CN116290086A - 多级滑面挡土墙加固结构及其设计方法 - Google Patents

多级滑面挡土墙加固结构及其设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多级滑面挡土墙加固结构及其设计方法，挡土墙加固结构包括新抗滑挡墙，所述新抗滑挡墙包括覆盖于旧抗滑挡墙远离滑移体所在侧面的加厚墙体，所述加厚墙体和旧抗滑挡墙的顶面覆盖有宽度大于二者宽度和的加高墙体，所述加高墙体上设置有向下延伸，且贴合于旧抗滑挡墙接触滑移体的侧面上的嵌固体；所述加厚墙体和加高墙体中的排水孔与旧抗滑挡墙的排水孔连通。

Description

多级滑面挡土墙加固结构及其设计方法
技术领域
本发明涉及边坡支护技术，具体涉及一种多级滑面挡土墙加固结构及其设计方法。
背景技术
重力式挡土墙是一种利用支护墙体自重承受土体侧向压力的支护结构，具有施工工艺便捷、原材料来源广泛、截面形式简单等优势，被广泛的应用于公路或铁路的边坡支护工程中。虽然重力式挡墙具有良好的施工效益及较高的支护强度，但运营一段时间后在雨水、扰动等因素的影响下，往往会产生很多病害，会产生局部滑坡、崩塌等危险，这将严重的危害公路、铁路安全。因此，我们需要对重力式挡土墙支护结构的支护可靠性进行评定，以判断该支护结构是否仍然可以满足支护结构的要求。
对于一些不能满足支护强度的重力式挡土墙，需要对其进行维修或重建。当挡墙已出现较大变形破坏，无有效抗力时，需要对其拆除重新建造钢筋混凝土挡墙，这种方式虽然防护效果比较好，但是重建工程量太大且造价过高，并且不能充分发挥原有支挡工程的作用。
《建筑边坡工程鉴定与加固技术规范》(GB50843-2013)6.2.2公开了可以通过新增支护结构或构件与原支护结构形成组合支护结构共同工作，具体为抗滑桩加固方案为在原有挡墙后方增设抗滑桩或抗滑垛分担滑坡的剩余下滑力与原有挡墙形成组合支护结构共同工作；当使用混凝土格构梁+预应力锚杆(索)加固方案时，格构梁可以增强挡墙的整体性，锚索可以加强挡墙的抗滑、抗倾覆稳定性。
通过采用抗滑桩组合加固方案虽然能够增强挡墙的抗滑、抗倾能力，但常常因墙前、墙后支护空间而受限，且一般墙后填土力学性质差，无法提供有效锚固力；混凝土格构梁+预应力锚(索)组合加固方案需要在墙前有一定的施工空间且墙后地层须提供满足要求的锚固力。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的多级滑面挡土墙加固结构及其设计方法通过在旧抗滑挡墙外修建加固体的方式，提高已建挡墙的强度和高度，增加已建挡墙抗滑能力，同时还可节约空间和降低成本。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
第一方面，提供一种多级滑面挡土墙加固结构，其包括新抗滑挡墙，所述新抗滑挡墙包括覆盖于旧抗滑挡墙远离滑移体所在侧面的加厚墙体，所述加厚墙体和旧抗滑挡墙的顶面覆盖有宽度大于二者宽度和的加高墙体，所述加高墙体上设置有向下延伸，且贴合于旧抗滑挡墙接触滑移体的侧面上的嵌固体；所述加厚墙体和加高墙体中的排水孔与旧抗滑挡墙的排水孔连通。
本发明的有益效果为：本方案设置的加厚墙体相当于增加了抗滑挡墙的厚度，通过加厚可以提高挡墙强度，防止原有深部滑面从挡墙下部剪出，设置的加高墙体增加了抗滑挡墙的高度，加高可以增加挡墙高度防止原有浅部滑面从挡墙上方剪出，此外该工程量较小且造价较低，符合节约资源的理念，并且能充分发挥原有支挡工程的作用，加之墙前、墙后不需要较大施工空间，并能发挥安全美观的作用。
