錨定板擋土墻.doc

錨定板擋土墻1.概述錨定板擋土墻由墻面系、鋼拉桿及錨定板和填料共同組成。墻面系由預(yù)制的鋼筋混凝土肋柱和擋土板拼裝，或者直接用預(yù)制的鋼筋混凝土面板拼裝而成。鋼拉桿外端與墻面系的肋柱或者面板連接，而內(nèi)端與錨定板連接，通過(guò)鋼拉桿，依靠埋置在填料中的錨定板所提供的抗拔力來(lái)維持填土墻的穩(wěn)定。錨定板擋土墻是一種適用于填土的輕型擋土結(jié)構(gòu)，它與錨桿擋土墻的區(qū)別是：抗拔力不是靠鋼拉桿與填料的摩阻力來(lái)提供，而是由錨定板來(lái)提供。錨定板結(jié)構(gòu)可用作擋土墻、橋臺(tái)或港口碼頭的護(hù)岸。錨定板擋土墻和加筋土擋土墻一樣都是一種適用于填土的輕型結(jié)構(gòu)，但二者的當(dāng)土原理不同。錨定板擋土結(jié)構(gòu)是依靠填土與錨定板接觸面上的側(cè)向承載力來(lái)維持結(jié)構(gòu)的平衡，不需要利用鋼拉桿與填土之間的摩擦力。因此它的鋼拉桿長(zhǎng)度可以較短，鋼拉桿的表面可以用瀝青玻璃布包扎防銹，二填料也不必限用摩擦系數(shù)較大的砂性土。從防銹、節(jié)省鋼材和適應(yīng)各種填料三方面比較，錨定板擋土結(jié)構(gòu)都有較大的優(yōu)越性，但施工程序較加筋土擋墻復(fù)雜一些。2.錨定板的類型錨定板擋土墻錨定板擋土墻按其使用情況可分為路肩墻、路堤墻、貨場(chǎng)墻、碼頭墻和坡腳墻等，如圖所示。按墻面的結(jié)構(gòu)形式可分為肋柱式和無(wú)肋柱式，如圖所示，肋柱式錨定板擋土墻的墻面系由肋柱和擋土板組成，一般為雙層拉桿，錨定板的面積較大，拉桿較長(zhǎng)，擋土墻變形較小。無(wú)肋柱式錨定板擋土墻的墻面系由鋼筋混凝土面板組成。外表美觀、整齊、施工簡(jiǎn)便，多用于城市交通的支擋結(jié)構(gòu)物工程。錨定板擋土墻是錨定板擋土結(jié)構(gòu)中的一種，本節(jié)將以肋柱式錨定板擋土墻為例介紹這種支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。3.設(shè)計(jì)原理如前所述，錨定板擋土墻是由墻面系、鋼拉桿及錨定板和填料共同組成的，這是一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。在這個(gè)這個(gè)整體結(jié)構(gòu)內(nèi)部，在這個(gè)整體結(jié)構(gòu)內(nèi)部。存在著作用在墻面上的土壓力、錨桿拉力、錨定板抗拔力等互相作用的內(nèi)力。這些內(nèi)力必須互相平衡，才能保證結(jié)構(gòu)內(nèi)部的穩(wěn)定。與此同時(shí)，在錨定板結(jié)構(gòu)的周圍邊界上，還存在著從周圍邊界以外傳來(lái)的土壓力、活荷載及其他重物荷載，以及結(jié)構(gòu)自重所產(chǎn)生的反作用力和摩擦力。這些邊界上的作用力也必須互相平衡，才能保證錨定板結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定，防止發(fā)生滑動(dòng)或蠕動(dòng)變形。由此可見，錨定板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的基本原理是錨定板有足夠的抗拔力才能確保錨定板結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：確定墻面土壓力、錨定板抗拔力計(jì)算、整體穩(wěn)定性驗(yàn)算用以確定鋼拉桿的長(zhǎng)度、肋柱、拉桿、面板等結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等。