WO2021164432A1 - 一种提升既有衡重式挡墙抗滑、抗倾覆安全性的方法 - Google Patents

一种提升既有衡重式挡墙抗滑、抗倾覆安全性的方法 Download PDF

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WO2021164432A1
WO2021164432A1 PCT/CN2020/140898 CN2020140898W WO2021164432A1 WO 2021164432 A1 WO2021164432 A1 WO 2021164432A1 CN 2020140898 W CN2020140898 W CN 2020140898W WO 2021164432 A1 WO2021164432 A1 WO 2021164432A1
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WO
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retaining wall
overturning
force
earth pressure
counterweight retaining
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PCT/CN2020/140898
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English (en)
French (fr)
Inventor
魏永幸
吴邵海
周波
褚宇光
刘菀茹
王智猛
张建文
肖杭
付正道
肖朝乾
阮勇
刘绍帆
Original Assignee
中铁二院工程集团有限责任公司
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D29/00—Independent underground or underwater structures; Retaining walls
    • E02D29/02—Retaining or protecting walls

Definitions

  • the invention relates to the technical field of geotechnical engineering, in particular to a method for improving the anti-sliding and anti-overturning safety of an existing counterweight retaining wall.
  • a wall-like structure built to withstand the lateral pressure of the soil is called a retaining wall to prevent the subgrade fill or the soil from the hillside from collapsing.
  • the retaining wall is widely used to support the embankment fill or the side slope of the road cutting.
  • the retaining wall can be divided into oblique retaining wall, inclined retaining wall, vertical retaining wall and counterweight retaining wall.
  • a counterweight retaining wall refers to a retaining wall that uses the gravity of the top of the counterweight platform to move the center of gravity of the wall back to resist the lateral pressure of the soil. It has been widely used because of its good slope closing effect. Fill lot.
  • counterweight retaining walls are susceptible to natural factors such as earthquakes, rain erosion, changes in geological conditions, and human factors in early construction, and certain diseases such as sliding deformation and outward deformation occur.
  • the stability of the counterweight retaining wall against sliding or overturning is reduced.
  • treatment is often required, and the method of demolishing and rebuilding or thickening the retaining wall is often used in the project.
  • Demolition and reconstruction can completely cure the problem, but it often affects the normal operation of existing engineering projects and has a large investment, which has poor economic and social benefits; thickened retaining walls are often built outside the retaining wall (such as patent CN105604088A).
  • the function of the existing retaining wall is usually not considered, and all the loads are loaded on the newly-built retaining wall.
  • the counterweight retaining wall has a certain degree of sliding deformation and outward deformation, it has not completely collapsed or destroyed, and it can still be used for a short time and has a certain bearing capacity.
  • the traditional method of building a new retaining wall completely ignores the bearing capacity of the existing retaining wall, which is economical and wastes project investment.
  • the purpose of the present invention is to overcome the problem of low economic efficiency due to the lack of consideration of the bearing capacity of the existing counterweight retaining wall when strengthening the existing counterweight retaining wall in the prior art.
  • the present invention provides an improvement
  • the existing counterweight retaining wall has anti-sliding and anti-overturning safety methods, which can improve economy and save project investment under the premise of ensuring safety.
  • a method for improving the anti-sliding and anti-overturning safety of an existing counterweight retaining wall is to use anchor piles to reinforce the existing counterweight retaining wall; wherein the parameter design of the anchor pile includes:
  • the actual anti-slip evaluation coefficient is introduced to describe the relationship between the horizontal force and the vertical force in the actual force model of the counterweight retaining wall; wherein, the horizontal force and the vertical force in the actual force model are based on The original design horizontal force and vertical force and the second earth pressure correction coefficient are obtained;
  • the earth pressure correction coefficient is determined according to the first earth pressure correction coefficient and the second earth pressure correction coefficient, and the original design horizontal force and vertical force are corrected by the earth pressure correction coefficient to obtain the actual Horizontal force and actual vertical force;
  • the force of the anchor pile in the reinforced moment model is calculated; and the parameters of the anchor pile are obtained according to the force of the anchor pile.
