現狀鐵路地道磚砌擋土墻的結構設計及驗算

鄭 娜，劉家富

［1.上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092；2. 天津海河金岸投資建設開發有限公司，天津市300000］

0 引 言

擋土墻主要起到對兩側土體的支撐作用，防止土體塌滑。采用砌體結構取材方便、造價低廉，較為經濟實用。

擋土墻承受外側的土壓力，隨著土體高度加大，擋墻承擔的土壓力隨之增大，土壓力產生的彎矩和剪力也越大。由于磚砌體結構的抗彎承載能力和抗剪承載能力較差，需要對磚砌擋土墻的抗彎、抗剪、抗滑移等能力進行驗算，來探討現狀地道非機動車道外側不同高度擋土墻的結構形式。

1 項目概述

滄州市黃河路為城市主干路，設計車速60 km/h，道路紅線寬度80 m；現狀京滬鐵路段為雙線電氣化鐵路，沿途大都為沿海經濟發達地帶，是中國目前最繁忙的鐵路干線之一，該工程建設需跨越現狀京滬鐵路。黃河路主線新建高架橋連續跨越清池大道、規劃鐵路西街、京滬鐵路及千童大道，現狀黃河路下穿京滬鐵路地道為雙向2 車道，是黃河路交通瓶頸。

黃河路下穿京滬鐵路處地道的現狀擋墻建成較久，且黃河路改擴建后現狀的擋墻多處損壞，安全性較低，需要對擋墻進行修復（見圖1）。由于靠近鐵路，施工受限，故地道兩側緊鄰框構的未破壞擋墻原則上予以保留，對于局部傾斜段應自上而下修復，嚴格避免超挖；其余段擋墻應挖除原基礎，重新砌筑。

圖1 原黃河路下穿京滬鐵路地道外側磚砌擋墻

2 計算過程

2.1 基礎數據

墻身尺寸如圖2 所示，墻頂寬0.24 m，面坡傾斜坡度1∶0.000，背坡傾斜坡度1∶0.000，墻身埋深0.6 m，壓頂寬度0.24 m，壓頂高度不小于0.15 m。

Ⅰ型擋土墻墻身高不小于0.5 m。

Ⅱ型擋土墻墻身高0.5 m＜H≤1.0 m（一級墻高0.5 m，二級墻高H-0.5 m）。

Ⅲ型擋土墻墻身高大于1.0 m（一級墻高0.5 m，二級墻高0.5 m，三級墻高H-1.0 m），每10 m 的擋墻，設置兩個加筋柱，配筋如圖2 所示。

物理參數如下：

砌體種類為燒結普通磚，磚砌墻體容重γ=19.000 kN/m3，墻后填土內摩擦角φ=19°，土的黏聚力c=13.5 kPa，土的重度γ=20.1 kN/m3，擋墻分段長度10.000 m。

地道以西擋土墻：地面橫坡1.5%，墻頂標高6.9 m。

地道以東擋土墻：地面橫坡1.5%，墻頂標高6.5 m。

2.2 主動土壓力及臨界高度計算

主動土壓力及臨界高度計算如下：

圖2 Ⅲ類磚砌擋土墻結構設計圖

式中：Ea為主動土壓力標準值；h 為擋土墻的高度；ea為擋墻底部的主動土壓力；z0為擋墻頂到臨界點的高度。

當ea＜0 時，取ea=0，此時的臨界高度z0=h=

根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330—2013），ka=tan2（45°-0.5×19°）=0.51，z0=1.88 m。

即高度h＞1.88 m 的情況，才會受到主動土壓力。Ⅰ型擋土墻（H≤0.5 m）和Ⅱ型擋土墻（0.5 m＜H≤1.0 m）都不會受到主動土壓力，故抗彎能力、抗剪能力、抗傾覆能力、抗滑動能力都符合要求。故只需要驗算Ⅲ型擋土墻（該工程1.0 m＜H≤2.2 m）即可。

2.3 受彎承載力計算

受彎構件的受彎承載力應滿足下式要求：

Ⅲ型擋土最高處h=2.2 m。

擋墻底主動土壓力：ea=（20.1×2.2+0）×0.51-2×13.5×=3.27（kN）。

主動土壓力合力：Ea=0.5×3.27×（2.2-1.88）=0.52（kN）。

彎矩設計值：M=0.5×4.33×2.2×2.2/3=0.48（kN·m）。

M＜ftmW，故抗彎能力符合要求。

2.4 受剪承載力計算

受彎構件的受剪承載力應滿足下式要求：

式中：V 為剪力設計值；fv為砌體的抗剪強度設計值，此次擋土墻設計中采用0.17；b 為截面寬度；z 為內力臂，當截面為矩形時，取z=2h/3（h 為截面高度）；I 為截面慣性矩；S 為截面面積矩。

Ⅲ型擋土墻最高處h=2.2 m。

擋墻底主動土壓力：ea=（20.1×2.2+0）×0.51-2×13.5×=3.27（kN）。

主動土壓力合力：Ea=0.5×3.27×（2.2-1.88）=0.52（kN）。

剪力設計值：V=Ea=0.52 kN。

V＜fvbz，故抗剪能力符合要求。

2.5 抗傾覆能力計算

式中：k0為抗傾覆系數，根據《公路路基設計規范》（JTG D30—2015），當k0≥1.5 時滿足抗傾覆要求；G為作用于基底以上的重力；ZG為墻身重力、基礎重力、基礎上填土的重力及作用于墻頂的其他荷載的豎向合力重心到墻趾的距離；Ey為墻后主動土壓力的豎向分量；Zx為墻后主動土壓力的豎向分量到墻趾的距離；Ex為墻后主動土壓力的水平分量；Zy為墻后主動土壓力的水平分量到墻趾的距離；E'p為墻前被動土壓力的水平分量的0.3 倍；Zp為墻前被動土壓力的水平分量到墻趾的距離。

Ⅲ型擋土最高處h=2.2 m。

故抗傾覆能力均滿足要求。

2.6 抗滑動能力計算

式中：kc為抗滑動系數，根據《公路路基設計規范》（JTG D30—2015），當kc≥1.3 時滿足抗滑動要求；N為作用于基底上合力的豎向分力；α0為基底傾斜角；μ 為基底與地基間的摩擦系數，可查表，參照《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）。

Ⅲ型擋土最高處h=2.2 m。

kc=20.043×0.3/3.23=1.86＞1.3。故抗滑動能力均滿足要求。

3 結 語

通過對特定工程條件下的計算得出以下結論：

（1）擋墻高度大于1.88 m 的情況，墻身才會受到主動土壓力。

（2）擋墻高度不大于2.2 m，磚砌擋墻（有加筋柱）的抗彎能力、抗剪能力、抗傾覆能力、抗滑動能力都符合要求。

本文結論是在特定工程條件下計算得出，當工程實際與假定工程條件相同或相近時，可直接參考本文結論。當實際工程與本文工程條件相差較大，應對本文結論進行相應調整和計算再用于參考。