下穿式鐵路框架橋引道擋土墻計算方法

王建省 王宗澤 戴智彪 劉學飛北方工業大學土木工程學院

下穿式鐵路框架橋引道擋土墻計算方法

王建省 王宗澤 戴智彪 劉學飛
北方工業大學土木工程學院

本文以實際工程為例，根據工程概況確定擋土墻建造的基本條件和要求，確定相關參數。再詳細論證極點圓法對擋土墻的計算過程，最后將計算結果與實際工程相對比，進而驗證極點圓法計算擋土墻的實用性、合理性。

隨著社會的發展，軌道交通建設也發展迅速，尤其是軌道交通建設的發展，因其具有速度快、運輸能力大等優點，在交通運輸中發揮的作用也更加突出。在人口密度大的都市，軌道交通對于緩解地面交通壓力具有不可替代的作用。隨著城市化進程的加快，人口密度的快速增長、生活空間日益擁擠， 交通阻塞等現象已成為嚴重影響和制約城市經濟發展的一個重要問題。而導致交通不暢的一個重要原因，是大量鐵路與公路的平交道口的設置所造成的堵車問題。把大量的公路與鐵路的平交路口改為立交路口能夠很好的解決這一問題，提高交通效率。而框架地道橋是平交道口改立交道口的主要形式之一。本文研究的重點是引道工程擋土墻的計算方法問題，這在框架橋工程建設中占據十分重要地位。

工程概況

本文以某工程為例，首先介紹工程的相關信息。道路主線西側既有路距離道口約240m處為設計起點K0+000，向東穿越在建1～7.0m頂進框架橋后繼續延伸約80m連接鐵路東側公路，設計終點對應路線里程為K0+318。路面采用厚20cm 的C30混凝土+30cm水泥穩定碎石+基底碾壓密實。南北側框架橋入出口處JD2、JD3曲線半徑20m，將此曲線段路面寬度兩側各加寬1m至道路寬度為9.0m，保證車輛的順利通行。

圖1 引道設計概樣圖

表1 引道設計曲線要素表

道路縱斷面從起點K0+000處以-3.783%、240m下坡再以1.51 %、78.73m上坡與東側既有道路順接，選用的豎曲線半徑均為500m。為保證道路兩側邊坡穩定及避免地下水對道路的影響，對地面線2.0m以下主路K0+040.79～+206.27段兩側道路采用重力式擋土墻。圖1為引道設計概樣圖。

為了方便計算，將底面變為水平，道路一側擋墻坡度改為1：0.25，頂面由原來的60cm變為70cm，地面線由原來的低于擋土墻面40公分，變為與擋土墻面平齊，由原來的凹凸不平，變為垂直線。如圖2，為簡化完的擋土墻截面圖。墻后填土參數為：粘性土，，。墻與填土之間的摩擦角為

圖2 引道擋土墻簡化圖

圖3 引道擋土墻受力分析圖

圖4 力的多邊形

圖5 引道擋土墻尺寸圖

極點圓法對擋土墻的計算

極點圓法是以土的極限平衡理論為基礎，利用應力圓來確定填土的實際滑動面，然后通過繪制作用力（作用于滑動土體上的作用力）平衡的閉合力多邊形方法來確定作用在擋圖墻上的土壓力。這種方法既可用于滑動面為平面的情況，也可用于滑動面為組合面的情況。本文假設滑動面為平面。

如圖3為引道擋土墻受力分析圖，墻面與豎直線成α角，填土表面水平，滑動面為平面BC，BC的繪制方法如下：

（1）以b為圓心，任意適當長度為半徑，繪制圖3中的圓；

（2）通過b點作墻AB法線的平行線oc；

（3）過o點作土壓力Pa作用線的平行線oa，與圓弧相交于a點，即極點；

（4）過o點分別作夾角為? 的om，on兩線段，與b圓交與點m，點n；

（5）連接am；

（6）在B點作am的平行線，與地面線交于C點，BC即為滑裂面。

擋土墻重力G 有公式：

粘性土與墻面AB之間存在黏結力Cw，與墻面BC之間存在黏結力，C 有公式：

式中：k—填土與擋土墻面上單位面積黏結力（kN/m2）

c—填土的單位面積凝聚力（kN/m2）

運用力的多邊形法則，可求土壓力如圖4所示。

運用正弦定理，可求得：

擋土墻對滑裂體的力P墻為Pa與CW的合力，夾角為100°，運用余弦定理，可求

滑裂體下方的土層對滑裂體的力P土為R 與C的合力，夾角為70°，運用余弦定理，可求

通過極點圓法對擋土墻的計算，可得到擋土墻的各種尺寸如圖5所示。結果符合框架橋引道路部分規范的相關規定，且經實際檢驗，符合工程質量、安全要求，設計計算部分合格。

結語

從以上計算結果可以看出，極點圓法能夠滿足工程設計中的要求，經實踐檢驗，該方法設計出的擋土墻滿足符合工程質量、安全要求，是一種計算框架橋引道擋土墻的有效方法該方法。極點圓法不僅充分考慮到了擋土墻各部分的幾何尺寸對受力的影響，還考慮到了粘性土與墻面之間存在黏結力、填土與擋土墻面之間的黏結力、填土的凝聚力等復雜因素的影響，為工程中類似擋土墻的計算提供了參考，具有極強的借鑒意義。