  • the anchor piles are arranged at the toe of the existing counterweight retaining wall, and the anchor piles are arranged longitudinally along the existing counterweight retaining wall, and pass between the existing counterweight retaining wall and the anchor pile.
  • the connecting steel bars and high-strength cement mortar are connected as a whole, the connecting steel bars are connected with the existing counterweight retaining wall through the high-strength cement mortar poured into the wall after drilling holes, and the connecting steel bars are connected to the anchor
  • the steel cage in the pile is welded to form a whole structure.
  • the value of the actual anti-overturning evaluation coefficient and the actual anti-slip evaluation coefficient: according to the deformation and cracks of the retaining wall, the anti-overturning stability and the anti-slip stability of the existing counterweight retaining wall are respectively Get evaluated.
  • the actual anti-overturning evaluation coefficient K 02 is a value of the actual anti-overturning evaluation coefficient K 02 :
  • W is the gravity of the counterweight retaining wall, in kN/m
  • W 1 is the gravity of the wall filling of the counterweight retaining wall, in kN/m
  • Z w is the center of gravity of the counterweight retaining wall.
  • the horizontal distance of the overturning calculation point, the unit is m
  • Z w1 is the horizontal distance from the center of gravity of the counterweight retaining wall to the overturning calculation point
  • the unit is m
  • Z x is the earth pressure level on the counterweight retaining wall
  • Z y is the vertical distance from the vertical component of the earth pressure on the counterweight retaining wall to the overturning calculation point, in m.
  • Z x1 is the counterweight retaining wall.
  • the horizontal distance from the horizontal component of the earth pressure under the wall to the overturning calculation point, in m, Z y1 is the vertical distance from the vertical component of the earth pressure under the counterweight retaining wall to the overturning calculation point, in m;
  • E ' x is the actual horizontal component of earth pressure on the upper wall, in kN/m;
  • E'y is the actual vertical component of earth pressure on the upper wall, in kN/m;
  • E'x1 is the actual horizontal component of earth pressure on the lower wall, in kN/m kN/m;
  • E'y1 is the vertical component of the actual earth pressure of the lower wall, in kN/m.
  • the first earth pressure correction coefficient ⁇ 1 the first earth pressure correction coefficient ⁇ 1 :
  • the anti-slip evaluation coefficient K C2 is a formula for determining the anti-slip evaluation coefficient K C2 :
  • the second earth pressure correction coefficient ⁇ 2 is the second earth pressure correction coefficient ⁇ 2 :
  • the target anti-overturning evaluation coefficient K op K op :
  • M is the bending moment of the anchor pile on the toe of the existing counterweight retaining wall, in kN.m/m
  • F is the force of the anchor pile on the toe of the existing counterweight retaining wall, in kN /m
  • ⁇ is the earth pressure correction coefficient
  • the value of the target anti-overturning evaluation coefficient :
  • ⁇ 1 is the structural importance coefficient, not less than 1.1
  • ⁇ 2 is the comprehensive construction influence coefficient, not less than 1.0
  • the force of the anchor pile includes the resultant force F′ of the anchor pile and the distance h 0 from the point of action of the resultant force to the toe of the wall:
  • l 0 is the horizontal distance between the centers of anchored piles, in m.
  • the present invention has the following beneficial effects:
  • the present invention fully considers part of the bearing capacity of the existing counterweight retaining wall.
  • the resistance of the existing retaining wall is improved and the sliding resistance of the structure is improved.
  • Anti-overturning safety and according to the existing counterweight retaining wall and the new anchor pile to design the size of the anchor pile, compared with the existing technology, reduce the load shared by the anchor pile, the size of the anchor pile.
  • the optimization has been carried out to reduce the project investment and improve the economy under the premise of ensuring safety.
  • the anchor pile and the counterweight retaining wall are anchored with steel bars to form a whole, with good structural integrity and seismic performance.
  • Figure 1 is a schematic diagram of the step flow of the present invention.
  • Figure 2 shows a schematic diagram of the original design of the existing counterweight retaining wall.
  • Figure 3 shows the actual stress diagram of the existing counterweight retaining wall after construction and operation.
  • Figure 4 shows the load diagram of the existing counterweight retaining wall and anchor piles after reinforcement.
