新旧结合挡土墙加固工程稳定性分析

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摘要：随着社会经济的发展和交通条件改善，一些老路已不能满足日益增长的交通量的需要，迫切需要对老路进行提级改造。在老路提级改造工程中，保持路基边坡稳定性是一项重要的工作，修建挡土墙是常用方法之一。依托省道S207线寿宁下党至尤溪段公路工程实例，对旧挡土墙采用C20混凝土锚注式挡土墙加固方法进行提级改造，并采用理正岩土计算软件对本项目新旧结合挡土墙加固工程进行稳定性分析计算，结果表明该挡土墙加固方法简便快捷、高效、可行，满足相关规范要求。

关键词：提级改造；挡土墙；C20；混凝土；锚注式；加固

省道S207线寿宁下党至尤溪段公路工程是下党进乡公路X942提级改造工程的一部分，项目的建设加大了国省道对寿宁县域经济发展的服务力度。既有X942公路为20世纪90年代修建的四级通乡公路，该公路线形指标较差、边坡较陡、挡土墙较高、路面较窄，若对该项目进行提级改造，传统做法需开挖老路，拆除旧挡土墙，中断老路交通，这将对附近乡村居民出行，游客进下党学习、旅游产生较大的影响。为避免施工对现有交通的影响，以及提高老路提级改造后路基的稳定性，对旧挡土墙采用C20混凝土锚注式挡土墙进行加固[1]。本文采用理正岩土计算软件对本项目新旧结合挡土墙加固工程进行稳定性分析计算[2-6]。

1工程概况

1.1工程概况

该项目K16+329~K16+344路段原为半填半挖路段，右侧为山体，左侧紧邻一条与道路平行的河流，老路路基左侧设置衡重式路肩墙，高度8m，老路典型横断面如图1所示。

1.2工程地质

典型断面的挡土墙基底落在碎块状强风化凝灰岩和中风化凝灰岩层，地基强度高，稳定性好，工程地质条件较好，挡土墙基底岩层主要指标如表1所示.

2挡土墙加固设计方案

通过对现状挡土墙的分析，综合考虑工程特点、安全性和经济性，推荐采用C20混凝土锚注式挡土墙对旧挡土墙进行加固。该方案可以有效节约资源，具有以下优点：（1）减少老路提级改造工程中对老路的开挖量，节约造价；（2）可充分利用现有路基挡土墙的稳定性，保证老路提级改造后路基的稳定性；（3）施工时不需要中断交通，保证附近居民的便利出行；（4）采用锚注式方案，施工简单方便，机械设备投入较少，从而节约造价。施工前需对旧挡土墙的排水系统进行疏通，并通过对旧挡土墙凿毛处理和锚杆使新旧挡土墙紧密结合。新旧挡土墙之间采用32非预应力锚杆呈梅花形布置，布置间距为2.3×2m；挡土墙基础与地基之间采用20系统锚杆连接。新加固挡土墙锚杆布置如图2所示，典型横断面如图3～4所示.

