第1期(总第155期)
2003年2月山西交通科技
SHANXI SCIENCE &TEC HNOLOGY OF COMMUNICATIONS No .1Feb .
收稿日期:2003-01-13
作者简介:王玉萍(1965- ),女,山东海阳人,工程师,1987年毕业于甘肃工业大学;
吴家惠(1936- ),女,湖北武汉人,教授,1958年毕业于四川成都工学院土木系。
路基设置衡重式高挡墙的受力分析和评价
王玉萍,吴家惠
(长安大学,陕西 西安 710064)
摘要:通过某路段路肩衡重式高挡土墙的破坏实例,对该挡土墙进行了结构计算,获得了保证抗滑能力、抗倾覆能力和截面抵抗强度的可靠数据,并对路肩衡重式高挡墙的受力分析作出了评价。
关键词:衡重式;挡土墙;能力;强度;评价中图分类号:U 417.11 文献标识码:A 文章编号:1006-3528(2003)01-0022-02
引言
衡重式挡土墙利用衡重台上面的填土重量的下压作用和墙体重心的后移,从而平衡了土压力的倾覆作用,与一般重力式挡土墙相比较,增加了挡土墙的稳定性,它适用于盛产石料的山区公路路基防护工程中,但由于对地基承载力要求较高,所以要求这种挡土墙设置在地基条件良好的地段。
某路段路基防护采用路肩衡重式挡土墙,修建后不久,发现在K 1+414—K 1+425处靠近18m 墙高离开底部约6m —7m 的地方墙面坍落10多m 2;深度为0.5m 左右,过了1a 8个月后,在第一次坍落地方的附近K1+
405—K1+416处又发生了较大面积的坍落,坍落面积约为144m 2,详见图1中所示。
图1 衡重式挡土墙立面图
坍落面上部未掉落的部分比较规整,未见鼓包;但在左上角有一条裂缝直至墙顶;坍落面外下部左
右侧有明显松动,而紧靠第一次坍落面的地方K 1+414下部有鼓包;墙体顶部经测量已经向外偏5cm —7cm;此外,坍落面四周没有发现块石有拉裂情况;坍落处内侧面未见水湿痕迹。
经过受力计算分析和对挡土墙的构造要求以及施工工艺方面的调查,发现这种衡重式挡土墙的构
造尺寸,应当充分发挥衡重台上填土的作用,使其足以增加稳定力矩,否则,会影响挡土墙的稳定性和增加墙趾压应力。另一个原因墙后填土要选内摩擦角大的材料。此外,施工工艺不到位会造成挡土墙不能成为一个整体,就会造成上述工程质量事故。修补工作可以按照受力分析结果和评价衡重式高挡墙的要求加以加固处理。
1 受力性能分析1.1 计算图式
如图2所示
。
图2 衡重式挡墙计算图式
1.2 主要计算公式1.
2.1 上墙土压力计算公式
E 1=
12
V H 2
1K K 1,(1)………………式中:V ——填土的容重,kN /m 3;H 1——上墙的高度,m;
K ——土压力系数(第一破裂面交于荷载外边缘);K =co s(θ1+h )
sin(θ1+T 1+2h )(tg θ
1+tg T 1),(2)…θ1、h 、T 1分别表示上墙的破裂角、摩擦角和墙背倾角;
K 1=1+
2h 0
H 1
,(3)………………式中:h 0——车辆荷载换算高度,m 。1.2.2 下墙土压力计算公式
E 2=12V H 2
2K K 1,(4)………………式中:H 2——下墙高度,m;
K 1=1+2H 1H 2+2h 0h 2
H 22
,(5)
………………h 2=b 0-H 1(tg T 1+tg θ1)tg θ2+tg T 2
,(6)……………式中:T 1——假想墙背的倾角;
b 0
——荷载宽度;
θ2、T 2——分别表示下墙的破裂角和墙背倾
角。1.2.3 计算数据汇总
实例:按照概述中所述路段衡重式路肩挡土墙的墙高为H =18m ,上墙H =6m ,墙背俯斜1∶0.4,台宽 1.9m ,下墙H =12m ,墙背仰斜1∶0.25,墙面坡1∶0.05,填料内摩擦角分别按35°和40°两种情况计算,V =18kg /m 3
,设计荷载为汽—20,验算荷载为挂—100(未列出)。
a.竖向力及其对墙趾的力臂(表1和表2)。
表1 φ=35°时的竖向力及其对墙趾的力臂计算数据表
竖向力kN 上墙自重W 1台上土重W g 汽车荷载W q 土压力E 1y 下墙自重W 2土压力
E 2y
264126.58 3.03188.711069.2025.06力臂m W 1的力臂W g 的力臂W q 的力臂E 1y 的力臂W 2的力臂E 2y 的力臂1.795 3.748 2.222 4.253 2.367 4.535
表2 φ=40°时的竖向力及其对墙趾的力臂计算数据表
竖向力kN 上墙自重W 1台上土重W g 汽车荷载W q 土压力E 1y 下墙自重W 2土压力
E 2y
264126.58 3.03155.101069.218.52力臂m W 1的力臂W g 的力臂W q 的力臂E 1y 的力臂W 2的力臂E 2y 的力臂1.795 3.748 2.222 4.253 2.367 4.535
b.水平力及其对墙趾的力臂(表3和表4)。
表3 φ=35°时的水平力及其对墙趾的力臂计算数据表
土压力E 1x /kN
土压力E 2x /kN
94.09413.63E 1x 的力臂/m E 2x 的力臂/m
14.112
4.939
表4 φ=40°时的水平力及其对墙趾的力臂计算数据表
土压力E 1x /kN 土压力E 2x /kN 94.09
305.70E 1x 的力臂/m E 2x 的力臂/m
14.112
4.939
c .计算结果(表5和表6)。
表5 φ=35°计算结果
滑动稳定K c
倾覆稳定K 0
墙底偏心e 墙底应力e /M Pa
1.97> 1.30(可以)1.29<1.50(不可以) 1.07> 3.3/41.91> 1.00(不可以)
