關(guān)于擋土墻的地基承載力驗(yàn)算及抗傾覆.doc

文章編號(hào):1007O2993 (2003) 06O0315O04關(guān)于擋土墻的地基承載力驗(yàn)算及抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算方法的探討黃太華饒英明譚萍(中南林學(xué)院建工學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙410004)編者按擋土墻的抗傾覆問(wèn)題,確有許多值得研究的地方,比如墻背摩擦力的影響,嵌固深度對(duì)抗傾覆安全系數(shù)的影響等;在計(jì)算中會(huì)發(fā)現(xiàn)一些值得研究的有趣現(xiàn)象。擋土墻在偏心荷載作用下的地基承載力和抗傾覆問(wèn)題,過(guò)去是分別驗(yàn)算的,該文討論了二者的關(guān)系,提出了一個(gè)新的看問(wèn)題的角度。讀者可對(duì)此展開(kāi)學(xué)術(shù)討論?！菊客ㄟ^(guò)對(duì)影響擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性問(wèn)題的深入分析,提出了一種引入擋土墻主動(dòng)土壓力分項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算的新方法。該方法將擋土墻的地基承載力驗(yàn)算與抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算合并,概念清晰且計(jì)算結(jié)果可靠,并能與現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)( GB 50068 2001) 及建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范( GB50009 2001) 協(xié)調(diào)一致?！娟P(guān)鍵詞】擋土墻;地基承載力;抗傾覆;穩(wěn)定性驗(yàn)算【中圖分類(lèi)號(hào)】U 21311Study on the Method of Checking Computation for Retaining WallsGround Bearing Capacity and the AntiOoverturning Stabil ity【Abstract】Through analyzing the factors influencing the retaining walls antiOoverturning stability , putting for2ward a new method with introducing the partial factor of retaining walls active earth pressure to deal with the check2ing computation for retaining walls antiOoverturning stability. In this method , the checking computation for groundbearing capacity and the checking computation for antiOoverturing stability have been united. The concept is clear andthe consequence is reliable , moreover , it is consistent with theUnified standard for reliability design of building struc2tures( GB 50068 2001) andLoad code for the design of building structures( GB 50009 2001) .【Key words】retaining wall ; ground bearing capacity ; antiOoverturning ; checking computation for stability0 引言建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范( GB 50007 2002) 的條文說(shuō)明中對(duì)擋土墻的抗傾覆和抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算有以下描述:對(duì)于重力式擋土墻的穩(wěn)定性驗(yàn)算,許多設(shè)計(jì)者反映,重力式擋土墻的穩(wěn)定性驗(yàn)算,主要由抗滑穩(wěn)定性控制,而現(xiàn)實(shí)工程中傾覆穩(wěn)定破壞的可能性又大于滑動(dòng)破壞。說(shuō)明過(guò)去抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)偏低,這次稍有調(diào)整,由原來(lái)的115 調(diào)整成116 。