进一步地，所述加高墙体内部的钢筋笼结构型式与旧抗滑挡墙中钢筋笼结构型式相同。
进一步地，所述新抗滑挡墙中的沉降缝与旧抗滑挡墙中对应的沉降缝连接。
进一步地，所述加厚墙体的最小厚度bmin计算公式为：
Figure BDA0004219046560000031
其中，E1为低深度滑面最大滑坡推力；α为低深度滑面最大滑坡推力角度；f1为旧抗滑挡墙抗剪强度；f2为新抗滑挡墙抗剪强度；Aa为低深度滑面最大滑坡推力作用点处新抗滑挡墙截面积；
所述加高墙体的顶面最小厚度emin的计算公式为：
Figure BDA0004219046560000032
所述嵌固体的最小厚度dmin的计算公式为：
Figure BDA0004219046560000033
其中，E2为高深度滑面最大滑坡推力；β为高深度滑面最大滑坡推力角度；f3为新抗滑挡墙和旧抗滑挡墙结合面处的抗剪强度；Ab为新抗滑挡墙和旧抗滑挡墙结合面处新加固挡墙背土侧截面积；Ac为新抗滑挡墙和旧抗滑挡墙结合面的截面积。
上述技术方案的有益效果为：首先根据原有挡墙低深度滑面抗剪强度不足以及低深度滑面滑坡设计推力，根据上述公式计算出低深度最小新加固挡墙厚度，继而针对原有挡墙与新加固挡墙结合面即最薄弱面抗剪强度较低以及高深度滑面滑坡设计推力，根据上述公式计算出高深度滑面原有挡墙与新加固挡墙结合面迎土侧最小加固厚度，以满足最低限度的力学要求不使新加固挡墙出现剪胀破坏同时达到节约经济的目的。
进一步地，当滑移体为土质滑坡时，新抗滑挡墙的高度小于等于10m；当滑移体为岩质滑坡时，新抗滑挡墙的高度小于等于12m。
第二方面，提供一种多级滑面挡土墙加固结构的设计方法，其包括步骤：
获取滑移体的勘查信息，并在勘查信息中找到不同深度滑面的位置，并计算低深度滑面和高深度滑面的最大滑坡推力；
根据低深度滑面最大滑坡推力，计算加厚墙体的最小厚度bmin：
Figure BDA0004219046560000041
其中，E1为低深度滑面最大滑坡推力；α为低深度滑面最大滑坡推力角度；f1为旧抗滑挡墙抗剪强度；f2为新抗滑挡墙抗剪强度；Aa为低深度滑面最大滑坡推力作用点处新抗滑挡墙截面积；
根据高深度滑面最大滑坡推力，计算加高墙体的顶面最小厚度emin：
Figure BDA0004219046560000042
根据高深度滑面最大滑坡推力，计算嵌固体的最小厚度dmin：
Figure BDA0004219046560000043
其中，E2为高深度滑面最大滑坡推力；β为高深度滑面最大滑坡推力角度；f3为新抗滑挡墙和旧抗滑挡墙结合面处的抗剪强度；Ab为新抗滑挡墙和旧抗滑挡墙结合面处新加固挡墙背土侧截面积；Ac为新抗滑挡墙和旧抗滑挡墙结合面的截面积。
进一步地，所述新抗滑挡墙的高度获取方法包括：
在新抗滑挡墙的最大高度与旧抗滑挡墙顶面高度之间选取若干高度值；
采用选取的高度值，分别计算新抗滑挡墙的抗滑挡墙的抗滑稳定系数、抗滑挡墙的抗倾覆稳定系数和作用在新抗滑挡墙的基底的最大应力；
选取出抗滑稳定系数、抗倾覆稳定系数和最大应力均满足其阈值时对应的高度；
采用取出的所有高度中的最小高度作为新抗滑挡墙最终的高度。
上述技术方案的有益效果为：本方案通过上述方式选取满足各种力学性能下的最小挡墙高度，能够保证后续支护的安全性的同时，还能够降低施工过程中资本投入。
进一步地，所述抗滑稳定系数、抗倾覆稳定系数和最大应力的计算公式分别为：
Figure BDA0004219046560000051
Figure BDA0004219046560000052
Figure BDA0004219046560000053
