中法規(guī)范體系下?lián)跬翂υO(shè)計的對比分析

中法規(guī)范體系下?lián)跬翂υO(shè)計的對比分析

1阿國項目擋土墻設(shè)計干預(yù)法爾茨基數(shù)十年的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。在傾斜、傾斜、空腔和洞的開口，廣泛應(yīng)用于懸臂式擋土墻、重力擋土墻、八字墻等擋土墻，以支撐端土，防止岸壁變形失穩(wěn)定。阿國項目擋土墻的總體設(shè)計原則和方法與中國規(guī)范相同,均在計算墻后土壓力作用下驗算擋墻抗滑動、抗傾覆穩(wěn)定性、基礎(chǔ)脫空狀況以及自身的強度。但具體計算過程與中國規(guī)范有所不同。本文類舉中、法兩國規(guī)范下?lián)跬翂唧w設(shè)計中的主要差異,為以后采用法國規(guī)范地區(qū)公路項目的擋土墻設(shè)計提供參考。2由于中、法規(guī)范中、墻的設(shè)計差異的比較2.1摩擦角和路面荷載中法規(guī)范的擋墻,填土、墻身容重以及墻后填土內(nèi)摩擦角等基本參數(shù)取值基本相同。但在墻身與填土內(nèi)摩擦角比值與路面活載取值上有所不同。中國規(guī)范下墻身與墻后填土內(nèi)摩擦角比值一般取1/2～1/3,而法國規(guī)范下混凝土形式擋墻為假想光滑,墻身與墻后填土內(nèi)摩擦角比值為0,較中國規(guī)范嚴(yán)格;中國規(guī)范下路面荷載按汽車荷載等級折算,而法國規(guī)范要求對于高速公路路堤墻路面荷載取10kN/m,對于路肩墻取20kN/m。實際換算下來,法國規(guī)范下高速公路路面荷載值略高于中國規(guī)范下的公路Ⅰ級荷載。2.2土體滑動平衡中法規(guī)范的擋墻設(shè)計,主、被動土壓力計算的總體方法相同。對于一般形式擋墻,從宏觀土體的滑動出發(fā),研究土體處于極限平衡狀態(tài)下,根據(jù)破棱體的靜力平衡條件,求得墻背的土壓力,計算公式可采用庫侖土壓力公式。對于墻后填土為平面的垂直墻面的特殊形式擋土墻,也可采用朗金土壓力公式計算。但具體計算過程中、法規(guī)范的擋墻設(shè)計存在部分差異。(1)土壓力的計算路基段的常規(guī)懸臂式和重力式擋墻后填土壓力,中、法規(guī)范計算方法相同,均可采用庫侖土壓力或朗金土壓力公式計算。但對于涵洞洞口的整體式八字墻,中國規(guī)范認(rèn)為基礎(chǔ)存在微小位移和轉(zhuǎn)動,故一般仍參照常規(guī)擋墻,采用主動土壓力計算;而法國規(guī)范下,考慮整體式八字墻嵌固于土壤內(nèi),要求采用靜止土壓力公式計算。靜止土壓力系數(shù)Ko查《Tablesbuteepoussee》得到,并不小于1-sinφ,中間數(shù)值內(nèi)插取得。由于靜止土壓力系數(shù)Ko遠(yuǎn)大于主動土壓力系數(shù)Ka,故對于存在一定嵌固效應(yīng)的擋墻如整體式八字墻,法國規(guī)范下計算的墻后土壓力遠(yuǎn)大于中國規(guī)范。圖1即為內(nèi)摩擦角φ=35°下,靜止土壓力計算圖示。(2)法國規(guī)范的土壓力計算該項目處于高地震烈度區(qū),必須計算地震下的土壓力作用。中國規(guī)范一般認(rèn)為地震對擋土墻的破壞主要是由水平地震力引起的,因此,在分析地震作用下的土壓力時,只考慮水平方向地震力的影響,采用靜力法分析。先計算地震角θs=arctg(CzKh),其中:Cz為靜力綜合系數(shù),一般取0.25;Kh為水平地震加速度系數(shù)。計算地震土壓力時,相當(dāng)于將擋土墻和擋土墻背面旋轉(zhuǎn)θs角,也就是將原來的墻高H用cos(α+θs)cosαHcos(α+θs)cosαΗ代替,墻面的傾角α用(α+θs)代替,墻背面填土坡度β用(β+θs)代替。將替換后的參數(shù)代入非地震情況下的土壓力公式計算,并考慮重要性系數(shù)的修正,且一般不考慮墻身自重產(chǎn)生的慣性力。法國規(guī)范下,地震土壓力計算方法采用MONONOBE-OKABE的公式計算,計算原理與中國規(guī)范相似。也是將地震角代入計算參數(shù)中,用非地震土壓力公式換算而成。但法國規(guī)范計算地震角時,同時考慮水平加速度與垂直加速度影響,計算公式為:θ(±)=arctan[Kh/(1±ξKv)]。由于本項目處于高地震地區(qū),故地震角采用動力法設(shè)計,ξ參數(shù)取1.0計算。此外還需計入墻體自重、填土容重在承受地震加速度影響下產(chǎn)生的慣性自應(yīng)力。圖2為法國規(guī)范下的地震土壓力計算模型。由此可見,中、法規(guī)范下地震土壓力計算主要區(qū)別在于地震角計算不同。法國規(guī)范考慮垂直加速度影響,并采用動力法計算,計算地震角較中國規(guī)范大。表1即為中、法規(guī)范下,各地震加速度對應(yīng)的地震角。