下穿式铁路框架桥引道挡土墙计算方法

王建省 王宗泽 戴智彪 刘学飞北方工业大学土木工程学院

下穿式铁路框架桥引道挡土墙计算方法

王建省 王宗泽 戴智彪 刘学飞
北方工业大学土木工程学院

本文以实际工程为例，根据工程概况确定挡土墙建造的基本条件和要求，确定相关参数。再详细论证极点圆法对挡土墙的计算过程，最后将计算结果与实际工程相对比，进而验证极点圆法计算挡土墙的实用性、合理性。

随着社会的发展，轨道交通建设也发展迅速，尤其是轨道交通建设的发展，因其具有速度快、运输能力大等优点，在交通运输中发挥的作用也更加突出。在人口密度大的都市，轨道交通对于缓解地面交通压力具有不可替代的作用。随着城市化进程的加快，人口密度的快速增长、生活空间日益拥挤， 交通阻塞等现象已成为严重影响和制约城市经济发展的一个重要问题。而导致交通不畅的一个重要原因，是大量铁路与公路的平交道口的设置所造成的堵车问题。把大量的公路与铁路的平交路口改为立交路口能够很好的解决这一问题，提高交通效率。而框架地道桥是平交道口改立交道口的主要形式之一。本文研究的重点是引道工程挡土墙的计算方法问题，这在框架桥工程建设中占据十分重要地位。

工程概况

本文以某工程为例，首先介绍工程的相关信息。道路主线西侧既有路距离道口约240m处为设计起点K0+000，向东穿越在建1～7.0m顶进框架桥后继续延伸约80m连接铁路东侧公路，设计终点对应路线里程为K0+318。路面采用厚20cm 的C30混凝土+30cm水泥稳定碎石+基底碾压密实。南北侧框架桥入出口处JD2、JD3曲线半径20m，将此曲线段路面宽度两侧各加宽1m至道路宽度为9.0m，保证车辆的顺利通行。

图1 引道设计概样图

表1 引道设计曲线要素表

道路纵断面从起点K0+000处以-3.783%、240m下坡再以1.51 %、78.73m上坡与东侧既有道路顺接，选用的竖曲线半径均为500m。为保证道路两侧边坡稳定及避免地下水对道路的影响，对地面线2.0m以下主路K0+040.79～+206.27段两侧道路采用重力式挡土墙。图1为引道设计概样图。

为了方便计算，将底面变为水平，道路一侧挡墙坡度改为1：0.25，顶面由原来的60cm变为70cm，地面线由原来的低于挡土墙面40公分，变为与挡土墙面平齐，由原来的凹凸不平，变为垂直线。如图2，为简化完的挡土墙截面图。墙后填土参数为：粘性土，，。墙与填土之间的摩擦角为

图2 引道挡土墙简化图

图3 引道挡土墙受力分析图

图4 力的多边形

图5 引道挡土墙尺寸图

极点圆法对挡土墙的计算

极点圆法是以土的极限平衡理论为基础，利用应力圆来确定填土的实际滑动面，然后通过绘制作用力（作用于滑动土体上的作用力）平衡的闭合力多边形方法来确定作用在挡图墙上的土压力。这种方法既可用于滑动面为平面的情况，也可用于滑动面为组合面的情况。本文假设滑动面为平面。

如图3为引道挡土墙受力分析图，墙面与竖直线成α角，填土表面水平，滑动面为平面BC，BC的绘制方法如下：

（1）以b为圆心，任意适当长度为半径，绘制图3中的圆；

（2）通过b点作墙AB法线的平行线oc；

（3）过o点作土压力Pa作用线的平行线oa，与圆弧相交于a点，即极点；

（4）过o点分别作夹角为ϕ 的om，on两线段，与b圆交与点m，点n；

（5）连接am；

（6）在B点作am的平行线，与地面线交于C点，BC即为滑裂面。

挡土墙重力G 有公式：

粘性土与墙面AB之间存在黏结力Cw，与墙面BC之间存在黏结力，C 有公式：

式中：k—填土与挡土墙面上单位面积黏结力（kN/m2）

c—填土的单位面积凝聚力（kN/m2）

运用力的多边形法则，可求土压力如图4所示。

运用正弦定理，可求得：

挡土墙对滑裂体的力P墙为Pa与CW的合力，夹角为100°，运用余弦定理，可求

滑裂体下方的土层对滑裂体的力P土为R 与C的合力，夹角为70°，运用余弦定理，可求

通过极点圆法对挡土墙的计算，可得到挡土墙的各种尺寸如图5所示。结果符合框架桥引道路部分规范的相关规定，且经实际检验，符合工程质量、安全要求，设计计算部分合格。

结语

从以上计算结果可以看出，极点圆法能够满足工程设计中的要求，经实践检验，该方法设计出的挡土墙满足符合工程质量、安全要求，是一种计算框架桥引道挡土墙的有效方法该方法。极点圆法不仅充分考虑到了挡土墙各部分的几何尺寸对受力的影响，还考虑到了粘性土与墙面之间存在黏结力、填土与挡土墙面之间的黏结力、填土的凝聚力等复杂因素的影响，为工程中类似挡土墙的计算提供了参考，具有极强的借鉴意义。