一种防边坡落石冲击的可拆卸挡墙及施工方法

1.本发明涉及挡墙及施工方法，尤其涉及一种防边坡落石冲击的可拆卸挡墙及施工方法。


背景技术：

2.随着众多大型建设项目的兴起与推进，人造边坡越来越普遍，边坡落石治理也日趋突出与迫切。针对边坡落石治理，若以挡墙作为边坡防护系统，当落石来临时，撞击在混凝土墙上，很容易将混凝土墙体撞坏，不但会破坏道路、阻碍交通，更为甚者会对安全生产、人民生命财产造成严重危害。而且，目前挡墙多为永久性建筑，在支护结束后，往往会被遗弃或花费更多的精力处理，得不偿失，因此，亟需一种可拆卸并重复使用的防边坡落石挡墙，来解决这一现象。废旧轮胎是我国亟待解决的黑色污染，而废旧轮胎具备的缓冲消能是挡墙防落石冲击所需要的重要特性。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明旨在提供一种可拆卸并重复使用、缓冲消能效果好的防边坡落石冲击的可拆卸挡墙及施工方法。
4.技术方案：本发明的所述一种防边坡落石冲击的可拆卸挡墙，包括墙体、支撑架、旋转缓冲带、落石收集底座，所述墙体与落石收集底座连接，所述支撑架一端连接墙体，另一端连接落石收集底座，所述旋转缓冲带设置在支撑架上，所述落石收集底座包括块石收集区和碎石收集区，所述块石收集区设置在旋转缓冲带出口处，安装有缓冲垫，所述碎石收集区位于旋转缓冲带正下方。
5.优选地，所述旋转缓冲带包括若干个轮胎串，所述轮胎串之间具有便于碎石落下的缝隙。
6.优选地，所述轮胎串包括废旧的带轮毂轮胎和转轴，所述转轴穿过带轮毂轮胎的轮毂中心孔，两端连接在支撑架上的插接孔中。
7.优选地，所述落石收集底座上铺设土层，用于保护落石收集底座和固定落石。
8.优选地，所述缓冲垫是废旧的空心轮胎。
9.优选地，所述落石收集底座通过固定杆连接与预埋固定底座。
10.优选地，所述墙体、旋转缓冲带、落石收集底座、预埋固定底座以及支撑架之间的连接均为螺栓连接，便于拆卸和更换。
11.本发明所述的一种防边坡落石冲击的可拆卸挡墙的施工方法，包括以下步骤：
12.(a)参数设计：勘探现场地质条件，收集落石样本，做土工物性试验，计算和调整设计参数；
13.(b)构件预制：根据设计方案和设计参数，预制好墙体、旋转缓冲带、落石收集底座、预埋固定底座和支撑架；
14.(c)现场拼装：挖出预埋固定底座大小的基坑，安装预埋固定底座和固定杆，回填
土体至水平；将落石收集底座与固定杆固定；组装墙体并将墙体与落石收集底座连接，安装支撑架；铺设块石收集区的缓冲垫并固定；在落石收集底座上铺设土层；在支撑架上安装旋转缓冲带；
15.(d)完工与重复使用：完成防边坡落石冲击的可拆卸挡墙的施工；服役完成后，既可留存作为永久结构，亦可按拼装顺序逆序拆卸，运至另一现场拼装，进行下一工程的服役。
16.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：1、挡墙所有构件均为螺栓连接，方便拆卸与更换构件，重复利用率高且工程应用灵活性强；2、挡墙中所有构件工厂预制，现场拼装，施工方便、周期短；3、旋转缓冲带可旋转二次消能，有效减少边坡落石冲击的影响；4、将落石合理分为块石区和碎石区，便于落石后期的处理与应用；5、构件简单，材料成本较低。
附图说明
17.图1为本发明的结构示意图；
18.图2是本发明的结构侧视图；
19.图3是本发明墙体结构示意图；
20.图4是本发明墙体与支撑架连接示意图；其中，图(a)是上层主墙与上层支撑架连接图，图(b)是上层主墙与下层主墙连接图，图(c)是下层主墙与下层支撑架连接图；
21.图5是本发明落石收集底座结构示意图；
