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1、沿海地區(qū)擋土墻的設(shè)計(jì)與穩(wěn)定計(jì)算 紀(jì)寶良 (唐山市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院, 河北唐山063000) 摘 要:根據(jù)沿海地區(qū)擋土墻破損的原因及特點(diǎn),進(jìn)行了分析研究,設(shè)計(jì)出薄壁變異式擋土墻,并介紹了計(jì)算方法及相應(yīng)措施。 關(guān)鍵詞:薄壁變異式;擋土墻;斷面;穩(wěn)定計(jì)算;沿海地區(qū) 1基本情況 近年來,沿海地區(qū)修建,復(fù)建了較多的排水、防潮閘及橡膠壩等擋水建筑物。在運(yùn)用過程中,出現(xiàn)質(zhì)量問題較多的是建筑物兩岸及上下游的擋土墻。在對(duì)22座建筑物的統(tǒng)計(jì)中,有20的擋土墻出現(xiàn)不同程度的沉降、滑坡、斷裂、傾斜現(xiàn)象
2、。其主要原因是:1地質(zhì)條件差,地震及其余震時(shí)常出現(xiàn),地基沉降比較嚴(yán)重。海陸交互相地質(zhì)經(jīng)2000年復(fù)測(cè)沉降值達(dá)011m。2設(shè)計(jì)斷面不合理,安全系數(shù)偏低。3設(shè)計(jì)階段對(duì)施工質(zhì)量及關(guān)鍵環(huán)節(jié)規(guī)范不足。因此,選擇合理的設(shè)計(jì)方案和嚴(yán)格的穩(wěn)定計(jì)算是保證擋土墻安全運(yùn)用的關(guān)鍵。 2擋土墻設(shè)計(jì) (1)擋土墻的形式 工程中基本采用重力式擋土墻,它具有墻背粗糙地基牢,穩(wěn)定斜坡推力小的特點(diǎn)。墻背傾斜又分為3種形式:直立、前傾、后傾。如圖1中的(a)、(b)、(c)所示。 (2)擋土墻設(shè)計(jì)特點(diǎn) 沿海地區(qū)地基大部分呈流塑狀態(tài),以上3種結(jié)構(gòu)型式很難滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。經(jīng)過實(shí)踐,我們選擇了薄壁變異式擋土墻,如圖1中的
3、(d)所示,即在原重力式擋土墻的基礎(chǔ)上,減小壁厚,加大基礎(chǔ)面積。這樣不僅減小了自身重量,還具有安全穩(wěn)定減少工程投資的特點(diǎn)。 3薄壁變異式擋土墻的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定計(jì)算 (1)墻體自重 計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2所示。 其中W墻體自重 W墻體自重加上墻后土的重量 (2)墻側(cè)向土壓力水平地震作用下的總土壓力P:P=(1±KhCuCatg)P(1)式中“”和“”號(hào)分別對(duì)應(yīng)于主、被動(dòng)土壓力Cu綜合影響系數(shù),取14 Ca地震動(dòng)土壓力系數(shù),查系數(shù)表得475 Kh水平向地震系數(shù),與設(shè)計(jì)烈度有關(guān),7°以下取01,8、9度分 另取02和04 P靜力土壓力P=12rH2Ka(2)式中r 土
4、的容重H 擋土墻的總高度Ka靜土壓力系數(shù)。通過試驗(yàn)求得松砂土為04密砂土為07, 粘土為05,也可用近似公式計(jì)算Ka=1sin(3)式中填土的內(nèi)摩擦角P作用在基底以上12H(矩形)或13H(三角形),作用方向與水平方向夾角為:=O(4)式中擋土墻背連線與豎直墻的夾角O墻背面與土之間的內(nèi)摩擦角,豎直混凝土墻背面 O=1312 (3)擋土墻抗傾覆抗滑動(dòng)計(jì)算采用規(guī)范公式:式中b 基底傾覆與墻體形心水平距離a 基底傾覆點(diǎn)與土壓力作用點(diǎn)距離Ex、Ey 土壓力的水平、豎直分力h 土壓力形心作用點(diǎn)與基底垂直距離 擋土墻基底摩擦系數(shù)采用上述公式要考慮設(shè)計(jì)、施工、使用階段分別計(jì)算,取最不利階段值。(4)擋土墻基
