本发明涉及岩土工程，特别涉及一种铁路下沉式站房的地锚结构式悬臂挡墙结构及其稳定性检算计方法。
技术背景
悬臂挡墙由于其轻型、直立美观及收坡效果好，其在铁路下沉式站房工程中得到大量的应用。但下沉式站房悬臂挡墙底板常与站台雨棚柱或其他站房构筑物基础产生干扰，导致在设置构筑物基础时需于挡墙底板开孔，这些开孔极易对悬臂挡墙造成较大的安全隐患。因此，亟需提出一种改进的悬臂挡墙结构及设计方法来解决上述难题，满足铁路下沉式站房收坡要求，并确保结构安全可靠、施工方便、节约投资等特点。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种铁路下沉式站房的地锚结构式悬臂挡墙结构，以有效提高悬臂挡墙的抗滑能力和抗倾覆能力，避免悬臂挡墙底板与站台雨棚柱或其他站房构筑物基础产生干扰，确保站房工程安全可靠。
本发明解决上述技术问题所采用的的技术方案如下：
本发明的一种铁路下沉式站房的地锚结构式悬臂挡墙结构，包括沿线路纵向连续设置的悬臂挡墙，由混凝土整体浇筑而成的悬臂挡墙在结构上包括立壁、踵板和趾板，其中由踵板和趾板构成的底板埋入地基d表面以下，车站构筑物的基础结构位于立壁后侧的地基内，其特征是：所述踵板及其下方的地基内沿线路纵向间隔布设地锚结构，所述趾板的前部沿线路纵向间隔设置抗滑键，各抗滑键由趾板底面向下延伸。
本发明所要解决的另一技术问题是提供上述一种铁路下沉式站房的地锚结构式悬臂挡墙结构的稳定性检算方法，该方法包括以下步骤：
①根据铁路路基支挡结构设计规范，确定悬臂挡墙最小抗滑稳定系数[kc]及最小抗倾覆稳定系数[k0]；
②以悬臂挡墙抗滑稳定系数kc≥[kc]及抗倾覆稳定系数k0≥[k0]为控制目标，通过以下公式计算悬臂挡墙的抗滑稳定系数kc及抗倾覆稳定系数k0：
式中，kc为挡墙抗滑稳定系数，无单位；∑n为作用于底板上的总竖向力，单位kn；f为底板与地基土的摩擦系数，无单位；e'x为挡墙墙前土压力的水平分力，单位kn；∑ex为挡墙墙后主动土压力的总水平分力，单位kn；∑fx为锚拉构件的抗剪力，单位kn；∑fy为锚拉构件的锚拉力，单位kn；en为∑n的偏心距，单位m；ef为∑n的偏心距，单位m；ex为∑ex的偏心距，单位m；ex'为e'x的偏心距，单位m；
③根据步骤②稳定系数的计算结果，结合kc≥[kc]及k0≥[k0]的控制条件，确定地锚结构式悬臂挡墙尺寸大小。
本发明的有益效果是，在传统悬臂挡墙结构上增设地锚结构和抗滑键，不仅给悬臂挡墙提供了抗滑力，而且地锚结构还为悬臂挡墙提供了一个向下的锚拉力，从而确保悬臂式挡墙抗滑及抗倾覆能力，并减小踵板长度及结构尺寸，有效解决了铁路下沉式站房悬臂挡墙与雨棚基础或站房构筑物基础的干扰问题，确保站房工程安全可靠；大大拓展了悬臂挡墙的应用范围，满足了铁路下沉式站房收坡要求，结构具有安全可靠、施工方便、节约投资等特点。
附图说明
图1是本发明一种铁路下沉式站房的地锚结构式悬臂挡墙结构的横断面图；
图2是本发明一种铁路下沉式站房的地锚结构式悬臂挡墙结构平面布置图。
图中示出主要构件的名称和所对应的标记：立壁11、踵板12、趾板13、抗滑键14、锚拉构件20、预埋构件30、车站构筑物a、基础结构b、地基d。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图进一步说明本发明。
参照图1和图2，本发明的一种铁路下沉式站房的地锚结构式悬臂挡墙结构，包括沿线路纵向连续设置的悬臂挡墙，由混凝土整体浇筑而成的悬臂挡墙在结构上包括立壁11、踵板12和趾板13，其中由踵板12和趾板13构成的底板埋入地基d表面以下。车站构筑物a的基础结构b位于立壁11后侧的地基d内。所述踵板12及其下方的地基d内沿线路纵向间隔布设地锚结构。所述趾板13的前部沿线路纵向间隔设置抗滑键14，各抗滑键14由趾板13底面向下延伸。在传统悬臂挡墙结构上增设地锚结构和抗滑键14，不仅给悬臂挡墙提供了抗滑力，而且地锚结构还为悬臂挡墙提供了一个向下的锚拉力，从而确保悬臂式挡墙抗滑及抗倾覆能力，并减小踵板13的长度及结构尺寸，有效解决了铁路下沉式站房悬臂挡墙与雨棚基础或站房构筑物基础的干扰问题，确保站房工程安全可靠。大大拓展了悬臂挡墙的应用范围，满足了铁路下沉式站房收坡要求，结构具有安全可靠、施工方便、节约投资等特点。
