挡土墙基础埋置深度应根据地基土的_以原生土为地基的重力式挡土墙设计优化探讨

时间：2019-04-09 03:15:50　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　【摘要】根据自己的工作实践，在挡土墙墙址处增设齿墙，可使设计得到优化。既可有效地解决挡土墙的稳定性问题，又可减少工程投资20%以上。　　【关键词】挡土墙设计优化
　　一、引言
　　挡土墙是土木建筑、水利水电、铁道交通等工程建设中广泛应用的一种结构物，其基础分为土基和岩基。挡土墙的形式多种多样，其中重力式挡土墙是应用最广，历史最长的一种，这挡土墙常常以原生土为地基，根据工作实践，本文就如何对以原生土为地基的重力式挡土墙进行设计优化发表一点自己的看法。
　　二、重力式挡土墙必须满足的稳定条件
　　重力式挡土墙是依靠自身的重力来维持稳定的，挡土墙的稳定必须满足下列三个条件：
　　1、地基承载力条件挡土墙作用在地基面上的应力应满足地基承载力的要求即：Pmax≤1.2f P≤f
　　式中 Pmax——挡土墙底面的最大应力（KPa）
　　P——挡土墙底面的平均应力（KPa）
　　f——地基土承载力设计值（KPa）
　　2、抗滑稳定条件
　　挡土墙在所有外力作用下应满足下列抗滑稳定条件
　　即：；式中 Kc——抗滑稳定安全系数
　　G——作用在挡土墙上的竖直合力（KN）
　　P——作用在挡土墙上的水平合力（KN）
　　μ——挡土墙墙底与地基之间的摩擦系数
　　3、抗倾稳定条件挡土墙在荷载作用下应不致绕墙址O点产生倾覆，应满足下列倾覆条件即：
　　式中 Ky——抗倾稳定安全系数
　　w——挡土墙自重（KN）
　　Pav——主动土压力的水平分力（KN）
　　Pah——主动土压力的铅直分力（KN）
　　X——自重对O点的力臂（m）
　　L——土压力的铅直分力对O点的力臂（m）
　　y——主动土压力的水平分力对O点的力臂（m）
　　三、设计优化的方案
　　根据自己的工作实践，在挡土墙墙址处增设齿墙（见图2），有效地解决了挡土墙的稳定问题。使用这一方法，可减少工程投资20%以上。这一方法的原理是利用齿墙提高地基的承载力和地基的墙体的摩擦系数。齿板必须嵌入土基中并且需要用水泥砂浆将齿墙前面与土体之间的间隙填实。齿墙断面视墙高而定，现以基础为硬塑状粘土，高5米的内倾式挡土墙为例进行对比分析说明。
　　（一）、基本设计参数
　　1、墙高Ｈ＝５米，墙背填土为无粘性土，内聚力C1＝０，内摩擦角φ＝35°，容重γ1=16.8KN/m3，填土表面水平。
　　2、地基为可塑状粘土，内聚力C2=33 N/m２，内摩擦角φ2=12°，容重γ2=18.5KN/m3，承载力设计值f=175KPa。
　　3、墙身为浆砌块石，容重γ3=23KN/m3，与土基间的摩擦系数μ1=0.325，砌体与砌体间的摩擦系数μ2=0.6，墙背与填土间的摩擦角δ=17.5°。
　　（二）、不设齿墙的挡土墙断面设计
　　经试算拟定断面尺寸如图3，取单位长度挡墙计算，B=1m。
　　1、主动土压力计算（按库存仑理论计算）
　　① 主动土压力系数计算
　　
　　
　　
　　② 总土压力
　　
　　
　　
　　式中 Pa——总土压力（KN）
　　Pav——土压力水平分力（KN）
　　Pah——土压力竖直分力（KN）
　　2、抗滑稳定校核
　　挡土墙自重W=W1+W2+W3=(1×4.5+4.5×2/2+3.2×0.5) ×23=243.8KN
　　作用于地基面的竖向合力
　　作用于挡墙的水平推力
　　挡墙抗滑稳定安全系数
　　3、抗倾稳定校核
　　① 抗倾力矩
　　
　　
　　
　　② 倾覆力矩
　　③ 抗倾安全系数
　　4、地基承载力校核
　　根据力矩平衡原理：
　　
　　
　　
　　基础合力的偏心距：
　　
　　
　　
　　
　　
　　由以上2、3、4项可知，抗倾和地基承载力有富余，抗滑稳定恰好满足要求，因此断面尺寸不能再减小。
　　（三）、设齿墙时的挡土墙断面设计
　　经试算拟定断面尺寸如图4，取单位长度挡墙计算，B=1m。
　　1、主动土压力计算（按库存仑理论计算）
　　① 主动土压力系数计算
　　
　　
　　
　　② 土压力计算
　　
　　
　　
　　2、抗滑稳定校核
　　
　　
　　
　　式中的μ采用复合摩擦系数：
　　
　　3、抗倾稳定校核
　　① 抗倾力矩
　　
　　
　　
　　② 倾覆力矩
　　
　　③ 抗倾安全系数
　　
　　4、地基承载力校核
　　根据力矩平衡原理：
　　
　　
　　
　　基础合力的偏心距：
　　
　　
　　由于基底不可能承受拉应力，故边缘应力只能根据力的平衡原理求得。基底反力的合力必须与外荷载的合力大小相等，方向相反，作用在一天直线上。按平衡条件
　　
　　式中k为墙址O点至应力0点得距离。
　　
　　
　　基底应力分布如图5，因为设有齿墙，允许承载力≥500Kpa，所以承载力能满足要求。
　　由以上2、3、4可知所设挡土墙能满足稳定条件。
　　5、齿墙稳定性校核：
　　设齿墙的最小埋置深度为1.0m，断面为1m×1.5m，布置形式如图6
　　齿墙受到的垂直力Fh=(229.0+92.69)/2×1=160.64KN
　　齿墙自重w4=1×1.5×23＝34.5 KN
　　齿墙底部的平均应力σ=（160.64+1.5×1×23）/（1.5×1）=130.09KPa≤f——①
　　齿墙受到的水平力该力由齿墙侧壁传给土体，现分析土体平衡。当挡土墙有向外滑移趋势时，因摩擦和粘结作用，齿墙也有向外滑移趋势，但因回填土的作用，齿墙将受到被动土压力作用，按库伦理论计算被动土压力系数：
　　
　　
　　
　　被动土压力，方向水平向右
　　齿墙抗滑力：
　　
　　齿墙滑动力：
　　
　　抗滑稳定 ——②
　　由①和②可知齿墙能满足稳定条件。
　　三、结论
　　由上面的分析可知，同样高的挡土墙，设与不设齿墙其断面尺寸相差很大，5米高的挡土墙未设齿墙时需断面为1×4.5+2×4.5/2+3.2×0.5=10.6m2，设齿墙时仅需断面为0.5×4.5+1.5×4.5/2+2.2×0.5+1×1.5＝8.225m2，后者较前者减少断面积22.4%，而且还可能减少开挖工程量，这种效益是十分可观的，南川区小南街片区旧城改造工程中有一段重式挡土墙就采用了这一方法，现在该工程已投入正常运行六年多，未出现任何异常情况。
　　主要参考文献：
　　1 《挡土墙土压力计算》（中国建工出版社出版，顾慰慈编著，2001年２月第一版）
　　2 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002, 中国建工出版社出版，2002年3月第一版）

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