某公路改建工程鋼筋混凝土懸臂式擋土墻設計

商兆娟

1 概述

上海六奉公路(滬南公路—匯技路)改建工程全長402.712 m，為城市次干路Ⅰ級，計算行車速度為50 km/h，由于本次改建工程沿線多為工業區和居民區，從美觀的角度考慮選擇了鋼筋混凝土懸臂式擋墻。

根據本工程的勘察資料，地基土承載力見表1。

表1 地基土承載力一覽表

根據地質情況和驗算資料本工程設計墻底鋪設0.2 m厚的C15混凝土墊層，當墻高大于3.5 m小于5 m時采用8.0 m的預制方樁處理地基，當墻高大于5 m小于6 m用12.0 m的預制方樁處理。

懸臂式擋土墻是由立壁(墻板)和墻底板(包括墻趾板和墻踵板)組成，呈倒“T”字形，具有三個懸臂，即立壁、墻趾板和墻踵板。

鋼筋混凝土懸臂式擋土墻設計，包括墻身構造設計、墻身截面尺寸的擬定、結構穩定性和基底應力驗算以及墻身配筋計算、裂縫配筋計算、裂縫開展寬度驗算等。

2 尺寸擬定及構造設計

2.1 尺寸擬定

鋼筋混凝土懸臂式擋土墻的設計，一般應采用先確定組成墻體各構件的概略幾何尺寸，再進行鋼筋混凝土結構設計的計算過程，確定構件概略幾何尺寸通常按地基承載力、基底合力偏心要求及擋土墻抗滑穩定性，抗傾覆穩定性等外部穩定條件，通過試算法求出。需要時應對墻體可能發生的深層滑動穩定性進行驗算。

鋼筋混凝土結構設計是在已確定的構件概略幾何尺寸下進行內力計算、配置鋼筋及構件變形與裂縫寬度驗算，在此過程中往往需要調整初擬的構件截面幾何尺寸，但一般對擋土墻的外部穩定性影響不大。

2.2 構造設計

1)鋼筋混凝土擋土墻分段長度不應大于15 m，段間設置沉降縫和伸縮縫。

2)為了便于施工，立壁內側宜做成豎直面，外側坡度一般為1∶0.02～1∶0.05，具體坡度值應根據立壁的強度和剛度要求確定，當擋土墻高度不大時，立壁做成等厚度。

3)墻底板一般水平設置，底面水平。墻趾板的頂面一般從與立壁連接處向趾端傾斜。墻踵板頂面水平，但也可做成向踵端傾斜。墻底板厚度不應小于0.3 m。此項目構造斷面及鋼筋斷面尺寸見圖1。

3 計算結果

根據理正計算軟件計算:

1)墻身尺寸及物理參數見表2。

2)土壓力計算。

計算高度為4.500 m處的庫侖主動土壓力:無荷載時的破裂角=30.270°。按假想墻背計算得到:第1破裂角:27.600°。Ea=118.472，Ex=49.142，Ey=107.799 kN。作用點高度:Zy=1.500 m。因為俯斜墻背，需判斷第二破裂面是否存在，計算后發現第二破裂面存在:第2破裂角 =27.493°，第 1破裂角 =27.500°。Ea=106.933，Ex=49.388，Ey=94.844 kN。作用點高度:Zy=1.500 m。墻身截面積=3.446 m2，重量=86.156 kN。整個墻踵上的土重=96.564 kN;重心坐標(1.183，－2.506)(相對于墻面坡上角點)。墻踵懸挑板上的土重 =79.127 kN;重心坐標(1.334，－2.631)(相對于墻面坡上角點)。墻趾板上的土重=3.060 kN;相對于趾點力臂=0.425 m。

3)滑動穩定性驗算。

基底摩擦系數 =0.250。滑移力 =49.388 kN，抗滑力 =70.156 kN。滑移驗算滿足:Kc=1.421＞1.300。滑動穩定方程驗算:滑動穩定方程滿足:方程值=25.413 kN＞0.0。

表2 墻身尺寸及物理參數

4)傾覆穩定性驗算。

驗算擋土墻繞墻趾的傾覆穩定性。傾覆力矩=74.082 kN·m，抗傾覆力矩 =623.502 kN·m。傾覆驗算滿足:K0=8.416＞1.500。傾覆穩定方程驗算:傾覆穩定方程滿足:方程值 =483.322 kN·m ＞0.0。