筆者經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為,規(guī)范在該問(wèn)題上的處理方法存在諸多不妥之處,沒(méi)有從根本上找到解決擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性問(wèn)題的方法?，F(xiàn)在的擋土墻設(shè)計(jì)中,在擋土墻抗傾覆安全系數(shù)計(jì)算值一致的情況下,真實(shí)的擋土墻抗傾覆安全度其實(shí)是不一樣的,理由如下:1) 規(guī)范中的擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算是以墻趾作為支點(diǎn)的,這就要求墻趾是一個(gè)能提供無(wú)限大的支承反力的支點(diǎn),而實(shí)際的情況應(yīng)該是建立在地基反力基礎(chǔ)上的支點(diǎn)必然在墻趾的內(nèi)側(cè),由此導(dǎo)致抗傾覆力矩MR 計(jì)算值比實(shí)際值偏大,即計(jì)算的抗傾覆安全系數(shù)K 比實(shí)際的抗傾覆安全系數(shù)K 要大,故計(jì)算的抗傾覆安全系數(shù)K 不能反映真實(shí)的抗傾覆安全度。2) 對(duì)于不同的地基將有不同的地基承載力,由于抗傾覆安全系數(shù)K 的計(jì)算未包含地基承載力的影響,所以按計(jì)算得出的相同的抗傾覆安全系數(shù)K 其安全度是不一樣的。在抗傾覆安全系數(shù)計(jì)算值相同的情況下,實(shí)際情況是:承載力高且壓縮性低的地基實(shí)際的抗傾覆安全度偏高,而承載力低且壓縮性高的地基實(shí)際的抗傾覆安全度偏低。3) 根據(jù)土壓力與變形的關(guān)聯(lián)關(guān)系,按極限平衡狀態(tài)建立起來(lái)的主動(dòng)土壓力公式的計(jì)算主動(dòng)土壓力值有可能比實(shí)際的主動(dòng)土壓力值要低,其值應(yīng)介于主動(dòng)土壓力計(jì)算值與靜止土壓力值之間,這將引起擋土墻傾覆力距MS 計(jì)算值偏低,即擋土墻抗傾覆安全系數(shù)K 計(jì)算值偏高;同時(shí)還引起基底最大反力pmax計(jì)算值偏低。4) 用于主動(dòng)土壓力計(jì)算的粘聚力c 和內(nèi)摩擦角應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)值取值,由于取值上的隨意性及無(wú)很好的施工控制措施,往往導(dǎo)致取用值比實(shí)際值偏大,這也是導(dǎo)致主動(dòng)土壓力計(jì)算值比實(shí)際值偏小的原因。5) 對(duì)于高度較大的擋土墻采用主動(dòng)土壓力增大系數(shù)c 的方法不是解決擋土墻問(wèn)題的合理方法。另外,在擋土墻抗傾覆和抗滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算中仍采用安全系數(shù)作為安全度的評(píng)價(jià)方法與現(xiàn)行的規(guī)范體系不相協(xié)調(diào)。筆者經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為,可采用引入主動(dòng)土壓力分項(xiàng)系數(shù)的方法,通過(guò)保證地基承載力來(lái)同時(shí)滿(mǎn)足抗傾覆穩(wěn)定性的要求。1 基本原理及公式擋土墻(見(jiàn)圖1) ,在主動(dòng)土壓力Ea和擋土墻自重G 的綜合作用下,對(duì)擋土墻底部將形成一偏心距為eS、大小為G 的豎向作用。假定修正后的地基承載力特征值為f a ,擋土墻底部的最大地基反力為pmax ,令pmax = 112 f a ,按地基總反力P 等于擋土墻自重G 的原則,可求出地基總反力作用線與擋土墻底部幾何中心線的距離eR 。圖1 擋土墻受力分析圖1) 擋土墻主動(dòng)土壓力Ea 與擋土墻自重G 的合力作用線到擋土墻基底中心線的距離eS 的計(jì)算eS = Ea z + G( bd/ 2 - x) / G (1)2) 地基最大反力pmax = 112 f a 、且地基力總反力P 等于擋土墻主動(dòng)土壓力Ea 與擋土墻自重G 的豎向合力時(shí), 對(duì)應(yīng)的地基總反力作用線到擋土墻基底中心線的距離eR 的計(jì)算假定在此極限狀態(tài)時(shí)的地基反力為三角形分布,為地基總反力作用線到墻趾的距離。G = 1/ 2 pmax 3 a = 118 f a則a = G/ (118 f a) eR = bd/ 2 - a = bd/ 2 - G/ (118 f a) (2)根據(jù)eS 與eR 的相對(duì)大小關(guān)系有以下三種可能:當(dāng)eS eR 時(shí),擋土墻處于一種不安全狀態(tài),它出現(xiàn)在修正前地基承載力特征值f ak偏小的時(shí)候。以上各種狀態(tài)見(jiàn)圖2 分圖(a) (b) (c) 。