22.图6是本发明预埋底座结构示意图；
23.图7是本发明预埋底座和落石收集底座连接示意图；
24.图8是本发明落石收集底座上的空心轮胎连接示意图；
25.图9是本发明墙体和支撑架与落石收集底座连接示意图；其中，图(a)是下层主墙与落石收集底座连接图，图(b)是下层支撑架与落石收集底座连接图，图(c)是上层支撑架与落石收集底座连接图；
26.图10是本发明墙体立体图；其中，图(a)是上层主墙结构图，图(b)是下层主墙结构图；
27.图11是本发明支撑架俯视图；其中，图(a)是上层支撑架俯视图，图(b)是下层支撑架俯视图；
28.图12是本发明旋转缓冲带结构示意图；
29.图13是本发明旋转缓冲带与支撑架连接图；
30.图14是本发明空心轮胎结构示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
32.如图1所示，本发明所述的一种防边坡落石冲击的可拆卸挡墙，包括墙体1、旋转缓冲带2、落石收集底座3、预埋固定底座4以及支撑架5，所述墙体1底部与落石收集底座3连接，所述支撑架5上端与墙体1连接，下端与落石收集底座3连接，所述旋转缓冲带2设置在支撑架5上，所述落石收集底座3通过固定杆42与预埋固定底座4连接。
33.所述墙体1包括上层主墙11和下层主墙12，支撑架5包括上层支撑架51与下层支撑架52，所述上层支撑架51一端连接上层主墙11，另一端连接落石收集底座3，所述下层支撑架52一端连接下层主墙12，另一端连接落石收集底座3，用于加固墙体；所述上层支撑架51上开设便于安装旋转缓冲带2的插接孔53，如图3、图10-11所示。
34.所述旋转缓冲带2包括若干个轮胎串21，所述轮胎串21之间具有缝隙，缝隙大小根据碎石粒径大小设置；所述轮胎串21包括废旧的带轮毂轮胎211和转轴212，所述转轴212穿过带轮毂轮胎211的轮毂中心孔213，两端连接在上层支撑墙壁121的插接孔123中，如图12-13所示。所述带轮毂轮胎211通过转轴212串成一串，且相互之间具有一定缝隙，保证其可自由转动，既能靠轮胎自身的柔性消能，又可以通过轮胎旋转卸去落石冲击所带来的荷载。插接孔123的半径与转轴212半径相同，插接孔123的间距l＝d d，其中，d为带轮毂轮胎211的直径，d为轮胎串21之间的距离，即可通过旋转缓冲带2之间缝隙的碎石粒径最大值。为了保证旋转缓冲带具有足够的刚度、强度和稳定性，所述带轮毂轮胎211的半径不小于350mm。
35.所述落石收集底座3包括块石收集区31和碎石收集区32，所述块石收集区31设置在旋转缓冲带2出口处，安装有废旧的空心轮胎311，既可消能又可稳定落石，充分保护落石收集底座，保证其耐久性；所述碎石收集区32位于旋转缓冲带2正下方。落石收集底座3上铺设土层，土层厚度为空心轮胎311厚度的一半，用于保护落石收集底座和固定落石，如图2和图8所示。
36.所述落石收集底座3与预埋固定底座4之间距离为200～250mm，通过固定杆42连接。
37.所述墙体1中的上层主墙11、下层主墙12、上层支撑架51、下层支撑架52、旋转缓冲带2的转轴212、落石收集底座3以及预埋固定底座4、固定杆42之间的连接均为螺栓连接，如图4、图7-9、图13所示，螺孔的布置如图3、图5-6、图10-11、图14所示。
38.本发明所述的一种防边坡落石冲击的可拆卸挡墙的施工方法，包括以下步骤：
39.(a)参数设计：勘探现场地质条件，收集落石样本，做土工物性试验，计算和调整设计参数；所述参数包括转轴的长度l、直径r，螺杆半径墙体与支撑架厚度；墙体高度与支撑架高度根据现场实际情况进行调整，落石收集底座与预埋固定底座根据已确定构件参数以及挡墙设计规范进行相对应调整。
