仰斜式路堑墙计算设计体系
一般情况下仰斜式路堑墙多出现在剖山皮段落中，起到收坡减少挖土石方的作用。考虑到行车时的感官反馈，一般设置高度最高建议为6m（不含埋深）。挡墙计算体系很好搭建，从自身稳定性出发考虑抗滑移、抗倾覆、承载力、偏心距等，然后从整体稳定性出发分析其边坡的整体稳定性。依据规范以路基规范附录H为主要参考，其他规范作为辅助补充。
挡墙自身稳定性计算软件可以采用geo5、也可以采用理正，理正更为全面，对于组合系数的选择也比较详细，其实目前来看，分项系数的选择是大家最容易忽略的，直接默认为1，直接计算出结果，其实规范也很详实的提供了系数选择，我认为唯一理正做的稍有欠缺的地方是公路没有像铁路一样有工况分析，拿垂直恒载来说，重力式挡墙是完全依靠其自重来保证其抗滑移、抗倾覆稳定性的，从这个角度来说，系数应该取0.9，但是承载力增大，对地基的要求增大，系数应该取1.2。所以参数的选取大家可以多次尝试，找到规律和窍门。下面和大家分享下我的路堑挡墙设计思路。 由于项目区局部路基段落存在“剥山皮”现象，为解决此类问题，一级坡采用重力式挡墙收坡，二级及以上边坡根据具体情况选择支挡防护形式。墙背土层为强-中风化砂岩、密实碎石土，根据附近项目既有建设经验及挡墙美观性，采用8.0m高重力式挡墙收坡，其中挡墙埋深为2.0m。 根据中华人民共和国国家标准《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）及《地震安全性评价报告》，项目区的抗震设防烈度为VIII度区，地震动峰值加速度0.20g，地震动反应谱特征周期0.45s。建议按《公路工程抗震规范》(JTGB02-2013)有关规定，进行抗震设防。需考虑地震工况。因此应分为三种组合进行计算分析，但由于II组合没有基本可变荷载，因此I组合与II组合计算结果相同。1. 挡土墙结构重力 分项系数 = 1.200 √2. 墙顶上的有效永久荷载 分项系数 = 1.200 √3. 墙顶与第二破裂面间有效荷载 分项系数 = 1.400 √5. 车辆荷载引起的土侧压力 分项系数 = 1.400 ×1. 挡土墙结构重力 分项系数 = 1.200 √2. 墙顶上的有效永久荷载 分项系数 = 1.200 √3. 墙顶与第二破裂面间有效荷载 分项系数 = 1.400 √5. 车辆荷载引起的土侧压力 分项系数 = 1.400 √1. 挡土墙结构重力 分项系数 = 1.200 √2. 墙顶上的有效永久荷载 分项系数 = 1.200 √3. 墙顶与第二破裂面间有效荷载 分项系数 = 1.400 √5. 车辆荷载引起的土侧压力 分项系数 = 1.400 × 计算高度为9.693(m)处的库仑主动土压力，破裂角=31.277(度)。Ea=171.419(kN)；Ex=167.996(kN)；Ey=34.085(kN)；作用点高度 Zy=3.341(m)，重量=797.234(kN)。 根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）式11.2.3计算滑动稳定系数Kc1，根据《公路挡土墙设计》（陈 忠达编）计算滑动稳定系数Kc2（考虑下部三角楔形体滑动）：基底倾斜角度 = 11.310 (度)；Wn = 781.753(kN)；En = 99.779(kN)；Wt =156.351(kN)；Et = 277.566(kN)；地震力77.805(kN)滑移力=121.215(kN)；抗滑力=528.919(kN)滑动稳定方程满足:方程值=418.141(kN)>0.0（《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）附录H）图 《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）附录H.0.2-5地基土层水平向:滑移力=291.744(kN)，抗滑力=528.319(kN)，地基土层水平向:滑移验算满足:Kc2=1.811>1.300，根据《公路工程抗震规范》，地震工况下挡墙抗滑移稳定性安全系数取1.10。根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）式11.2.4计算滑动稳定系数K0：①相对于墙趾点，墙身重力的力臂Zw=3.338(m)倾覆力矩=856.510(kN-m)抗倾覆力矩=2877.252(kN-m)倾覆验算满足:K0=3.359>1.300（组合III安全系数为1.3）倾覆稳定方程满足:方程值=1354.310(kN-m)>0（《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）附录H）根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）中3.0.4、3.0.5、5.2.1～5.2.8进行计算，取倾斜基底的倾斜宽度验算地基承载力和偏心距，作用于基础底的总竖向力=881.532(kN)，作用于墙趾下点的总弯矩=2020.743(kN-m)，基础底面宽度B=4.554(m),偏心距e=0.015(m);基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn=2.292(m)；趾部基底压应力=189.709(kPa),踵部基底压应力=197.398(kPa),最大应力与最小应力之比=1.041。①作用于基底的合力偏心距验算:e=-0.015<=0.167×4.554=0.759(m)，满足。②墙趾处地基承载力验算:压应力=189.709<=750(kPa) ，满足。③墙踵处地基承载力验算:压应力=197.398<=812.500(kPa) ，满足。④地基平均承载力验算:压应力=193.553<=625(kPa) ，满足。墙底截面强度验算一般分为容许应力法和极限状态法，本次依据规范和《公路挡土墙设计》（陈 忠达编）采用极限状态法为主要计算方法，容许应力法进行校核。验算截面选取在台顶处和墙底处。