CN111274638B - 一种提高既有衡重式挡土墙抗倾覆安全性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高既有衡重式挡土墙抗倾覆安全性的方法，包括：引入原设计抗倾覆评估系数、实际抗倾覆评估系数、目标抗倾覆评估系数，计算加固后力矩模型中的所述扩大基础的参数。相比较于现有技术，本发明提供了针对既有衡重式挡土墙采用扩大基础的一种考虑既有衡重式挡墙承载作用的全新计算设计方法，避免了既有挡墙的拆除重建，对扩大基础的尺寸进行了优化，从而在保证安全性的前提下，降低了工程投资，提高了经济性。

Description

一种提高既有衡重式挡土墙抗倾覆安全性的方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体是指一种提高既有衡重式挡土墙抗倾覆安全性的方法。

背景技术

铁路、公路、市政等基础设施的建设中，衡重式挡土墙由于其具有良好的收坡效果，已被大量广泛应用于填方地段。但在实际使用过程中，由于受到地震、雨水侵蚀、地质条件变化等自然因素和早期施工的人为因素等，衡重式挡土墙出现了一定的外倾变形病害，导致衡重式挡土墙抗倾覆的稳定性降低。

为了保护衡重式挡土墙上方铁路、公路市政等主体工程的正常使用和运营，往往需要进行处理，工程上多采用拆除重建或加厚挡土墙的方法。拆除重建可彻底根治问题但往往会影响既有工程项目的正常运营且投资大，经济效益和社会效益差。加厚挡土墙往往是在挡墙外全断面帮宽既有挡墙，如专利CN201459740U提出了一种铁路既有挡墙帮宽构造，该结构在既有挡土墙外新建挡土墙面板并通过长锚杆与稳定岩层锚固在一起，又如专利CN105604088A提供了一种由既有挡墙、级配碎石层和新建挡墙构成的微扰动加固结构。

上述专利均采用全断面加宽既有挡土墙的方式，其结构复杂、施工复杂、还侵占了地面以上的空间，并且专利中并未提及相关的计算方法。另外，在设计中通常不考虑既有挡墙的作用而将所有荷载全部加载到新建支挡结构上。

虽然衡重式挡土墙出现了一定的外倾变形，但并没有完全倒塌或破坏，仍可以短期使用且具有一定的承载能力，传统的设计计算方法完全不考虑既有挡墙的承载能力，经济性较差，浪费工程投资。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的，在采用扩大基础加固既有衡重式挡土墙时不考虑既有挡土墙的承载能力导致经济性低的问题，本发明提供了一种提高既有衡重式挡土墙抗倾覆安全性的方法，在保证安全性的前提下，提高经济性、节约工程投资。

一种提高既有衡重式挡土墙抗倾覆安全性的方法，采用扩大基础对既有的衡重式挡墙进行加固；其中，所述扩大基础的参数设计包括：

引入原设计抗倾覆评估系数，根据衡重式挡墙原设计力矩模型中的水平受力与竖向受力计算所述原设计抗倾覆评估系数；

引入实际抗倾覆评估系数，描述衡重式挡墙实际力矩模型中的水平受力与竖向受力的关系；所述实际抗倾覆评估系数，根据对既有的衡重式挡墙的抗倾覆稳定性进行评估得到；

引入目标抗倾覆评估系数，描述衡重式挡墙加固后力矩模型中的水平受力与竖向受力的关系；所述目标抗倾覆评估系数，根据所述原设计抗倾覆评估系数得到；

根据所述目标抗倾覆评估系数，计算加固后力矩模型中的所述扩大基础的参数。

优选的，所述扩大基础采用小型预制结构且分段施工，设置在既有衡重式挡墙的墙趾处，沿既有衡重式挡墙纵向布置，所述扩大基础与既有衡重式挡墙之间通过强力粘合剂连接而形成整体结构。

优选的，所述实际抗倾覆评估系数，根据现场挡墙的变形和裂缝的情况对既有的衡重式挡墙的抗倾覆稳定性进行评估得到。

优选的，所述原设计抗倾覆评估系数K₀₁；

其中，W为自重重力，单位为kN/m，W₁为上墙填土自重重力，单位为kN/m，Z_w为衡重式挡墙自重重心到倾覆计算点的水平距离，单位为m，Z_w1为上墙填土自重重心到倾覆计算点的水平距离，单位为m，Z_x为上墙土压力水平分力到倾覆计算点的水平距离，单位为m，Z_y为上墙土压力竖向分力到倾覆计算点的竖向距离，单位为m，Z_x1为下墙土压力水平分力到倾覆计算点的水平距离，单位为m，Z_y1为下墙土压力竖向分力到倾覆计算点的竖向距离，单位为m；E_x为上墙设计土压力水平分力，单位为kN/m，E_y为上墙设计土压力竖向分力，单位为kN/m，E_x1为下墙设计土压力水平分力，单位为kN/m，E_y1为下墙设计土压力竖向分力，单位为kN/m。