  • Figure 5 shows the cross-sectional schematic diagram of the existing counterweight retaining wall anchored pile reinforcement structure.
  • Figure 6 shows a schematic elevation view of an existing counterweight retaining wall anchored pile reinforcement structure.
  • Figure 7 shows a cross-sectional schematic diagram of an example of an existing counterweight retaining wall.
  • the method for improving the anti-skid and anti-overturning safety of the existing counterweight retaining wall 1 proposed by the present invention includes the steps:
  • S100 evaluates the anti-overturning stability of the existing counterweight retaining wall 1 according to the safety evaluation methods and means, and obtains the anti-overturn stability evaluation safety factor, that is, the actual anti-overturning evaluation coefficient K 02 ;
  • the anti-sliding stability of wall 1 is evaluated, and the anti-sliding stability evaluation safety factor is obtained, that is, the actual anti-sliding evaluation coefficient K C2 ;
  • S200 obtains the earth pressure correction coefficient according to the structure of the counterweight retaining wall 1, the actual anti-overturning evaluation coefficient, and the actual anti-sliding evaluation coefficient;
  • E x the horizontal component of the design earth pressure on the upper wall (kN/m)
  • E y The vertical component of the design earth pressure on the upper wall (kN/m)
  • E x1 The horizontal component of the designed earth pressure of the lower wall (kN/m)
  • E y1 The vertical component of the designed earth pressure of the lower wall (kN/m)
  • E'y1 the vertical component of the actual earth pressure of the lower wall (kN/m)
  • the earth pressure correction coefficient ⁇ is calculated.
  • the earth pressure correction coefficient ⁇ is calculated.
  • the earth pressure correction coefficient ⁇ is substituted into (Equation 1) to obtain the actual earth pressure on the wall of the horizontal component E 'x, soil pressure on the wall actual vertical component E' y, the horizontal component of the earth pressure the actual wall E 'x1 , under the wall of earth pressure actual vertical component E 'y1.
  • S300 adds the anchor pile 2 that makes the anti-overturning evaluation coefficient and the anti-slip evaluation coefficient reach the target value, and obtains the force of the anchor pile 2 according to the earth pressure correction coefficient;
  • the resistance of the existing retaining wall is improved, and the coefficients of the anti-overturning stability and the anti-slip stability of the retaining wall are improved. Since the earth pressure exists objectively and the construction has little disturbance to the retaining wall, it can be considered that the earth pressure remains unchanged after the anchor pile 2 is installed.
  • the bending moment of the anchor pile 2 on the toe of the existing counterweight retaining wall 1 is calculated.
  • K 01 The original design anti-overturning evaluation coefficient
  • ⁇ 1 The structural importance coefficient, not less than 1.1;
  • the force F of the anchor pile 2 on the toe of the existing counterweight retaining wall 1 is calculated.
  • ⁇ 1 The structural importance coefficient, not less than 1.1;
  • ⁇ 1 The structural importance coefficient, not less than 1.1;
  • S400 designs the size of the anchor pile 2 according to the stress of the anchor pile 2;
  • the size of the pile can be designed according to the calculation of the conventional anchor pile 2.
  • a single-track I-level railway embankment has an existing counterweight retaining wall 1.
  • the retaining wall has a height of 4.0m and a buried depth of 1.4m.
  • the specific structural dimensions are as follows: wall top width 0.6m, platform width 0.4m, The slope of the face slope is 1:0.05, the slope of the upper wall back slope is 1:0.45, the slope of the lower wall back slope is 1:0.25, the wall toe step width is 0.2m, the wall toe step height is 0.4m, the wall toe step Same as the slope of the wall, the slope of the bottom of the wall is 0.200:1, and the coefficient of friction f of the base is 0.35.

