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摘要：桩基托梁是挡土墙与桩的组合形式，通过桩基，解决承载力不足的矛盾，扩大了重力式挡墙的适用范围。选择相应的计算模型，对托梁、锚固桩进行受力计算，从而对桩基托梁挡土墙进行结构设计。
关键词：桩基托梁挡土墙结构设计内力荷载
Abstract: pile Joist combination in the form of retaining walls and piles, pile, to solve the problem of insufficient bearing capacity to expand Gravity Retaining the scope. Select the appropriate calculation model, joists, Anchor Pile force calculation, structural design pile Joist retaining walls.Keywords: pile Joist retaining wall structure design of the internal force load
中图分类号：U443 文献标识码：A文章编号：
1．引言
桩基托梁挡土墙是一种利用托梁连接桩基于挡土墙形成的新型支挡结构，主要工作原理是将挡土墙传来的荷载通过托梁传递给桩基，再由桩通过桩周围土的摩阻力及桩端反力把荷载传递到土层中去，托梁将桩连成一个整体共同承担荷载。主要用于河岸冲刷严重、稳定性较差的陡坡覆盖土、陡坡岩堆、基岩埋藏较深、紧邻既有建筑物地段。
2．工程概况
工程所经路段表层为新黄土，浅黄色，坚硬，湿陷系数δs＝0.016～0.022，为I级非自重湿陷场地。其下为砂泥岩互层，全风化～弱风化，层状构造，节理裂隙发育，全风化岩体呈碎屑状，强风化、弱风化岩体较完整。为避免占压既有房屋，需采取措施收坡，而普通重力式挡墙，地基承载力无法满足要求，故考虑于坡脚处设桩基托梁挡土墙。
3．桩基托梁挡土墙设计理论
3.1 挡土墙的土压力计算
计算方法同一般的挡土墙，根据边界条件按库仑土压力计算。
3.2 托梁内力计算
上部挡土墙的水平推力、竖向力和弯矩，分别转化为作用于托梁的水平均布荷载、竖向均布荷载、扭矩。
竖直面内，可以将托梁视为支承于桩上的连续梁或简支梁，这种方法较为保守；另外一种方法是，首先求出作用于梁上的荷载，按普通连续梁或简支梁计算支座和跨中的弯矩、最大剪力，按弹性地基梁进行计算。
水平面内，当托梁底部的摩擦力大于托梁上的水平推力时，不计算水平面内的内力，否则，还应进行水平面内的内力计算。
3.3 桩的内力计算
桩内力计算按桩顶部作用有弯矩和横向推力，锚固点以上两侧土压力忽略不计的悬臂桩计算。将作用于挡土墙的水平推力进行简化，将其转化为作用于桩身悬臂段的均布荷载。
3.4 結构设计
按《混凝土结构设计规范》（GB10025-2006）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）进行托梁和桩的结构设计，按《铁路路基支挡结构设计规范》（TB 50010-2010）进行重力式挡土墙的设计。
4．桩基托梁挡土墙设计
4.1 初步拟定结构尺寸
根据地形、边坡及既有建筑物位置，初步拟定结构尺寸如下：重力式挡土墙墙高H＝8m，墙顶宽b＝2.5m，墙底宽B＝2.5m，面坡坡率1:0.25；托梁厚h＝1.5m，梁宽3.5m，每片托梁长10m；桩宽2m，桩高2.5m，桩长14m，桩间距6m，根据地质条件，假定悬臂段桩长5m。
4.1 挡土墙的土压力计算
根据库伦土压力理论，进行试算，当墙顶埋入边坡内0.7m时，偏心距较小，e＝0.002m，此时托梁所受扭矩较小，墙趾墙踵受力均衡，结构受力较为合理，水平推力Em＝172.045(kN)，竖直力Nm＝473.517(kN)，
滑移验算满足:Kc＝1.651>1.300
倾覆验算满足:K0＝2.214>1.500
截面上偏心距验算满足:
e1＝－0.002<＝0.300×2.500＝0.750(m)
4.2 托梁的内力计算
托梁顶部中线处弯矩：Mm＝Nm×e＝473.517×0.002＝0.95(kN·m)，可忽略不计。
竖向均布荷载q＝(473.517×10+3.5×1.5×10×25)＝604.8(kN/m)
