桩基托梁挡土墙结构托梁内力的合理计算

浅议桩基托梁挡土墙结构的设计与应用作者：黄古诚余鹏何莉赵鹏来源：《科技资讯》2015年第14期摘要：该文从桩基托梁挡土墙结构的特性出发，探讨了该结构的设计理论，并对托梁、桩基的设计计算方法进行了分析，并提出了具体的设计思路及方法建议。

关键词：桩基挡土墙设计应用中图分类号：TU75 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（b）-0086-03支挡结构是支撑填土体、山坡土体防止土体失稳变形的一种常用的结构措施。

经过多年的工程实践和理论研究，一些新型的结构类型如桩板墙、悬（扶）壁式挡墙、加筋土挡墙等都得到了大量的应用。

但是，重力式支挡结构由于其施工工艺简单、取材方便、标准化设计程度高等优势，在公路、铁路、工民建工程建设中仍是应用范围最为广泛的支挡结构形式。

尤其是重力式挡墙改进形式的衡重式挡墙，其特殊的结构形式使得其能采用较陡的面墙坡率，特别适用于地形陡峭的山区。

在实际应用中，重力式挡墙、衡重式挡墙对地基的要求较高，在地基持力层埋置深度较大的地区，提出了在挡墙下部设置桩基托梁结构体系解决挡墙的承载力不足的问题。

该文将从桩基托梁挡土墙结构体系的荷载受力分析出发，结合实际工程应用情况，对该结构的设计和应用提出个人的观点和建议。

1 桩基托梁挡土墙的一般结构形式桩基托梁挡土墙结构体系由挡土墙、托梁和桩基构成。

挡土墙所承担的土压力及其他荷载、自重等通过托梁传递至桩基，如图1。

桩基托梁挡土墙体系中一般情况下采用衡重式作为上部挡墙结构，其受力情况与一般路段的所应用的衡重式挡土墙没有区别，都是利用自身的重力来维持稳定，并通过衡重台的设置增强挡墙的抗倾覆、减小基底偏心的能力。

托梁作为连接挡墙和桩基的结构，其作用于一般的桩基承台类似，但由于其上连接的是以承担横向的土压力为主的挡墙，所以挡墙托梁较一般的桥梁、房屋桩基承台相比所承担的横向弯矩、剪力大，且一般为条形布置。

桩基为体系的主要基础结构，在一般情况下，其作用与其他结构物的桩基无二。

吕临支线碛口站桩基托梁挡土墙设计摘要：桩基托梁是挡土墙与桩的组合形式，通过桩基，解决承载力不足的矛盾，扩大了重力式挡墙的适用范围。

选择相应的计算模型，对托梁、锚固桩进行受力计算，从而对桩基托梁挡土墙进行结构设计。

关键词：桩基托梁挡土墙结构设计内力荷载Abstract: pile Joist combination in the form of retaining walls and piles, pile, to solve the problem of insufficient bearing capacity to expand Gravity Retaining the scope. Select the appropriate calculation model, joists, Anchor Pile force calculation, structural design pile Joist retaining walls.Keywords: pile Joist retaining wall structure design of the internal force load1．引言桩基托梁挡土墙是一种利用托梁连接桩基于挡土墙形成的新型支挡结构，主要工作原理是将挡土墙传来的荷载通过托梁传递给桩基，再由桩通过桩周围土的摩阻力及桩端反力把荷载传递到土层中去，托梁将桩连成一个整体共同承担荷载。

主要用于河岸冲刷严重、稳定性较差的陡坡覆盖土、陡坡岩堆、基岩埋藏较深、紧邻既有建筑物地段。

2．工程概况工程所经路段表层为新黄土，浅黄色，坚硬，湿陷系数δs＝0.016～0.022，为I级非自重湿陷场地。

其下为砂泥岩互层，全风化～弱风化，层状构造，节理裂隙发育，全风化岩体呈碎屑状，强风化、弱风化岩体较完整。

为避免占压既有房屋，需采取措施收坡，而普通重力式挡墙，地基承载力无法满足要求，故考虑于坡脚处设桩基托梁挡土墙。

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纳黔高速公路K58+412.3-K58+465左侧桩基托梁路肩墙结构计算书1、衡重式挡土墙土压力计算本次考虑采用本项目提供的《衡重式一般挡墙标准图》中容许承载力500kpa，f=0.4，φ=35，γ=21的13m高挡墙对应尺寸（墙身自身倾覆稳定性不再计算），同时为了便于结构的设计取消原标准图中的基底坡度。

土压力计算式行车荷载按照2004年《公路路基设计规范》规定采用10KN/m2，其他荷载分项系数均按照规范要求取用。

土压力计算采用“理正挡土墙设计程序”完成，其结果如下：=============================================组合系数: 1.0001. 挡土墙结构重力分项系数 = 0.900 √2. 填土重力分项系数 = 1.000 √3. 填土侧压力分项系数 = 1.400 √4. 车辆荷载引起的土侧压力分项系数 = 1.400 √=============================================[土压力计算] 计算高度为 13.000(m)处的库仑主动土压力计算上墙土压力无荷载时的破裂角 = 27.500(度)按假想墙背计算得到:第1破裂角： 28.050(度)Ea=248.401(kN) Ex=88.634(kN) Ey=232.049(kN) 作用点高度 Zy=1.867(m) 因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面存在：第2破裂角=27.501(度) 第1破裂角=27.510(度)Ea1=197.151(kN) Ex1=91.031(kN) Ey1=174.876(kN) 作用点高度 Zy1=1.867(m) 计算下墙土压力无荷载时的破裂角 = 34.449(度)按力多边形法计算得到:破裂角： 34.780(度)Ea2=246.668(kN) Ex2=246.218(kN) Ey2=14.903(kN) 作用点高度 Zy2=3.371(m)墙身截面积 = 41.143(m2) 重量 = 946.289 kN第二破裂面与墙背间填料重= 145.336(kN)由此分析，采用第二破裂面法计算出挡墙所受的水平土压力合力为Eax=91.031+246.67=337.25(kN/m)。