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Abstract

本发明公开了一种提升既有衡重式挡墙抗滑、抗倾覆安全性的方法，充分考虑了既有衡重式挡墙仍保留的部分承载能力，在既有衡重式挡墙前采用锚固桩加固后，提高了既有挡墙的抗力，从而提高了结构的抗滑、抗倾覆安全性，并根据既有衡重式挡墙和新建的锚固桩的受力来设计锚固桩的尺寸，相比较于现有技术，减小了锚固桩分担的荷载，对锚固桩的尺寸进行了优化，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。并且，锚固桩和衡重式挡墙之间采用钢筋锚固在一起，使之形成一个整体，结构整体性和抗震性能好。

Description

一种提升既有衡重式挡墙抗滑、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，特别涉及一种提升既有衡重式挡墙抗滑、抗倾覆安全性的方法。
背景技术
在岩土工程中，为防止路基填土或山坡土体坍塌而修筑的承受土体侧压力的墙式构造物称为挡墙，挡墙被广泛地用于支撑路堤填土或路堑边坡，以及桥台、隧道洞口和河流堤岸等处。根据墙背倾斜情况，挡墙可分为俯斜式挡墙、仰斜式挡墙、直立式挡墙和衡重式挡墙等。其中，衡重式挡墙指的是利用衡重台上部填土的重力而墙体重心后移以抵抗土体侧压力的挡墙，由于其具有良好的收坡效果好已被大量广泛应用于填方地段。
但是，衡重式挡墙在实际使用过程中，易于受到地震、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影响，而出现了一定的滑动变形和外倾变形的病害，导致衡重式挡墙抗滑动或抗倾覆的稳定性降低。为了保护衡重式挡墙上方铁路、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；加厚挡墙往往是在挡墙外新建一个挡墙(如专利CN105604088A)，新建挡墙在设计时为了保守起见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挡墙上。
衡重式挡墙虽然出现了一定的滑动变形和外倾变形，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力。传统的新建挡墙的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，在加固既有衡重式挡墙时不考虑既有衡重式挡墙的承载能力导致经济性低的问题，本发明提供了一种提升既有衡重式挡墙抗滑、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。
一种提升既有衡重式挡墙抗滑、抗倾覆安全性的方法，采用锚固桩对既有的衡重式挡墙进行加固；其中，所述锚固桩的参数设计包括：
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；其中，所述实际力矩模型中的水平受力与竖向受力根据原设计的水平受力与竖向受力以及第一土压力修正系数得到；
引入实际抗滑移评估系数，描述衡重式挡墙实际受力模型中的水平受力与竖向受力的关系；其中，所述实际受力模型中的水平受力与竖向受力根据原设计的水平受力与竖向受力以及第二土压力修正系数得到；
根据所述第一土压力修正系数、所述第二土压力修正系数确定土压力修正系数，通过所述土压力修正系数对所述原设计的水平受力与竖向受力进行修正，得到实际水平受力与实际竖向受力；
引入目标抗倾覆系数，描述衡重式挡墙加固后力矩模型中的实际水平 受力与实际竖向受力的关系；引入目标抗滑移评估系数，描述衡重式挡墙加固后受力模型中的实际水平受力与竖向受力的关系；
根据所述目标抗倾覆评估系数、所述目标抗滑移评估系数的值，计算加固后力矩模型中的锚固桩的受力；根据锚固桩的受力得到锚固桩的参数。
优选的，所述锚固桩设置在既有的衡重式挡墙的墙趾处，锚固桩沿既有的衡重式挡墙纵向布置，既有的衡重式挡墙与锚固桩之间通过连接钢筋和高强水泥砂浆连成整体，所述连接钢筋与既有的衡重式挡墙通过墙身钻孔后灌入的所述高强度水泥砂浆连接成一体，所述连接钢筋与所述锚固桩内的钢筋笼焊接而形成整体结构。
优选的，所述实际抗倾覆评估系数、所述实际抗滑移评估系数的值：根据挡墙变形与裂缝，对既有的衡重式挡墙的抗倾覆稳定性、抗滑移稳定性分别进行评估得到。
优选的，所述实际抗倾覆评估系数K 02：
Figure PCTCN2020140898-appb-000001
