防滑凸榫在公路擋土墻中的應用探討

劉新安 易炳洪

（中交二航局 第四工程有限公司，安徽 蕪湖210000）

1 防滑凸榫作用原理

凸榫及在公路擋土墻底設置一個榫狀外凸結構，利用該機構與墻前土體的摩擦力來提供額外的抗滑力，來防止擋土墻水平位移，提高擋土墻水平抗滑力，根據文獻[1]可知，擋土墻后發生被動土壓力Ep所對應的擋土墻位移δ 要大于發生主動土壓力時的位移值，可見在相同物理性質填土的情況下，主動土壓力小于靜止土壓力，而靜止土壓力遠小于被動土壓力，即有：

由此可見，利用好墻前的被動土壓力可最大強度的提高公路擋土墻抗滑能力。

2 防滑凸榫扶壁結構的抗滑穩定計算

2.1 普通重力式擋土墻抗滑機理

根據《公路擋土墻設計規范》，抗滑系數由抗滑力與滑移力的比值確定：

式中， ∑G 為作用在擋土墻上全部垂直于水平面的荷載，kN,按（式3）計算；f 為擋土墻底面與地基之間的摩察系數；∑H 為作用在擋土墻上全部平行于基底面的荷載，kN。 對于墻背垂直光滑且填土面水平時，可按（式3）計算。

式中，E胸墻、E扶壁、E肋板、E回填土分別為胸墻、扶壁、肋板、墻后回填土自重產生的荷載，E均布為填土表面的均布荷載；Ea為墻后填土產生的水平方向滑移力；E均布為填土表面的均布荷載產生的水平方向滑移力；E線荷為填土表面的線荷載產生的水平方向滑移力；E其它為其它荷載產生的水平方向滑移力。

本文計算對象針對非粘性填土，因此各公式中墻后填土產生的水平方向滑移力、填土表面的均布荷載、填土表面的線荷載產生的水平方向滑移力可按下式計算：

其中，γ 為墻后填土的重度；γ' 為墻后填土的浮容重；H 為填土高度；h2為墻后地下水位高度；h1為墻后地下水位以上填土高度；Ka為主動土壓力系數；θ為墻后填土破壞面與水平面的夾角，當墻背垂直光滑且填土面水平時，取θ=45°+φ/2。 q 為填土表面均布荷載大??；QL為填土表面線荷載大小；a 為線荷載距墻頂的水平距離。

2.2 帶凸榫擋土墻抗滑機理

公路擋土墻加凸榫后，榫前增加的被動土壓力與加凸榫前的水平抗滑力共同防止擋土墻滑移，因此，可將設置凸榫后擋土墻的抗滑安全系數表示為：

式中，σP為榫前土的被動土壓力平均值，可按（式8）計算；Ht為凸榫的高度；B2為凸榫前端到墻踵的長度， 即Bt+Bt2；σ2、σ3分別為墻踵及凸榫前緣側基底壓應力，其中σ1即基地最大壓應力σmax，σ2即基地最小壓應力σmin（圖1）。

圖1 防滑凸榫計算簡圖

3 凸榫的體型設計

3.1 凸榫的位置確定

為防止擋土墻凸榫前趾土不因塑性過大產生破壞，因此榫前墻趾必須處于兩包線的夾角范圍內（圖2），因此，凸榫前趾距離、凸榫寬度就有以下限制條件：

圖2 擋土墻凸榫尺寸要求

在公式9 與公式10 的限制條件下， 擋土墻凸榫前趾的最小距離可表示為：

3.2 凸榫的高度計算

由公式6 及公式8 可以推出：

3.3 凸榫的寬度計算

1）按截面彎矩求解：

2）按截面剪力求解：

式中，ft為混凝土抗拉強度設計值；σj［］為容許剪應力。

為同時滿足抗剪抗彎要求，取二式計算結果的最大值作為設計凸榫的寬度。

4 凸榫的體型設計

采用防滑凸榫扶壁式機構可以大幅度提高抗滑力，減小斷面尺寸，節省工程投資，提高經濟效益。 該種結構為新型結構，雖然理論充分，但是具體效果應該通過相關實際工程或者模型實驗進一步驗證。

［1］陳仲頤，周景星，王洪瑾，等.土力學[M].北京：清華大學出版社，1994.

［2］何思明，朱平一，張小剛.帶抗滑鍵的擋土墻設計[J].巖石力學與工程學報，2003，22（7）：1211-1215.

［3］梅國雄，宰金珉.考慮位移影響的土壓力近似計算方法[J].巖土力學，2001，22（1）：83-85.

［4］劉建航，侯學淵.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1997.

［5］尉希成.支擋結構設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1995.

［6］陳忠達.公路擋土墻設計[M].北京：人民交通出版社，1999.