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摘要：桩基托梁挡土墙的受力特点适用于山区公路。本文以一个工程实例为基础，通过设计对比和桩基托梁挡土墙设计，分析讨论了桩基托梁挡土墙在公路工程中的应用。
关键词：应用；道路工程；挡土墙；桩基托梁
引言
山区公路的特点是线路高差大，地形和地质条件复杂。在地形方面，线位受到平面线位、纵坡及高差、横断面挖填方及支挡工程数量等多方面限制；在地质方面，坡积体、冲沟或覆盖层较厚路段的岩层和地质构造复杂，使线路布局、挡土墙的布置受到很大影响。在局部横坡较陡、地质复杂路段，采用普通重力式挡土墙埋深较大且不经济，施工过程中开挖基坑风险较高，这时采用桩基托梁式挡土墙可有效地减少了基坑开挖量，并确保现有斜坡的安全稳定。
1 项目概况
某山岭重丘区道路设计速度为40km/h，路基宽度为8.5m，K3+000-K3+040段原设计为衡重式挡土墙，最大墙高16m。经施工开挖揭露，在冲沟内存在局部较厚覆盖层，原设计挡墙无法落基。经补充勘察，冲沟两侧基岩出露，未见地下水。冲沟中部粉质粘土与基岩交界处有地下水渗出。本次勘察在BZK3钻孔进行了简易提水试验，钻孔水位为3.8m，标高为391.2m，主要含水层为粉质粘土与基岩交界处软塑粉质黏土及强风化泥岩，渗透系数K=3.6m/d。该路段所在区域属构造剥蚀丘陵地貌区，斜坡地形，斜坡坡角15～26°，斜坡段基岩出露，现状稳定，植被较发育，以灌木为主。与线路斜交的槽谷内地形平缓，坡角一般8～15°。拟建高路堤路线段地面标高394.8～421.7m，相对高差26.9m。
2 设计方案比较
根据工程地质条件和场地地形条件，提出了三种支挡结构方案，衡重式路肩墙方案、桩板式挡墙方案和桩基托梁挡土墙方案。（1）衡重式路肩墙方案：原设计衡重式路肩墙最大墙高即到达16米，若考虑基础超深，最大墙高将达到25米，下卧基岩为中风化泥岩，地基承载力不满足大截面重力式挡土墙要求；（2）桩板式挡墙方案：在道路路肩处设置一排截面尺寸为b×h=2.75m×3.5m的C30钢筋砼抗滑桩，相邻两桩中心间距为5m，共设置6根，嵌入较完整中风化岩，嵌岩起算点为桩身范围内强中风化范围内的最低点，本方案造价较高，施工周期相对较长，难以满足建设方对工期和投资目标的控制要求；（3）桩基托梁挡墙方案：在道路路肩处设置衡重式路肩墙，挡墙最大高度为20米，挡墙基础均需置于中风化岩层中，墙前基坑沿槽浇筑，挡墙总的埋深不小于1.5m。衡重式挡墙墙身材料采用C25素砼浇筑，对于墙后回填土材料须采用饱和内摩擦角φ不小于30°的块石土、碎石土或其他透水性良好的调料进行回填，不得采用含有泥草的腐殖土和粉质粘土，填料饱和重度不大于21kN/m3。由于地质情况，对大于15米的挡墙，基础采用桩基进行处置。该方案造价相对较省，且施工快捷。
3 桩基托梁挡土墙的设计
3.1 工程地质条件
根据本项目的《勘察报告》并参考相关规范，场地岩土体设计参数取值见下表。
3.2 力计算公式
（1）挡土墙的水平土压力
见公路桥梁和涵洞设计通用规范的公式4.2.3
考虑车载
（2）对托梁施加压力
根据连续梁计算托梁上挡土墙的水平力，垂直力和弯矩。根据线载荷排列，桩基位置为支点。
最大弯曲距离M=0.08ql2
最大剪切力Q=0.625ql
最大支点反作用力V=1.143ql
（3）桩基应力
桩基分为单桩和双桩。根据“公路桥涵基础与基础设计规范”附录P，根据m法计算水平力位移和弹性桩的影响。
3.3 桩基托梁挡土墙的实例计算
（1）土压力计算
回填体积密度γ=19kN/m3，β=0°，α=-11.3°，内摩擦角φ=30°，β=15°。当墙高H=6m时，每米的力为：土压力E=94.138kN，Ex=93.943kN，Ey=6.059kN，挡土墙重量G=233.22kN，自重至基底心形距离Zw=0.655m，土压垂直压力与基??形心距Zx=1.353m，Zy=2.167m；挡墙基础力：Fx=Ey=93.943kN，Fy=Ey+G=239.279kN，M=42.618kN·m。
当壁高H=10m时，其每米力为：土压力E=244.062kN，Ex=243.556kN，Ey=15.708kN，挡土墙重量G=526.7kN，自重至基底心形距离Zw=1.084m，土压垂直压力与基??础形状心距Zx=1.972m，Zy=3.512m；挡墙基础力：Fx=Ey=243.556kN，Fy=Ey+G=542.408kN，M=253.45kN。M.