优选的，所述实际抗倾覆评估系数K₀₂；

其中，E'_x为上墙实际土压力水平分力，E'_y为上墙实际土压力竖向分力，E'_x1为下墙实际土压力水平分力，E'_y1为下墙实际土压力竖向分力。

优选的，所述上墙实际土压力水平分力E'_x、所述上墙实际土压力竖向分力E'_y、所述下墙实际土压力水平分力E'_x1、所述下墙实际土压力竖向分力E'_y1均由原设计土压力根据土压力修正系数修正后得到：

E'_x＝ψE_x；E'_y＝ψE_y；E'_x1＝ψE_x1；E'_y1＝ψE_y1；

其中，土压力修正系数

优选的，所述目标抗倾覆评估系数K_op：

其中，d为扩大基础的宽度，单位为m。

优选的，所述目标抗倾覆评估系数K_op的值：

K_op＝γ₁γ₂K₀₁

其中，γ₁为结构重要性系数，不小于1.1；γ₂为施工综合影响系数，不小于1.0。

所述扩大基础的参数包括宽度d：

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的一种提高既有衡重式挡土墙抗倾覆安全性的方法，提出了一种采用扩大基础加固既有衡重式挡土墙的结构，通过改变既有挡土墙的墙趾作用点而提高了结构的抗倾覆安全性，并针对该种加固结构提出了一种考虑既有衡重式挡墙承载作用的全新计算设计方法，根据既有衡重式挡墙和扩大基础的受力来计算扩大基础的尺寸。这样，避免了既有挡墙的拆除重建，从而在保证安全性的前提下，降低了工程投资，提高了经济性，扩大基础和既有衡重式挡土墙之间采用强力粘合剂连接成一个整体，结构整体性好，而且相较于其它的一些加固方式(如全断面加宽挡墙)，结构简单、施工方便、快捷且能节省地上空间。

附图说明：

图1为本发明的方法流程示意图。

图2为既有衡重式挡土墙原设计时的受力示意图。

图3为既有衡重式挡土墙施工运营后的实际受力示意图。

图4为加固后既有衡重式挡墙和扩大基础的荷载示意图。

图5为既有衡重式挡墙设置扩大基础横断面图示意图。

图6为既有衡重式挡墙设置扩大基础立面图示意图。

图7为既有衡重式挡墙实例横断面图示意图。

图中标记：1-既有衡重式挡土墙，2-扩大基础，3-强力粘合剂，4-地面线，5-主体结构。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1，一种提高既有衡重式挡土墙1抗倾覆安全性的方法，包括：

S100对既有衡重式挡墙进行评估，得到实际抗倾覆评估系数；

S200根据衡重式挡墙的结构受力以及实际抗倾覆评估系数，得到实际土压力；

S300采用加固结构对既有衡重式挡土墙1进行加固；根据加固后的衡重式挡土墙所需达到的目标抗倾覆评估系数，计算加固结构的尺寸；

其中，所述加固结构为扩大基础2，加固后主体结构5与地平线4的关系如图5、图6；所述扩大基础2采用小型预制结构且分段施工，设置在既有衡重式挡墙的墙趾处，沿既有衡重式挡墙纵向布置，所述扩大基础2与既有衡重式挡土墙1之间通过强力粘合剂3连接而形成整体结构。扩大基础2的尺寸，具体的计算过程包括：

第一步 对既有衡重式挡土墙1评估

根据安全评估方法和手段，对既有衡重式挡土墙1的抗倾覆稳定性进行评估，得到实际抗倾覆评估系数K₀₂。

第二步 计算挡土墙实际土压力

根据工程经验和土压力理论，假定土压力的作用点、作用方向不变而仅大小发生变化。由于土体破坏模式为简单的楔体破坏，衡重式挡土墙的实际土压力(如图3)相对于设计时的土压力(如图2)可简化为均匀变化，即(式1)所示

