新型加筋土挡土墙高强预制面板及连接技术

新型加筋土挡土墙高强预制面板及连接技术

王智猛1，柯尧1，刘成清2，李睿1

（1.中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031；2. 西南交通大学，四川 成都 610031）

[摘要] 复合式刚性面板包裹式加筋土挡土墙是近年来出现的一种新型加筋土挡土墙结构。复合式面板由预制板和现浇混凝土构成，预制板位于现浇混凝土外侧，兼作现浇混凝土的模板，无需二次装饰，牢固可靠，耐久性好，景观效果好，施工效率高。但在实际工程应用中发现存在预制面板质量偏重，远距离运输困难，现场需要吊机作业，以及连接方式落后等问题，有必要进一步优化，提高装配化施工效率。本文通过理论计算、室内试验等方法研发了新型高强预制面板及连接技术。

[关键词] 加筋土挡墙；复合式面板；预制面板；装配式施工

1 引言

加筋土挡土墙具有抗震性能优良、圬工量少、施工快速、造价低、占地少、外形美观等特点。复合式刚性面板包裹式加筋土挡土墙是近年来出现的一种新型加筋土挡土墙结构。复合式面板由预制板和现浇混凝土构成，预制板位于现浇混凝土外侧，兼作现浇混凝土的模板。拉筋包裹袋装碎石形成包裹式加筋体，加筋体中预埋连接钢筋，用以连接面板与加筋体。包裹式加筋体施工完成且变形稳定后，外侧焊接绑扎面板钢筋网，与预埋钢筋牢固连接。预制板顶部预埋钢筋，底部预留插销孔，背面预埋门形钢筋。上下层预制板交错布置，通过顶部预埋钢筋和底部插销孔连接，预制板的门型钢筋与钢筋网牢固连接，再浇筑预制面板后的混凝土。以成昆铁路复线加筋土挡土墙为例，复合式面板总厚度35cm，其中预制板厚15cm，现浇混凝土板厚20cm，预制板采用C35混凝土预制，尺寸为200cm（长）×60cm（宽）×15cm（厚），预制板顶部预埋8根φ20HRB400钢筋，底部对应预留8个插销孔。预制面板可替代现场混凝土浇筑的钢模板，挡墙浇筑完成后形成整体，无需拆模，无需二次装饰，牢固可靠，耐久性好，景观效果好，施工效率高。复合式面板包裹式加筋土挡土墙在实际工程应用中发现存在预制面板质量偏重需要吊装作业以及连接方式落后等问题，有必要进一步优化，提高装配化施工效率。

2 预制面板结构形式设计

预制面板结构形式设计的主要思路是采用高强材料，减小单块面板尺寸（长宽厚）和质量，便于远距离运输和现场安装施工；改进连接方式，提高安装施工效率。

2.1预制面板材料及尺寸

超高强混凝土有利于减小预制面板结构厚度和自重，有利于面板的预制、运输及安装。面板材料采用活性粉末混凝土（RPC），抗压强度高，钢纤维的掺入提高了材料的抗拉强度，抗裂作用好，使结构具有较高的韧性和延性，具有优越的耐久性和抗冻融性。预制面板形状采用矩形，面板的标准尺寸定为两种，500mm×1000mm，500mm×500mm。预制面板内部设置钢筋网，面板厚度通过计算确定。

2.2预制面板之间的连接方式

预制面板之间的连接方式采用螺栓连接。面板四周预埋角钢，角钢与面板钢筋网焊接，提高角钢的抗拔等承载能力。角钢预留孔采用长孔，便于面板安装存在误差时进行调节。现场通过螺栓来实现预制面板之间的快速连接。如图1、图2、图3所示。

图 1 预制面板预埋角钢

图 2 预制面板之间连接剖面图

图3 预制面板之间连接正面图

2.3预制面板与内部结构连接方式

预制面板与内部结构之间的实际施工空间比较狭小，采用伸缩式连接件进行连接，由套筒和螺杆等组成，如图4所示。预制面板中部内侧预埋角钢，伸缩式连接件两端分别连接面板中部预埋的角钢和现浇混凝土钢筋网，将预制面板与加筋体连接起来，安装方便，如图5所示。

