衡重式樁板擋墻優化設計

1衡重式擋土墻的應用作為一種新型的擋土墻，它最初被用作深圳的邊坡工程。圖1顯示了結構形式和應用效果。帶衡重臺的擋土墻,稱為衡重式擋土墻,其主要穩定條件仍憑借于墻身自重,但由于衡重臺上填土的重量使全墻重心后移,增加了墻身的抗傾覆穩定性。衡重式擋土墻一般用于6m以下的邊坡,但由于其基底面積較小,對地基承載力要求較高,一般設置在堅實的地基上帶卸荷板的重力式擋墻很早即應用于碼頭工程中衡重式樁板擋墻利用衡重臺的卸荷作用,減小了卸荷板下墻的土壓力,與下墻整體澆筑的卸荷板對肋柱提供一個與土壓力作用相反的彎矩,改變下部擋墻的彎矩分布,優化了擋墻的內力分布。卸荷板下的土壓力分布情況較復雜,在卸荷板剛度較大的情況下,卸荷板變形較小,板上土壓力不能傳到板下,卸荷板下部擋墻相當于在卸荷板寬度B外側作用有均布荷載的擋墻,采用局部荷載作用下墻背的土壓力分布形式,如圖2所示。墻后土壓力在c點處突變,一直影響到深度d處。圖2中的θ角在文獻[2]中取(45°+φ/2),在文獻[5]中則從工程經驗與計算簡易性考慮取45°。2工程應用2.1住宅小區邊坡支擋結構深圳地區的地勢東南高、西北低,屬于丘陵、臺地地貌,市內有眾多的住宅小區邊坡支擋結構。擬建的深圳地鐵三號線運營配套公寓與培訓基地邊坡支擋工程位于龍崗區橫崗街道,場地北側邊坡高差約10m,為了充分利用建筑紅線內土地,北側邊坡采用直立式擋墻。2.2地層性質及參數場地原始地貌單元為谷地,現狀地表為填土。地層從上到下性質及參數見表1。本工程設計中,為了減小墻后土壓力,降低墻身的內力,墻后填料選用粗砂石料2.3初定上墻模型建立抗滑樁采用人工挖孔樁,擬定樁徑為1.4m,樁距2.4m。上墻的彎矩較小,初定上墻高h冠梁截面0.8m×1.5m(高×寬),冠梁頂面與地面平齊。樁長取H=7.0m。擋墻尺寸參數依據經驗取值,通過建立模型計算后可進行一定程度的優化。擋墻為鋼筋混凝土結構,計算參數參考勘察資料及設計規范。2.4結構計算2.4.1上豎向土壓力衡重式樁板擋墻的上墻水平土壓力采用朗肯主動土壓力,卸荷板上豎向土壓力為填土自重加地面荷載P。下墻水平土壓力考慮卸荷板的卸荷作用,對下墻而言視為卸荷板右側作用均布荷載,采用填土表面有均布荷載的土壓力計算方法各項土壓力的計算式中,K2.4.2計算墻節點的彎曲矩陣上下墻連接點1和冠梁頂點2處(圖4)彎矩的計算2.4.3%纖維其中,φ、c分別為土層的固結不排水剪的內摩擦角和黏聚力標準值;Δ為基坑底面位移量(mm),無經驗值時,一般取10mm。經計算粉質黏土中m取12000kN/m衡重式樁板擋墻為新型支擋結構,現有的有限元軟件如中國建筑科學研究院基坑與邊坡支護結構設計軟件及理正巖土設計軟件均無法考慮卸荷板的作用,本次設計采用sap2000結構有限元軟件計算,對結構施加已知荷載來計算結構內力,計算模型如圖5(a),結構彎矩如圖5(b)。2.4.4采用g-slope計算擋墻整體穩定性計算結構的整體穩定性,現有的基坑及邊坡軟件無法考慮卸荷板的增穩作用,現采用G-slope計算結構整體穩定性,土層參數取用地層原狀土體參數,計算整體穩定系數為1.8,滿足規范要求,結果如圖6所示。3影響因素分析施工工序如下:放坡開挖→施工人工挖孔樁→施工冠梁→整體澆筑肋柱及擋土板→整體澆筑卸荷板及上部擋墻。3.1擋墻肋柱彎矩的確定當填土到卸荷板下,施工卸荷板和上部擋墻時,驗算如下:當肋柱和擋土板澆筑,墻后回填到卸荷板下表面時,擋墻為懸臂狀態,為不利工況,應驗算擋墻肋柱的彎矩是否滿足結構設計抗彎強度。此時不考慮地表附加荷載,墻后土壓力為冠梁頂部2點上側彎矩為擋墻要滿足施工工況和正常使用狀態的強度要求,須有經計算,結構設計滿足此項要求。3.2卸荷板的影響外荷載P為可變荷載,設計時按照20kPa計算。P對結構的上墻和卸荷板為不利荷載,增加了這部分的內力。對于卸荷板下墻體,荷載P對冠梁頂部2點處產生的正彎矩和負彎矩分別為經過驗算,得可見,本工程中外荷載P對擋墻下部結構產生的負彎矩大于正彎矩,為不利荷載。4衡重式樁板擋墻受力及變形的影響衡重式樁板擋墻作為直立式支擋結構,克服了錨拉式樁板擋墻對墻后錨索施工空間要求高、錨索長期工作的應力松弛及錨索防腐等問題,在城市空間愈發狹小的情況下,有很大的應用價值。設計中不僅要按照正常使用狀態驗算結構強度,而且要考慮施工工況,校核不利工況下的結構強度。它作為一種新型的支擋結構,其受力及變形情況還沒有成熟的計算方法,本