防滑凸榫在公路挡土墙中的应用探讨

【摘 要】本文围绕着提高公路挡土墙的抗滑系数的目的，探讨了凸榫结构的作用原理及设计尺寸，通过理论分析，增设凸榫可以在不影响原方案抗倾性能与稳定性能的基础上，大幅提升了抗滑系数，增加了挡土墙的稳定性。其抗滑系数的富余可考虑在满足挡土墙稳定性的基础上，缩短底板长度，以减小工程量，节约投资。本文研究可为同类工程提供一定的参考。

【关键词】凸榫；防滑系数；公路挡土墙；节约工程量

1 防滑凸榫作用原理

凸榫及在公路挡土墙底设置一个榫状外凸结构，利用该机构与墙前土体的摩擦力来提供额外的抗滑力，来防止挡土墙水平位移，提高挡土墙水平抗滑力，根据文献[1]可知，挡土墙后发生被动土压力Ep所对应的挡土墙位移δ要大于发生主动土压力时的位移值，可见在相同物理性质填土的情况下，主动土压力小于静止土压力，而静止土压力远小于被动土压力，即有：

Ea

由此可见，利用好墙前的被动土压力可最大强度的提高公路挡土墙抗滑能力。

2 防滑凸榫扶壁结构的抗滑稳定计算

2.1 普通重力式挡土墙抗滑机理

根据《公路挡土墙设计规范》，抗滑系数由抗滑力与滑移力的比值确定：

Kc=■=■=■（2）

式中，■G为作用在挡土墙上全部垂直于水平面的荷载，kN，按（式3）计算；f为挡土墙底面与地基之间的摩察系数；■H为作用在挡土墙上全部平行于基底面的荷载，kN。对于墙背垂直光滑且填土面水平时，可按（式3）计算。

■G=E胸墙+E扶壁+E肋板+E回填土+E均布（3）

■H=Ea+E均布+E线荷+E其它（4）

式中，E胸墙、E扶壁、E肋板、E回填土分别为胸墙、扶壁、肋板、墙后回填土自重产生的荷载，E均布为填土表面的均布荷载；Ea为墙后填土产生的水平方向滑移力；E均布为填土表面的均布荷载产生的水平方向滑移力；E线荷为填土表面的线荷载产生的水平方向滑移力；E其它为其它荷载产生的水平方向滑移力。

本文计算对象针对非粘性填土，因此各公式中墙后填土产生的水平方向滑移力、填土表面的均布荷载、填土表面的线荷载产生的水平方向滑移力可按下式计算：

Ea=■γh■■k■+γh■■h■k■+■γ'h■■k■（5）

E均布=qHka（6）

E线荷=■・■（7）

其中，γ为墙后填土的重度；γ'为墙后填土的浮容重；H为填土高度；h■■为墙后地下水位高度；h■■为墙后地下水位以上填土高度；K■为主动土压力系数；θ为墙后填土破坏面与水平面的夹角，当墙背垂直光滑且填土面水平时，取θ=45°+φ/2。q为填土表面均布荷载大小；Q■为填土表面线荷载大小；a为线荷载距墙顶的水平距离。

2.2 带凸榫挡土墙抗滑机理

公路挡土墙加凸榫后，榫前增加的被动土压力与加凸榫前的水平抗滑力共同防止挡土墙滑移，因此，可将设置凸榫后挡土墙的抗滑安全系数表示为：

Kc=■（8）

式中，σ■为榫前土的被动土压力平均值，可按（式8）计算；H■为凸榫的高度；B■为凸榫前端到墙踵的长度，即Bt+Bt2；σ■、σ■分别为墙踵及凸榫前缘侧基底压应力，其中σ1即基地最大压应力σmax，σ■即基地最小压应力σmin（图1）。

图1 防滑凸榫计算简图

3 凸榫的体型设计

3.1 凸榫的位置确定

为防止挡土墙凸榫前趾土不因塑性过大产生破坏，因此榫前墙趾必须处于两包线的夹角范围内（图2），因此，凸榫前趾距离、凸榫宽度就有以下限制条件：

Bt1≥H■tan45°+φ/2（9）

Bt2=B-Bt1-Bt≥H■cotφ（10）

图2 挡土墙凸榫尺寸要求

在公式9与公式10的限制条件下，挡土墙凸榫前趾的最小距离可表示为：

Bt1min=B-■（11）（下转第304页）

（上接第286页）3.2 凸榫的高度计算

由公式6及公式8可以推出：

Ht=■=■ （12）

3.3 凸榫的宽度计算

1）按截面弯矩求解：

Bt=■（13）

2）按截面剪力求解：

Bt=■（14）

式中，f■为混凝土抗拉强度设计值；σ■为容许剪应力。

为同时满足抗剪抗弯要求，取二式计算结果的最大值作为设计凸榫的宽度。

4 凸榫的体型设计

采用防滑凸榫扶壁式机构可以大幅度提高抗滑力，减小断面尺寸，节省工程投资，提高经济效益。该种结构为新型结构，虽然理论充分，但是具体效果应该通过相关实际工程或者模型实验进一步验证。

【参考文献】

[1]陈仲颐，周景星，王洪瑾，等.土力学[M].北京：清华大学出版社，1994.

[2]何思明，朱平一，张小刚.带抗滑键的挡土墙设计[J].岩石力学与工程学报，2003，22（7）：1211-1215.

[3]梅国雄，宰金珉.考虑位移影响的土压力近似计算方法[J].岩土力学，2001，22（1）：83-85.

[4]刘建航，侯学渊.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[5]尉希成.支挡结构设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1995.

[6]达.公路挡土墙设计[M].北京：人民交通出版社，1999.