運煤公路陡坡擋土墻受力設計綜述

時間:2022-06-10 10:06:00

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運煤公路陡坡擋土墻受力設計綜述

目前擋土墻的常規計算方法是利用相關土壓力的理論及公式,先計算出作用于墻背的土壓力,結合所擬定的擋土墻的斷面尺寸來驗算擋土墻的抗滑、抗傾覆穩定性,同時驗算基底應力、合理偏心距和墻身截面強度等是否滿足要求。而對于受條件所限必須建于陡坡上的公路而言,需修建陡坡擋土墻,陡坡橫坡越大,擋墻越高,墻后填土體積越大,如果設計不合理或者沒有考慮滑坡推力的影響,就容易出事故。陡坡擋墻所受的的荷載主要是土壓力和滑坡推力,兩者并非獨立存在,而是共同發生,除大小不同外,其分布情況、方向及作用點均不同。正確、合理地確定土壓力和滑坡推力的大小、方向、作用點,是擋墻設計的關鍵問題。由于主動土壓力的分析及計算大家較為熟悉,現對滑坡推力做如下分析。

1滑面的產生類型

在山區環境中,地形、地質、水文條件等各因素都極為復雜,采用陡坡擋土墻,無論是路堤式還是路肩式,從其所處的地形和受力體系來看,都具有各自的特殊性。陡坡擋土墻墻后的填筑土體具有滑坡的性質,極易沿既有地面陡坡下滑,一般有如下三種下滑可能:

(1)墻后土體沿擋土墻基底接觸面滑動;

(2)墻后土體連同山坡覆蓋層沿基巖面下滑;

(3)當基底巖層的產狀與墻后土體下滑的方向相同時,擋土墻及填土的加載使巖層沿軟弱層面下滑。

2滑坡推力的計算原則

確定了潛在的滑面后,作用在擋墻上的荷載就是松弛區沿潛在滑面所產生的滑坡推力。對滑坡推力的計算,當前國內外普遍采用的做法是利用極限平衡理論計算每米寬滑動斷面的推力,同時假定斷面兩側為內力而不計算側向摩阻力。原則上滑坡推力計算與穩定性分析保持一致,但不同的滑移面形式(例如滑面為單一平面、圓弧面、折線等等),有不同的計算方法,每一種滑坡推力計算方法均與相應的坡體穩定性計算方法相對應,計算原理、假定均與各相應穩定性分析方法相同。

3主動土壓力與滑坡推力的比較

滑坡推力的計算一般按剩余下滑力求得,其方向可假定與靠近墻背的滑面平行,其壓力分布圖形近似為矩形,合力作用點位于滑面以上1/2墻高處。而主動土壓力一般采用庫侖公式計算,壓力分布為三角形,其合力作用點位于填土以上1/3墻高處。經比較可知,滑坡推力的合力作用點比主動土壓力高,對擋土墻的抗傾覆穩定性更為不利。如果在設計陡坡擋土墻時僅按常規只考慮主動土壓力,沒有考慮可能比主動土壓力大的滑坡推力,就會為設計的陡坡擋土墻的安全埋下隱患。此外,地面水和地下水的不利影響也是影響下滑的重要因素,所以在計算滑坡推力時要全面考慮這些不利因素,并提出適當的措施來盡量減小不利影響。

4案例說明

如圖1為我院所設計某煤礦礦井運煤公路陡坡路堤擋土墻,公路等級為三級公路,路基寬度8.5m,設計荷載為公路—I級,其設計推力計算如下。

5結論

對于山區地段的礦井運煤公路的陡坡擋土墻而言,設計時不能僅按常規計算墻背填土的主動土壓力,還要結合現場地形、地質和水文等條件的不利因素,驗算墻后土體下滑的可能性,計算滑坡推力。若計算的滑坡推力E≤0,說明滑坡體穩定,滿足設計要求,此時應以主動土壓力來設計擋墻;若計算的滑坡推力E大于主動土壓力EA,則應以滑坡推力來設計擋墻;若計算的滑坡推力E>0且小于主動土壓力EA,則應取兩者力矩較大者驗算擋土墻的抗傾覆穩定性,取兩者水平分力大者驗算擋土墻的抗滑動穩定性。綜上所述,只有充分考慮各種不利因素來進行陡坡擋土墻設計,才能保證工程設計的安全。