基于土拱效应的路堑桩间墙推力计算模型研究

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1、2014年第4期西南公路XINANGONGLU基于土拱效应的路堑桩间墙推力计算模型研究彭小勇杨胜波(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵t'1贵阳550001)【摘要】通过分析公路路堑抗滑桩桩间土拱的形成机制和几何力学机理，证实了土拱效应的存在，其主要与土体推力、土体强度和桩间距有关。本文根据桩间土拱的形成条件，建立了基于土拱效应的公路路堑抗滑桩桩间墙受力计算式。当抗滑桩形成土拱效应时，桩间形成拱后稳定区、土拱区和拱前自由区。拱后稳定区和土拱区土体较稳定，拱前自由区土体为独立土柱，稳定性较差，但是其失稳推力很小，可进行封闭防水、护面墙支挡或设置挡板加固处理。通过

2、与现行设计规范比较，考虑土拱效应的桩间土压力明显小于规范设计值，在设计桩间支挡结构时，应该考虑土拱效应，使支挡结构更合理经济。工程实际证明，本文的方法合理可行、安全经济。【关键词】土拱效应；抗滑桩；公路路堑边坡；桩间墙推力【中图分类号】TU473．1【文献标识码】A甚少。孙飞达根据普氏卸荷拱理论研究了无粘性土O弓I舌在土拱作用下的桩间挡土板后土受力情况，但是在路堑失稳边坡中，采用抗滑桩支挡滑坡体已其只适用于无粘性土，公路路堑边坡工程中，土体经比较成熟，并制定了相应的设计规范。很多学者不仅有内摩擦角还有粘聚力，所以该方法存在一定都对抗滑桩进行了研究，但是对抗滑桩之间的桩

3、间的局限性。现有的设计规范中，一般采用滑坡推墙受到的推力研究甚少。影响抗滑桩之间的桩间墙力、库伦土压力乘以0．7～0．8的折减系数，但是其推力因素较多，目前没有成熟的计算方法，主要靠缺乏理论依据，并且很容易使挡墙体积偏大，造成经验设计，随意性很大。因此，开展桩间墙的受很大的浪费。力模型研究有很大的现实意义。为确定安全合理、经济的桩间墙所受的推力，大量的工程经验和研究表明，在路堑边坡采用本文根据计卸荷拱法，结合抗滑桩桩间土拱的形成抗滑桩支挡过程中，土体被开挖卸荷，因不均匀位的机制和几何力学机理，根据桩间土拱的形成条移而引起土体产生土拱效应一。前人进行了大量的件，推导出基

4、于土拱效应的公路路堑抗滑桩桩间墙试验和理论研究，周德培根据推力桩的工程性质和推力计算公式。土拱力学特性，得到了桩间距的计算公式；贾海莉1土拱形成机制利用极限平衡法，研究了在滑坡推力的作用下的桩间土土拱效应，并建立了最大桩间距计算公式；根在抗滑桩支挡路堑边坡工程中，抗滑桩承担了据方桩桩间土拱形成的原理、力学特性，周应华建主要的滑坡推力。抗滑桩之间的土体主要采用板或立了在土拱效应作用下的桩间距计算公式。这些研者挡墙支挡。由于桩间土体存在抗剪强度，在桩后究成果取得了很有意义的结论，但都是研究在土拱土体推力作用下，桩间土体受到挤压变形，土颗粒效应作用下的桩间距，对桩间土体受力

5、的情况研究间由于粘聚力和摩擦挤压的作用产生互相挤压的现【收稿日期】2014—09—05【作者简介】彭小勇(1983-)，男，湖南怀化人，硕士研究生，工程师，主要从事岩土工程路基处理设计研究。西南公路(1)在拱跨方向，土拱后的土体推力为均匀分布，沿桩顶至桩脚方向为矩形分布；当路堑抗滑桩前土体被开挖后，桩间土体在推力(2)土拱梁为相等的横截面；的作用下将向桩变形滑动，土体并将大部或全部的推(3)土拱梁破坏时，梁上应力分布均匀。力传递到两侧的桩壁上，土体推力由两侧桩壁的侧摩根据上述假设，自桩顶向下取某深度处dZ高度的土拱，取其半拱模型(图2)建立直角坐标系，进时，桩间土体便

6、停止向桩前变形滑动(图1)。这行土拱受力分析。尸(1)桩间土体有较大的压缩变形强度，土体在滑坡推力作用下不产生强度破坏。因此，对于松散的砂土，软塑和流塑状的软土，其压缩系数高，图中：L为桩间净间距(m)；f为土拱效应形成时拱高(m)；f为土拱效应形成时的拱厚(m)，一般等于抗滑桩宽度；P桩后土体推力(kN)；，为拱脚处反力(kN)。由桩间土拱受力情况分析可知，土拱属于三铰被开挖卸荷，拱前自由区土体处于临空状态，当拱拱，其轴线形式为一抛物线，方程式可表达为：：-~-(L—)(1)由力及力矩平衡得：Zy=0-N=0=Ⅳ=等(2)Ex=0==>一尸×鲁×dz：0：(3)／／

7、一一；～＼、，、一、，一，、，、，，，∑=0尸x×一厂Ⅳ=等、，一一一f一一～、、、、、、、、、，，，、、、、、、、、l／拱前自由区I，拱前鼬、／，，(4)2．2控制条件⋯J⋯⋯⋯⋯⋯⋯一J_⋯⋯⋯⋯⋯⋯【__一l(1)桩间土体有较大的压缩变形强度，土体，在滑坡推力作用下不产生强度破坏。图1桩问土拱效应特征图由于桩间土拱为拱形结构，其应力分布最不利点位于两侧桩壁的拱脚处，该处土体在滑坡推力作2桩间土拱受力分析用下不产生强度破坏，取土拱跨的中截面N点进行受力分析。对于路堑桩，悬臂段桩前土体已经被开2．1基本假设抗滑桩截面尺寸为矩形和圆形，本文研究矩形挖