（2）计算托梁或盖帽
根据等跨度的连续计算，由托梁或顶盖的水平力产生的最大弯曲距离为Mx=0.08Fxl2，剪切力Qx=0.625Fxl；由垂直力产生的弯曲力是My=0.08Fyl2，剪切力Qy=0.625Fyl。桩基上托梁或桩底部分的张力：Flx=1.143Fxl，Fty=1.143Fyl，Mt=1.143（My+Fxht）l，ht是托梁或顶盖高度。
托梁或顶盖高度ht=2m，极端桩间距。桁架应力：Mx=120.247kN·m，Qx=234.858kN，My=306.277kN·m，Qy=598.198kN；其横截面Ftx=429.507kN，Fty=1093.984kN，Mt=1053.864kN·m。帽力：Mx=311.752kN·m，Qx=608.89kN，My=694.282kN·m，Qy=1356.02kN；其横截面Ftx=1113.538kN，Fty=2479.889kN，Mt=3385.849kN·m。
经过计算，托梁上，下双肋设有10Φ20力肋，左右双肋设有10Φ12力肋，纵横配置为10肢Φ12剪力箍，均符合要求。
帽的上下双肋设有23Φ20力肋，左右双肋设有10Φ12力肋，垂直排列为23Φ12剪切箍筋，水平排列为10Φ12剪力箍筋，所有这些都符合要求。
（3）桩基力的计算
桩基是圆桩，桩直径为1.5米。双桩之间的距离是3米。m方法用于计算托梁下的桩基。桩体的轴力为1093.98kN
桩身在Y方向上的最大弯矩为1612.49kN-m
桩身在X方向上的最大剪切力为429.51kN
所有纵向钢筋11250.00mm2
纵向X方向侧纵肋4500.00mm2
纵向Y方向侧纵肋4500.00mm2
平行X方向侧箍筋620.69mm2
平行Y方向侧箍筋620.69mm2
纵向钢筋的最小钢筋长度为7.22m
m方法用于计算帽下的桩基：
站号=1
桩身轴向力231.00kN
桩身在Y方向上的最大弯矩为1350.39kN-m
桩身在X方向上的最大剪切力为329.77kN
全纵向钢筋10602.88mm2
所有马镫629.37mm2
纵向钢筋最小钢筋长度12.00m
桩计算长度-494.00m
站号=2
桩身轴向力1269.99kN
桩身在Y方向上的最大弯矩为1350.39kN·m
桩身在X方向上的最大剪切力为329.77kN
全纵向钢筋10602.88mm2
所有马镫629.37mm2
纵向钢筋最小钢筋长度12.00m
桩计算长度-494.00m
结论
桩基托梁挡墙是挡土墙、承台、桩基础的组合结构，一方面充分利用了重力式圬工挡土墙就地取材、便于施工的优点，另一方面通过承台及桩基础，提高了地基承载力，在地面横坡较陡、支挡结构高度较高的山区道路使用时，具有比较明显的经济效益。
参考文献：
［1］公路桥涵设计通用规范（JTGD60－2015）［S］.
［2］公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD63－2007）［S］.
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［4］张敏.托梁挡土墙设计理论与工程应用研究[D].成都：西南交通大学，2007.
［5］高志辉.桩基托梁挡土墙力学作用机理试验研究与数值分析[D].成都：四川大学，2005.
论文作者:皮宇航
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/26
标签：挡土墙论文; 桩基论文; 挡墙论文; 钢筋论文; 路肩论文; 纵向论文; 基岩论文; 《防护工程》2018年第34期论文;