其中，W为衡重式挡墙自重重力，单位为kN/m，W 1为衡重式挡墙上墙填土自重重力，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为衡重式挡墙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为衡重式挡墙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为衡重式挡墙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为衡重式挡墙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为衡重式挡墙下墙土压力 竖向分力到倾覆计算点的竖向距离，单位为m；E' x为上墙实际土压力水平分力，单位kN/m；E' y为上墙实际土压力竖向分力，单位kN/m；E' x1为下墙实际土压力水平分力，单位kN/m；E' y1为下墙实际土压力竖向分力，单位kN/m。
优选的，所述第一土压力修正系数ψ 1：
Figure PCTCN2020140898-appb-000002
优选的，所述抗滑移评估系数K C2：
Figure PCTCN2020140898-appb-000003
其中，θ为既有衡重式挡墙墙底与水平面的夹角；f为基底摩擦系数。
优选的，第二土压力修正系数ψ 2：
Figure PCTCN2020140898-appb-000004
优选的，所述目标抗倾覆评估系数K op：
Figure PCTCN2020140898-appb-000005
所述目标抗滑移评估系数K cp：
Figure PCTCN2020140898-appb-000006
其中，M为锚固桩对既有衡重式挡土墙墙趾的作用弯矩，单位kN.m/m；F为锚固桩对既有衡重式挡土墙墙趾的作用力，单位kN/m；ψ为土压力修正系数。
优选的，所述目标抗倾覆评估系数的值：
K op＝γ 1γ 2K 01
其中，
Figure PCTCN2020140898-appb-000007
γ 1为结构重要性系数，不小于1.1；γ 2为施工综合影响系数，不小于1.0；
所述目标抗滑移评估系数的值：
K op＝γ 1γ 2K 01
其中，
Figure PCTCN2020140898-appb-000008
优选的，所述锚固桩的受力包括锚固桩合力F′和合力作用点距离墙趾距离h 0：
Figure PCTCN2020140898-appb-000009
Figure PCTCN2020140898-appb-000010
其中，l 0为锚固桩桩中心水平间距，单位m。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明充分考虑了既有衡重式挡墙仍保留的部分承载能力，在既有衡重式挡墙前采用锚固桩加固后，提高了既有挡墙的抗力而提高了结构的抗滑、抗倾覆安全性，并根据既有衡重式挡墙和新建的锚固桩的受力来设计锚固桩的尺寸，相比较于现有技术，减小了锚固桩分担的荷载，对锚固桩的尺寸进行了优化，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。并且，锚固桩和衡重式挡墙之间采用钢筋锚固在一起，使之形成一个整体，结构整体性和抗震性能好。
附图说明
图1为本发明的步骤流程示意图。
图2所示为既有衡重式挡墙原设计时的受力示意图。
图3所示为既有衡重式挡墙施工运营后的实际受力示意图。
图4所示为加固后既有衡重式挡墙和锚固桩的荷载示意图。
图5所示为既有衡重式挡墙锚固桩加固结构横断面示意图。
图6所示为既有衡重式挡墙锚固桩加固结构立面示意图。
图7所示为既有衡重式挡墙实例横断面示意图。
图中标记：1-既有衡重式挡墙，2-锚固桩，3-连接钢筋，4-高强度水泥砂浆，5-钢筋笼，6-地面线，7-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。
实施例1
本发明提出的一种提升既有衡重式挡墙1抗滑、抗倾覆安全性的方法，如图1所示，包括步骤：
S100根据安全评估方法和手段，对既有衡重式挡墙1的抗倾覆稳定性进行评估，得到抗倾覆稳定性评估安全系数，即实际抗倾覆评估系数K 02；对既有衡重式挡墙1的抗滑动稳定性进行评估，得到抗滑动稳定性评估安全系数，即实际抗滑移评估系数K C2；
S200根据衡重式挡墙1的结构以及实际抗倾覆评估系数、实际抗滑 移评估系数，得到土压力修正系数；
根据工程经验和土压力理论，如图2、图3、图4、图5，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，衡重式挡墙1的实际土压力相对于设计时的土压力可简化为均匀变化，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墙1实际抗倾覆评估系数K 02，计算土压力修正系数ψ。
