王建省 王宗澤 戴智彪 劉學(xué)飛北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院

下穿式鐵路框架橋引道擋土墻計(jì)算方法

王建省 王宗澤 戴智彪 劉學(xué)飛
北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院

本文以實(shí)際工程為例，根據(jù)工程概況確定擋土墻建造的基本條件和要求，確定相關(guān)參數(shù)。再詳細(xì)論證極點(diǎn)圓法對(duì)擋土墻的計(jì)算過(guò)程，最后將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際工程相對(duì)比，進(jìn)而驗(yàn)證極點(diǎn)圓法計(jì)算擋土墻的實(shí)用性、合理性。

隨著社會(huì)的發(fā)展，軌道交通建設(shè)也發(fā)展迅速，尤其是軌道交通建設(shè)的發(fā)展，因其具有速度快、運(yùn)輸能力大等優(yōu)點(diǎn)，在交通運(yùn)輸中發(fā)揮的作用也更加突出。在人口密度大的都市，軌道交通對(duì)于緩解地面交通壓力具有不可替代的作用。隨著城市化進(jìn)程的加快，人口密度的快速增長(zhǎng)、生活空間日益擁擠， 交通阻塞等現(xiàn)象已成為嚴(yán)重影響和制約城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要問(wèn)題。而導(dǎo)致交通不暢的一個(gè)重要原因，是大量鐵路與公路的平交道口的設(shè)置所造成的堵車(chē)問(wèn)題。把大量的公路與鐵路的平交路口改為立交路口能夠很好的解決這一問(wèn)題，提高交通效率。而框架地道橋是平交道口改立交道口的主要形式之一。本文研究的重點(diǎn)是引道工程擋土墻的計(jì)算方法問(wèn)題，這在框架橋工程建設(shè)中占據(jù)十分重要地位。

工程概況

本文以某工程為例，首先介紹工程的相關(guān)信息。道路主線西側(cè)既有路距離道口約240m處為設(shè)計(jì)起點(diǎn)K0+000，向東穿越在建1～7.0m頂進(jìn)框架橋后繼續(xù)延伸約80m連接鐵路東側(cè)公路，設(shè)計(jì)終點(diǎn)對(duì)應(yīng)路線里程為K0+318。路面采用厚20cm 的C30混凝土+30cm水泥穩(wěn)定碎石+基底碾壓密實(shí)。南北側(cè)框架橋入出口處JD2、JD3曲線半徑20m，將此曲線段路面寬度兩側(cè)各加寬1m至道路寬度為9.0m，保證車(chē)輛的順利通行。

圖1 引道設(shè)計(jì)概樣圖

表1 引道設(shè)計(jì)曲線要素表

道路縱斷面從起點(diǎn)K0+000處以-3.783%、240m下坡再以1.51 %、78.73m上坡與東側(cè)既有道路順接，選用的豎曲線半徑均為500m。為保證道路兩側(cè)邊坡穩(wěn)定及避免地下水對(duì)道路的影響，對(duì)地面線2.0m以下主路K0+040.79～+206.27段兩側(cè)道路采用重力式擋土墻。圖1為引道設(shè)計(jì)概樣圖。

為了方便計(jì)算，將底面變?yōu)樗?，道路一?cè)擋墻坡度改為1：0.25，頂面由原來(lái)的60cm變?yōu)?0cm，地面線由原來(lái)的低于擋土墻面40公分，變?yōu)榕c擋土墻面平齊，由原來(lái)的凹凸不平，變?yōu)榇怪本€。如圖2，為簡(jiǎn)化完的擋土墻截面圖。墻后填土參數(shù)為：粘性土，，。墻與填土之間的摩擦角為

圖2 引道擋土墻簡(jiǎn)化圖

圖3 引道擋土墻受力分析圖

圖4 力的多邊形

圖5 引道擋土墻尺寸圖

極點(diǎn)圓法對(duì)擋土墻的計(jì)算

極點(diǎn)圓法是以土的極限平衡理論為基礎(chǔ)，利用應(yīng)力圓來(lái)確定填土的實(shí)際滑動(dòng)面，然后通過(guò)繪制作用力（作用于滑動(dòng)土體上的作用力）平衡的閉合力多邊形方法來(lái)確定作用在擋圖墻上的土壓力。這種方法既可用于滑動(dòng)面為平面的情況，也可用于滑動(dòng)面為組合面的情況。本文假設(shè)滑動(dòng)面為平面。

如圖3為引道擋土墻受力分析圖，墻面與豎直線成α角，填土表面水平，滑動(dòng)面為平面BC，BC的繪制方法如下：

（1）以b為圓心，任意適當(dāng)長(zhǎng)度為半徑，繪制圖3中的圓；

（2）通過(guò)b點(diǎn)作墻AB法線的平行線oc；

（3）過(guò)o點(diǎn)作土壓力Pa作用線的平行線oa，與圓弧相交于a點(diǎn)，即極點(diǎn)；

（4）過(guò)o點(diǎn)分別作夾角為? 的om，on兩線段，與b圓交與點(diǎn)m，點(diǎn)n；

（5）連接am；

（6）在B點(diǎn)作am的平行線，與地面線交于C點(diǎn)，BC即為滑裂面。

擋土墻重力G 有公式：

粘性土與墻面AB之間存在黏結(jié)力Cw，與墻面BC之間存在黏結(jié)力，C 有公式：

式中：k—填土與擋土墻面上單位面積黏結(jié)力（kN/m2）

c—填土的單位面積凝聚力（kN/m2）

運(yùn)用力的多邊形法則，可求土壓力如圖4所示。

運(yùn)用正弦定理，可求得：

擋土墻對(duì)滑裂體的力P墻為Pa與CW的合力，夾角為100°，運(yùn)用余弦定理，可求

滑裂體下方的土層對(duì)滑裂體的力P土為R 與C的合力，夾角為70°，運(yùn)用余弦定理，可求

通過(guò)極點(diǎn)圓法對(duì)擋土墻的計(jì)算，可得到擋土墻的各種尺寸如圖5所示。結(jié)果符合框架橋引道路部分規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，且經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)，符合工程質(zhì)量、安全要求，設(shè)計(jì)計(jì)算部分合格。

結(jié)語(yǔ)

從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，極點(diǎn)圓法能夠滿足工程設(shè)計(jì)中的要求，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，該方法設(shè)計(jì)出的擋土墻滿足符合工程質(zhì)量、安全要求，是一種計(jì)算框架橋引道擋土墻的有效方法該方法。極點(diǎn)圓法不僅充分考慮到了擋土墻各部分的幾何尺寸對(duì)受力的影響，還考慮到了粘性土與墻面之間存在黏結(jié)力、填土與擋土墻面之間的黏結(jié)力、填土的凝聚力等復(fù)雜因素的影響，為工程中類似擋土墻的計(jì)算提供了參考，具有極強(qiáng)的借鑒意義。