圖2 擋土墻抗傾覆的三種狀態(tài)按建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)( GB50068 2001) 第71014 條,在進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí),當(dāng)永久荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力有利時(shí),荷載分項(xiàng)系數(shù)不應(yīng)大于110 ;當(dāng)可變荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力不利時(shí),在一般情況下應(yīng)取為114 。按以上原則,對(duì)擋土墻的自重G 的荷載分項(xiàng)系數(shù)可取為110 ;考慮到可適當(dāng)降低擋土墻的安全度,一般情況下將可變荷載分項(xiàng)系數(shù)乘以019 后可得擋土墻主動(dòng)土壓力分項(xiàng)系數(shù)E ,可取為1125 。將擋土墻的主動(dòng)土壓力Ea 進(jìn)行修正后可求得相應(yīng)的eS ,當(dāng)eS 116 滿(mǎn)足規(guī)范要求相應(yīng)的最大地基反力pmax的計(jì)算主動(dòng)土壓力與擋土墻自重的合力對(duì)基底中心線的偏心e 為:e = Ea z + G( bd/ 2 - x) / G =27 1 + 57175 (1125/ 2 - 01786) / 57175 =01307 ,me bd/ 6 = 1125/ 6 = 01208 ,mpmin 0 基底反力呈三角形1/ 2 pmax 3 a = G = 57175 將a =bd/ 2 - e = 1125/ 2 - 01208 = 01417 ,m 代入得pmax = 9213 kPa需要的修正后的地基承載力f a 的計(jì)算pmax = 112 f a = 9213 kPa 則f a = 7619 kPa2) 已考慮E 的eS 的計(jì)算eS = E Ea z + G( bd/ 2 - x ) / G = 1125 27 1 + 57175 (1125/ 2 - 01786) / 57175 =01423 ,m3) 當(dāng)eS = eR 時(shí)的f a 需要值的計(jì)算1/ 2 pmax 3 a = G = 57175 將a =bd/ 2 - eR = 1125/ 2 - 01423 = 01202 m pmax = 112 f a 代入得f a = 15818 kPa由于前提條件為eS = eR ,故此時(shí)擋土墻處于極限狀態(tài)。4) 當(dāng)f a = 7619 kPa 時(shí)的eR 值1/ 2 pmax 3 a = G = 57175 pmax = 112 f a = 112 7619 = 9213 ,kPa得a = 01417 m 則eR = bd/ 2 - a =1125/ 2 - 01417 = 01208 m eR ,故此時(shí)擋土墻無(wú)合適的抗傾覆安全儲(chǔ)備。5) 當(dāng)f a = 180 kPa 時(shí)的eR 值1/ 2 pmax 3 a = G = 57175pmax = 112 f a = 112 180 = 216 ,kPa得a = 01178 m 則eR = bd/ 2 - a =1125/ 2 - 01178 = 01447 m eS = 01423 m由于eS eR ,故此時(shí)擋土墻處于有相當(dāng)安全儲(chǔ)備的狀態(tài)從以上的計(jì)算可以看出, eR 是一個(gè)與f a有關(guān)的量,它隨地基承載力f a 的增大而增大,而eS 是一個(gè)同Ea 及G 相關(guān)的量,即eS 包含了以前抗傾覆安全系數(shù)K 的內(nèi)涵。3 結(jié)論1) 對(duì)已計(jì)入E 的影響后的eS ,當(dāng)eS eR時(shí),擋土墻既能滿(mǎn)足地基承載力的要求也能滿(mǎn)足抗傾覆穩(wěn)定性的要求。2) 由于土的彈塑性性質(zhì),實(shí)際的eR 值要比計(jì)算的eR 值大,故實(shí)際的抗傾覆安全度較計(jì)算結(jié)果要高,其程度有待進(jìn)一步探討。3) 本文僅為某特定情況下的直立式擋土墻的驗(yàn)算,由于墻背土與墻背的摩擦力的存在將使前述計(jì)算偏于安全,對(duì)于一般情況下的計(jì)算有待進(jìn)一步具體化。4) 該方法簡(jiǎn)單明了,且與建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)( GB 50068 2001) 相協(xié)調(diào),徹底放棄了安全系數(shù)法,概念清晰、使用方便。參考文獻(xiàn)1 GB 50068 2001 建筑建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn). 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2002. 16182 GB 50007 2002 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2002. 4045 , 2042063 武漢工業(yè)大學(xué). 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程.