Figure PCTCN2020140898-appb-000011
联立(式1)和(式2)，得到土压力修正系数ψ，如(式3)所示
Figure PCTCN2020140898-appb-000012
式中：
W——自重重力(kN/m)
W 1——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——衡重式挡墙1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)
其余参数含义见(式1)
根据现场对既有衡重式挡墙1实际抗滑移评估系数K C2，计算土压力修正系数ψ。
Figure PCTCN2020140898-appb-000013
联立(式1)和(式4)，得到土压力修正系数ψ，如(式5)所示
Figure PCTCN2020140898-appb-000014
式中：
θ——墙底与水平面的夹角
f——基底摩擦系数
其余参数含义见(式1)和(式2)
取(式3)和(式5)的大值作为土压力修正系数ψ(ψ应不小于1.0)，如(式6)所示
Figure PCTCN2020140898-appb-000015
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。
S300增加使抗倾覆评估系数与抗滑移评估系数达到目标值的锚固桩2，根据土压力修正系数得到锚固桩2的受力情况；
在既有衡重式挡墙1前设置锚固桩2后，提高了既有挡墙的抗力，挡墙的抗倾覆稳定性和抗滑移稳定性的系数均提高。由于土压力客观存在且施工对挡墙扰动较小，可认为设置锚固桩2后既有挡墙墙后土压力不变。
根据目标抗倾覆评估系数K op，计算锚固桩2对既有衡重式挡墙1墙趾的作用弯矩。
Figure PCTCN2020140898-appb-000016
K op＝γ 1γ 2K 01   (式8)
Figure PCTCN2020140898-appb-000017
式中：M——锚固桩2对既有衡重式挡墙1墙趾的作用弯矩(kN.m/m)；
K 01——原设计抗倾覆评估系数；
γ 1——结构重要性系数，不小于1.1；
γ 2——施工综合影响系数，不小于1.0
其余参数含义见(式1)和(式3)
联立(式7)、(式8)和(式9)，得到锚固桩2对既有衡重式挡墙1 墙趾的作用弯矩M，如(式10)所示
M＝(γ 1γ 2ψ-1)(WZ w+W 1Z w1)+(γ 1γ 2ψ-ψ)(E yZ x+E y1Z x1)   (式10)
根据目标抗滑移评估系数K cp，计算锚固桩2对既有衡重式挡墙1墙趾的作用力F。
Figure PCTCN2020140898-appb-000018
K cp＝γ 1γ 2K C1    (式12)
式中：F——锚固桩2对既有衡重式挡墙1墙趾的作用力(kN/m)；
K C1——原设计抗滑移评估系数；
γ 1——结构重要性系数，不小于1.1；
γ 2——施工综合影响系数，不小于1.0
θ——既有衡重式挡墙1墙底与水平面的夹角
f——基底摩擦系数
其余参数含义见(式1)和(式3)
联立(式11)和(式12)，得到锚固桩2对既有衡重式挡墙1墙趾的作用力F，如(式13)所示
Figure PCTCN2020140898-appb-000019
进一步,计算锚固桩2受到既有衡重式挡墙1的合力和合力作用点，最终得到锚固桩2的受力，如(式14)、(式15)所示。
Figure PCTCN2020140898-appb-000020
Figure PCTCN2020140898-appb-000021
其中：
Figure PCTCN2020140898-appb-000022
式中：F′——锚固桩2受到既有衡重式挡墙1的水平推力的合力(kN)
h 0——水平推力合力作用点距离墙趾的竖向距离(m)
l 0——锚固桩2桩中心水平间距(m)
ψ——土压力修正系数
γ 1——结构重要性系数，不小于1.1；
γ 2——施工综合影响系数，不小于1.0
θ——既有衡重式挡墙1墙底与水平面的夹角
f——基底摩擦系数
S400根据锚固桩2的受力情况，设计锚固桩2的尺寸；
得到锚固桩2合力F′和合力作用点距离墙趾距离h 0以后，可按照常规锚固桩2的计算设计出桩的尺寸。
实施例2