4設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：墻背土壓力計(jì)算，肋柱、錨定板、拉桿、擋土板的內(nèi)力計(jì)算及配筋設(shè)計(jì)，以及錨定板擋土墻的整體穩(wěn)定計(jì)算。1)土壓力計(jì)算錨定板擋土墻墻面板所受的土壓力系由墻后填料及外荷載引起。由于擋土板、拉桿、錨定板及填料的相互作用，影響土壓力的因素很多，例如填料性質(zhì)、壓實(shí)程度、拉桿位置及長(zhǎng)度、錨定板大小等，是一個(gè)很復(fù)雜并涉及土與結(jié)構(gòu)相互作用的問(wèn)題，目前一般作一些假定和簡(jiǎn)化來(lái)加以計(jì)算。大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及模型試驗(yàn)表明，土壓力大于庫(kù)侖主動(dòng)土壓力公式的計(jì)算值，故鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 中規(guī)定：填料引起的土壓力，采用庫(kù)侖主動(dòng)土壓力公式計(jì)算，然后乘以增大系數(shù)的法。對(duì)于位移要求較嚴(yán)格的結(jié)構(gòu)，土壓力增大系數(shù)應(yīng)取大值。試驗(yàn)表明，填料所產(chǎn)生的土壓力分布圖形為拋物線圖形，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，采用由三角形和矩形組合的圖形，如圖所示。圖中： 式中：水平土壓力； 庫(kù)倫主動(dòng)土壓力的水平分力(kN/m); 土壓力增大系數(shù)； H墻高(m)，當(dāng)為雙級(jí)墻時(shí)，H為上下墻之和。 列車荷載對(duì)墻面板無(wú)土壓力的影響：根據(jù)實(shí)測(cè)資料，列車荷載對(duì)對(duì)土壓力的影響不大，而且只對(duì)上層拉桿有影響。實(shí)測(cè)列車荷載產(chǎn)生的土壓力值，其結(jié)果遠(yuǎn)小于現(xiàn)行路基支擋范規(guī)定的計(jì)算列車荷載產(chǎn)生的土壓力。因此列車荷載產(chǎn)生的土壓力，仍按重力式擋土墻有關(guān)規(guī)定計(jì)算，不再乘以增大系數(shù)。其他外荷載所產(chǎn)生的土壓力，限于目前積累的資料不多，也按重力式擋土墻有關(guān)規(guī)定計(jì)算。將各種荷載所產(chǎn)生的土壓力迭加起來(lái)就是墻面板所承受的總的土壓力。2)錨定板容許抗拔力當(dāng)錨定板受拉桿牽動(dòng)向前位移時(shí)，錨定板要向前方土體施加壓力，而前方土體受壓縮所提供的抗力則維持錨定板的穩(wěn)定。因此錨定板抗力計(jì)算是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，與錨定板的埋深、填土的力學(xué)特性、填土的密實(shí)度、墻面系的變形情況等有關(guān)。錨定板單位面積容許抗拔力應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)確定，如無(wú)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)資料，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按下列三種方法選用，如缺乏經(jīng)驗(yàn)，可同時(shí)考慮這三種方法，采用偏于安全的計(jì)算結(jié)果。