E'_x＝ψE_x；E'_y＝ψE_y；E'_x1＝ψE_x1；E'_y1＝ψE_y1；(式1)

式中：ψ——土压力修正系数

E_x——上墙设计土压力水平分力(kN/m)

E_y——上墙设计土压力竖向分力(kN/m)

E_x1——下墙设计土压力水平分力(kN/m)

E_y1——下墙设计土压力竖向分力(kN/m)

E'_x——上墙实际土压力水平分力(kN/m)

E'_y——上墙实际土压力竖向分力(kN/m)

E'_x1——下墙实际土压力水平分力(kN/m)

E'_y1——下墙实际土压力竖向分力(kN/m)

根据现场对既有衡重式挡土墙1实际抗倾覆评估系数K₀₂，计算土压力修正系数ψ。

联立(式1)和(式2)，得到土压力修正系数ψ，如(式3)所示

式中：

W——衡重式挡墙自重重力(kN/m)

W₁——上墙填土自重重力(kN/m)

Z_w——自重重心到倾覆计算点(墙趾)的水平距离(m)

Z_w1——上墙填土自重重心到倾覆计算点的水平距离(m)

Z_x——上墙土压力水平分力到倾覆计算点的水平距离(m)

Z_y——上墙土压力竖向分力到倾覆计算点的竖向距离(m)

Z_x1——下墙土压力水平分力到倾覆计算点的水平距离(m)

Z_y1——下墙土压力竖向分力到倾覆计算点的竖向距离(m)

其余——见(式1)

将土压力修正系数ψ代入(式1)即可得到上墙实际土压力水平分力E'_x、上墙实际土压力竖向分力E'_y、下墙实际土压力水平分力E'_x1、下墙实际土压力竖向分力E'_y1。

第三步 计算扩大基础2的宽度

如图4，采用扩大基础2对既有衡重式挡墙的墙趾进行加固后，改变了倾覆点的位置使得抗力力臂增大，提高了挡墙的抗倾覆稳定性和安全性。

根据目标抗倾覆评估系数Ko_p，计算扩大基础2的宽度。

K_op＝γ₁γ₂K₀₁ (式5)

式中：

γ₁——结构重要性系数，不小于1.1；

γ₂——施工综合影响系数，不小于1.0

d——加宽扩大基础2的宽度(m)

其余——见(式1)和(式3)

联立(式4)、(式5)和(式6)，得到扩大基础2的宽度为

实施例1

首先，对既有衡重式挡土墙1评估：

如图7，已知某单线I级铁路路堤衡重式挡土墙，该挡墙墙高H＝6.0m，埋深1.4m，具体结构尺寸如下：墙顶宽0.85m，台宽1.2m，面坡倾斜坡度为1:0.05，上墙背坡倾斜坡度为1:0.45，下墙背坡倾斜坡度为1:0.25，墙底倾斜坡率为0.200:1，基底摩擦系数f为0.35，具体详见图6。原设计抗倾覆评估系数K₀₁＝1.929。

根据安全评估方法和手段，对既有衡重式挡土墙1的抗倾覆稳定性进行评估，得到实际抗倾覆评估系数K₀₂＝1.4。

然后，计算挡土墙实际土压力：

根据原设计文件，得到设计的衡重式挡土墙受到挡墙自重W＝385.839kN、上墙填土自重W₁＝76.491kN、上墙设计土压力水平分力E_x＝46.760kN、上墙设计土压力竖向分力E_y＝43.447kN、下墙设计土压力水平分力E_x1＝108.725kN、下墙设计土压力竖向分力E_y1＝6.581kN；自重重心到倾覆计算点(墙趾)的水平距离Zw＝1.345m、上墙填土自重重心到倾覆计算点的水平距离Z_w1＝2.029m、上墙土压力水平分力到倾覆计算点的水平距离Zx＝3.111m、上墙土压力竖向分力到倾覆计算点的竖向距离Zy＝5.005m、下墙土压力水平分力到倾覆计算点的水平距离Z_x1＝2.698m、下墙土压力竖向分力到倾覆计算点的竖向距离Z_y1＝1.791m。圬工砌体重度γ_G＝25kN/m³