表6 φ=40°计算结果
滑动稳定K c
倾覆稳定K 0
墙底偏心e 墙底应力e /M Pa
2.68> 1.30(可以) 1.78>1.50(可以)
0.515<3.3/60.96<1.00(可以)
2 评价
a .根据我国交通部部颁标准《公路路基挡土墙标准》石砌挡土墙JT /GRB 02-83从2m 到12m 的变化规律,土压力是高度的平方关系,由于平衡台上土重的调整,挡土墙的有关尺寸几乎都是与高度成直线变化,此外,上墙高度与下墙高度为1∶1.5;实例所示18m 高挡土墙的尺寸中,上墙的高度为6m,下墙的高度为12m,它们之间的比例为1∶2,相对比较减小了平衡台上土体的重量,如果加大平衡台的尺寸,即由1.9m 调整到2.5m ,h =35°时,重新经过计算,仍然可以获得满意的结果,见表7中所示;
表7 重新计算结果
滑动稳定K c
倾覆稳定K 0
墙底偏心e 墙底应力e /M Pa
1.97> 1.30(可以) 1.60>1.50(可以)
0.41<3.3/6
0.80<1.00(可以)
(下转第30页)
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23·2003年第1期王玉萍,等:路基设置衡重式高挡墙的受力分析和评价
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The Shortcut of Improving Expressway Traffic Capacity——
Compound ETC System
N I Jin
(Shanxi Provincial Traffic Communication C ompany,Taiyuan,Shanxi 030006,C hina) Abstract:The paper introduced the characteristics o f ex pressw ay compound ETC system for realizing precise to ll,improving service lev el etc.
Key words:co mpound toll;M TC;ETC;netw o rk
(上接第23页)
b.土压力的大小与填土的种类有关,内摩擦角小的对墙体不利。实例所示的尺寸对于h=40°时是满足规范要求的,对于墙体的破坏情况,除了对墙体做好各种检查外,还应当检查路段填土是否有变化?路段填土的内摩擦角减小,就会使得土压力增加,对于这种情况,必须考虑减小土压力的办法,如给填土予以注浆等,以便增加内摩擦角的数值。参考文献:
[1] 公路设计手册:路基[S].北京:人民交通出版社,1996.
[2] JT/G RB02-83,公路路基挡土墙标准图:石砌挡土墙
[S].北京:人民交通出版社,1983.
[3] JT J022—85,公路砖石及混凝土桥涵设计规范[S].北
京:人民交通出版社,1985.
The Loading Analysis and Evaluation of the Balance Weight
High Retaining Wall for the Subgrade
W ANG Yu-ping,WU Jia-hui
(C hangan University,Xi’an,Shaanxi 710064,China)
Abstract:Through the exam ple o f the bala nce weight high retaining w all fo r so me highw ay section subg rade sho ulder,hav e done the structural analy sis fo r the w all,o btained reliability results to ensure re-sistance sliding capacity,against ov erturning ability and eno ugh section strength.And ev aluated on loading analysis o f the balance w eig ht hig h retaining w all fo r the roadbed shoulder.
Key words:bala nce w eigh t;retaining wall;capacity;strength;ev alua tion
(上接第25页)
The Study on Low Subgrade and Vertical Alignment Design
in Plain and Hilly Area Expressway
DU Ai-ru
(Qi-Lin Expressway Co.Ltd,Jiexiu,Shanxi 032000,C hina)
Abstract:Com bined with the practice,the autho r discussed the construction and manag em ent of Qi-Lin ex pressw ay low subg rade and proposed some advice for reference.
Key words:plain a nd hilly a rea;ex pressw ay;low subg rade;design
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