其中，Kc为抗滑稳定系数；E、G、N和F分别为单位长度新抗滑挡墙上的滑坡推力、墙体自身重力、预应力荷载、基底摩擦阻力；μ为基底摩擦系数；Ea为地震惯性力；K0为抗倾覆稳定系数；ZG为新抗滑挡墙重力对墙趾力臂；ZN为预应力荷载对墙趾的力臂；B为新抗滑挡墙基础宽度；H为新抗滑挡墙的高度；σmax为最大应力。
进一步地，所述抗滑稳定系数、抗倾覆稳定系数和最大应力需满足的阈值分别为1.3、1.6和1.2fa，fa为地基承载力特征值。
本方案提供的多级滑面挡土墙加固结构的设计方法的有益效果为：
本方案通过滑移体的勘查信息可以准确地计算出低深度滑面和高深度滑面的最大滑坡推力，再结合新旧抗滑挡墙的抗剪强度和结合面的截面积等参数，可以准确地得到三个墙体的最小厚度；本方案通过这种方式进行新抗滑挡墙的设计，可以保证新旧抗滑挡墙结合的结构的抗滑、抗倾覆稳定性；由于通过该种方式不需要拆除旧抗滑挡墙，且得到的各个墙体均是保证支护性能的最小尺寸，从而该工程量较小且工程造价低。
附图说明
图1为在旧抗滑挡墙上新建上新抗滑挡墙后的结构示意图。
其中，1、加厚墙体；2、加高墙体；3、嵌固体，4、旧抗滑挡墙。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
本方案在进行加固结构修建前，会根据原有挡墙结构形式对新加筑挡墙结构形式进行设计，新加筑挡墙结构形式须与原挡墙结构形式相匹配，包括外形的贴合以及新老泄水孔相连，将挡土墙后的土按施工要求放坡开挖后，先将所有的排水孔疏通，用水将墙背面余留杂土清刷干净(水自墙根部排水孔流出)，之后在进行修建。
如图1所示，本方案提供的多级滑面挡土墙加固结构包括新抗滑挡墙，新抗滑挡墙包括覆盖于旧抗滑挡墙4远离滑移体所在侧面的加厚墙体1，加厚墙体1和旧抗滑挡墙4的顶面覆盖有宽度大于二者宽度和的加高墙体2，加高墙体2按照《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)第8.5.1条构造配筋将
Figure BDA0004219046560000074
钢筋编织为钢筋笼，并扣于旧抗滑挡墙顶部，具体钢筋笼结构型式与旧抗滑挡墙4型式相同，新抗滑挡墙采用C25混凝土浇筑并与原有挡土墙形成一个整体。
加高墙体2上设置有向下延伸，且贴合于旧抗滑挡墙4接触滑移体的侧面上的嵌固体3；加厚墙体1和加高墙体2中的排水孔与旧抗滑挡墙4的排水孔连通。其中，加高墙体2内部的钢筋笼结构型式与旧抗滑挡墙4中钢筋笼结构型式相同。新抗滑挡墙中的沉降缝与旧抗滑挡墙4中对应的沉降缝连接。
新抗滑挡墙建好后按要求做好反滤层，墙后回填并分层夯实。若原有挡墙为混凝土挡墙，新旧抗滑挡墙间可再用
Figure BDA0004219046560000075
钢筋加强连接。
实施时，本方案优选加厚墙体1的最小厚度bmin计算公式为：
Figure BDA0004219046560000071
其中，E1为低深度滑面最大滑坡推力；α为低深度滑面最大滑坡推力角度；f1为旧抗滑挡墙4抗剪强度；f2为新抗滑挡墙抗剪强度；Aa为低深度滑面最大滑坡推力作用点处新抗滑挡墙截面积；
加高墙体2的顶面最小厚度emin的计算公式为：
Figure BDA0004219046560000072
嵌固体3的最小厚度dmin的计算公式为：
Figure BDA0004219046560000073
其中，E2为高深度滑面最大滑坡推力；β为高深度滑面最大滑坡推力角度；f3为新抗滑挡墙和旧抗滑挡墙4结合面处的抗剪强度；Ab为新抗滑挡墙和旧抗滑挡墙4结合面处新加固挡墙背土侧截面积；Ac为新抗滑挡墙和旧抗滑挡墙4结合面的截面积。