5)地基應力及偏心距驗算。

基礎為天然地基，驗算墻底偏心距及壓應力，作用于基礎底的總豎向力 =280.625 kN，作用于墻趾下點的總彎矩 =549.420 kN·m。基礎底面寬度:B=3.870 m，偏心距:e=－0.023 m。

基礎底面合力作用點距離基礎趾點的距離:Zn=1.958 m。基底壓應力:趾部=69.944，踵部=75.081 kPa。最大應力與最小應力之比=75.081/69.944=1.073。作用于基底的合力偏心距驗算滿足:e= －0.023 ＜0.167 ×3.870=0.645 m。地基承載力驗算滿足:最大壓應力 =75.081 ＜80.000 kPa。

6)墻趾板強度計算。

標準值:作用于基礎底的總豎向力=280.625 kN，作用于墻趾下點的總彎矩=549.420 kN·m。基礎底面寬度:B=3.870 m，偏心距:e= －0.023 m。

基礎底面合力作用點距離趾點的距離:Zn=1.958 m。基礎底壓應力:趾點 =69.944;踵點 =75.081 kPa。

設計值:作用于基礎底的總豎向力=280.625 kN;作用于墻趾下點的總彎矩=549.420 kN·m。基礎底面寬度:B=3.870 m;偏心距 e= －0.023 m。

基礎底面合力作用點距離趾點的距離:Zn=1.958 m。基礎底壓應力:趾點=69.944;踵點=75.081 kPa。趾板根部:截面高度:H'=0.500 m。截面剪力:Q=46.247 kN。截面抗剪驗算滿足，不需要配抗剪腹筋。截面彎矩:M=19.587 kN·m。抗彎拉筋構造配筋:配筋率Us=0.03% ＜Usmin=0.21%。抗彎受拉筋:As=1 072 mm2。截面彎矩:M標準值=19.587 kN·m。最大裂縫寬度:0.023 mm。

7)墻踵板強度計算。

標準值:作用于基礎底的總豎向力=280.625 kN;作用于墻趾下點的總彎矩=549.420 kN·m。基礎底面寬度:B=3.870 m;偏心距:e= －0.023 m。

基礎底面合力作用點距離趾點的距離:Zn=1.958 m。基礎底壓應力:趾點 =69.944;踵點 =75.081 kPa。

設計值:作用于基礎底的總豎向力=280.625 kN;作用于墻趾下點的總彎矩=549.420 kN·m。基礎底面寬度:B=3.870 m;偏心距:e= －0.023 m。

基礎底面合力作用點距離趾點的距離:Zn=1.958 m。基礎底壓應力:趾點 =69.944;踵點 =75.081 kPa。

a.踵板根部:截面高度:H'=0.500 m。截面剪力:Q=26.754 kN。截面抗剪驗算滿足，不需要配抗剪腹筋。截面彎矩:M=23.220 kN·m。抗彎拉筋構造配筋:配筋率Us=0.03% ＜Usmin=0.21%。抗彎受拉筋:As=1 072 mm2。截面彎矩:M標準值=23.220 kN·m。最大裂縫寬度:0.027 mm。

b.加腋根部:截面高度:H'=0.500 m。截面剪力:Q=30.229 kN。截面抗剪驗算滿足，不需要配抗剪腹筋。截面彎矩:M=30.400 kN·m。抗彎拉筋構造配筋:配筋率Us=0.05% ＜Usmin=0.21%。抗彎受拉筋:As=1 072 mm2。截面彎矩:M標準值=30.400 kN·m。最大裂縫寬度:0.036 mm。

8)立墻截面強度驗算(距離墻頂4.000 m處)。

截面寬度:B'=0.370 m。截面剪力:Q=39.023 kN。截面彎矩:M=52.030 kN·m。截面彎矩:M標準值=52.030 kN·m。截面抗剪驗算滿足，不需要配抗剪腹筋。抗彎拉筋構造配筋:配筋率Us=0.15% ＜Usmin=0.21%。抗彎受拉筋:As=794 mm2。最大裂縫寬度:0.318 mm。

4 結語

鋼筋混凝土懸臂式擋土墻是路基防護工程的重要組成部分。占地少，美觀，工期快，在市政道路中，懸臂式擋土墻的應用將更為廣泛。

［1］ 陳忠達.公路擋土墻設計［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［2］ 鄧學鈞.路基路面工程［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［3］ 王景環，傅紹娟.二級新型懸臂式擋土墻有限元分析［J］.山西建筑，2010，36(13):79-80.