《重力式擋土墻穩(wěn)定性及強度計算【論文】7400字》

PAGEPAGE12重力式擋土墻穩(wěn)定性及強度計算目錄TOC\o"1-2"\h\u184571．引言 2114912．重力式擋土墻簡介 2124992.1重力式擋土墻介紹 2226052.2重力式擋土墻的發(fā)展及趨勢 3106092.3各類擋土墻特點及適用條件 3314853．重力式擋墻設計 493173.1材料要求 4182313.2擋土墻設計 4220341.擋土墻的穩(wěn)定性驗算和強度驗算 515982.墻截面強度驗算 5223873.基底應力和偏心度檢查 658503.3關鍵施工技術 6304653.4重力式擋土墻的設計要點 754201.截面形狀的確定 7291142.擋土墻截面尺寸的確定 776973.土壓力測量 7239314．重力式擋土墻安全評價標準 7293414.1重力式擋土墻安全評價指標 758984.2安全評價指標的分級標準 893375．重力式擋土墻評價方法 9229105.1重力式擋土墻安全性的評價流程 9312715.2重力式擋土墻施工質(zhì)量和運行狀況的安全評價方法 1045906．結論 10摘要：重力式擋土墻在我國占據(jù)著現(xiàn)有鐵路擋護工程的不可替代的地位，目前首先呈現(xiàn)出來的問題是怎樣評估重力式擋土墻的安全情況。文章在對現(xiàn)有重力式擋土墻的構造弊端實行歸類和剖析的原則下，創(chuàng)立兩部分評估體系即涵蓋全體評估與微部細致評估重力式擋土墻安全評估系統(tǒng)，而且對于此評估系統(tǒng)倡議確定擋土墻安全等級和安全狀態(tài)的細致評估方法；最后使用此評估系統(tǒng)對實際工程進行評估測試。其目的是能夠?qū)χ亓κ綋跬翂Φ陌踩F(xiàn)狀實施無誤的評估。研究說明該評估體系能為重力式擋土墻的修理和監(jiān)控帶來幫助，并且能保障既有重力式擋土墻的安全狀態(tài)的評估準確的實施。關鍵詞：重力式擋土墻；設計；安全1．引言重力式擋土墻被絕大多數(shù)工程單位所用于鐵路支護工程當中，因為它作為一種能借助墻身重力來作為自己支撐力的結構，具有重要的防護作用。隨著擋上墻使用年限的增長，各種病害和不同程度的失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生在重力式擋上墻身上；并且隨著我國鐵路運行車輛軸重的增加、速度的提升和近年來自然災害的頻發(fā)，這些外在因素都在一定程度上改變了既有重力式擋上墻受力情況，危害擋上墻的正常使用，使鐵路運輸?shù)陌踩貌坏奖ＷC。因此評估既有重力式擋上墻安全性，確定它的安全狀態(tài)和等級，并針對不穩(wěn)定、不安全的擋上墻提出相應的維修或加固措施顯得尤為迫切和重要。目前，通過對不同工程安全評估進行針對性研討，世界頂尖科研工作者在這方面取得了非凡的成績。但時至今日因為研究的評估方法系統(tǒng)性程度較低，對現(xiàn)有重力式擋土墻安全評估方法實踐工作少之又少。因此，本文志于對重力式擋土墻的安全實施更深層次探討。2．重力式擋土墻簡介2.1重力式擋土墻介紹重力式擋土墻是依托墻的重力用來抵擋土壓力的一種擋土結構。在鐵路支護工程中被廣泛的推廣。隨著重力式擋土墻使用壽命的延長，重力式擋土墻顯露了各種弊端和不穩(wěn)定狀況。