桩基托梁挡土墙在改建公路中的应用

贾文兴

(中铁工程设计咨询集团有限公司郑州设计院，河南郑州　450000)



桩基托梁挡土墙在改建公路中的应用

贾文兴

(中铁工程设计咨询集团有限公司郑州设计院，河南郑州450000)

结合巴基斯坦国道公路网修复项目中挡墙设计，阐述桩基托梁挡土墙在公路改建中的设计与计算。

桩基托梁挡土墙陡坡路基山区改建公路

挡土墙被用来支撑路基填土或山坡坡体，防止填土坍塌、滑移失稳，在山区公路中应用尤为广泛，结构形式也各式各样，公路上最为常用的形式有重力式、衡重式、加筋土、桩板式等。上述挡土墙通过自身重力或挡土墙与地基土、桩与地基土、挡土墙与墙背厚填土之间的摩擦作用保持路基稳定。巴基斯坦国道公路网修复项目部分支挡工点采用桩基托梁式挡土墙。

桩基托梁挡土墙是桩与挡土墙的组合形式，挡土墙与桩基通过托梁相连接，挡土墙上所受力通过托梁传递给桩基，来满足地基承载力以及抵抗土体下滑力。桩基托梁能够有效降低挡墙高度，解决地基承载力不足的问题，避免或减少大面积开挖造成的路基失稳，通常应用在高陡边坡、地质条件较差的路段，具有其独特的优点。

1　工程概况

巴基斯坦国道公路网修复项目N35为中国无偿援建项目，设计采用中国二级公路设计标准。该道路又名喀喇昆仑公路、中巴公路，是巴基斯坦北部通往首都的唯一一条公路。位于巴基斯坦北部次级喜马拉雅山脉中低山区，特点是坡陡、谷深，道路倚山傍河，地形崎岖坎坷。K245+980-K246+022挡土墙位于山间冲沟下游。该段道路宽约4 m，仅能容车辆单向缓慢通行，沟底至路面高差约20 m，垮塌后的道路边坡坡度在43°-63°之间 。该段地层岩性为：筑土、碎石夹块石、中风化辉长岩，项目所在区域地震动峰值加速度为0.30g，抗震设防烈度为8度。

挡土墙基础位置土质表层10 m为人工填土或上游冲下的碎石土，地基承载力较低，自稳性较差，受季节性汇水影响大，沟底距路肩高差约20 m。考虑挡土墙基础稳定性要求、地基承载力要求、挡土墙墙高要求及道路保通要求，设计采用桩基托梁挡土墙(见图1)。

图1　钢筋混凝土桩基托梁挡土墙断面图及平面布置(单位：m)

2　挡土墙结构设计

2.1荷载组合

(1)基本组合

1.2Gmax+0.9Gmin+1.0Q

Gmax为全部作用荷载对挡土墙结构起不利作用的力；Gmin为全部作用荷载对挡土墙结构起有利作用的力；Q为作用在路面上的车辆荷载和行人荷载。

(2)偶然组合

Gmax+Gmin+EihEih=CiCzAhΨiGi/g

Ci为抗震重要性系数，此工程为二级公路抗震重点工程取1.3；Cz综合影响系数，取0.25；Ah水平向地震动峰值加速度，取0.3；Ψi水平地震作用沿墙高的分布系数；Gi第i截面以上墙身圬工重力(kN)。

2.2土压力计算

桩基挡土墙土压力计算与一般挡土墙一样按库伦第一、第二破裂面进行，台后及台前溜坡土压力按库伦主动土压力计算

E=1/2rH2Ka

Ka=

E为库伦主动土压力值/kN;Ka为库伦主动土压力系数；ψ为墙后填土的内摩擦角，取ψ=35°；δ为墙背与填土内摩擦角，取δ=1/2ψ=17.5°;α为过墙顶的竖直面与墙背面的夹角，竖直面在墙背内取正值， 竖直面在墙背外取负值，本挡土墙取α=14°；β为填土表面与墙顶水平面的夹角，边坡坡率为1∶1，5，因此本挡墙取β=34°。

2.3地震力计算

(1)台后填土引起的土压力

(2)挡土墙本身的地震力

Eih=CiCzAhΨiGi/g

3　挡土墙内力计算

结构计算参数见表1。

利用表1中的挡土墙尺寸以及荷载组合，借助北京理正软件股份有限公司开发的理正岩土工程计算分析软件6.0，进行挡土墙稳定性验算。计算流程如下：

表1　结构计算参数

(1)输入挡土墙截面尺寸(如图2)。

(2)输入荷载及挡土墙物理参数、基础及荷载分项系数(如图3)。

(3)生成计算书。

图2　理正挡土墙6.0挡土墙截面尺寸界面

图3　理正挡土墙6.0挡土墙类型及物理参数界面

3.1滑动稳定性验算

Kc=抗滑力/滑移力=915.5/482.5=1.897≥1.100，滑移验算满足规范要求。

3.2倾覆稳定性验算

倾覆验算满足:K0=2.287>1.300，倾覆验算满足规范要求。

3.3地基应力及偏心距验算

作用于基底的合力偏心距验算满足:e=0.476≤0.200×6.600=1.320 m

3.4基础强度验算

基础为钢筋混凝土，不作强度验算。

上墙截面、墙底截面强度、台顶截面强度验算均满足规范要求。

4　桩基托梁内力计算

计算程序为MIDAS/Civil， Civil 2006(Release No. 1)。

4.1模型简介

(1)单元数量:梁单元0个;柱单元40个；

(2)节点数量:43个；

(3)边界条件数量:2个；

(4)施工阶段:1个。

桩基间距5.0 m，按每排桩承担5 m挡墙荷载计算(如图4)。

图4　桩基承台模型

4.2荷载组合说明

荷载工况如表2。

表2　荷载工况

荷载组合如表3。

验算结果如图5、图6所示。

图6　cLCB3组合下桩轴力

5　结束语

挡土墙设计是一门集地形、地质、岩土、结构、工程经济等知识为一体的综合运算分析过程，挡土墙类型的选择和优化设计必须结合工程地质、地形、材料等情况，充分考虑外部环境条件要求及施工的可行性，同时对自然环境进行充分调查并做好附属工程的设计，以确保挡土墙的长期使用。对于山坡冲沟下游、陡坡路基、地质稳定性较差、改建公路保通要求高的路段，采用桩基托梁挡土墙方案是有效可行的，特别是在山区二、三级公路升级改造设计中有广泛的应用前景。

[1]王舒扬.桩基挡土墙在高速铁路陡坡路基中的应用[J].铁道勘察，2015(6)

[2]中交路桥技术有限公司.公路工程抗震规范[S].北京：人民交通出版社，2013

[3]张德保.吕临(孟)铁路陡坡路堤桩基托梁挡土墙设计[J].铁道勘察，2010(2)

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

JIA Wenxing

2016-01-20

贾文兴(1980—)，男，2008年毕业于长安大学，工程师。

1672-7479(2016)02-0037-03

U417.1+1

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