墙身截面积=32.608(m2)，重量=749.984(kN)，相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=3.357(m)，相对于验算截面外边缘，Ey的力臂Zx=4.987(m)，相对于验算截面外边缘，Ex的力臂Zy=2.581(m)。验算截面上的轴向力组合设计值Nd=960.750(kN)；轴心力偏心影响系数=0.999；挡墙构件的计算截面每沿米面积A=4.60(m2)；材料抗压极限强度Ra=25000.000(kPa)；圬工构件或材料的抗力分项系数=2.310；偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数=0.994；强度验算:计算值=1008.788<=49749.246(kN)，结果满足。稳定验算:计算值=1008.788<=49435.840(kN)，结果满足。①法向应力检算（参数选取自《公路路基设计手册》及《铁路路基支挡结构设计规范》老版）作用于验算截面的总竖向力=793.391(kN)作用于墙趾下点的总弯矩=1873.904(kN-m)；相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=2.362(m)；截面宽度B=4.600(m)，偏心距e1=0.062(m)。截面上偏心距验算:e1=-0.062<=0.300×4.600=1.380(m)，结果满足。截面上压应力:面坡=158.400，背坡=186.400(kPa)。压应力验算:计算值=186.4<=10200(kPa)，结果满足。剪应力验算满足:计算值=-6.431<=1500.000(kPa)计算高度为7.5(m)处的库仑主动土压力，破裂角=39.423(度)，Ea=273.652(kN)，Ex=270.672(kN)，Ey=40.277(kN)，作用点高度Zy=3.105(m)。验算截面以上，墙身截面积=22.500(m2)，重量=517.500(kN)；相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=2.438(m)，相对于验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx=3.776(m)，相对于验算截面外边缘，Ex的力臂Zy=3.105(m)。验算截面上的轴向力组合设计值Nd=843.315(kN)；轴心力偏心影响系数=0.978；挡墙构件的计算截面每沿米面积A=4.02(m2)；材料抗压极限强度Ra=25000.000(kPa)；圬工构件或材料的抗力分项系数=2.310；偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数=0.992；强度验算:计算值=885.481<=42545.684(kN)，结果满足。稳定验算:计算值=885.481<=42208.908(kN)，结果满足。①法向应力检算（参数选取自《公路路基设计手册》及《铁路路基支挡结构设计规范》老版）作用于验算截面的总竖向力=697.522(kN)作用于墙趾下点的总弯矩=1296.986(kN-m)，相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=1.859(m)；截面宽度B=4.020(m)偏心距e1=0.151(m)。截面上偏心距验算满足:e1=0.151<=0.300*4.020=1.206(m)。截面上压应力:面坡=212.510，背坡=134.516(kPa)。压应力验算:计算值=212.510<=10200.000(kPa)，结果满足。剪应力验算:计算值=-14.290<=1500(kPa)，结果满足。采用极限平衡法计算边坡整体稳定性，边坡稳定性评价应遵循“以定性分析为基础，定量计算为手段”的原则，应根据边坡类型和可能的破坏形式确定边坡稳定性计算方法。由于是公路高边坡，坡率规则，可以看做平面应变问题，因此在定量分析时可以采用极限平衡法进行计算，极限平衡法中应尽量采用力矩平衡和静力平均均同时满足的方法，其中摩根斯坦法应用最为广泛，摩根斯坦法（M-P法）有以下特点：根据本段高边坡岩土体组成，为更好的综合评价高边坡稳定性，本次采用摩根斯坦法综合计算分析。边坡的稳定性安全系数值参考《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）的要求，附录H0.2给出，设置于斜坡上的挡土墙，应对挡土墙地基及填土的整体稳定性进行验算，其稳定系数不应小于1.25，地震工况下稳定系数不应小于1.15。边坡稳定性分析工况根据项目特点共分为2组计算工况。天然工况下的稳定性：考虑天然自重+地下水位的组合，无地下水时考虑天然自重情况下的稳定性。地震工况下稳定性：采用拟静力法施加地震力，基于天然工况进行稳定性分析,综合水平地震系数为0.05。据此建立模型进行稳定性分析，分析边坡稳定性时主要岩土体物理力学参数有密度、粘聚力、内摩擦角，根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015），岩土体抗剪强度取值宜根据室内试验资料、监测成果反分析、极限平衡反算值、工程地质类比和当地经验综合确定分析，结合该段边坡特点及地区经验，本次通过地勘资料结合地区经验及《工程地质手册》等综合确定。岩土体参数如下（K227+425~K227+485段岩土体数据）：由于边坡稳定性未知，仅存在潜在滑动面，因此进行滑动面搜索法进行确定，本次采用规范推荐的基于极限平衡法的滑动面自动搜索法确定，同时考虑边坡模型的潜在尺寸效应等，坡脚到模型右边界距离为一个边坡高度H，坡顶到模型左边界距离为H，坡顶到模型底边界距离为2H。计算结果如下图所示，挖方边坡在天然工况下采用自动搜索法的稳定系数为1.266，在天然工况下均呈稳定状态，满足Fs≥1.25的稳定性的要求。地震工况应考虑水平地震影响，边坡在地震工况下的稳定系数为1.166，在地震工况下呈稳定状态，满足Fs≥1.15的稳定性要求。
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首次发布时间：2023-05-09
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