水平面内均布荷载qx＝Em＝172(kN/m)
托梁底部摩擦力qf＝q×f＝604.8×0.3＝181.44(kN/m)＞172(kN/m)
故托梁在水平面内不会产生弯曲，只进行竖直面内的内力计算。
按一般的支端悬出简支梁计算，可求得支座弯矩M0＝－qL12/2＝－604.8×22/2＝－1209.6(kN·m)
跨中弯矩，Mz＝q×L×L0/4－q×(L0/2+L1) 2/2＝604.8×10×62/4－604.8×(6/2+2)2/2＝－1512(kN·m)
悬出端最大剪力Q1＝q×L1＝604.8×2＝1209.6(kN)
简支段最大剪力Q0＝qL/2－qL1＝604.8×10/2－604.8×2＝2419.2(kN)
根据弹性地基梁理论计算，可求得
M0＝2979.8(kN·m)
Mz＝1489.8(kN·m)
Q1＝1987.1(kN)
Q0＝2980.1(kN)
4.3 桩的内力计算
将挡墙水平推力，转化为均布于桩身悬臂段的荷载：
桩顶水平推力：Em×L/2＝172×10/2＝860(kN)
转化为均布荷载：q＝223.6(kN/m)
根据弹性地基梁理论计算，可得：
弯矩Mmax＝1609.92(kN·m)
剪力Qmax＝5845.53(kN)
桩顶位移为7.11mm，小于10mm，且小于桩长的1/10，满足规范要求。
4.4 结构设计
托梁裂缝检算：
根据《混凝土结构设计规范》中裂缝的计算公式，经计算可得：
托梁顶面wmax＝0.163mm＜0.02mm，
托梁底面wmax＝0.069mm＜0.02mm，
裂缝宽度验算满足要求。
根据《混凝土结构设计规范》即可进行托梁及桩身配筋，本文不再赘述。
5．结语
桩基托梁挡土墙是将挡土墙与桩通过托梁相连接，既确保整个结构体系的安全，同时有效克服了一般重力式挡土墙不能适应的高度及地基承载力限制，扩大了一般重力式挡土墙的使用范围，减小了上部挡土墙截面，节省造价，并减少对坡体的干扰。《铁路路基支挡规范》TB10025—2006规定路堤挡土墙墙高不宜大于10.0 m，此段落挡土墙采用托梁与桩基相连接的结构形式，解决了挡土墙设计高度相对不足的问题。
参考文献：
[1] 李海光．新型支挡结构设计实例[M]．北京：中国建筑工业出版社，2004
[2] TB10025—2006铁路路基支挡结构设计规范[S]
[3] GB50010—2010混凝土结构设计规范[S]
关键词：桩基托梁挡土墙结构设计内力荷载
Abstract: pile Joist combination in the form of retaining walls and piles, pile, to solve the problem of insufficient bearing capacity to expand Gravity Retaining the scope. Select the appropriate calculation model, joists, Anchor Pile force calculation, structural design pile Joist retaining walls.Keywords: pile Joist retaining wall structure design of the internal force load
中图分类号：U443 文献标识码：A文章编号：
1．引言
桩基托梁挡土墙是一种利用托梁连接桩基于挡土墙形成的新型支挡结构，主要工作原理是将挡土墙传来的荷载通过托梁传递给桩基，再由桩通过桩周围土的摩阻力及桩端反力把荷载传递到土层中去，托梁将桩连成一个整体共同承担荷载。主要用于河岸冲刷严重、稳定性较差的陡坡覆盖土、陡坡岩堆、基岩埋藏较深、紧邻既有建筑物地段。
2．工程概况
工程所经路段表层为新黄土，浅黄色，坚硬，湿陷系数δs＝0.016～0.022，为I级非自重湿陷场地。其下为砂泥岩互层，全风化～弱风化，层状构造，节理裂隙发育，全风化岩体呈碎屑状，强风化、弱风化岩体较完整。为避免占压既有房屋，需采取措施收坡，而普通重力式挡墙，地基承载力无法满足要求，故考虑于坡脚处设桩基托梁挡土墙。
3．桩基托梁挡土墙设计理论
3.1 挡土墙的土压力计算
计算方法同一般的挡土墙，根据边界条件按库仑土压力计算。
3.2 托梁内力计算
上部挡土墙的水平推力、竖向力和弯矩，分别转化为作用于托梁的水平均布荷载、竖向均布荷载、扭矩。
