樁基托梁擋土墻在改建公路中的應(yīng)用

賈文興

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司鄭州設(shè)計(jì)院，河南鄭州　450000)

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樁基托梁擋土墻在改建公路中的應(yīng)用

賈文興

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司鄭州設(shè)計(jì)院，河南鄭州450000)

結(jié)合巴基斯坦國(guó)道公路網(wǎng)修復(fù)項(xiàng)目中擋墻設(shè)計(jì)，闡述樁基托梁擋土墻在公路改建中的設(shè)計(jì)與計(jì)算。

樁基托梁擋土墻陡坡路基山區(qū)改建公路

擋土墻被用來(lái)支撐路基填土或山坡坡體，防止填土坍塌、滑移失穩(wěn)，在山區(qū)公路中應(yīng)用尤為廣泛，結(jié)構(gòu)形式也各式各樣，公路上最為常用的形式有重力式、衡重式、加筋土、樁板式等。上述擋土墻通過(guò)自身重力或擋土墻與地基土、樁與地基土、擋土墻與墻背厚填土之間的摩擦作用保持路基穩(wěn)定。巴基斯坦國(guó)道公路網(wǎng)修復(fù)項(xiàng)目部分支擋工點(diǎn)采用樁基托梁式擋土墻。

樁基托梁擋土墻是樁與擋土墻的組合形式，擋土墻與樁基通過(guò)托梁相連接，擋土墻上所受力通過(guò)托梁傳遞給樁基，來(lái)滿足地基承載力以及抵抗土體下滑力。樁基托梁能夠有效降低擋墻高度，解決地基承載力不足的問(wèn)題，避免或減少大面積開(kāi)挖造成的路基失穩(wěn)，通常應(yīng)用在高陡邊坡、地質(zhì)條件較差的路段，具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

1　工程概況

巴基斯坦國(guó)道公路網(wǎng)修復(fù)項(xiàng)目N35為中國(guó)無(wú)償援建項(xiàng)目，設(shè)計(jì)采用中國(guó)二級(jí)公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。該道路又名喀喇昆侖公路、中巴公路，是巴基斯坦北部通往首都的唯一一條公路。位于巴基斯坦北部次級(jí)喜馬拉雅山脈中低山區(qū)，特點(diǎn)是坡陡、谷深，道路倚山傍河，地形崎嶇坎坷。K245+980-K246+022擋土墻位于山間沖溝下游。該段道路寬約4 m，僅能容車輛單向緩慢通行，溝底至路面高差約20 m，垮塌后的道路邊坡坡度在43°-63°之間 。該段地層巖性為：筑土、碎石夾塊石、中風(fēng)化輝長(zhǎng)巖，項(xiàng)目所在區(qū)域地震動(dòng)峰值加速度為0.30g，抗震設(shè)防烈度為8度。

擋土墻基礎(chǔ)位置土質(zhì)表層10 m為人工填土或上游沖下的碎石土，地基承載力較低，自穩(wěn)性較差，受季節(jié)性匯水影響大，溝底距路肩高差約20 m。考慮擋土墻基礎(chǔ)穩(wěn)定性要求、地基承載力要求、擋土墻墻高要求及道路保通要求，設(shè)計(jì)采用樁基托梁擋土墻(見(jiàn)圖1)。

圖1　鋼筋混凝土樁基托梁擋土墻斷面圖及平面布置(單位：m)

2　擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1荷載組合

(1)基本組合

1.2Gmax+0.9Gmin+1.0Q

Gmax為全部作用荷載對(duì)擋土墻結(jié)構(gòu)起不利作用的力；Gmin為全部作用荷載對(duì)擋土墻結(jié)構(gòu)起有利作用的力；Q為作用在路面上的車輛荷載和行人荷載。

(2)偶然組合

Gmax+Gmin+EihEih=CiCzAhΨiGi/g

Ci為抗震重要性系數(shù)，此工程為二級(jí)公路抗震重點(diǎn)工程取1.3；Cz綜合影響系數(shù)，取0.25；Ah水平向地震動(dòng)峰值加速度，取0.3；Ψi水平地震作用沿墻高的分布系數(shù)；Gi第i截面以上墻身圬工重力(kN)。

2.2土壓力計(jì)算

樁基擋土墻土壓力計(jì)算與一般擋土墻一樣按庫(kù)倫第一、第二破裂面進(jìn)行，臺(tái)后及臺(tái)前溜坡土壓力按庫(kù)倫主動(dòng)土壓力計(jì)算

