現(xiàn)狀鐵路地道磚砌擋土墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

鄭 娜，劉家富

［1.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092；2. 天津海河金岸投資建設(shè)開發(fā)有限公司，天津市300000］

0 引 言

擋土墻主要起到對兩側(cè)土體的支撐作用，防止土體塌滑。采用砌體結(jié)構(gòu)取材方便、造價(jià)低廉，較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

擋土墻承受外側(cè)的土壓力，隨著土體高度加大，擋墻承擔(dān)的土壓力隨之增大，土壓力產(chǎn)生的彎矩和剪力也越大。由于磚砌體結(jié)構(gòu)的抗彎承載能力和抗剪承載能力較差，需要對磚砌擋土墻的抗彎、抗剪、抗滑移等能力進(jìn)行驗(yàn)算，來探討現(xiàn)狀地道非機(jī)動(dòng)車道外側(cè)不同高度擋土墻的結(jié)構(gòu)形式。

1 項(xiàng)目概述

滄州市黃河路為城市主干路，設(shè)計(jì)車速60 km/h，道路紅線寬度80 m；現(xiàn)狀京滬鐵路段為雙線電氣化鐵路，沿途大都為沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地帶，是中國目前最繁忙的鐵路干線之一，該工程建設(shè)需跨越現(xiàn)狀京滬鐵路。黃河路主線新建高架橋連續(xù)跨越清池大道、規(guī)劃鐵路西街、京滬鐵路及千童大道，現(xiàn)狀黃河路下穿京滬鐵路地道為雙向2 車道，是黃河路交通瓶頸。

黃河路下穿京滬鐵路處地道的現(xiàn)狀擋墻建成較久，且黃河路改擴(kuò)建后現(xiàn)狀的擋墻多處損壞，安全性較低，需要對擋墻進(jìn)行修復(fù)（見圖1）。由于靠近鐵路，施工受限，故地道兩側(cè)緊鄰框構(gòu)的未破壞擋墻原則上予以保留，對于局部傾斜段應(yīng)自上而下修復(fù)，嚴(yán)格避免超挖；其余段擋墻應(yīng)挖除原基礎(chǔ)，重新砌筑。

圖1 原黃河路下穿京滬鐵路地道外側(cè)磚砌擋墻

2 計(jì)算過程

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

墻身尺寸如圖2 所示，墻頂寬0.24 m，面坡傾斜坡度1∶0.000，背坡傾斜坡度1∶0.000，墻身埋深0.6 m，壓頂寬度0.24 m，壓頂高度不小于0.15 m。

Ⅰ型擋土墻墻身高不小于0.5 m。

Ⅱ型擋土墻墻身高0.5 m＜H≤1.0 m（一級(jí)墻高0.5 m，二級(jí)墻高H-0.5 m）。

Ⅲ型擋土墻墻身高大于1.0 m（一級(jí)墻高0.5 m，二級(jí)墻高0.5 m，三級(jí)墻高H-1.0 m），每10 m 的擋墻，設(shè)置兩個(gè)加筋柱，配筋如圖2 所示。

物理參數(shù)如下：

砌體種類為燒結(jié)普通磚，磚砌墻體容重γ=19.000 kN/m3，墻后填土內(nèi)摩擦角φ=19°，土的黏聚力c=13.5 kPa，土的重度γ=20.1 kN/m3，擋墻分段長度10.000 m。

地道以西擋土墻：地面橫坡1.5%，墻頂標(biāo)高6.9 m。

地道以東擋土墻：地面橫坡1.5%，墻頂標(biāo)高6.5 m。

2.2 主動(dòng)土壓力及臨界高度計(jì)算

主動(dòng)土壓力及臨界高度計(jì)算如下：

圖2 Ⅲ類磚砌擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

式中：Ea為主動(dòng)土壓力標(biāo)準(zhǔn)值；h 為擋土墻的高度；ea為擋墻底部的主動(dòng)土壓力；z0為擋墻頂?shù)脚R界點(diǎn)的高度。

當(dāng)ea＜0 時(shí)，取ea=0，此時(shí)的臨界高度z0=h=

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013），ka=tan2（45°-0.5×19°）=0.51，z0=1.88 m。