(1)鐵科院建議的容許抗拔力為了解決實(shí)際工程中錨定板抗拔力問(wèn)題，鐵道部科學(xué)研究院和協(xié)作單位共同進(jìn)行了大量現(xiàn)場(chǎng)原形試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)原形試驗(yàn)資料的分析研究，并在多處實(shí)際工程中應(yīng)用驗(yàn)證后，提出錨定板單位面積容許抗拔力P按以下數(shù)值選用： 當(dāng)錨定板埋置深度為510m時(shí)，P=130150kPa ； 當(dāng)錨定板埋置深度為35m時(shí)，P=100120kPa； 當(dāng)錨定板埋置深度小于3m時(shí)，錨定板的穩(wěn)定不是由抗拔力控制，而是由錨定板前被動(dòng)抗力阻止板前土體破壞來(lái)控制。這時(shí)錨定板的“抗拔力”應(yīng)按下式計(jì)算：式中：P不是單位面積容許抗拔力，為了和深埋錨定板的容許抗拔力保持一致，將P視作單塊錨定板的容許抗拔力； 錨定板埋置深度； B錨定板邊長(zhǎng)； K安全系數(shù)，不小于2； 填料重度； 庫(kù)倫被動(dòng)土壓力和主動(dòng)土壓力系數(shù)。 (2)鐵三院建議的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式鐵三院以室內(nèi)模型試驗(yàn)（填料采用龍口石英砂）資料為依據(jù)，并用部分現(xiàn)場(chǎng)資料校核歸納，建議錨定板容許抗拔力可按下式計(jì)算：式中：P錨定板容許抗拔力(kN)； K安全系數(shù)，可采用23； 錨定板極限抗拔力(kN)； H錨定板的埋深。為填土頂面到錨定板底面之距離(cm)； 錨定板高度(cm)。當(dāng)時(shí)，以值帶入經(jīng)驗(yàn)式中。其中，錨定板臨界埋深比，錨定板尺寸系數(shù)，。各錨定板尺寸的臨界深度比和錨定板尺寸系數(shù)值如表錨定板臨界深度比和錨定板尺寸系數(shù)值錨定板尺寸60607070808090901001001101105.755.485.265.074.914.770.8510.5650.3960.2900.2190.170(3)鐵四院根據(jù)室內(nèi)模型試驗(yàn),推薦的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式式中:錨定板單位面積容許抗拔力(kPa)； 無(wú)量綱系數(shù)，其數(shù)值按確定（b為用米表示時(shí)矩形錨定板的短邊長(zhǎng)度）； 與錨定板埋深比有關(guān)的系數(shù)； 拉桿至柱底的距離(m)； h錨定板高度 填土試驗(yàn)壓縮模量(kPa)，無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)，對(duì)一般粘性土填料，根據(jù)拉桿至柱底的距離，參照下列數(shù)值采用： 與錨定板埋設(shè)位置有關(guān)的折減系數(shù)。當(dāng)式中：拉桿長(zhǎng)度 拉桿至填土表面的距離（m）； a，b矩形錨定板的長(zhǎng)、寬度(m). 其中： 3)穩(wěn)定性分析 目前常用的整體穩(wěn)定分析方法有Kranz法(折線裂面法)、鐵科院建議折線滑面法、整體土墻法等。我國(guó)鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范推薦使用Kranz法和整體土墻法。 (1)Kranz法，也稱為折線裂面法 該方法由Kranz于1953年提出。下面介紹單層和雙層錨定板的穩(wěn)定性分析方法。 單層錨定板的整體穩(wěn)定分析 圖表示一種最簡(jiǎn)單的單層錨定板結(jié)構(gòu)。Kranz根據(jù)大量的計(jì)算得出如下結(jié)論：當(dāng)拉桿力作用于錨定板時(shí)，在經(jīng)過(guò)可能產(chǎn)生的所有滑面中，折線滑面BCD(由BC和CD兩段直線所組成)是最危險(xiǎn)的滑面。其中B點(diǎn)是墻面的下端，C點(diǎn)是錨定板的底部，而CD段是錨定板后方的主動(dòng)土壓裂面。 