本方案的设计的多级滑面挡土墙加固结构主要应用场景为某些部位滑面剪出口位于原有挡墙，另一些部位滑面剪出口位于挡墙上方时。当滑移体为土质滑坡时，新抗滑挡墙的高度小于等于10m；当滑移体为岩质滑坡时，新抗滑挡墙的高度小于等于12m。
本方案还提供一种多级滑面挡土墙加固结构的设计方法，其包括步骤：
获取滑移体的勘查信息，并在勘查信息中找到不同深度滑面的位置，并计算低深度滑面和高深度滑面的最大滑坡推力；
根据低深度滑面最大滑坡推力，计算加厚墙体1的最小厚度bmin：
Figure BDA0004219046560000081
其中，E1为低深度滑面最大滑坡推力；α为低深度滑面最大滑坡推力角度；f1为旧抗滑挡墙4抗剪强度；f2为新抗滑挡墙抗剪强度；Aa为低深度滑面最大滑坡推力作用点处新抗滑挡墙截面积；
根据高深度滑面最大滑坡推力，计算加高墙体2的顶面最小厚度emin：
Figure BDA0004219046560000082
根据高深度滑面最大滑坡推力，计算嵌固体3的最小厚度dmin：
Figure BDA0004219046560000083
其中，E2为高深度滑面最大滑坡推力；β为高深度滑面最大滑坡推力角度；f3为新抗滑挡墙和旧抗滑挡墙4结合面处的抗剪强度；Ab为新抗滑挡墙和旧抗滑挡墙4结合面处新加固挡墙背土侧截面积；Ac为新抗滑挡墙和旧抗滑挡墙4结合面的截面积。
在本发明的一个实施例中，新抗滑挡墙的高度获取方法包括：
在新抗滑挡墙的最大高度与旧抗滑挡墙4顶面高度之间选取若干高度值；
采用选取的高度值，分别计算新抗滑挡墙的抗滑挡墙的抗滑稳定系数、抗滑挡墙的抗倾覆稳定系数和作用在新抗滑挡墙的基底的最大应力：
Figure BDA0004219046560000091
Figure BDA0004219046560000092
Figure BDA0004219046560000093
其中，Kc为抗滑稳定系数；E、G、N和F分别为单位长度新抗滑挡墙上的滑坡推力、墙体自身重力、预应力荷载、基底摩擦阻力；μ为基底摩擦系数；Ea为地震惯性力；K0为抗倾覆稳定系数；ZG为新抗滑挡墙重力对墙趾力臂；ZN为预应力荷载对墙趾的力臂；B为新抗滑挡墙基础宽度；H为新抗滑挡墙的高度；σmax为最大应力。
选取出抗滑稳定系数、抗倾覆稳定系数和最大应力均满足其阈值时对应的高度；其中，抗滑稳定系数、抗倾覆稳定系数和最大应力需满足的阈值分别为1.3、1.6和1.2fa，fa为地基承载力特征值。
采用取出的所有高度中的最小高度作为新抗滑挡墙最终的高度。
综上所述，本方案在旧抗滑挡墙4基础上修建新抗滑挡墙，保证抗滑支护稳定性的同时还能大幅降低工程造价，还能充分发挥原有支挡工程的作用。

Claims (9)

1.多级滑面挡土墙加固结构，其特征在于，包括新抗滑挡墙，所述新抗滑挡墙包括覆盖于旧抗滑挡墙远离滑移体所在侧面的加厚墙体，所述加厚墙体和旧抗滑挡墙的顶面覆盖有宽度大于二者宽度和的加高墙体，所述加高墙体上设置有向下延伸，且贴合于旧抗滑挡墙接触滑移体的侧面上的嵌固体；所述加厚墙体和加高墙体中的排水孔与旧抗滑挡墙的排水孔连通。
2.根据权利要求1所述多级滑面挡土墙加固结构，其特征在于，所述加高墙体内部的钢筋笼结构型式与旧抗滑挡墙中钢筋笼结构型式相同。
3.根据权利要求1所述多级滑面挡土墙加固结构，其特征在于，所述新抗滑挡墙中的沉降缝与旧抗滑挡墙中对应的沉降缝连接。
4.根据权利要求1-3任一所述多级滑面挡土墙加固结构，其特征在于，所述加厚墙体的最小厚度bmin计算公式为：
Figure FDA0004219046550000011