5、底應(yīng)力計(jì)算式中A墻底面積;W墻底面積對(duì)墻底垂直方向軸的面積矩W=bL2b(8)MO最大變矩MO=12qL2(9)式中q荷載L集中荷載作用點(diǎn)與轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)之距(5)擋土墻最薄弱斷面強(qiáng)度計(jì)算取墻趾最不利斷面,按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(TJ1074)公式Mmax=12qL2AO=KMbh2O·RW進(jìn)行強(qiáng)度配筋計(jì)算(強(qiáng)度計(jì)算略)。 4擋土墻的穩(wěn)定計(jì)算實(shí)例(1)基本參數(shù),見圖2。墻后無粘性土的容重=18tm3,內(nèi)摩擦角O=30°,粉土地基取摩擦系數(shù)=028,Ka=07。(2)墻側(cè)向土壓力大小、方向、作用點(diǎn)1靜土壓力P=17035tm;2側(cè)向土壓力P1=18203tm(主動(dòng)土壓力);作用點(diǎn)高
6、度h=12×52=26m;a=134tg44°×347=469m;=44°13 1=54°(與水平面夾角)。(3)抗傾覆、穩(wěn)定計(jì)算由以上公式求得:Ex=107tm,Ey=1473tm,W=1298t(取單位長(zhǎng)度),W1=5705t。擋土墻面積F=5193m2,重心距b為2087m。Kq=345>15滿足規(guī)范要求。Kh=188>135滿足設(shè)計(jì)要求。 5計(jì)算過程中應(yīng)注意的問題及處理方法(1)薄壁變異式擋土墻抗滑穩(wěn)定計(jì)算時(shí),會(huì)出現(xiàn)小于允許值的現(xiàn)象,此時(shí)應(yīng)檢查是否加上了墻背契形土的重量。(2)當(dāng)?shù)鼗鶓?yīng)力值偏大時(shí),也可采取拉錨鎖定的方式,減小
7、水平推力。具體做法是:在墻體H2高度處設(shè)拉錨筋與填土側(cè)的錨塊連接,錨塊尺寸為15×075×02m,取上下兩個(gè)摩擦面,摩擦系數(shù)為02,錨塊上填土厚度為20m,則每個(gè)錨塊可增加20t的摩擦阻力,有效地改善了地基應(yīng)力值和抗滑的問題。(3)設(shè)計(jì)階段對(duì)施工階段的工程質(zhì)量提出具體要求:1基礎(chǔ)開挖后要及時(shí)填筑,以免因地基回彈產(chǎn)生負(fù)面影響。2墻背側(cè)反濾層及排水口要保證其體積及粒徑要求,防止土、料混合使用。3混凝土鋼筋保護(hù)層和混凝土標(biāo)號(hào)應(yīng)滿足抗凍、抗?jié)B的要求,以免因斷面較小、受凍融影響腐蝕損壞。 6結(jié)語薄壁變異式擋土墻結(jié)構(gòu)是在重力式擋土墻的基礎(chǔ)上因地制宜發(fā)展而來的,實(shí)際工程中,可采取聯(lián)合的結(jié)構(gòu)形式,其計(jì)算方法基本相同。對(duì)于多地震帶的地區(qū),只要在地基應(yīng)力允許的條件下,應(yīng)盡量擴(kuò)大抗滑計(jì)算值。唐山市黑沿子防潮閘擋土墻采用薄壁變異式結(jié)構(gòu),經(jīng)過5年的運(yùn)用未出現(xiàn)任何問題。實(shí)踐證明,薄壁變異式擋土墻具有抗
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