E=1/2rH2Ka

Ka=

E為庫(kù)倫主動(dòng)土壓力值/kN;Ka為庫(kù)倫主動(dòng)土壓力系數(shù)；ψ為墻后填土的內(nèi)摩擦角，取ψ=35°；δ為墻背與填土內(nèi)摩擦角，取δ=1/2ψ=17.5°;α為過(guò)墻頂?shù)呢Q直面與墻背面的夾角，豎直面在墻背內(nèi)取正值， 豎直面在墻背外取負(fù)值，本擋土墻取α=14°；β為填土表面與墻頂水平面的夾角，邊坡坡率為1∶1，5，因此本擋墻取β=34°。

2.3地震力計(jì)算

(1)臺(tái)后填土引起的土壓力

(2)擋土墻本身的地震力

Eih=CiCzAhΨiGi/g

3　擋土墻內(nèi)力計(jì)算

結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

利用表1中的擋土墻尺寸以及荷載組合，借助北京理正軟件股份有限公司開(kāi)發(fā)的理正巖土工程計(jì)算分析軟件6.0，進(jìn)行擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算。計(jì)算流程如下：

表1　結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)

(1)輸入擋土墻截面尺寸(如圖2)。

(2)輸入荷載及擋土墻物理參數(shù)、基礎(chǔ)及荷載分項(xiàng)系數(shù)(如圖3)。

(3)生成計(jì)算書。

圖2　理正擋土墻6.0擋土墻截面尺寸界面

圖3　理正擋土墻6.0擋土墻類型及物理參數(shù)界面

3.1滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算

Kc=抗滑力/滑移力=915.5/482.5=1.897≥1.100，滑移驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

3.2傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

傾覆驗(yàn)算滿足:K0=2.287>1.300，傾覆驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

3.3地基應(yīng)力及偏心距驗(yàn)算

作用于基底的合力偏心距驗(yàn)算滿足:e=0.476≤0.200×6.600=1.320 m

3.4基礎(chǔ)強(qiáng)度驗(yàn)算

基礎(chǔ)為鋼筋混凝土，不作強(qiáng)度驗(yàn)算。

上墻截面、墻底截面強(qiáng)度、臺(tái)頂截面強(qiáng)度驗(yàn)算均滿足規(guī)范要求。

4　樁基托梁內(nèi)力計(jì)算

計(jì)算程序?yàn)镸IDAS/Civil， Civil 2006(Release No. 1)。

4.1模型簡(jiǎn)介

(1)單元數(shù)量:梁?jiǎn)卧?個(gè);柱單元40個(gè)；

(2)節(jié)點(diǎn)數(shù)量:43個(gè)；

(3)邊界條件數(shù)量:2個(gè)；

(4)施工階段:1個(gè)。

樁基間距5.0 m，按每排樁承擔(dān)5 m擋墻荷載計(jì)算(如圖4)。

圖4　樁基承臺(tái)模型

4.2荷載組合說(shuō)明

荷載工況如表2。

表2　荷載工況

荷載組合如表3。

驗(yàn)算結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖6　cLCB3組合下樁軸力

5　結(jié)束語(yǔ)

擋土墻設(shè)計(jì)是一門集地形、地質(zhì)、巖土、結(jié)構(gòu)、工程經(jīng)濟(jì)等知識(shí)為一體的綜合運(yùn)算分析過(guò)程，擋土墻類型的選擇和優(yōu)化設(shè)計(jì)必須結(jié)合工程地質(zhì)、地形、材料等情況，充分考慮外部環(huán)境條件要求及施工的可行性，同時(shí)對(duì)自然環(huán)境進(jìn)行充分調(diào)查并做好附屬工程的設(shè)計(jì)，以確保擋土墻的長(zhǎng)期使用。對(duì)于山坡沖溝下游、陡坡路基、地質(zhì)穩(wěn)定性較差、改建公路保通要求高的路段，采用樁基托梁擋土墻方案是有效可行的，特別是在山區(qū)二、三級(jí)公路升級(jí)改造設(shè)計(jì)中有廣泛的應(yīng)用前景。

[1]王舒揚(yáng).樁基擋土墻在高速鐵路陡坡路基中的應(yīng)用[J].鐵道勘察，2015(6)

[2]中交路橋技術(shù)有限公司.公路工程抗震規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2013

[3]張德保.呂臨(孟)鐵路陡坡路堤樁基托梁擋土墻設(shè)計(jì)[J].鐵道勘察，2010(2)

Application of Retaining Wall on Supported Beams of Pilefoundation in Highway Reconstruction

JIA Wenxing

2016-01-20

賈文興(1980—)，男，2008年畢業(yè)于長(zhǎng)安大學(xué)，工程師。

1672-7479(2016)02-0037-03

U417.1+1

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