参照图1和图2，所述地锚结构由沿线路纵向等距间隔设置的锚拉构件20和预埋构件30构成，预埋构件30构成埋设于踵板12内且与之固结为一体，锚拉构件20设置于地基d内，其上端与预埋构件30锚固连接。
所述预埋构件30采用钢板或者直径为20～28mm的钢筋，与踵板12主筋错开设置。所述锚拉构件20采用锚索或锚杆，其下部与地基d下部持力层锚固连接。锚索束数、锚杆直径及间距应通过悬臂挡墙抗滑及抗倾覆稳定计算确定
本发明一种铁路下沉式站房的地锚结构式悬臂挡墙结构的稳定性检算方法，包括以下步骤：
①根据铁路路基支挡结构设计规范，确定悬臂挡墙最小抗滑稳定系数[kc]及最小抗倾覆稳定系数[k0]；
②以悬臂挡墙抗滑稳定系数kc≥[kc]及抗倾覆稳定系数k0≥[k0]为控制目标，通过以下公式计算悬臂挡墙的抗滑稳定系数kc及抗倾覆稳定系数k0：
式中，kc为挡墙抗滑稳定系数，无单位；∑n为作用于底板上的总竖向力，单位kn；f为底板与地基土的摩擦系数，无单位；e'x为挡墙墙前土压力的水平分力，单位kn；∑ex为挡墙墙后主动土压力的总水平分力，单位kn；∑fx为锚拉构件的抗剪力，单位kn；∑fy为锚拉构件的锚拉力，单位kn；en为∑n的偏心距，单位m；ef为∑n的偏心距，单位m；ex为∑ex的偏心距，单位m；ex'为e'x的偏心距，单位m；
③根据步骤②稳定系数的计算结果，结合kc≥[kc]及k0≥[k0]的控制条件，确定地锚结构式悬臂挡墙尺寸大小。
所述步骤①中的悬臂挡墙最小抗滑稳定系数[kc]＝1.3，最小抗倾覆稳定系数[k0]＝1.6。
所述步骤②中的∑fx为锚拉构件的抗剪力，如锚拉构件为钢筋，则为钢筋的抗剪强度设计值；如锚拉构件为锚索，则不考虑其抗剪力。
所述步骤②中的∑fy为锚拉构件的锚拉力，如锚拉构件为钢筋，则为钢筋的抗拉强度设计值、钢筋与锚固体的粘结力及锚固体与土体的粘结力三者的最小值；如为锚索，则为锚索的张拉力设计值。
实施例：
参照图1，鲁南高铁某下沉式站房按初步设计方案悬臂挡墙高为9m，立壁与底板厚度均为0.7m，踵板宽1m，趾板宽2.5m，抗滑键边缘距趾板边缘为0.5m，抗滑键尺寸宽×高＝0.25m×0.25m，墙后填土的综合内摩擦角为30°，基底摩擦系数f＝0.3，墙顶附加荷载q＝30kpa。锚拉构件的地锚结构采用长6m、直径20mm的hrb400钢筋，地锚结构距墙趾距离为3.4m，锚拉构件的纵向间距1.5m。锚拉构件可提供抗剪力∑fx＝50kn/m，锚拉力∑fy＝82kn/m。下面根据本发明所提供的方法，进行上述铁路下沉式站房的地锚结构式悬臂挡墙结构的稳定性检算，包括以下步骤：
①根据铁路路基支挡结构设计规范，确定悬臂挡墙最小抗滑稳定系数[kc]＝1.3及最小抗倾覆稳定系数[k0]＝1.6，并以悬臂挡墙抗滑稳定系数kc≥[kc]、抗倾覆稳定系数k0≥[k0]作为稳定性检算目标；
②并通过以下公式确定悬臂挡墙的抗滑稳定系数kc及抗倾覆稳定系数k0：
式中，∑n为作用于底板上的总竖向力，单位kn；f为底板与地基土的摩擦系数；e'x为挡墙墙前土压力的水平分力，单位kn；∑ex为挡墙墙后主动土压力的总水平分力，单位kn；∑fx为锚拉构件的抗剪力，单位kn；∑fy为锚拉构件的锚拉力，单位kn；en为∑n的偏心距，单位m；ef为∑n的偏心距，单位m；ex为∑ex的偏心距，单位m；ex'为e'x的偏心距，单位m；
代入公式：kc＝(495×0.3+228)/325＝1.16，k0＝1592/1179＝1.35。
③根据步骤②稳定系数的计算结果，判断kc及k0是否满足步骤①的检算目标，即抗滑稳定系数kc＝1.16＜1.3，抗倾覆系数k0＝1.35＜1.6，结构不满足规范要求，应对悬臂挡墙的结构尺寸、抗滑键和地锚结构进行重新设计和进行稳定性验算。
以上所述只是采用图解说明本发明一种铁路下沉式站房的地锚结构式悬臂挡墙结构及其稳定性检算方法的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。