结合现场对既有衡重式挡土墙1实际抗倾覆评估系数K₀₂＝1.4，得到土压力修正系数ψ，如(式8)所示。

最后，计算扩大基础2的宽度：

在衡重式挡土墙前设置扩大基础2后，提高了其抗倾覆稳定性。假定该铁路工程结构重要性系数γ₁＝1.1，施工综合影响系数γ₂＝1.05。

结合原设计情况，计算扩大基础2的宽度：

扩大基础2的尺寸确定后，具体的在现场施工工艺步骤如下：

1.在既有衡重式挡墙1的临空侧进行局部开挖，开挖范围略大于扩大基础预制块；

2.将预制好的扩大基础预制块放入开挖基坑中，用强力粘合剂3将既有挡土墙与扩大基础预制块连接成一个整体；

3.开挖下一个局部基坑，重复步骤1-步骤2，施工下一块扩大基础2。

4.当扩大基础2长度达到原挡墙的长度或遇到原挡墙的伸缩缝时，回填扩大基础2前的基坑。

重复上述步骤1-4,直至工程施工完成。

以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种提高既有衡重式挡土墙抗倾覆安全性的方法，其特征在于，采用扩大基础对既有的衡重式挡墙进行加固；其中，所述扩大基础的参数设计包括：

引入原设计抗倾覆评估系数，根据衡重式挡墙原设计力矩模型中的水平受力与竖向受力计算所述原设计抗倾覆评估系数，所述原设计抗倾覆评估系数K₀₁；

其中，W为自重重力，单位为kN/m，W₁为上墙填土自重重力，单位为kN/m，Z_w为衡重式挡墙自重重心到倾覆计算点的水平距离，单位为m，Z_w1为上墙填土自重重心到倾覆计算点的水平距离，单位为m，Z_x为上墙土压力水平分力到倾覆计算点的水平距离，单位为m，Z_y为上墙土压力竖向分力到倾覆计算点的竖向距离，单位为m，Z_x1为下墙土压力水平分力到倾覆计算点的水平距离，单位为m，Z_y1为下墙土压力竖向分力到倾覆计算点的竖向距离，单位为m；E_x为上墙设计土压力水平分力，单位为kN/m，E_y为上墙设计土压力竖向分力，单位为kN/m，E_x1为下墙设计土压力水平分力，单位为kN/m，E_y1为下墙设计土压力竖向分力，单位为kN/m；

引入实际抗倾覆评估系数，描述衡重式挡墙实际力矩模型中的水平受力与竖向受力的关系；所述实际抗倾覆评估系数，根据对既有的衡重式挡墙的抗倾覆稳定性进行评估得到，所述实际抗倾覆评估系数K₀₂；

其中，E′_x为上墙实际土压力水平分力，E′_y为上墙实际土压力竖向分力，E′_x1为下墙实际土压力水平分力，E′_yl为下墙实际土压力竖向分力；

所述上墙实际土压力水平分力E′_x、所述上墙实际土压力竖向分力E′_y、所述下墙实际土压力水平分力E′_x1、所述下墙实际土压力竖向分力E′_y1均由原设计土压力根据土压力修正系数修正后得到：

E′_x＝ψE_x；E′_y＝ψE_y；E′_x1＝ψE_x1；E′_y1＝ψE_y1；

其中，土压力修正系数

引入目标抗倾覆评估系数，描述衡重式挡墙加固后力矩模型中的水平受力与竖向受力的关系；所述目标抗倾覆评估系数，根据所述原设计抗倾覆评估系数得到，所述目标抗倾覆评估系数K_op：

其中，d为扩大基础的宽度，单位为m；

根据所述目标抗倾覆评估系数，计算加固后力矩模型中的所述扩大基础的参数，所述目标抗倾覆评估系数K_op的值：

K_op＝γ₁γ₂K₀₁

其中，γ₁为结构重要性系数，不小于1.1；γ₂为施工综合影响系数，不小于1.0；

所述扩大基础的参数包括宽度d：

2.根据权利要求1所述的一种提高既有衡重式挡土墙抗倾覆安全性的方法，其特征在于，所述扩大基础采用小型预制结构且分段施工，设置在既有衡重式挡墙的墙趾处，沿既有衡重式挡墙纵向布置，所述扩大基础与既有衡重式挡墙之间通过强力粘合剂连接而形成整体结构。

3.根据权利要求1所述的一种提高既有衡重式挡土墙抗倾覆安全性的方法，其特征在于，所述实际抗倾覆评估系数，根据现场挡墙的变形和裂缝的情况对既有的衡重式挡墙的抗倾覆稳定性进行评估得到。

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