竖直面内，可以将托梁视为支承于桩上的连续梁或简支梁，这种方法较为保守；另外一种方法是，首先求出作用于梁上的荷载，按普通连续梁或简支梁计算支座和跨中的弯矩、最大剪力，按弹性地基梁进行计算。
水平面内，当托梁底部的摩擦力大于托梁上的水平推力时，不计算水平面内的内力，否则，还应进行水平面内的内力计算。
3.3 桩的内力计算
桩内力计算按桩顶部作用有弯矩和横向推力，锚固点以上两侧土压力忽略不计的悬臂桩计算。将作用于挡土墙的水平推力进行简化，将其转化为作用于桩身悬臂段的均布荷载。
3.4 結构设计
按《混凝土结构设计规范》（GB10025-2006）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）进行托梁和桩的结构设计，按《铁路路基支挡结构设计规范》（TB 50010-2010）进行重力式挡土墙的设计。
4．桩基托梁挡土墙设计
4.1 初步拟定结构尺寸
根据地形、边坡及既有建筑物位置，初步拟定结构尺寸如下：重力式挡土墙墙高H＝8m，墙顶宽b＝2.5m，墙底宽B＝2.5m，面坡坡率1:0.25；托梁厚h＝1.5m，梁宽3.5m，每片托梁长10m；桩宽2m，桩高2.5m，桩长14m，桩间距6m，根据地质条件，假定悬臂段桩长5m。
4.1 挡土墙的土压力计算
根据库伦土压力理论，进行试算，当墙顶埋入边坡内0.7m时，偏心距较小，e＝0.002m，此时托梁所受扭矩较小，墙趾墙踵受力均衡，结构受力较为合理，水平推力Em＝172.045(kN)，竖直力Nm＝473.517(kN)，
滑移验算满足:Kc＝1.651>1.300
倾覆验算满足:K0＝2.214>1.500
截面上偏心距验算满足:
e1＝－0.002<＝0.300×2.500＝0.750(m)
4.2 托梁的内力计算
托梁顶部中线处弯矩：Mm＝Nm×e＝473.517×0.002＝0.95(kN·m)，可忽略不计。
竖向均布荷载q＝(473.517×10+3.5×1.5×10×25)＝604.8(kN/m)
水平面内均布荷载qx＝Em＝172(kN/m)
托梁底部摩擦力qf＝q×f＝604.8×0.3＝181.44(kN/m)＞172(kN/m)
故托梁在水平面内不会产生弯曲，只进行竖直面内的内力计算。
按一般的支端悬出简支梁计算，可求得支座弯矩M0＝－qL12/2＝－604.8×22/2＝－1209.6(kN·m)
跨中弯矩，Mz＝q×L×L0/4－q×(L0/2+L1) 2/2＝604.8×10×62/4－604.8×(6/2+2)2/2＝－1512(kN·m)
悬出端最大剪力Q1＝q×L1＝604.8×2＝1209.6(kN)
简支段最大剪力Q0＝qL/2－qL1＝604.8×10/2－604.8×2＝2419.2(kN)
根据弹性地基梁理论计算，可求得
M0＝2979.8(kN·m)
Mz＝1489.8(kN·m)
Q1＝1987.1(kN)
Q0＝2980.1(kN)
4.3 桩的内力计算
将挡墙水平推力，转化为均布于桩身悬臂段的荷载：
桩顶水平推力：Em×L/2＝172×10/2＝860(kN)
转化为均布荷载：q＝223.6(kN/m)
根据弹性地基梁理论计算，可得：
弯矩Mmax＝1609.92(kN·m)
剪力Qmax＝5845.53(kN)
桩顶位移为7.11mm，小于10mm，且小于桩长的1/10，满足规范要求。
4.4 结构设计
托梁裂缝检算：
根据《混凝土结构设计规范》中裂缝的计算公式，经计算可得：
托梁顶面wmax＝0.163mm＜0.02mm，
托梁底面wmax＝0.069mm＜0.02mm，
裂缝宽度验算满足要求。
根据《混凝土结构设计规范》即可进行托梁及桩身配筋，本文不再赘述。
5．结语
桩基托梁挡土墙是将挡土墙与桩通过托梁相连接，既确保整个结构体系的安全，同时有效克服了一般重力式挡土墙不能适应的高度及地基承载力限制，扩大了一般重力式挡土墙的使用范围，减小了上部挡土墙截面，节省造价，并减少对坡体的干扰。《铁路路基支挡规范》TB10025—2006规定路堤挡土墙墙高不宜大于10.0 m，此段落挡土墙采用托梁与桩基相连接的结构形式，解决了挡土墙设计高度相对不足的问题。
参考文献：
[1] 李海光．新型支挡结构设计实例[M]．北京：中国建筑工业出版社，2004
[2] TB10025—2006铁路路基支挡结构设计规范[S]
[3] GB50010—2010混凝土结构设计规范[S]