衡重式擋土墻的設(shè)計(jì)與分析王紅天津市綠通環(huán)保工程設(shè)備開發(fā)有限公司300384摘要:衡重式擋土墻以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式利用衡重臺(tái)上填土重量和墻身自重共同作用維持其穩(wěn)定、使地基應(yīng)力分布均勻、在材料用量上比重力式或半重力式少、基礎(chǔ)開挖和回填方量大大減少、衡重臺(tái)上的較大的容納空間使上墻墻背増加緩沖墻后,可作為攔截崩墜石用等優(yōu)勢(shì)在鐵路、公路、水利以及工民建工程的建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:衡重式;擋土墻;設(shè)計(jì)與分析中圖分類號(hào):S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào)衡重式擋土墻概述衡重式擋土墻是為適應(yīng)我國(guó)西南山區(qū)地形陡峻的特點(diǎn)于20世紀(jì)50年代在我國(guó)形成的一種重力式擋土墻,最早在寶(雞)成(都)鐵路廣元至略陽(yáng)段使用。將普通的重力式擋土墻四邊形斷面靠填土一側(cè)上部切掉一角形成衡重臺(tái),在衡重臺(tái)上以土重代替圬工重,既可使斷面較為經(jīng)濟(jì),又增加了穩(wěn)定力矩,這是衡重式擋土墻的優(yōu)點(diǎn)和獨(dú)到之處。衡重式擋土墻較普通的重力式擋土墻可節(jié)省圬工20%~30%。目前衡重式擋土墻是我國(guó)山區(qū)鐵路應(yīng)用較為廣泛的一種擋墻形式,并已在公路等其他行業(yè)中得到推廣運(yùn)用。近年來(lái),我國(guó)水利事業(yè)迅速發(fā)展,衡重式擋土墻在水利工程的建設(shè)中也屢見不鮮。例如在雙鴨山市定國(guó)水庫(kù)泄洪閘出口處的擋土墻就采用了衡重式擋土墻。衡重式擋土墻在道路工程中使用廣泛,多用作陡坡路基的路肩墻。但在峽谷地段陡坡路基多,塹坡高陡,山洪暴發(fā)易沖刷線路,常采用衡重式擋土墻防護(hù)崩塌落石或溜塌滑坡,這樣可以減少工程數(shù)量,解決施工難度,節(jié)約工程造價(jià),也有利于線路以后的安全使用與病害的防治。中國(guó)煤化工CNMHG衡重式擋土墻設(shè)計(jì)中的問題討論(一)土壓力計(jì)算中等效內(nèi)摩擦角的問題在土壓力的計(jì)算中,一般只考慮主動(dòng)土壓力。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)一般使用庫(kù)侖主動(dòng)土壓力公式計(jì)算,但是庫(kù)侖理論假定墻后填土為砂性土(即c=0),當(dāng)墻后填土為粘性土?xí)r,一般采用等效內(nèi)摩擦角φ0,通常取φ0=35°。等效內(nèi)摩擦角的確定可以采用三種不同的等效條件進(jìn)行折算:(1)抗剪強(qiáng)度相等的條件;(2)朗肯總土壓力相等的條件;(3)朗肯土壓力對(duì)趾部力矩相等。這三種方法的計(jì)算結(jié)果都表明φ0隨擋土墻高度的增大而減小,如不考慮這種減少的影響,對(duì)高擋土墻的設(shè)計(jì)是偏不安全的。使用等效內(nèi)摩擦角的方法對(duì)填土高度6~8m時(shí)較為合適,用此角度計(jì)算髙墻或低墻土壓力時(shí)則產(chǎn)生低墻偏大,高墻偏小的缺陷,依據(jù)它所設(shè)計(jì)出的擋土墻截面則低墻保守,高墻危險(xiǎn)。通過分析三種等效內(nèi)摩擦角算法,從中選擇一種較為合理而又簡(jiǎn)便的等效內(nèi)摩擦角的折算方法,便于直接采用庫(kù)侖理論及其計(jì)算公式設(shè)計(jì)高擋土墻,即先按朗肯總土壓力相等的條件折算等效內(nèi)摩擦角,再用庫(kù)侖理論及其計(jì)算公式計(jì)算土壓力。(二)軟土地基中衡重式擋土墻的結(jié)構(gòu)地基承載力驗(yàn)算是擋土墻設(shè)計(jì)中的必須內(nèi)容。在軟土地基中修筑衡重式擋土墻時(shí),其結(jié)構(gòu)形式與地基承載力有著直接的關(guān)系。通過改變擋土墻結(jié)構(gòu)(譬如,適當(dāng)加寬擋土墻底寬),同時(shí)采用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)地基進(jìn)行加固處理,就可以使地基滿足衡重式擋土墻修筑的要求。在鶴大線黑石礁至河口段一級(jí)公里的改擴(kuò)建工程中,通過改變擋墻結(jié)構(gòu)和用砂礫墊層加固地基的辦法進(jìn)行衡重式擋土墻修建的,這樣,既節(jié)省了挖方和填方量,又縮短了工期。擋墻底面加寬時(shí),需考慮以下事項(xiàng):(1)基礎(chǔ)從哪邊加寬要視墻后不同的填筑材料及計(jì)算的偏心距而定,偏心距越小越好,出現(xiàn)負(fù)偏心距更利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。