40.根据下式，确定冲击荷载f，
41.f＝0.261[(e
石
*e
胎
/(e
石
2e
胎
))m2v4]
1/3
sin
1/2
(θ)’[0042]
其中，0.261为拟合系数，由试验测得；e
石
为落石弹性模量，e
胎
为轮胎弹性模量，均由土工物性试验测得；m为落石质量；v为落石冲击速度，理想状态下v＝√2gh，g为重力加速度，h为落石高度；θ为落石冲击方向与轮胎之间的水平夹角。为保证结构安全性，落石质量为现场勘测可能存在的最大落石为基准，以最大高度为下落高度，得到可能存在的最大冲击荷载。
[0043]
根据下式，确定转轴的长度l，直径r，
[0044][0045]
其中，q为单个含轮毂的废旧轮胎质量，b为单个含轮毂的废旧轮胎断面宽度，f为冲击荷载，wz为材料截面模量，σ为计算强度，需大于材料允许应力值[σ]。根
据已有的几种类型轮胎参数，一一适配，然后循环验证，得到合适的轮胎类型，得到参数后，进行材料强度的验算，符合即可。
[0046]
根据下式，确定螺杆半径
[0047][0048]
其中，[σ]为材料容许应力值，f为单个螺杆承受的拉力。
[0049]
根据下式，确定主墙与支撑墙壁的材料截面模量，从而确定二者具体厚度主墙与支撑墙壁厚度，
[0050][0051]
其中，m
max
为最大弯矩，[σ]为材料容许应力值。
[0052]
通过上述参数设计及循环验证，本发明的挡墙结构共有3种不同规格的螺杆、螺母套件，包括在块石收集区31上固定空心轮胎311所用的螺杆、螺母套件，直径为10mm；上层主墙11、下层主墙12、上层支撑架51、下层支撑架52、落石收集底座3互相连接所用的螺杆、螺母套件，直径为20mm；以及通过固定杆42连接落石收集底座3和预埋固定底座4所用的螺杆、螺母套件，直径为40mm。另外共有5种不同规格的预制孔洞，分别为预埋固定底座4和落石收集底座3上的加固孔，直径为40mm；上层主墙11、下层主墙12、上层支撑架51、下层支撑架52、落石收集底座3上互相连接的连接孔，直径为20mm；落石收集底座3与空心轮胎311的连接孔，直径10mm；上层支撑架51上的插接孔53，直径为40mm；以及带轮毂轮胎211上的轮毂中心孔213，直径为40mm。
[0053]
(b)构件预制：根据设计方案，预制好上层主墙11、下层主墙12、上层支撑架51、下层支撑架52、旋转缓冲带2的转轴212、轮胎串21、落石收集底座3以及预埋固定底座4、固定杆42。
[0054]
(c)现场拼装：挖出预埋固定底座4大小的基坑，安装预埋固定底座4和固定杆42，回填土体至水平；将落石收集底座3与固定杆42固定；组装墙体1并将墙体1与落石收集底座3连接，安装支撑架5；铺设块石收集区31的空心轮胎311并固定；在落石收集底座3上铺设土层至空心轮胎3厚度的一半；在上层支撑架51上安装旋转缓冲带2。
[0055]
(d)完工与重复使用：完成防边坡落石冲击的可拆卸挡墙的施工；服役完成后，既可留存作为永久结构，亦可按拼装顺序逆序拆卸，运至另一现场拼装，进行下一i程的服役。具体拆卸步骤为：先拆卸旋转缓冲带2，再拆卸墙体1，然后卸去落石收集底座3上的土层，回收空心轮胎311，拆卸落石收集底座3；最后，挖去预埋固定底座4上的土体，拆卸预埋固定底座4，即完成整个可拆卸挡墙的全部拆卸流程。
[0056]
本发明所述的挡墙所有构件之间的连接均为螺栓连接，结构简单新颖，可拆卸重复利用，不仅解决了挡墙支护遗留下来的问题，还充分利用了废旧轮胎阻尼大、消能缓冲的特点，有效回收利用固体废弃物，高效环保。