如图7，已知某单线I级铁路路堤既有衡重式挡墙1，该挡墙墙高4.0m，埋深1.4m，具体结构尺寸如下：墙顶宽0.6m，台宽0.4m，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，墙趾台阶宽为0.2m，墙趾台阶高为0.4m，墙趾台阶与墙面坡坡度相同，墙底倾斜坡率为0.200:1，基底摩擦系数f为0.35。
根据安全评估方法和手段(根据变形和裂缝的情况进行评估)，对既 有衡重式挡墙1的抗倾覆和抗滑动稳定性进行评估，分别得到实际抗倾覆评估系数和实际抗滑动评估系数K 02＝1.4和K C2＝1.1。
根据原设计文件，得到设计的既有衡重式挡墙1受到挡墙自重W＝129.813kN/m、上墙填土自重W 1＝23.742kN、上墙设计土压力水平分力E x＝22.962kN/m、上墙设计土压力竖向分力E y＝21.985kN、下墙设计土压力水平分力E x1＝56.763kN、下墙设计土压力竖向分力E y1＝3.436kN；自重重心到倾覆计算点(墙趾)的水平距离Zw＝0.986m、上墙填土自重重心到倾覆计算点的水平距离Z w1＝1.661m、上墙土压力水平分力到倾覆计算点的水平距离Zx＝2.024m、上墙土压力竖向分力到倾覆计算点的竖向距离Zy＝3.026m、下墙土压力水平分力到倾覆计算点的水平距离Z x1＝1.749m、下墙土压力竖向分力到倾覆计算点的竖向距离Z y1＝0.918。
结合现场对既有衡重式挡墙1实际抗倾覆评估系数K 02＝1.4，对既有衡重式挡墙1实际抗滑移评估系数K C2＝1.1，得到土压力修正系数ψ，如(式16)所示。
Figure PCTCN2020140898-appb-000023
在既有衡重式挡墙1前设置锚固桩2后，提高了既有挡墙的抗力，从而提高抗倾覆和抗滑移稳定性。假定该铁路工程结构重要性系数γ 1＝1.1，施综合影响系数γ 2＝1.1。锚固桩2桩顶距离墙趾的竖向距离h＝4.0m，锚固桩2桩中心间距l 0＝4.0m。
结合原设计情况，计算原设计抗滑移评估系数：
Figure PCTCN2020140898-appb-000024
进一步，计算锚固桩2受到既有衡重式挡墙1的合力作用力F′和合力作用点距离墙趾高度h 0，如(式18)和(式19)所示。
Figure PCTCN2020140898-appb-000025
Figure PCTCN2020140898-appb-000026
在现场施工，施工工艺步骤如下：
1.在既有衡重式挡墙1的临空侧墙身钻孔，插入连接钢筋3，采用高强度水泥砂浆4灌浆封闭；
2.在既有衡重式挡墙1墙趾外侧开挖桩孔，吊装钢筋笼5，将连接钢筋3与钢筋笼5连接成整体；
3.立模浇筑锚固桩22；
重复1-3步，施工下一根锚固桩2，也可以按1-3步同时施工下一根锚固桩2(但应隔桩施工)，直至工程施工完成，如图6。
在常规的设计中，是不考虑既有衡重式挡墙1的承载作用。经对比分析，可知当不考虑既有衡重式挡墙1承载作用时，锚固桩2墙趾以上部分受到的合力为277.213kN，锚固桩2墙趾以上部分受到的弯矩为522.917kN.m；当考虑既有衡重式挡墙1承载作用后，锚固桩2墙趾以上部分受到的合力F＝445.986kN，锚固桩2墙趾以上部分受到的弯矩M＝680.189kN.m。可见采用本方法后，作用力F减小了37.8％，作用弯矩 M减小了23.1％，大大减小锚固桩2的荷载，从而减小锚固桩2的大小和桩长，具有很好的经济性。
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 (10)

  1. 一种提升既有衡重式挡墙抗滑、抗倾覆安全性的方法，其特征在于，采用锚固桩对既有的衡重式挡墙进行加固；其中，所述锚固桩的参数设计包括：
    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；其中，所述实际力矩模型中的水平受力与竖向受力根据原设计的水平受力与竖向受力以及第一土压力修正系数得到；
    引入实际抗滑移评估系数，描述衡重式挡墙实际受力模型中的水平受力与竖向受力的关系；其中，所述实际受力模型中的水平受力与竖向受力根据原设计的水平受力与竖向受力以及第二土压力修正系数得到；
    根据所述第一土压力修正系数、所述第二土压力修正系数确定土压力修正系数，通过所述土压力修正系数对所述原设计的水平受力与竖向受力进行修正，得到实际水平受力与实际竖向受力；
    引入目标抗倾覆系数，描述衡重式挡墙加固后力矩模型中的实际水平受力与实际竖向受力的关系；引入目标抗滑移评估系数，描述衡重式挡墙加固后受力模型中的实际水平受力与竖向受力的关系；
    根据所述目标抗倾覆评估系数、所述目标抗滑移评估系数的值，计算加固后力矩模型中的锚固桩的受力；根据锚固桩的受力得到锚固桩的参数。