近年來，隨著軸載、速度的增加和自然災害的頻繁發(fā)生，這些外部因素在一定程度上改變了現(xiàn)有重力式擋土墻的受力狀態(tài)，危及重力式擋土墻的安全。擋土墻和煉鐵作業(yè)的正常使用。不能保證公路運輸?shù)陌踩Ｒ虼?，對既有重力式擋土墻的安全性進行評價，確定其安全狀態(tài)和等級，對不穩(wěn)定和不安全的擋土墻提出相應的維護或加固措施，顯得尤為緊迫和重要。目前，國內(nèi)外頂尖工作者取得了一系列對各類重力式擋土墻工程的安全評價的研究成果。另一方面，由于對重力式擋土墻安全性評價研究方法缺失，評價方法也不系統(tǒng)。因此，本文依據(jù)對重力式擋土墻結構病害歸類剖析，結合安全系數(shù)法，建立了一套全面、詳細的安全評價體系，并提出了具體的評價方法和評價標準。安全系數(shù)評價方法能夠表明既有重力式擋土墻的安全狀況，并保障整個鐵路運輸系統(tǒng)的長久的運轉。2.2重力式擋土墻的發(fā)展及趨勢在古代工程的不斷測驗中，人們歸納整合了使用擋土墻的各種經(jīng)歷，并且一代代流傳。從古長城、古天文臺、古棧道兩側、古墓和古墓四周的古驛道都能看到古人修建的擋土墻的痕跡。近代以來，擋土墻被各式各類民用和建筑工程所利用，尤其是公路、鐵路路基、市政園林、建筑、水利水電工程、水土保持工程等。可以說，擋土墻因為現(xiàn)代工業(yè)、交通、建筑、市政、礦業(yè)、水利、環(huán)保等工程的高速進展，自身也得到了卓越的發(fā)展。迄今為止年歲最高的擋墻結構形式是重力式擋土墻。但因為其材料物資充盈，形式簡易明了，用料簡潔，施工難度較小，還是當今社會使用最多的結構形式。重力式擋土墻和半重力式擋土墻是根據(jù)重力式擋土墻的原理逐漸形成的，其原因是應對不同的地形情況和地基承載力的需求。隨著新結構的發(fā)展，復合式擋土墻出現(xiàn)了垂直預應力錨索擋土墻和重力式錨索擋土墻。近年來，隨著人們生活的豐富和人們生活水平和環(huán)境意識的逐漸提升，藝術美化被人們逐漸提上日程，這就是為何要讓大型擋土墻的設計具有景觀、欣賞、生態(tài)等特性的原因。如今擋土墻發(fā)展的最終目標就是實現(xiàn)文化藝術效益。2.3各類擋土墻特點及適用條件2.3.1鋼筋混凝土結構擋土墻為了滿足不同地區(qū)（如地基、材料來源、地形等）和不同要求（如建筑物高度、穩(wěn)定性等）的施工條件，開發(fā)了各種類型的擋土墻，如懸臂、橋墩、加筋土、錨板、錨、土釘、卸載板等。鋼筋混凝土結構。懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻在國外得到了廣泛的應用，但因為國內(nèi)環(huán)境、技術等許多條件的制約，這兩種擋土墻在國內(nèi)還沒有被大多數(shù)人所熟知。但是，它的前景是充滿希望的，這是因為中西部地區(qū)高海拔公路的不斷修建，它得到使用的機會將越來越多。2.3.2復合式土墻隨著新結構的發(fā)展，復合式阻擋土墻，出現(xiàn)垂直的預應力安置式地壁和重力式安索式阻擋土墻。垂直應力錨屏土墻是重力墻和垂直應力錨組合。一種新型的防土結構。重力錨碇遮土墻在重力式土墻基礎上，采用錨技術形成的另一棟建筑墻。新的防土結構。2.3.3新結構土墻近年來，在傳統(tǒng)的土墻構造的基礎上，Y形土墻、U形墻壁等新型結構的形式得到了發(fā)展。