图4 伸缩式连接件示意图

图5 预制面板与内部结构连接示意图

2.4 预制面板防漏浆设计

现场安装时，预制面板周边粘贴海绵条，宽度不小于20mm，厚度不小于5mm，以防漏浆。海绵胶质软，在面板的重力压缩下几乎无厚度，能与面板紧密接触，防漏浆效果好。预制板成品自带塑料薄膜，施工完成后撕掉，可防止少量漏浆影响面板外观。

2.5预制面板外观设计

考虑到不同的工程应用场景，预制面板可采用清水面、质感面、图案纹理饰面等不同外观效果。考虑到预制景观面板在生产、运输及安装过程容易造成边角磨损，对直角边进行倒角5mm处理。

3 预制面板结构理论计算

预制面板应根据施工过程及使用中的各种工况进行计算，应具有足够的承载力、刚度和稳定性。主要设计荷载包括自重、浇筑混凝土产生的侧压力、振捣混凝土时产生的水平荷载、风荷载、地震荷载等。主要计算内容包括面板厚度、配筋、挠度、裂缝、预埋件抗拔、连接件抗拉计算等。计算工况主要有以下三种：

（1）面板安装工况：加筋土挡土墙坡率一般为1:0~1:0.3，预制面板安装时，在自重及风荷载作用下的临时稳定性主要通过面板之间的螺栓连接实现，预埋件和连接件要有足够的承载力和刚度。

（2）混凝土浇筑工况：面板背后混凝土浇筑时，在混凝土侧压力、振捣力等作用下，预制面板应有足够的承载力和刚度，其稳定性主要通过板中预埋件和伸缩式连接件实现。

（3）地震工况:地震发生时，预制面板在惯性力作用下不能脱落，主要由伸缩式连接件承受。

经计算，活性粉末混凝土RPC100预制面板厚度为50mm，结构配筋如图6所示。预埋件采用L70×70×8角钢，长度70mm，与钢筋笼焊接为一体；伸缩式连接件直径14mm，螺纹套筒选取45号钢材，外径30mm，长70mm，螺距3mm。预制面板和连接件在混凝土浇筑、风荷载和地震作用下安全性能够得到保障，耐久性也符合相关规范的要求。

图6 标准面板配筋示意图（500mm×1000mm）

4预制面板力学性能试验

为检验预制面板的力学性能，是否满足设计要求，对预制面板进行室内力学性能试验，主要包括预制面板抗弯、抗裂、预埋件抗拔，连接件抗拉、挠度试验等。如图7~图8所示。

图7 试验装置                     图8 预制面板破坏形态

试验结果表明：活性粉末混凝土RPC100预制面板在设计荷载作用下的最大变形为0.57mm，最大弯矩为20.25kN/m2。板受弯开裂时的最大变形为1.22mm，最大弯矩为27.85kN/m2。板破坏时的最大变形为31.01mm，最大弯矩为79.14kN/m2，远大于设计荷载下的弯矩值。伸缩式套筒连接件承受的最大拉力为43.36kN，理论计算为41.58kN，试验与理论计算吻合较好，满足设计要求。预埋件与钢筋网采用满焊时预制板的抗拔极限承载力为23.34kN，远大于设计值10.13kN。预埋件承载力受焊接质量影响很大，焊接质量不好，会使承载力降低，在实际工程中预埋件与钢筋网要采用满焊。

5工程应用

开远南站交通枢纽项目一期工程进站道路长1.149km，为连接G323国道与弥蒙高铁开远南站的主干道路。GK0+030～GK1+020段路基填高6m～14m为复合式刚性面板包裹式加筋土挡墙，挡墙面积为1.0×104m2，经过技术与经济性分析比选，采用了RPC100 新型预制面板，效果良好。

6 结语

（1）研发了加筋土挡土墙新型预制面板。面板采用活性粉末混凝土等超高强材料（强度R100MPa~R200MPa），厚度薄(5cm) ，质量轻，便于运输，现场安装方便，节省工期。

（2）改进了预制面板之间、面板与内部结构之间的连接方式。预制面板与墙体之间通过伸缩式连接件相连，可根据需求调节预制面板与内部墙体之间的距离。

（3）预制面板采用工厂化生产，可替代现场混凝土浇筑的钢模板，无需拆模，无需二次装饰，牢固可靠，耐久性好，景观效果好。

参考文献:

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