衡重式挡土墙的设计与分析

衡重式挡土墙的设计与分析王红天津市绿通环保工程设备开发有限公司300384摘要:衡重式挡土墙以其独特的结构形式利用衡重台上填土重量和墙身自重共同作用维持其稳定、使地基应力分布均匀、在材料用量上比重力式或半重力式少、基础开挖和回填方量大大减少、衡重台上的较大的容纳空间使上墙墙背増加缓冲墙后,可作为拦截崩坠石用等优势在铁路、公路、水利以及工民建工程的建设中得到广泛的应用。关键词:衡重式;挡土墙;设计与分析中图分类号:S611文献标识码:A文章编号衡重式挡土墙概述衡重式挡土墙是为适应我国西南山区地形陡峻的特点于20世纪50年代在我国形成的一种重力式挡土墙,最早在宝(鸡)成(都)铁路广元至略阳段使用。将普通的重力式挡土墙四边形断面靠填土一侧上部切掉一角形成衡重台,在衡重台上以土重代替圬工重,既可使断面较为经济,又增加了稳定力矩,这是衡重式挡土墙的优点和独到之处。衡重式挡土墙较普通的重力式挡土墙可节省圬工20%~30%。目前衡重式挡土墙是我国山区铁路应用较为广泛的一种挡墙形式,并已在公路等其他行业中得到推广运用。近年来,我国水利事业迅速发展,衡重式挡土墙在水利工程的建设中也屡见不鲜。例如在双鸭山市定国水库泄洪闸出口处的挡土墙就采用了衡重式挡土墙。衡重式挡土墙在道路工程中使用广泛,多用作陡坡路基的路肩墙。但在峡谷地段陡坡路基多,堑坡高陡,山洪暴发易冲刷线路,常采用衡重式挡土墙防护崩塌落石或溜塌滑坡,这样可以减少工程数量,解决施工难度,节约工程造价,也有利于线路以后的安全使用与病害的防治。中国煤化工CNMHG衡重式挡土墙设计中的问题讨论(一)土压力计算中等效内摩擦角的问题在土压力的计算中,一般只考虑主动土压力。设计计算时一般使用库仑主动土压力公式计算,但是库仑理论假定墙后填土为砂性土(即c=0),当墙后填土为粘性土时,一般采用等效内摩擦角φ0,通常取φ0=35°。等效内摩擦角的确定可以采用三种不同的等效条件进行折算:(1)抗剪强度相等的条件;(2)朗肯总土压力相等的条件;(3)朗肯土压力对趾部力矩相等。这三种方法的计算结果都表明φ0随挡土墙高度的增大而减小,如不考虑这种减少的影响,对高挡土墙的设计是偏不安全的。使用等效内摩擦角的方法对填土高度6~8m时较为合适,用此角度计算髙墙或低墙土压力时则产生低墙偏大,高墙偏小的缺陷,依据它所设计出的挡土墙截面则低墙保守,高墙危险。通过分析三种等效内摩擦角算法,从中选择一种较为合理而又简便的等效内摩擦角的折算方法,便于直接采用库仑理论及其计算公式设计高挡土墙,即先按朗肯总土压力相等的条件折算等效内摩擦角,再用库仑理论及其计算公式计算土压力。(二)软土地基中衡重式挡土墙的结构地基承载力验算是挡土墙设计中的必须内容。在软土地基中修筑衡重式挡土墙时,其结构形式与地基承载力有着直接的关系。通过改变挡土墙结构(譬如,适当加宽挡土墙底宽),同时采用适当的方法对地基进行加固处理,就可以使地基满足衡重式挡土墙修筑的要求。在鹤大线黑石礁至河口段一级公里的改扩建工程中,通过改变挡墙结构和用砂砾垫层加固地基的办法进行衡重式挡土墙修建的,这样,既节省了挖方和填方量,又缩短了工期。