时间：2013-11-29 分类：建筑设计
摘要：结合高填方路基挡土墙施工实践，对常规挡土墙形状进行了改动，提出多个尺寸方案，利用有限元理论及计算分析软件ANSYS对这些新形挡土墙进行了计算，从中选择满足要求的最佳形式，体现了有限元在计算挡土墙方面的便捷性，为类似挡土结构计算提供参考。
关键词：建筑工程评职论文发表,核心期刊论文发表,有限元,计算软件,挡土墙
一、工程概况
某道路工程全长4.3公里，路基宽度22米，双向四车道布设，两侧设置4米宽绿化带，道路等级为一级，设计时速80公里，路基为填方路基，高填方路段长3公里，全部采用重力式片石混凝土挡墙，项目工期为五个月。
由于受天气及征地拆迁工作的影响，工期缩短二十余天，在这种情况下，为确保高填方路段回填质量，经各方研究后决定采用"包砂法"进行施工，即首先完成两侧挡墙的施工，然后回填砂或砂砾，采用水压法使其密实。这种方法有两个优点：一是能以充分利用当地充足的砂资源，节约成本和时间，二是砂的密实度较土更容易保证。
衡重式挡墙(高度为5-8m)，由于下部墙身胸墙坡角向外，再加上此部分混凝土体量大，浇筑过程中混凝土对模板及支撑体系压力较大，容易造成胀模、跑模现象的发生，经各方研究，决定采用一种组合式挡墙进行施工(见图一)，这种组合式挡墙结构融合俯斜式和台阶式挡墙的特点，解决了支模难的问题，缺点是混凝土用量较衡重式大，增加了投资，在这种情况下，如何在保证挡土墙稳定的前提下减小混凝土用量成为首要问题。本文以7m高挡土墙为例通过有限元计算软件ANSYS对结构受力和变形进行了计算，以找到最佳挡墙尺寸。
二、有限元模型建立、计算过程和结果
1、施工步骤：挡墙内回填砂的密实度主要采用水压法配合机械碾压来实现，回填砂之前首先对原地面进行防渗和排水处理(做40cm 6%石灰改善土，压实度不低于96%，并设横坡和纵坡)，防止水压砂时的水下渗破坏基础，然后每回填50cm砂后进行一次水压，压实度达到要求后进行下层回填，如此分层回填至路基底标高后进行碾压并按要求施工路基和路面，
2、参数选取
(1)挡墙尺寸，结合实际情况，已确定的挡墙尺寸有(见图一)：
b=h3=80cm; c=40cm; d=80cm;h=820cm;e=700cm;f=60cm
待定的尺寸是a 、h1和g，其中a的大小与墙背的坡度i有关，为找到最优挡墙形式，分别设h1、g和i各有两个取值，这样挡墙共有8种尺寸形式，各种形式的h1、g和i取值组合情况见表1。
(2)荷载参数选取
荷载按最不利情况取值，即选择常用作用组合中的Ⅲ，见表2：
永久荷载中由于地下水位较低，不考虑水位的浮力及静水压力，可变荷载中主要是车辆荷载引起的土侧压力，本项目路面结构设计为半刚性路面，路面对其上的车辆荷载的分散作用较大，车辆荷按相关细则取车辆附加荷载标准值q=13.75kN/m2(由于挡墙上设置排水孔及其他阻水进入和排水措施，其他可变荷载影响很小，不予考虑)。
(3)土体参数选取：弹性模量为3.8×107Pa，泊松系数为0.23，密度为1900kg/m3,不考虑黏聚力，摩擦角和膨胀角均为37°，墙底与土的摩擦系数为0.45。
(4)挡土墙参数选取：C30片石混凝土，弹性模量为2.6×1010Pa，泊松系数为0.167，密度为2500kg/m3。
(5)接触单元：接触单元选用CONTA172，目标单元选用TARGE169。
3、模型建立：由于挡土墙长度较大，按平面应变问题建模，土体尺寸根据现场情况确定，深度取原地面以下6米，挡墙外侧取6米，由于道路以中线对称，故挡土墙内侧取11米宽。模型图见图二：
4、有限元计算结果：以第一主应力为分析对象，经ANSYS计算后，表明各挡墙形式的第一主拉应力均发生在基础底面，背墙正下方位置，第一主压应力均发生在背墙与基础交角处。
以挡墙位移为分析对象，计算结果表明，各种挡墙形式的最大位移均发生在墙顶，最小位移均发生在基础底，位移计算数值见表四。
5、稳定性验算：通过挡墙第一主应力、位移及混凝土用量三方面考虑，选择第三种尺寸形式挡土墙，对它进行稳定性验算如下：
(1)抗滑动稳定系数Ke计算公式：
Ke= = =2.06>[1.2]
满足抗滑稳定要求(式中各参数意义见参考文献1第27页)。
(2)抗倾覆稳定系数K0
K0= = =1.38>[1.3]
满足抗倾覆稳定要求。
三、结论
此道路建成通车至今已半年有余，通过定期监测数据表明挡墙稳定，证明了有限元计算软件在挡墙选形计算的可靠性和便捷性，为计算机模拟挡墙施工提供了参考，提高了设计效率。
参考文献：
[1]中交第二公路勘察设计研究院有限公司.公路挡土墙设计与施工技术细则[U]. 北京：人民交通出版社，2008.
[2]刘成宇.土力学[TU].西南交通大学.北京：中国铁道出版社，2001.