Kranzde 分析方法采取隔離土體ABCV為對(duì)象，并分析其各個(gè)邊界上所受的外力和平衡關(guān)系，如圖圖中： CV通過(guò)C點(diǎn)的豎直隔離墻； W土體ABCV的重力； RBC面上的反力，其方向與豎直線的夾角為； 作用在AB面和CV面上的主動(dòng)土壓力； T拉桿的設(shè)計(jì)拉力，即實(shí)際拉力值； 從力多邊形求得的拉桿最大拉力；、和、的水平分力； 滑面BC段的傾角； 拉桿的傾角； 墻背摩擦角； 填土的內(nèi)摩擦角。從土體ABCV的靜力平衡條件中求拉桿所能承受的最大拉力，并認(rèn)為土體ABCV的抗滑安全系數(shù)應(yīng)等于與T之比值。從圖中的力多邊形中可見：W、和的數(shù)值均可按結(jié)構(gòu)的尺寸求得，和R的方向?yàn)橐阎鋽?shù)值需根據(jù)力多邊形的幾何關(guān)系計(jì)算如下：若令 從上式可推導(dǎo)求得： 由此可計(jì)算土體ABCV的抗滑安全系數(shù)： 雙層錨定板結(jié)構(gòu)的第一種情況上層拉桿的長(zhǎng)度不大于下層拉桿的長(zhǎng)度。圖表示雙層錨定板結(jié)構(gòu)的第一種情況。其下層錨定板的滑面應(yīng)為BCD，因而下層錨定板穩(wěn)定性分析的隔離體和力多邊形與圖完全相同，可以用公式計(jì)算其抗滑安全系數(shù)。但其中。對(duì)于圖上層錨定板的滑面，Kranz假定為，因而其穩(wěn)定性分析索取的隔離體為AB，其力多邊形如圖圖中：土體AB的重力； 面上所受的主動(dòng)土壓力； 滑面上所受的反力； 拉桿的設(shè)計(jì)應(yīng)力； 在畫面的平衡條件下(即土體的平衡條件)上層拉桿所能承受的最大拉力；各有關(guān)力的分力； 的傾角；意義均與圖相同。在圖中，、和的數(shù)值均可按結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算求得，和的方向?yàn)橐阎?，但其?shù)值需根據(jù)力多邊形的幾何關(guān)系計(jì)算如下：若令 從式可推導(dǎo)求得由此可計(jì)算土體抗滑安全系數(shù)，亦即滑面上的抗滑安全系數(shù)：雙層錨定板結(jié)構(gòu)的第二種情況上層拉桿比下層拉桿長(zhǎng)，但上層錨定板的位置在下層滑面之內(nèi)，如圖在這種情況下，應(yīng)該分別檢算上層錨定板和下層錨定板的穩(wěn)定性。按照Kranz假定，上層錨定板的滑面為，下層錨定板的滑面為。下層錨定板的抗滑安全系數(shù)可按照?qǐng)D的力多邊形和公式至公式計(jì)算，但令。上層錨定板的穩(wěn)定分析，如果的傾角，則與圖的力多邊形及公式至公式的計(jì)算方法相同。但如果，則仍按圖及其有關(guān)公式計(jì)算，此時(shí)。雙層錨定板結(jié)構(gòu)的第三種情況上層拉桿比下層拉桿長(zhǎng)，而且上層錨定板的位置超出下層滑面線之外，如圖。在這種情況下，除了分別檢算上層錨定板和下層錨定板的穩(wěn)定性以外，還需要檢算這個(gè)結(jié)構(gòu)整體在滑面上的穩(wěn)定性。關(guān)于各層錨定板穩(wěn)定性的分別檢算，見圖和圖及其有關(guān)公式。下層錨定板的抗滑安全系數(shù)應(yīng)按照?qǐng)D及其有關(guān)公式檢計(jì)算，并令公式中的。上層錨定板的抗滑安全系數(shù)應(yīng)視其滑面傾角大于或小于而分別采用土或圖的計(jì)算方法，此時(shí)。關(guān)于這個(gè)結(jié)構(gòu)整體在滑面上的穩(wěn)定性分析，可取隔離體為穩(wěn)定性分析的對(duì)象，并將其分為和兩部分，如圖。這兩部分土體邊界上所受的外力及其極限平衡的力多邊形分別如圖。圖為土體的力多邊形，其中、和意義與圖的相同。