衡重式挡土墙优化设计及应用

衡重式挡土墙优化设计及应用

0新型衡重式挡墙设计在高速公路上，为了尽量减少耕地、填充土壤和边坡的压力，防止边板变形变得稳定，通常采用各种形状的挡土结构。衡重式挡墙具有结构简单,取材容易,施工简便等特点,在公路工程中得到广泛应用研究发现影响挡墙截面的主要因素是地基承载力和上墙截面强度。目前在改善衡重式挡墙对地基承载力要求较高的问题上,已设计出一些新型支挡结构。桩基托梁挡土墙和短卸荷板式挡土墙结构很早就在铁路中被采用,其中张敏对桩基托梁挡墙计算模型进行了研究,并结合工程实际验证了计算模型的合理性针对这一问题,本文提出了一种新型衡重式挡墙设计方法,由钢筋混凝土悬臂式上墙和浆砌石料下墙组成,如图1所示。创新点在于:采用钢筋砼替代了片石上墙,不仅有效地减少了上墙的截面面积,配合下墙的浆砌片石,使得整个挡墙截面较大缩小,结构轻型化;而且上墙做成仰斜式,承受的土压力更小1路微生物边坡广西某新建高速公路4标段里程为K2+345~K2+378段道路右侧挖方边坡拟设计路堑挡土墙,其边坡高差13.4m,坡率近1∶1.3。据地质勘察,山坡基础为中密砾石土,其物理力学指标见表1。2边坡防护设计2.1摩擦角的应用,是等效内摩擦角的行为本文边坡治理方案采用北京理正岩土软件计算,为了弥补该软件计算土压力时存在的不足,采用等效内摩擦角的方法进行折算。根据以往经验,使用等效内摩擦角方法对6~8m墙高时较为适合,墙高增加将导致计算结果偏于危险墙体采用浆砌片石(M7.5),其重度为γ=23kN/m2.2式平衡保土墙2.2.1进行知识普压式挡墙组合式衡重挡墙边坡治理方案设计思路:(1)根据传统衡重式挡土墙边坡治理方案的挡墙总高、上墙高以及墙后仰坡坡率,利用理正软件,进行组合式衡重挡墙设计,计算模型按照传统浆砌片石衡重式挡墙,并验证其整体的抗倾覆、抗滑移、地基承载能力、墙底抗压强度等指标;(2)由于组合式衡重挡墙立墙做得很薄,而且浆砌石料的抗剪(拉)强度很低,故上墙衡重平台处截面的强度一般不能满足,故应根据软件计算的上墙土压力,进行钢筋混凝土悬臂式挡墙设计,替代浆砌片石上墙。组合式衡重挡墙如图1所示。2.2.2抗倾覆、抗滑移、基底压力检测组合式衡重挡墙总高7.00m,面坡倾斜坡度为:1∶0.10。其中悬臂式上墙截面尺寸为:(1)挡墙总高2.80m;(2)墙顶宽0.60m;(3)墙踵悬挑长1.50m;(4)背坡倾斜坡度:1∶-0.10;(5)墙踵根部高0.50;(6)墙踵端部高0.50;(7)挂钩长0.30m。浆砌片石下墙截面尺寸为:(8)下墙背倾斜1∶-0.20;(9)墙趾台阶宽0.20m;(10)墙趾台阶高0.30m,如图3所示。钢筋混凝土上墙断面面积A组合式挡墙墙身采用了2种材料,本不能利用理正软件对组合式挡墙进行验算,但是,可以做如下简化,使问题迎刃而解。如图3所示,将下墙背倾斜线向上延伸至墙踵悬挑平台,忽略倾斜线右边挂钩部分,整个截面视为浆砌片石组成,计算模型如图4所示。这样简化实际上降低了挡墙的压重和墙身自重,如果按照这种简化模型计算,将使抗倾覆、抗滑移、基底压力等偏小。这对于抗倾覆、抗滑移是偏安全的;对于地基验算则是偏不安全的,但是如果地基承载力富余值大,这样的简化将不会带来较大的影响,故也是可行的。各组合最不利结果如表3所示。但上墙截面弯曲拉应力170.698kPa超过了片石砌筑(M7.5)弯曲抗拉强度89kPa2.2.3主筋和腹筋土压力比较由图4计算模型可知:作用在上墙背的库仑主动土压力参数如表4所示。钢筋混凝土悬臂式挡墙计算模型如图5所示。墙体采用C20混凝土,主筋级别HRB335,腹筋采用HPB300,其重度为γ=25kN/m比较表4比表5可知:按图4计算模型所得的上墙土压力比按图5的小,故如果计算模型按后者计算满足了各项要求,前者是偏安全的。通过计算结果可知:抗倾覆验算满足(K2.2.4上下墙热墙砌体强度由图5计算模型,滑移力F=51.658kN,在上部和下部挡墙连接处产生的最大剪应力为τ=51.658/1.81=28.54kPa,均小于浆砌片石和C20混凝土的抗剪强度,故连接处抗剪强度满足要求。3价值估算—两种治理方案对比修筑挡土墙属于分项工程,费用主要包括材料费、土石方费、人工费、机械设备费等,其各项单价可查《公路工程机械台班费用定额》(JTG/T06—03—2007)根据表6工程量,按广西地区行业标准采用预算软件智多星对两方案进行造价预算。通过计算可知,传统衡重式挡墙造价为171505.72元,组合式衡重挡墙造价为139061.61元,较传统衡重式节约18.9%,可见组合式衡重挡墙经济效益相当乐观。而且组合式衡重挡墙的截面较传统挡墙的小,减少土地占用率,致使被开挖山体减少,可大大减少生态的破坏。4新型挡土墙的特点本文提出了一种新型衡重式挡土墙设计方法,结合边坡治理工程实例,通过理正岩土的挡土墙设计计算对其进行了整体的抗倾覆、抗滑移、地基承载能力,以及上墙的强度和稳定性验算等,并与传统衡重式挡墙设计方法进行了对比,得出了如下结论:(1)钢筋混凝土一砌体组合挡土墙设计,将悬臂式和衡重式挡墙的优点集于一身,充分利用材料的性能以及钢筋砼与砌体的共同作用,因而使挡土墙结构轻型化,圬工体积大大降低,大幅度地节省了工程费用和工期。通过造价预算,按本设计方法较传统设计方法可以节省18.9%的造价,大大降低了成本。(2)上墙做成仰斜式,承受的土压力更小,并且采用高强度的钢筋砼塑性破坏材料,替代了片石材料,不仅安全性提高了,还可减少上墙的截面面积,配合