3挡土墙稳定计算分析

本文采用理正岩土计算软件，分正常工况和设计洪水位工况对挡土墙的稳定性进行验算分析。

3.1正常工况

此种工况条件下挡土墙受到的外部作用力主要有：自重、背后土压力、地基反力。下面对正常工况下2种不用截面形式的挡土墙的稳定性进行计算，2种挡土墙截面形式计算模型简图如图5~6所示。3.1.1滑动稳定性验算增强挡土墙抗滑性，一般是将挡土墙基底设置成倒坡的形式，本次计算第一种挡土墙基底倾斜角度为∠5.711°。通过计算，得到挡土墙的滑移力为126.449kN，抗滑力为227.349kN，抗滑动稳定系数Kc=抗滑力/滑移力=1.798；第二种挡土墙截面与第一种增强抗滑动稳定性的方法相同。通过计算，得到挡土墙的滑移力为86.371kN，抗滑力为164.596kN，Kc=抗滑力/滑移力=1.906。同时，计算得出第一种挡土墙地基土层的水平向滑移力和抗滑力分别为171.065kN和225.451kN，地基土层水平向抗滑动稳定系数Kc2为1.318；第二种挡土墙地基土层的水平向滑移力和抗滑力分别为118.698kN和162.604kN，地基土层水平向抗滑动稳定系数Kc2为1.370。根据《公路路基设计规范》[7]，本项目第一种和第二种挡土墙抗滑动稳定系数Kc分别为1.798和1.318，地基土层的水平向抗滑动稳定系数Kc2分别为1.318和1.370，均大于规范规定的最小值1.3，2种挡土墙截面形式采用锚注式加固后结构稳定，符合相关滑动稳定性的要求。3.1.2抗倾覆稳定性验算对挡土墙进行抗倾覆验算一般计算挡土墙绕墙趾的稳定性，通过对2种挡土墙截面进行计算，得到2种挡土墙的倾覆力矩和抗倾覆力矩，由此得出的抗倾覆稳定安全系数K0=抗倾覆力矩/倾覆力矩，具体结果如表2所示。本项目第一种和第二种挡土墙截面抗倾覆稳定安全系数K0分别为2.629和2.918，均大于规范规定的最小值1.50。3.1.3地基应力及偏心距验算通过对2种挡土墙截面地基应力及偏心距验算，得到作用于2种挡土墙截面的结果如表3所示.根据路基规范的相关规定，重力式挡土墙轴向力的偏心距e不大于0.25B，本项目第一种挡土墙基底宽度为3.184m，规范要求的偏心距为0.25×3.184m=0.796m，本项目偏心距e为0.093m，小于规范值，满足规范的要求；本项目第二种挡土墙基底宽度为2.647m，规范要求的偏心距为0.25×2.647m=0.662m，本项目第二种挡土墙偏心距e为0.370m，小于规范值，满足规范的要求。第一种新建挡土墙墙趾处作用在基底的压应力为167.886kPa，墙踵处作用在基底的压应力为117.718kPa，本项目第一种挡土墙地基允许承载力550kPa，因此墙趾和墙踵压应力均满足承载力的要求。第二种新建挡土墙墙趾处作用在基底的压应力为20.2kPa，墙踵处作用在基底的压应力为228.501kPa，本项目第二种挡土墙墙趾处地基允许承载力为660kPa，墙踵处地基允许承载力为715kPa，因此墙趾和墙踵处压应力均满足承载力的要求。

