沿海地區(qū)擋土墻的設(shè)計與穩(wěn)定計算

1、沿海地區(qū)擋土墻的設(shè)計與穩(wěn)定計算   紀(jì)寶良 （唐山市水利規(guī)劃設(shè)計研究院， 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，進(jìn)行了分析研究，設(shè)計出薄壁變異式擋土墻，并介紹了計算方法及相應(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22座建筑物的統(tǒng)計中，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)011m。2設(shè)計斷面不合理，安全系數(shù)偏低。3設(shè)計階段對施工質(zhì)量及關(guān)鍵環(huán)節(jié)規(guī)范不足。因此，選擇合理的設(shè)計方案和嚴(yán)格的穩(wěn)定計算是保證擋土墻安全運用的關(guān)鍵。   2擋土墻設(shè)計 （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。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)計特點 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)計規(guī)范要求。經(jīng)過實踐，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。   3薄壁變異式擋土墻的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定計算 （1）墻體自重 計算簡圖如圖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±KhCuCatg）P（1）式中“”和“”號分別對應(yīng)于主、被動土壓力Cu綜合影響系數(shù)，取14 Ca地震動土壓力系數(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)。通過試驗求得松砂土為04密砂土為07， 粘土為05，也可用近似公式計算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計算采用規(guī)范公式：式中b 基底傾覆與墻體形心水平距離a 基底傾覆點與土壓力作用點距離Ex、Ey 土壓力的水平、豎直分力h 土壓力形心作用點與基底垂直距離 擋土墻基底摩擦系數(shù)采用上述公式要考慮設(shè)計、施工、使用階段分別計算，取最不利階段值。（4）擋土墻基

5、底應(yīng)力計算式中A墻底面積；W墻底面積對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集中荷載作用點與轉(zhuǎn)動點之距（5）擋土墻最薄弱斷面強(qiáng)度計算取墻趾最不利斷面，按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（TJ1074）公式Mmax=12qL2AO=KMbh2O·RW進(jìn)行強(qiáng)度配筋計算（強(qiáng)度計算略）。 4擋土墻的穩(wěn)定計算實例（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1靜土壓力P=17035tm；2側(cè)向土壓力P1=18203tm（主動土壓力）；作用點高

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)定計算由以上公式求得：Ex=107tm，Ey=1473tm，W=1298t（取單位長度），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)計要求。 5計算過程中應(yīng)注意的問題及處理方法（1）薄壁變異式擋土墻抗滑穩(wěn)定計算時，會出現(xiàn)小于允許值的現(xiàn)象，此時應(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，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，取上下兩個摩擦面，摩擦系數(shù)為02，錨塊上填土厚度為20m，則每個錨塊可增加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)計階段對施工階段的工程質(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，實際工程中，可采取聯(lián)合的結(jié)構(gòu)形式，其計算方法基本相同。對于多地震帶的地區(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年的運用未出現(xiàn)任何問題。實踐證明，薄壁變異式擋土墻具有抗