賈文興
(中鐵工程設計咨詢集團有限公司鄭州設計院,河南鄭州 450000)
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樁基托梁擋土墻在改建公路中的應用
賈文興
(中鐵工程設計咨詢集團有限公司鄭州設計院,河南鄭州450000)
結合巴基斯坦國道公路網修復項目中擋墻設計,闡述樁基托梁擋土墻在公路改建中的設計與計算。
樁基托梁擋土墻陡坡路基山區改建公路
擋土墻被用來支撐路基填土或山坡坡體,防止填土坍塌、滑移失穩,在山區公路中應用尤為廣泛,結構形式也各式各樣,公路上最為常用的形式有重力式、衡重式、加筋土、樁板式等。上述擋土墻通過自身重力或擋土墻與地基土、樁與地基土、擋土墻與墻背厚填土之間的摩擦作用保持路基穩定。巴基斯坦國道公路網修復項目部分支擋工點采用樁基托梁式擋土墻。
樁基托梁擋土墻是樁與擋土墻的組合形式,擋土墻與樁基通過托梁相連接,擋土墻上所受力通過托梁傳遞給樁基,來滿足地基承載力以及抵抗土體下滑力。樁基托梁能夠有效降低擋墻高度,解決地基承載力不足的問題,避免或減少大面積開挖造成的路基失穩,通常應用在高陡邊坡、地質條件較差的路段,具有其獨特的優點。
巴基斯坦國道公路網修復項目N35為中國無償援建項目,設計采用中國二級公路設計標準。該道路又名喀喇昆侖公路、中巴公路,是巴基斯坦北部通往首都的唯一一條公路。位于巴基斯坦北部次級喜馬拉雅山脈中低山區,特點是坡陡、谷深,道路倚山傍河,地形崎嶇坎坷。K245+980-K246+022擋土墻位于山間沖溝下游。該段道路寬約4 m,僅能容車輛單向緩慢通行,溝底至路面高差約20 m,垮塌后的道路邊坡坡度在43°-63°之間 。該段地層巖性為:筑土、碎石夾塊石、中風化輝長巖,項目所在區域地震動峰值加速度為0.30g,抗震設防烈度為8度。
擋土墻基礎位置土質表層10 m為人工填土或上游沖下的碎石土,地基承載力較低,自穩性較差,受季節性匯水影響大,溝底距路肩高差約20 m??紤]擋土墻基礎穩定性要求、地基承載力要求、擋土墻墻高要求及道路保通要求,設計采用樁基托梁擋土墻(見圖1)。
圖1 鋼筋混凝土樁基托梁擋土墻斷面圖及平面布置(單位:m)
2.1荷載組合
(1)基本組合
1.2Gmax+0.9Gmin+1.0Q
Gmax為全部作用荷載對擋土墻結構起不利作用的力;Gmin為全部作用荷載對擋土墻結構起有利作用的力;Q為作用在路面上的車輛荷載和行人荷載。
(2)偶然組合
Gmax+Gmin+EihEih=CiCzAhΨiGi/g
Ci為抗震重要性系數,此工程為二級公路抗震重點工程取1.3;Cz綜合影響系數,取0.25;Ah水平向地震動峰值加速度,取0.3;Ψi水平地震作用沿墻高的分布系數;Gi第i截面以上墻身圬工重力(kN)。
2.2土壓力計算
樁基擋土墻土壓力計算與一般擋土墻一樣按庫倫第一、第二破裂面進行,臺后及臺前溜坡土壓力按庫倫主動土壓力計算
E=1/2rH2Ka
Ka=
E為庫倫主動土壓力值/kN;Ka為庫倫主動土壓力系數;ψ為墻后填土的內摩擦角,取ψ=35°;δ為墻背與填土內摩擦角,取δ=1/2ψ=17.5°;α為過墻頂的豎直面與墻背面的夾角,豎直面在墻背內取正值, 豎直面在墻背外取負值,本擋土墻取α=14°;β為填土表面與墻頂水平面的夾角,邊坡坡率為1∶1,5,因此本擋墻取β=34°。
2.3地震力計算
(1)臺后填土引起的土壓力
(2)擋土墻本身的地震力
Eih=CiCzAhΨiGi/g
結構計算參數見表1。
利用表1中的擋土墻尺寸以及荷載組合,借助北京理正軟件股份有限公司開發的理正巖土工程計算分析軟件6.0,進行擋土墻穩定性驗算。計算流程如下:
表1 結構計算參數
(1)輸入擋土墻截面尺寸(如圖2)。
(2)輸入荷載及擋土墻物理參數、基礎及荷載分項系數(如圖3)。
(3)生成計算書。
圖2 理正擋土墻6.0擋土墻截面尺寸界面
圖3 理正擋土墻6.0擋土墻類型及物理參數界面
3.1滑動穩定性驗算
Kc=抗滑力/滑移力=915.5/482.5=1.897≥1.100,滑移驗算滿足規范要求。
3.2傾覆穩定性驗算
傾覆驗算滿足:K0=2.287>1.300,傾覆驗算滿足規范要求。
3.3地基應力及偏心距驗算
作用于基底的合力偏心距驗算滿足:e=0.476≤0.200×6.600=1.320 m
3.4基礎強度驗算
基礎為鋼筋混凝土,不作強度驗算。
上墻截面、墻底截面強度、臺頂截面強度驗算均滿足規范要求。
計算程序為MIDAS/Civil, Civil 2006(Release No. 1)。
4.1模型簡介
(1)單元數量:梁單元0個;柱單元40個;
(2)節點數量:43個;
(3)邊界條件數量:2個;
(4)施工階段:1個。
樁基間距5.0 m,按每排樁承擔5 m擋墻荷載計算(如圖4)。
圖4 樁基承臺模型
4.2荷載組合說明
荷載工況如表2。
表2 荷載工況
荷載組合如表3。
驗算結果如圖5、圖6所示。
圖6 cLCB3組合下樁軸力
擋土墻設計是一門集地形、地質、巖土、結構、工程經濟等知識為一體的綜合運算分析過程,擋土墻類型的選擇和優化設計必須結合工程地質、地形、材料等情況,充分考慮外部環境條件要求及施工的可行性,同時對自然環境進行充分調查并做好附屬工程的設計,以確保擋土墻的長期使用。對于山坡沖溝下游、陡坡路基、地質穩定性較差、改建公路保通要求高的路段,采用樁基托梁擋土墻方案是有效可行的,特別是在山區二、三級公路升級改造設計中有廣泛的應用前景。
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Application of Retaining Wall on Supported Beams of Pilefoundation in Highway Reconstruction
JIA Wenxing
2016-01-20
賈文興(1980—),男,2008年畢業于長安大學,工程師。
1672-7479(2016)02-0037-03
U417.1+1
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