(2)基礎(chǔ)加寬多少,要根據(jù)基礎(chǔ)所用不同材料、控制其擴(kuò)散角在30°~40°為宜。(3)加寬后,基礎(chǔ)與墻身聯(lián)結(jié)的變截面處最好砌成弧形,以防應(yīng)力集中產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象。(三)浸水條件下衡重式擋土墻的設(shè)計(jì)中國(guó)煤化工浸水擋土墻在水利工程中較為常用。對(duì)其而言,除準(zhǔn)CNMHG外,還要受到正常蓄水或設(shè)計(jì)洪水位時(shí)的靜水壓力及揚(yáng)壓力、設(shè)計(jì)洪水位情況下泄流時(shí)的動(dòng)水壓力。上下墻的土壓力計(jì)算都要考慮浸水條件,即水對(duì)填土的影響。穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)要考慮靜水壓力、動(dòng)水壓力以及墻內(nèi)外壓力差的影響某除險(xiǎn)加固工程溢洪道槽段混凝土邊墻處傾斜開裂的實(shí)例表明,浸水條件下的擋墻設(shè)計(jì)必須同時(shí)重視墻身構(gòu)造和墻后排水,才能達(dá)到運(yùn)行可靠、安全經(jīng)濟(jì)的效果。分析還表明,擋土墻驗(yàn)算可以不進(jìn)行剪應(yīng)力驗(yàn)算,對(duì)浸水條件下?lián)鯄?應(yīng)進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定和截面法向應(yīng)力驗(yàn)算。、衡重式擋土墻的布置擋土墻的布置也是擋土墻設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容,包括擋土墻位置的選定、擋土墻的縱向布置、橫向布置與平面布置,通常在路基斷面圖和墻址縱斷面上進(jìn)行。布置前,應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)路基橫斷面圖,不滿足要求時(shí)應(yīng)補(bǔ)測(cè),并測(cè)繪墻址處的縱斷面圖,收集墻址的地質(zhì)和水文資料。(一)擋土墻位置的選定路塹擋土墻大多設(shè)在邊溝旁。山坡?lián)跬翂?yīng)考慮設(shè)在基礎(chǔ)可靠處,墻的高度應(yīng)保證設(shè)墻后墻頂以上的邊坡穩(wěn)定。路肩擋土墻因可充分收縮坡腳,大量減少填方和占地,當(dāng)路肩墻和路堤墻的墻髙和截面圬工數(shù)量相近、基礎(chǔ)情況相似時(shí),應(yīng)優(yōu)先選用路肩墻,按路基寬布置擋土墻位置。若路堤墻的高度或圬工數(shù)量比路肩墻顯著降低大,而且基礎(chǔ)可靠時(shí),宜選用路堤墻。必要時(shí)應(yīng)做技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較以確定墻的位置。沿河路堤設(shè)置擋土墻時(shí),應(yīng)結(jié)合河流的水文、地質(zhì)情況以及河道工程來(lái)布置,注意設(shè)墻后仍應(yīng)保持水流順暢,不致擠壓河道而引起局部沖刷。(二)縱向布置縱向布置在墻址縱斷面圖上進(jìn)行,布置后繪成擋土墻正面圖,布置內(nèi)容有:(1)確定擋土墻的起砌點(diǎn)和墻長(zhǎng),選擇擋土墻與路基或砌體結(jié)構(gòu)物的銜接方式。路肩擋土墻端部可以嵌入石質(zhì)路塹中,或采用錐坡與路堤銜接;與橋臺(tái)連接時(shí),為了防止墻后回填土從橋臺(tái)尾端與擋土墻連接處的空隙溜岀,需在臺(tái)尾與擋土墻之間設(shè)置隔墻及接頭墻。路塹擋土墻在隧道泂口應(yīng)結(jié)合隧道洞門、翼墻的設(shè)置情況平順銜接;與路塹邊坡銜接時(shí),一般將墻高逐漸降低至2m以下,使邊坡坡腳不致伸入邊溝內(nèi),有時(shí)也可用橫向端墻連接中國(guó)煤化工CNMHG(2)按地基、地形及墻身斷面變化情況進(jìn)行分段,確定伸縮縫和沉降縫位置。(3)布置各段擋土墻的基礎(chǔ)。墻趾地面有縱坡時(shí),擋土墻的基底宜做成不大于5%的縱坡。但地基為巖石時(shí),為減少開挖,可縱向做成臺(tái)階。臺(tái)階尺寸應(yīng)隨縱坡大小而定,但其高寬比不宜大于1:2。(4)布置泄水孔的位置,包括數(shù)量、間隔和尺寸等。(5)此外,在布置圖上應(yīng)注明各特征斷面的樁號(hào),以及墻頂、基礎(chǔ)頂面、基底、沖刷線、冰凍線、常水位或設(shè)計(jì)洪水位的標(biāo)高等。參考文獻(xiàn):]應(yīng)宏偉,謝康和,潘秋元等土與變形完全禍合的擋土結(jié)構(gòu)分析方法土木工程學(xué)報(bào),200033(2):96-100中國(guó)煤化工CNMHG