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(yè)區(qū)和居民區(qū)，從美觀的角度考慮選擇了鋼筋混凝土懸臂式擋墻。

根據(jù)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(jù)地質(zhì)情況和驗算資料本工程設(shè)計墻底鋪設(shè)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(shè)計，包括墻身構(gòu)造設(shè)計、墻身截面尺寸的擬定、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和基底應(yīng)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(gòu)造設(shè)計

2.1 尺寸擬定

鋼筋混凝土懸臂式擋土墻的設(shè)計，一般應(yīng)采用先確定組成墻體各構(gòu)件的概略幾何尺寸，再進行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算過程，確定構(gòu)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(wěn)定性，抗傾覆穩(wěn)定性等外部穩(wěn)定條件，通過試算法求出。需要時應(yīng)對墻體可能發(fā)生的深層滑動穩(wěn)定性進行驗算。

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

2.2 構(gòu)造設(shè)計

1)鋼筋混凝土擋土墻分段長度不應(yīng)大于15 m，段間設(shè)置沉降縫和伸縮縫。

2)為了便于施工，立壁內(nèi)側(cè)宜做成豎直面，外側(cè)坡度一般為1∶0.02～1∶0.05，具體坡度值應(yīng)根據(jù)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(shè)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(yīng)小于0.3 m。此項目構(gòu)造斷面及鋼筋斷面尺寸見圖1。

3 計算結(jié)果

根據(jù)理正計算軟件計算:

1)墻身尺寸及物理參數(shù)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(fā)現(xiàn)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(wěn)定性驗算。

基底摩擦系數(shù) =0.250?；屏?=49.388 kN，抗滑力 =70.156 kN。滑移驗算滿足:Kc=1.421＞1.300?；瑒臃€(wěn)定方程驗算:滑動穩(wěn)定方程滿足:方程值=25.413 kN＞0.0。

表2 墻身尺寸及物理參數(shù)

4)傾覆穩(wěn)定性驗算。

驗算擋土墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)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(wěn)定方程驗算:傾覆穩(wěn)定方程滿足:方程值 =483.322 kN·m ＞0.0。

5)地基應(yīng)力及偏心距驗算。

基礎(chǔ)為天然地基，驗算墻底偏心距及壓應(yīng)力，作用于基礎(chǔ)底的總豎向力 =280.625 kN，作用于墻趾下點的總彎矩 =549.420 kN·m?；A(chǔ)底面寬度:B=3.870 m，偏心距:e=－0.023 m。

基礎(chǔ)底面合力作用點距離基礎(chǔ)趾點的距離:Zn=1.958 m。基底壓應(yīng)力:趾部=69.944，踵部=75.081 kPa。最大應(yīng)力與最小應(yīng)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(yīng)力 =75.081 ＜80.000 kPa。

6)墻趾板強度計算。

標準值:作用于基礎(chǔ)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(chǔ)底面寬度:B=3.870 m，偏心距:e= －0.023 m。

基礎(chǔ)底面合力作用點距離趾點的距離:Zn=1.958 m。基礎(chǔ)底壓應(yīng)力:趾點 =69.944;踵點 =75.081 kPa。

設(shè)計值:作用于基礎(chǔ)底的總豎向力=280.625 kN;作用于墻趾下點的總彎矩=549.420 kN·m?；A(chǔ)底面寬度:B=3.870 m;偏心距 e= －0.023 m。

基礎(chǔ)底面合力作用點距離趾點的距離:Zn=1.958 m?；A(chǔ)底壓應(yīng)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?？箯澙顦?gòu)造配筋:配筋率Us=0.03% ＜Usmin=0.21%?？箯澥芾?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(chǔ)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(chǔ)底面寬度:B=3.870 m;偏心距:e= －0.023 m。

基礎(chǔ)底面合力作用點距離趾點的距離:Zn=1.958 m。基礎(chǔ)底壓應(yīng)力:趾點 =69.944;踵點 =75.081 kPa。

設(shè)計值:作用于基礎(chǔ)底的總豎向力=280.625 kN;作用于墻趾下點的總彎矩=549.420 kN·m?；A(chǔ)底面寬度:B=3.870 m;偏心距:e= －0.023 m。

基礎(chǔ)底面合力作用點距離趾點的距離:Zn=1.958 m?；A(chǔ)底壓應(yīng)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?？箯澙顦?gòu)造配筋:配筋率Us=0.03% ＜Usmin=0.21%?？箯澥芾?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(gòu)造配筋:配筋率Us=0.05% ＜Usmin=0.21%?？箯澥芾?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?？箯澙顦?gòu)造配筋:配筋率Us=0.15% ＜Usmin=0.21%?？箯澥芾?As=794 mm2。最大裂縫寬度:0.318 mm。

4 結(jié)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(yīng)用將更為廣泛。

［1］ 陳忠達.公路擋土墻設(shè)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(huán)，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.