挡墙底面加宽时,需考虑以下事项:(1)基础从哪边加宽要视墙后不同的填筑材料及计算的偏心距而定,偏心距越小越好,出现负偏心距更利于结构的稳定。(2)基础加宽多少,要根据基础所用不同材料、控制其扩散角在30°~40°为宜。(3)加宽后,基础与墙身联结的变截面处最好砌成弧形,以防应力集中产生断裂现象。(三)浸水条件下衡重式挡土墙的设计中国煤化工浸水挡土墙在水利工程中较为常用。对其而言,除准CNMHG外,还要受到正常蓄水或设计洪水位时的静水压力及扬压力、设计洪水位情况下泄流时的动水压力。上下墙的土压力计算都要考虑浸水条件,即水对填土的影响。稳定性验算时要考虑静水压力、动水压力以及墙内外压力差的影响某除险加固工程溢洪道槽段混凝土边墙处倾斜开裂的实例表明,浸水条件下的挡墙设计必须同时重视墙身构造和墙后排水,才能达到运行可靠、安全经济的效果。分析还表明,挡土墙验算可以不进行剪应力验算,对浸水条件下挡墙,应进行抗倾覆稳定和截面法向应力验算。、衡重式挡土墙的布置挡土墙的布置也是挡土墙设计的一个重要内容,包括挡土墙位置的选定、挡土墙的纵向布置、横向布置与平面布置,通常在路基断面图和墙址纵断面上进行。布置前,应现场核对路基横断面图,不满足要求时应补测,并测绘墙址处的纵断面图,收集墙址的地质和水文资料。(一)挡土墙位置的选定路堑挡土墙大多设在边沟旁。山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处,墙的高度应保证设墙后墙顶以上的边坡稳定。路肩挡土墙因可充分收缩坡脚,大量减少填方和占地,当路肩墙和路堤墙的墙髙和截面圬工数量相近、基础情况相似时,应优先选用路肩墙,按路基宽布置挡土墙位置。若路堤墙的高度或圬工数量比路肩墙显著降低大,而且基础可靠时,宜选用路堤墙。必要时应做技术经济比较以确定墙的位置。沿河路堤设置挡土墙时,应结合河流的水文、地质情况以及河道工程来布置,注意设墙后仍应保持水流顺畅,不致挤压河道而引起局部冲刷。(二)纵向布置纵向布置在墙址纵断面图上进行,布置后绘成挡土墙正面图,布置内容有:(1)确定挡土墙的起砌点和墙长,选择挡土墙与路基或砌体结构物的衔接方式。路肩挡土墙端部可以嵌入石质路堑中,或采用锥坡与路堤衔接;与桥台连接时,为了防止墙后回填土从桥台尾端与挡土墙连接处的空隙溜岀,需在台尾与挡土墙之间设置隔墙及接头墙。路堑挡土墙在隧道泂口应结合隧道洞门、翼墙的设置情况平顺衔接;与路堑边坡衔接时,一般将墙高逐渐降低至2m以下,使边坡坡脚不致伸入边沟内,有时也可用横向端墙连接中国煤化工CNMHG(2)按地基、地形及墙身断面变化情况进行分段,确定伸缩缝和沉降缝位置。(3)布置各段挡土墙的基础。墙趾地面有纵坡时,挡土墙的基底宜做成不大于5%的纵坡。但地基为岩石时,为减少开挖,可纵向做成台阶。台阶尺寸应随纵坡大小而定,但其高宽比不宜大于1:2。(4)布置泄水孔的位置,包括数量、间隔和尺寸等。(5)此外,在布置图上应注明各特征断面的桩号,以及墙顶、基础顶面、基底、冲刷线、冰冻线、常水位或设计洪水位的标高等。参考文献:]应宏伟,谢康和,潘秋元等土与变形完全祸合的挡土结构分析方法土木工程学报,200033(2):96-100中国煤化工CNMHG