3.2设计洪水位工况

本项目设计洪水位采用25年一遇洪水位，在设计洪水位工况下，挡土墙受到的外力除了正常工况下结构自重、墙后土压力、地基反力之外，还增加了浮力以及墙前和墙后的水压力。对设计洪水位工况下挡土墙的稳定性进行计算，第一种挡土墙截面形式计算模型简图如图7所示，第二种挡土墙截面形式计算模型简图如图8所示。3.2.1滑动稳定性验算增强挡土墙抗滑性，一般是将挡土墙基底设置成倒坡的形式，本次计算第一种挡土墙基底倾斜角度为∠5.711°。通过计算，得到挡土墙的滑移力为115.8.35kN，抗滑力为216.066kN，抗滑动稳定系数Kc=抗滑力/滑移力=1.865；第二种挡土墙截面与第一种增强抗滑动稳定性的方法相同。通过计算，得到挡土墙的滑移力为91.952kN，抗滑力为155.915kN，Kc=抗滑力/滑移力=1.696。同时，计算得出第一种挡土墙地基土层的水平向滑移力和抗滑力分别为160.274kN和213.748kN，地基土层水平向抗滑动稳定系数Kc2为1.334；第二种挡土墙地基土层的水平向滑移力和抗滑力分别为114.864kN和153.689kN，地基土层水平向抗滑动稳定系数Kc2为1.338。根据《公路路基设计规范》[7]，本项目第一种和第二种挡土墙抗滑动稳定系数Kc分别为1.865和1.696，地基土层的水平向抗滑动稳定系数Kc2分别为1.334和1.338，均大于规范规定的最小值1.3，2种挡土墙截面形式采用锚注式加固后结构稳定，符合相关滑动稳定性的要求。3.2.2抗倾覆稳定性验算对挡土墙进行抗倾覆验算一般计算挡土墙绕墙趾的稳定性，通过对2种挡土墙截面进行计算，得到2种挡土墙的倾覆力矩和抗倾覆力矩，由此得出的抗倾覆稳定安全系数K0=抗倾覆力矩/倾覆力矩，具体结果如表4所示。本项目第一种和第二种挡土墙截面抗倾覆稳定安全系数K0分别为2.31和2.635，均大于规范规定的最小值1.50。3.2.3地基应力及偏心距验算通过对2种挡土墙截面地基应力及偏心距验算，得到作用于2种挡土墙截面的结果如表5所示。根据路基规范的相关规定，重力式挡土墙轴向力的偏心距e不大于0.25B，本项目第一种挡土墙基底宽度为3.184m，规范要求的偏心距为0.25×3.184m=0.796m，本项目偏心距e为0.018m，小于规范值，满足规范的要求；本项目第二种挡土墙基底宽度为2.647m，规范要求的偏心距为0.25×2.647m=0.662m，本项目第二种挡土墙偏心距e为－0.364m，小于规范值，满足规范的要求。第一种新建挡土墙墙趾处作用在基底的压应力为140.196kPa，墙踵处作用在基底的压应力为131.233kPa，设计洪水位条件下本项目第一种挡土墙墙趾处地基允许承载力为660kPa，墙踵处地基允许承载力为715kPa，因此墙趾和墙踵处压应力均满足承载力的要求。第二种新建挡土墙墙趾处作用在基底的压应力为20.729kPa，小于本项目地基允许承载力660kPa；墙踵处作用在基底的压应力为214.856kPa，设计洪水位条件下本项目第二种挡土墙墙趾处地基允许承载力为660kPa，墙踵处地基允许承载力为715kPa，因此墙趾和墙踵处压应力均满足承载力的要求。通过以上对锚注式挡土墙在正常工况和设计洪水位工况下稳定性验算分析，得出此种加固方式有效、可行，满足相关规范要求。

4结论

本文依托省道S207线寿宁下党至尤溪段公路工程，通过理正岩土软件对旧挡土墙采用C20混凝土锚注式挡土墙加固方法进行验算分析，得出此加固方案符合稳定性的要求，满足相关规范要求。目前，该项目的提级改造工程施工已经顺利完成并通车，质量合格，施工成本低，且施工过程中保通效果好，说明此方案合理可行，可广泛用于此类工程项目中。

参考文献

[1]陈高，杨雄.异形截面锚注式挡土墙施工工法[J].工程技术研究，2017（9）：41-42.

[2]王广森，张丽.仰斜式重力挡土墙稳定计算复核[J].水利技术监督，2017，25（3）:11-13,72.

[3]周健，侯丽，张峰．降雨工况下水工挡土墙稳定分析[J].水利技术监督，2019（6）：223-227．

[4]胡启帆．地震作用下挡土墙主动土压力的简化计算方法[J].水利规划与设计，2012（3）：87-90．

[5]滕少华．《水工挡土墙设计规范》中关于基底应力允许比值的探讨[J].水利规划与设计，2018（6）：121-123．

[6]李全文，常金源，徐文刚，等．降雨条件下含裂缝的边坡数值模拟分析[J].水利规划与设计，2019（1）：97-100．

[7]中交第二公路勘察设计研究院.公路路基设计规范：JTGD30-2015[S].北京：人民交通出版社，2004.

作者：崔彦平 单位：福建省交通规划设计院有限公司