挡土墙计算公式挡土墙是一种用于支撑填土或山坡土体，防止其变形失稳的结构物。

在工程设计中，准确计算挡土墙的各项参数至关重要，这需要依靠一系列的计算公式。

下面我们就来详细介绍一下常见的挡土墙计算公式。

一、土压力计算土压力是作用在挡土墙上的主要荷载之一，常见的土压力计算方法有朗肯土压力理论和库仑土压力理论。

1、朗肯土压力理论朗肯主动土压力强度计算公式为：＄e_a ＝＼gamma z tan^2(45°＼frac{＼varphi}｛2}） 2c tan(45°＼frac{＼varphi}｛2}）＄朗肯被动土压力强度计算公式为：＄e_p ＝＼gamma z tan^2(45°＋＼frac{＼varphi}｛2}）＋ 2ctan(45°＋＼frac{＼varphi}｛2}）＄其中，＄＼gamma$为填土的重度，＄z$为计算点深度，＄＼varphi$为填土的内摩擦角，＄c$为填土的粘聚力。

2、库仑土压力理论库仑主动土压力系数：＄K_a ＝＼frac{cos^2(＼varphi ＼alpha)｝｛cos^2\alpha cos(＼alpha ＋＼delta)1 ＋＼sqrt{＼frac{sin(＼varphi ＋＼delta) sin(＼varphi ＼beta)｝｛cos(＼alpha ＋＼delta) cos(＼alpha ＼beta)｝｝＾2}＄库仑被动土压力系数：＄K_p ＝＼frac{cos^2(＼varphi ＋＼alpha)｝｛cos^2\alpha cos(＼alpha ＼delta)1 ＼sqrt{＼frac{sin(＼varphi ＋＼delta) sin(＼varphi ＋＼beta)｝｛cos(＼alpha ＼delta) cos(＼alpha ＋＼beta)｝｝＾2}＄主动土压力：＄E_a ＝＼frac{1}｛2}＼gamma H^2 K_a$被动土压力：＄E_p ＝＼frac{1}｛2}＼gamma H^2 K_p$其中，＄＼alpha$为墙背与水平面的夹角，＄＼beta$为填土面与水平面的夹角，＄＼delta$为墙背与填土之间的摩擦角，＄H$为挡土墙的高度。

桩基托梁挡墙计算模型与工程应用分析在一些特殊地段的边坡，采用全长桩板墙或特高挡墙时可能造成工程规模偏大，或挡墙基底在较深的范围内陆层承载力不能满足工程需要时，常采用桩基托梁挡墙进行处治。

即支挡体系由下部的桩基、中部的托梁和上部的挡墙共同组成。

但在工程应用中，常存在对桩基托梁挡墙体系，以及对桩基和挡墙单元受力分析模糊，或桩基与挡墙设置形式的争论，影响了桩基托梁挡墙在工程中的正常应用。

故笔者在此对其计算模型与工程应用进行分析，希望对大家有所帮助或参考。

一、关于计算模型桩基托梁挡墙作为一个整体的受力体系，由三个不同单元组成，因此，该体系的受力计算应对各自单元、整体分别予以计算。

1、挡墙：作为体系的上部单元，挡墙主要对墙后的主动土压力进行支挡，也就是说挡墙受力的计算范围只在墙基至墙顶的整个挡墙部位。

2、托梁：作为体系中部的单元，托梁主要起到承上启下的作用，即主要对上部挡墙传递的主动土压力的水平力的主动土压力、挡墙重力和主动土压力的竖向力提供“支点，并和自身重力一起传递给下部的桩基。

图1 托梁受力、传力示意图托梁顶受力计算如下：Ed=Ex×LEd-每跨托梁顶部所受水平力（KN），Ex-挡墙和托梁后部主动土压力水平分力（KN），L-每跨托梁长度（m）Nd=(G+Ey)×LNd-每跨托梁顶部所受竖向合力（KN），G-挡墙单位长度上的重量（KN/m）,Ey-挡墙和托梁后部主动土压力竖向分力（KN）3、桩基：作为体系下部的单元，桩基主要对上部挡墙、托梁的竖向力和自身的重力进行支撑，并对后部坡体主动土压力、承台传递的水平力或坡体的整体下滑力进行支挡。

桩顶受力按每根桩予以计算：Q0=Ed/nQ0-桩顶所受水平力，n-每跨托梁长度范围内的桩基数量M0=（Ed×h+Nd×e）/nh-托梁厚度（m）M0-桩顶所受弯矩，e-托梁上部竖向合力偏心距（m），桩中心外侧取正，桩中心内侧取负在此需要说明的是，桩后的所受横向力可为整体桩基托梁挡墙体系范围内的主动土压力或下滑力，或是桩长范围内的主动土压力+承台传递的水平力，其计算结果一样的，但要防止漏算或重复计算。