桩基托梁挡墙计算模型及桩基应力分布

桩基托梁挡墙多用于地基承载力不足、普通挡墙高度过高等不利因素作用下的坡体支挡，由上部挡墙、中部托梁和下部桩基三部分组成。根据挡墙与地面的关系可分为高承台式和低承台式两大类。

桩基托梁挡墙受力模型较为复杂，一旦计算模型和应力分布出现偏差，将可能导致支挡工程设置的失败。基于此，笔者对桩基托梁挡墙的计算模型及应力分布进行说明，供大家参考应用。

一、桩基托梁挡墙计算模型

桩基托梁挡墙作为一个整体的受力体系，由三个不同单元组成，因此，该体系的受力计算应对各自单元、整体分别予以计算。

图1 低承台与高承台桩基托梁挡墙示意图

1、挡墙：作为体系上部单元，挡墙只对墙后主动土压力或下滑力进行支挡，也就是说挡墙受力的计算范围只在墙基至墙顶的整个挡墙部位。

2、托梁：作为体系中部的单元，托梁主要起到承上启下的作用，即主要对上部挡墙传递的主动土压力或下滑力的水平力、挡墙重力和主动土压力的竖向力提供“支点，并和自身重力一起传递给下部的桩基。

                  图2 托梁受力、传力示意图

1）每跨托梁顶部所受水平力计算

Ed=Ex×L

Ed-每跨托梁顶部所受水平力（KN），Ex-挡墙和托梁后部主动土压力水平分力（KN），L-每跨托梁长度（m）

2）每跨托梁顶部所受竖向合力计算

Nd=(G+Ey)×L

Nd-每跨托梁顶部所受竖向合力（KN），G-挡墙单位长度上的重量（KN/m）,Ey-挡墙和托梁后部主动土压力竖向分力（KN）

3、桩基：作为体系下部单元，桩基主要对上部挡墙、托梁的竖向力和自身的重力进行支撑，并对后部坡体主动土压力或坡体整体下滑力、承台传递的水平力进行支挡。

1）每根桩顶所受水平力计算

Q0=Ed/n

Q0-桩顶所受水平力，n-每跨托梁长度范围内的桩基数量

2）每根桩顶所受弯矩计算

M0=（Ed×h+Nd×e）/n
h-托梁厚度（m）

M0-桩顶所受弯矩，e-托梁上部竖向合力偏心距（m），桩中心外侧取正，桩中心内侧取负

二、桩基托挡墙应力分布

理论上来说桩基所承受坡体下滑力应为部分坡体整体下滑力，而非全部坡体的整体下滑力，这是因为理论上来说滑体自身也会承担部分下滑力。但在工程实践中，为简化计算，往往将桩基所承受的作用力假定为坡体的整体下滑力。当然，这种假定的计算结论是偏于保守的。

1、坡体的整体下滑力作用于抗滑桩背的应力分布

1）滑体由完整性较好的岩体组成，滑体上部与下部的滑动速度近于一致，桩背应力假定为矩形分布；

2）滑体为松散堆积体或含水量较高的硬塑~流塑状土质或类土质组成时，滑体底部的滑速往往明显大于上部滑体的滑速，桩背应力假定为三角形分布；

3）滑体为密实、胶结较好堆积体或土体，桩背应力假定为梯形分布。

图3 推力作用下的抗滑桩背应力分布

（注：E-滑体下滑力，Ea-桩背推力）

采用此计算模型时，桩基单元计算不再考虑上部挡墙和托梁单元所传递的水平力，但需考虑挡墙和托梁传递的弯矩。总的来说，这种计算模型对桩基托梁挡墙体系和桩基单元来说是偏保守的。

2、坡体的部分下滑力作用于抗滑桩背的应力分布

考虑到此计算模型类似于埋入式抗滑桩背的应力分布，故在此以埋入抗滑桩背应力分布进行说明。

埋入式抗滑桩由于桩体埋入地面以下一定深度，在岩土体的弹塑性作用下，一部分滑坡下滑力通过桩顶上部的岩土体向下传递，即抗滑桩并不承担全部滑坡下滑力，抗滑桩背的应力分布应依据抗滑桩影响范围内的滑坡下滑力进行分析。即刚度较大的埋入式抗滑桩在下滑力支挡过程中出现应力集中现象，埋入式抗滑桩所支挡的滑坡下滑力应采用必要的调节系数进行校核。桩身范围内埋入式抗滑桩所承担的下滑力如下式：

图4  推力作用下的埋入式抗滑桩背应力分布

（注：E_L-埋入式抗滑桩所承受下滑力，E_La-埋入式抗滑桩所承受下滑力）

(埋入式抗滑桩的相关公式推导及含义见《公路-工程斜坡病害防治理论与实践》一书，篇幅所限，在此不再说明)

采用此计算模型时，桩基单元计算时需考虑上部挡墙和托梁单元所传递的水平力和弯矩。总的来说，这种计算模型对整个桩基托梁挡墙体系和桩基单元来说是更为合理。