即高度h＞1.88 m 的情況，才會(huì)受到主動(dòng)土壓力。Ⅰ型擋土墻（H≤0.5 m）和Ⅱ型擋土墻（0.5 m＜H≤1.0 m）都不會(huì)受到主動(dòng)土壓力，故抗彎能力、抗剪能力、抗傾覆能力、抗滑動(dòng)能力都符合要求。故只需要驗(yàn)算Ⅲ型擋土墻（該工程1.0 m＜H≤2.2 m）即可。

2.3 受彎承載力計(jì)算

受彎構(gòu)件的受彎承載力應(yīng)滿足下式要求：

Ⅲ型擋土最高處h=2.2 m。

擋墻底主動(dòng)土壓力：ea=（20.1×2.2+0）×0.51-2×13.5×=3.27（kN）。

主動(dòng)土壓力合力：Ea=0.5×3.27×（2.2-1.88）=0.52（kN）。

彎矩設(shè)計(jì)值：M=0.5×4.33×2.2×2.2/3=0.48（kN·m）。

M＜ftmW，故抗彎能力符合要求。

2.4 受剪承載力計(jì)算

受彎構(gòu)件的受剪承載力應(yīng)滿足下式要求：

式中：V 為剪力設(shè)計(jì)值；fv為砌體的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，此次擋土墻設(shè)計(jì)中采用0.17；b 為截面寬度；z 為內(nèi)力臂，當(dāng)截面為矩形時(shí)，取z=2h/3（h 為截面高度）；I 為截面慣性矩；S 為截面面積矩。

Ⅲ型擋土墻最高處h=2.2 m。

擋墻底主動(dòng)土壓力：ea=（20.1×2.2+0）×0.51-2×13.5×=3.27（kN）。

主動(dòng)土壓力合力：Ea=0.5×3.27×（2.2-1.88）=0.52（kN）。

剪力設(shè)計(jì)值：V=Ea=0.52 kN。

V＜fvbz，故抗剪能力符合要求。

2.5 抗傾覆能力計(jì)算

式中：k0為抗傾覆系數(shù)，根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015），當(dāng)k0≥1.5 時(shí)滿足抗傾覆要求；G為作用于基底以上的重力；ZG為墻身重力、基礎(chǔ)重力、基礎(chǔ)上填土的重力及作用于墻頂?shù)钠渌奢d的豎向合力重心到墻趾的距離；Ey為墻后主動(dòng)土壓力的豎向分量；Zx為墻后主動(dòng)土壓力的豎向分量到墻趾的距離；Ex為墻后主動(dòng)土壓力的水平分量；Zy為墻后主動(dòng)土壓力的水平分量到墻趾的距離；E'p為墻前被動(dòng)土壓力的水平分量的0.3 倍；Zp為墻前被動(dòng)土壓力的水平分量到墻趾的距離。

Ⅲ型擋土最高處h=2.2 m。

故抗傾覆能力均滿足要求。

2.6 抗滑動(dòng)能力計(jì)算

式中：kc為抗滑動(dòng)系數(shù)，根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015），當(dāng)kc≥1.3 時(shí)滿足抗滑動(dòng)要求；N為作用于基底上合力的豎向分力；α0為基底傾斜角；μ 為基底與地基間的摩擦系數(shù)，可查表，參照《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）。

Ⅲ型擋土最高處h=2.2 m。

kc=20.043×0.3/3.23=1.86＞1.3。故抗滑動(dòng)能力均滿足要求。

3 結(jié) 語

通過對特定工程條件下的計(jì)算得出以下結(jié)論：

（1）擋墻高度大于1.88 m 的情況，墻身才會(huì)受到主動(dòng)土壓力。

（2）擋墻高度不大于2.2 m，磚砌擋墻（有加筋柱）的抗彎能力、抗剪能力、抗傾覆能力、抗滑動(dòng)能力都符合要求。

本文結(jié)論是在特定工程條件下計(jì)算得出，當(dāng)工程實(shí)際與假定工程條件相同或相近時(shí)，可直接參考本文結(jié)論。當(dāng)實(shí)際工程與本文工程條件相差較大，應(yīng)對本文結(jié)論進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整和計(jì)算再用于參考。