右端相匹配，并做好反滤级配设计；墙顶含EPS混合结构2的上部应填筑护坡回填料1，选用砂砾石土料作为填料，表面涂抹砂浆，防止雨水大面积渗入。

[0068] 本实施例的技术方案具有结构形式简单，施工方法简便的优点，适用于寒区基础设施建设中需降低或消除冻胀效应的土质边坡加固工程或高填方工程。

[0069] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。