  2. 根据权利要求1所述的一种提升既有衡重式挡墙抗滑、抗倾覆安全性的方法，其特征在于，所述锚固桩设置在既有的衡重式挡墙的墙趾处，锚固桩沿既有的衡重式挡墙纵向布置，既有的衡重式挡墙与锚固桩之间通 过连接钢筋和高强水泥砂浆连成整体，所述连接钢筋与既有的衡重式挡墙通过墙身钻孔后灌入的所述高强度水泥砂浆连接成一体，所述连接钢筋与所述锚固桩内的钢筋笼焊接而形成整体结构。
  3. 根据权利要求1所述的一种提升既有衡重式挡墙抗滑、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、所述实际抗滑移评估系数的值：根据挡墙变形与裂缝，对既有的衡重式挡墙的抗倾覆稳定性、抗滑移稳定性分别进行评估得到。
  4. 根据权利要求3所述的一种提升既有衡重式挡墙抗滑、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K 02：
    Figure PCTCN2020140898-appb-100001
    其中，W为衡重式挡墙自重重力，单位为kN/m，W 1为衡重式挡墙上墙填土自重重力，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为衡重式挡墙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为衡重式挡墙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为衡重式挡墙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为衡重式挡墙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为衡重式挡墙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为上墙实际土压力水平分力，单位kN/m；E' y为上墙实际土压力竖向分力，单位kN/m；E' x1为下墙实际土压力水平分力，单位kN/m；E' y1为下墙实际土压力竖向分力，单位kN/m。
  5. 根据权利要求4所述的一种提升既有衡重式挡墙抗滑、抗倾覆安 全性的方法，其特征在于，所述第一土压力修正系数ψ 1：
    Figure PCTCN2020140898-appb-100002
  6. 根据权利要求5所述的一种提升既有衡重式挡墙抗滑、抗倾覆安全性的方法，其特征在于，所述抗滑移评估系数K C2：
    Figure PCTCN2020140898-appb-100003
    其中，θ为既有衡重式挡墙墙底与水平面的夹角；f为基底摩擦系数。
  7. 根据权利要求6所述的一种提升既有衡重式挡墙抗滑、抗倾覆安全性的方法，其特征在于，第二土压力修正系数ψ 2：
    Figure PCTCN2020140898-appb-100004
  8. 根据权利要求7所述的一种提升既有衡重式挡墙抗滑、抗倾覆安全性的方法，其特征在于，所述目标抗倾覆评估系数K op：
    Figure PCTCN2020140898-appb-100005
    所述目标抗滑移评估系数K cp：
    Figure PCTCN2020140898-appb-100006
    其中，M为锚固桩对既有衡重式挡土墙墙趾的作用弯矩，单位kN.m/m；F为锚固桩对既有衡重式挡土墙墙趾的作用力，单位kN/m；ψ为土压力修正系数。
  9. 根据权利要求8所述的一种提升既有衡重式挡墙抗滑、抗倾覆安全性的方法，其特征在于，
    所述目标抗倾覆评估系数的值：
    K op＝γ 1γ 2K 01
    其中，
    Figure PCTCN2020140898-appb-100007
    γ 1为结构重要性系数，不小于1.1；γ 2为施工综合影响系数，不小于1.0；
    所述目标抗滑移评估系数的值：
    K op＝γ 1γ 2K 01
    其中，
    Figure PCTCN2020140898-appb-100008
  10. 根据权利要求9所述的一种提升既有衡重式挡墙抗滑、抗倾覆安全性的方法，其特征在于，所述锚固桩的受力包括锚固桩合力F′和合力作用点距离墙趾距离h 0：
    Figure PCTCN2020140898-appb-100009
    Figure PCTCN2020140898-appb-100010
    其中，l 0为锚固桩桩中心水平间距，单位m。
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