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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。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)測沉降值達(dá)0．11m。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（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±khcucatgφ）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1／4

ca——地震動(dòng)土壓力系數(shù)，查系數(shù)表得4．75

kh——水平向地震系數(shù)，與設(shè)計(jì)烈度有關(guān)，7°以下取0．1，8、9度分另取0．2和0．4

p——靜力土壓力

p=1／2rh2ka（2）

式中r——土的容重

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0．4密砂土為0．7，粘土為0．5，也可用近似公式計(jì)算ka=1sinφ′（3）

式中φ′——填土的內(nèi)摩擦角

p′作用在基底以上1／2h（矩形）或1／3h（三角形），作用方向與水平方向夾角為β：

β=ε＋φo（4）

式中ε——擋土墻背連線與豎直墻的夾角

φo——墻背面與土之間的內(nèi)摩擦角，豎直混凝土墻背面φo=1／3φ′～1／2φ′

（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

μ——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=bl2／b（8）

mo——最大變矩

mo=1／2ql2（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》（tj10—74）公式mmax=1／2ql2ao=km／bh2o·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γ=1．8t／m3，內(nèi)摩擦角φo=30°，粉土地基取摩擦系數(shù)μ=0．28，ka=0．7。

（2）墻側(cè)向土壓力大小、方向、作用點(diǎn)1靜土壓力p=17．035t／m；2側(cè)向土壓力p1=18．203t／m（主動(dòng)土壓力）；作用點(diǎn)高度h=1／2×5．2=2．6m；a=1．34＋tg44°×3．47=4．69m；β=44°＋1／3φ1=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=10．7t／m，ey=14．73t／m，w=12．98t（取單位長度），w1=57．05t。擋土墻面積f=5．193m2，重心距b為2．087m。

kq=3．45>1．5滿足規(guī)范要求。

kh=1．88>1．35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，減小水平推力。具體做法是：在墻體h／2高度處設(shè)拉錨筋與填土側(cè)的錨塊連接，錨塊尺寸為1．5×0．75×0．2m，取上下兩個(gè)摩擦面，摩擦系數(shù)為0．2，錨塊上填土厚度為2．0m，則每個(gè)錨塊可增加2．0t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傾、抗滑、平衡地基應(yīng)力值、降低工程造價(jià)的特點(diǎn)，值得在沿海地區(qū)推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

〔1〕武漢水利水電學(xué)院．《水工建筑物》〔m〕．北京：水利電力出版社，1980

〔2〕黃熙齡，秦寶玖．地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算〔m〕．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1981