其中，E1为低深度滑面最大滑坡推力；α为低深度滑面最大滑坡推力角度；f1为旧抗滑挡墙抗剪强度；f2为新抗滑挡墙抗剪强度；Aa为低深度滑面最大滑坡推力作用点处新抗滑挡墙截面积；
所述加高墙体的顶面最小厚度emin的计算公式为：
Figure FDA0004219046550000012
所述嵌固体的最小厚度dmin的计算公式为：
Figure FDA0004219046550000013
其中，E2为高深度滑面最大滑坡推力；β为高深度滑面最大滑坡推力角度；f3为新抗滑挡墙和旧抗滑挡墙结合面处的抗剪强度；Ab为新抗滑挡墙和旧抗滑挡墙结合面处新加固挡墙背土侧截面积；Ac为新抗滑挡墙和旧抗滑挡墙结合面的截面积。
5.根据权利要求1-3任一所述多级滑面挡土墙加固结构，其特征在于，当滑移体为土质滑坡时，新抗滑挡墙的高度小于等于10m；当滑移体为岩质滑坡时，新抗滑挡墙的高度小于等于12m。
6.一种权利要求1-5任一所述的多级滑面挡土墙加固结构的设计方法，其特征在于，包括步骤：
获取滑移体的勘查信息，并在勘查信息中找到不同深度滑面的位置，并计算低深度滑面和高深度滑面的最大滑坡推力；
根据低深度滑面最大滑坡推力，计算加厚墙体的最小厚度bmin：
Figure FDA0004219046550000021
其中，E1为低深度滑面最大滑坡推力；α为低深度滑面最大滑坡推力角度；f1为旧抗滑挡墙抗剪强度；f2为新抗滑挡墙抗剪强度；Aa为低深度滑面最大滑坡推力作用点处新抗滑挡墙截面积；
根据高深度滑面最大滑坡推力，计算加高墙体的顶面最小厚度emin：
Figure FDA0004219046550000022
根据高深度滑面最大滑坡推力，计算嵌固体的最小厚度dmin：
Figure FDA0004219046550000023
其中，E2为高深度滑面最大滑坡推力；β为高深度滑面最大滑坡推力角度；f3为新抗滑挡墙和旧抗滑挡墙结合面处的抗剪强度；Ab为新抗滑挡墙和旧抗滑挡墙结合面处新加固挡墙背土侧截面积；Ac为新抗滑挡墙和旧抗滑挡墙结合面的截面积。
7.根据权利要求6所述的多级滑面挡土墙加固结构的设计方法，其特征在于，所述新抗滑挡墙的高度获取方法包括：
在新抗滑挡墙的最大高度与旧抗滑挡墙顶面高度之间选取若干高度值；
采用选取的高度值，分别计算新抗滑挡墙的抗滑挡墙的抗滑稳定系数、抗滑挡墙的抗倾覆稳定系数和作用在新抗滑挡墙的基底的最大应力；
选取出抗滑稳定系数、抗倾覆稳定系数和最大应力均满足其阈值时对应的高度；
采用取出的所有高度中的最小高度作为新抗滑挡墙最终的高度。
8.根据权利要求6所述的多级滑面挡土墙加固结构的设计方法，其特征在于，所述抗滑稳定系数、抗倾覆稳定系数和最大应力的计算公式分别为：
Figure FDA0004219046550000031
Figure FDA0004219046550000032
Figure FDA0004219046550000033
其中，Kc为抗滑稳定系数；E、G和N分别为单位长度新抗滑挡墙上的滑坡推力、墙体自身重力、预应力荷载；μ为基底摩擦系数；Ea为地震惯性力；K0为抗倾覆稳定系数；ZG为新抗滑挡墙重力对墙趾力臂；ZN为预应力荷载对墙趾的力臂；B为新抗滑挡墙基础宽度；H为新抗滑挡墙的高度；σmax为最大应力。
9.根据权利要求7或8所述的多级滑面挡土墙加固结构的设计方法，其特征在于，所述抗滑稳定系数、抗倾覆稳定系数和最大应力需满足的阈值分别为1.3、1.6和1.2fa，fa为地基承载力特征值。
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