(3)擋土墻體厚度路面活載垂直作用于路基上,使土體中產(chǎn)生附加的豎向應(yīng)力,從而產(chǎn)生附加的側(cè)向壓力。中國規(guī)范計算時將墻后破裂棱體上的車輛荷載換算成容重與墻后填土相同的均布土層,其厚度為h0=∑QγB0Lh0=∑QγB0L,其中:γ為墻后填土容重(kN/m3);B0為破棱體范圍內(nèi)的路基寬度(m);L為擋土墻計算長度(m);∑Q為布置在B0×L范圍內(nèi)的車輪總重(kN)。法國規(guī)范下,擋土墻路面活載按路堤墻或路肩墻,相應(yīng)計算均布荷載,根據(jù)《FondationsetOUVragesenterre》(基礎(chǔ)及支擋工程)以內(nèi)摩擦角φ直接擴散作用于墻身上。通過求取擴散后在墻身上作用位置的高度h1得到路面活載對墻身的壓力。計算圖示見圖3。(4)擋土墻生長階段驗算中國規(guī)范下的擋土墻計算時,由于相關(guān)規(guī)范中未對施工狀態(tài)下的路面施工活載有明確要求,故一般以運營狀態(tài)下進(jìn)行控制計算。而法國規(guī)范體系下的低填土路堤擋土墻計算時,除以路面活載q=10kN/m進(jìn)行運營階段的各項驗算外,還要求對擋墻進(jìn)行施工階段的強度和穩(wěn)定性驗算。而最不利施工階段受力模式等同于路肩擋墻,且施工碾壓活載取q=20kN/m計算。但考慮到施工狀態(tài)為臨時階段,持續(xù)時間較短,故法國規(guī)范下的施工階段驗算只考慮非地震條件下的承載力極限狀態(tài)的組合(ELU組合),可不采用正常使用階段(ELS)及地震偶然組合(ELA)驗算。圖4為低填土路堤墻的完整計算模式圖。2.3承載能力極限狀態(tài)中國規(guī)范下,擋墻設(shè)計按荷載組合分為:正常使用極限狀態(tài)設(shè)計、承載能力極限狀態(tài)設(shè)計,其中承載能力極限狀態(tài)設(shè)計又分為基本組合和偶然組合。各組合公式如下:(1)正常使用極限狀態(tài):Ssd=∑i=1mSGik+∑j=1n0.4SQSsd=∑i=1mSGik+∑j=1n0.4SQ(2)承載能力極限狀態(tài)(基本組合):γ0Sud=γ0(∑i=1mγGiSGik+1.4SQ)γ0Sud=γ0(∑i=1mγGiSGik+1.4SQ)(3)承載能力極限狀態(tài)(偶然組合):γ0Sud=γ0(∑i=1mSGik+SD)γ0Sud=γ0(∑i=1mSGik+SD)式中:SGik為永久荷載;SQ為可變荷載;SD為地震偶然荷載;γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù),對于高速公路取1.1;γGi為永久荷載分項系數(shù),對結(jié)構(gòu)有利時取1.0,對結(jié)構(gòu)不利時取1.2。法國規(guī)范荷載組合類型與中國規(guī)范相同,亦分為ELS、ELU、ELA三種設(shè)計組合狀態(tài)。組合公式如下:(1)ELSGmax+Gmin+{QrQrpGmax+Gmin+{QrQrp(2)ELU1.35Gmax+Gmin+?????1.5Qr1.35{Qr[T]1.35Gmax+Gmin+{1.5Qr1.35{Qr[Τ](3)ELAGmax+Gmin+FA式中:Gmax為全部不利的長期作用力;Gmin為全部有利的長期作用力;Qr為常規(guī)活載(A、B車列及人行道活載);FA為地震作用力。需要說明的是,對于活荷載,還需要追加ELU=1.07;ELS=1.2的分權(quán)系數(shù)。表2為考慮各項系數(shù)后兩國規(guī)范正常使用及承載力極限狀態(tài)的荷載組合系數(shù)對比。2.4積脫空安全指標(biāo)對比中、法規(guī)范下的擋土墻設(shè)計均應(yīng)驗算擋土墻的抗滑動、抗傾覆穩(wěn)定性以及基礎(chǔ)面積脫空。但兩國規(guī)范對穩(wěn)定性及基礎(chǔ)面積脫空的要求不同,表3為兩國規(guī)范下的安全指標(biāo)對比。由表3可見,中國規(guī)范安全系數(shù)要求整體略高于法國規(guī)范,且指標(biāo)較法國規(guī)范細(xì)化。一般組合與偶然組合下的承載力極限狀態(tài)區(qū)分設(shè)計指標(biāo),在偶然組合下,安全系數(shù)要求略有降低,這與中國規(guī)范整體基于變異性及頻域值設(shè)計相協(xié)調(diào)。而對于基礎(chǔ)脫空要求也和基底土壤的實際巖性相關(guān)。3對比分析兩組擋土墻的穩(wěn)定性指標(biāo)中、法規(guī)范下的擋土墻的設(shè)計原理和計算理論基本相同,但在作用力的具體分布、荷載組合參數(shù)及穩(wěn)定性的安全系數(shù)、指標(biāo)上存在一定的差異。此外墻體自身的強度、裂縫計算理論和構(gòu)造配筋數(shù)量、形式也不盡相同。通