為面上所受的主動(dòng)土壓力，可按照?qǐng)D和公式計(jì)算方法求得。圖為土體的力多邊形，其中為土體的重力，為作用在滑段上的反力，為土體所能提供的拉桿最大拉力?？砂磮D和公式計(jì)算方法求得。土體所提供的拉桿最大拉力應(yīng)等于以上所求的兩部分之和，即。因此，這個(gè)結(jié)構(gòu)整體在滑面上的抗滑安全系數(shù)應(yīng)為：(2)折線滑面法1.基本假定(1)假定下層錨定板前方土體的臨界滑裂面通過(guò)墻面底端，圖中的B點(diǎn)；(2)假定上層錨定板前方土體的臨界滑裂面通過(guò)被分析的錨定板以下拉桿與墻面的交點(diǎn)，圖中的點(diǎn)；圖(3)假定錨定板邊界后方土體應(yīng)力狀態(tài)為朗肯主動(dòng)土壓力狀態(tài)。分析圖示根據(jù)以上假定可畫出本方法的基本分析圖式，見圖圖中，BCD為下層錨定板前方土體的臨界滑裂面；為上層錨定板前方土體的臨界滑裂面；點(diǎn)為所分析的錨定板相鄰下層錨桿與墻面的交點(diǎn)；、均為朗金主動(dòng)土壓破裂面；、分別為、豎直面上主動(dòng)土壓力；、分別為、滑裂面上的反作用力；、分別為土體和的質(zhì)量；分別為段、的傾角；為填土坡面的傾角；為填土的內(nèi)摩擦角；分別為擋土墻的各部分尺寸。計(jì)算公式根據(jù)以上假定及分析圖示，分三種不同情況進(jìn)行推導(dǎo)：上層拉桿長(zhǎng)度小于或等于下層拉桿長(zhǎng)度，見圖。由朗金理淪知，滑動(dòng)面CD 段和滑動(dòng)面段與水平面的交角都是。由圖知，下層錨定板和上層錨定板的穩(wěn)定性分析圖式基本相似，現(xiàn)以下層錨定板的穩(wěn)定計(jì)算公式為例進(jìn)行推導(dǎo)，其上層錨定板的穩(wěn)定性公式也可仿此進(jìn)行。圖中表示墻面及土體所受的外力情況。其中，土壓力對(duì)土體產(chǎn)生滑動(dòng)力；而土體重力在面上產(chǎn)生摩阻力抵抗滑動(dòng)，按朗肯理論的主動(dòng)土壓力計(jì)算公式式中：填土容重； 郎肯主動(dòng)土壓力系數(shù)。土壓力的方向可取與填土表面平行，因而在滑動(dòng)面上的滑動(dòng)力為，同時(shí)，土體重力G在BC面上的摩阻力分量為。其中： 因此，錨定板的抗滑穩(wěn)定性安全系數(shù)為： =當(dāng)填土表面水平，上式為(2)上層拉桿比下層拉桿長(zhǎng)，但上層錨定板位于下層滑裂面CD之間，如圖。此時(shí)，對(duì)于上層錨定板的分析與前一種情況相同。其臨界滑動(dòng)面為，其抗滑安全系數(shù)為下層錨定板穩(wěn)定性分析如圖，下層錨定板的滑動(dòng)面為BCD，其穩(wěn)定性應(yīng)分析計(jì)算土體各邊界上所受的外力及其平衡條件；其中點(diǎn)為通過(guò)豎直面與滑動(dòng)面的交點(diǎn)。為作用在面上的主動(dòng)土壓力，G為ABCV的重力，的重力，為滑動(dòng)面的傾角，為滑動(dòng)面的傾角。對(duì)于滑動(dòng)面來(lái)說(shuō)，力及在BC面上產(chǎn)生的分量為滑動(dòng)力，G在BC面上產(chǎn)生的分量為抗滑力。則得出下層錨定板抗滑安全系數(shù)：式中： 上層拉桿比下層拉桿長(zhǎng)，且上層錨定板位置超出下層錨定板滑面CD以外，如圖上層錨定板的穩(wěn)定性分析仍與前面相同，其臨界滑裂面，其抗滑安全系數(shù)可按式計(jì)算下層錨定板穩(wěn)定性分析圖如圖。為作用于面上的主動(dòng)土壓力，為土體的重力，為土體的重力，和分別為滑裂面BC段和段的傾角。對(duì)于滑裂面段：土壓力和重力作用在BC面的分量為滑動(dòng)力；G作用在BC面上的分量為抗滑力。則下層錨定板抗滑安全系數(shù)：式中： 當(dāng)填土表面