日本神戶大學的田中博士制作了Y型土墻。首先，根據(jù)尺寸制作1～4米的混凝土塊。并且，把前制的塊放在石塊的地盤上，還砂做墻。逆Y型有由于防御土的墻的事力學性地容易滑，抵抗的特征。同時，也有防止排水和地下水的侵蝕的好處。U型土墻，類似于重臂式和土墻。將側壁和地板連接起來，形成字母“U”。路面在地下水位以下鋪設時，可以采用U形的土墻填補被挖掘區(qū)域。在設計中，傳統(tǒng)的土墻和傳統(tǒng)的墻壁的不同，是考慮水壓的影響，分析浮體的穩(wěn)定性。U型防土板可以被當做彈性地盤梁子，是因為它較傳統(tǒng)的土墻更寬，可視為彈性地盤梁。地下水位高的時候，地面的水平變得厚，保證浮動的穩(wěn)定性。當今社會的最新趨勢是新材料的開發(fā)和應用，并保持研究和開發(fā)新結構。3．重力式擋墻設計3.1材料要求重力式擋土墻通常是用石頭建造的。當石料不足時，也可采用粘土磚或預制混凝土塊。（1）石材：應仔細選用墻石，選用質(zhì)地致密、無風化、無裂縫的硬質(zhì)石材。一般情況下，強度要求大于MU25，寒區(qū)、浸水式擋土墻和某些特殊用途擋土墻的強度要求大于MU30。（2）粘土磚：擋土墻采用粘土磚燒制而成。強度要求大于MU7.5。粘土磚的尺寸一般為24cmx11.5cmx5.3cm。（3）預制混凝土砌塊：采用水泥混凝土預制，按高度可分為大砌塊、中砌塊、小砌塊。大砌塊高度大于90cm，中砌塊高度36-90cm，小砌塊高度18-35cm。3.2擋土墻設計（1）確定截面形式重力式可根據(jù)土墻而靠墻背的傾斜度斜遮土墻，斜擋土墻和垂直墻壁，如圖1所示。防重力式土墻的設計，首先必須根據(jù)實際情況和土墻的類型和特征選擇截面形式。地基突然傾斜，但一般來說會擋住土墻。如果選擇傾斜式的土墻，斷面和墻壁會變高，會造成不必要的浪費。（2）確定截面尺寸重力式用土墻平衡墻后土的壓力。尺寸設計必須采用測試算法。根據(jù)工程經(jīng)驗，將填埋的性質(zhì)、地質(zhì)條件、技術水平和墻壁材料組合起來，制作初步的截面尺寸，進行穩(wěn)定性檢查。如未滿足設計和規(guī)范要求，需修改尺寸，重新檢查，直至滿足要求。（3）設計計算確定斷面形狀和大小后，應進行抗滑穩(wěn)定、抗翻斗穩(wěn)定性、地盤裝載力和墻壁材料強度檢查。另外沉降縫和伸縮縫也是重力式土墻設計的一部分，地震區(qū)應進行抗震設計。1.擋土墻的穩(wěn)定性驗算和強度驗算土墻設計需要保證在安靜的負荷和外負荷作用下，整個墻壁滑動不旋轉，墻體截面有足夠的強度，基座應力比基礎的載力小，偏心率不超過允許值。因此，畫出墻壁截面的形狀和大小，可以檢查墻壁的穩(wěn)定性和強度。2.墻截面強度驗算大多數(shù)是選取一個或兩個截面進行運算檢驗。檢查部分可以選擇在底部的底部，12個墻的高度或上下壁的交界處。雖然墻截面強度驗算包含正應力驗算和剪應力驗算兩種運算方式，且剪應力包含水平剪應力和斜剪應力兩種方式，但重力式擋土墻僅僅監(jiān)測水平剪應力一種。3.基底應力和偏心度檢查計算基礎合成偏心率的公式為e=b2zn=b2。-（WZW+EYZXEXZY（W+EY）在地基上，E小于B6；在軟巖地基上，E小于B6。E小于B4的情況是在難能風化的巖石地基上。3.3關鍵施工技術重力式擋土墻施工主要包括基坑開挖、基礎砌體和墻體砌筑三個過程。（1）明挖基坑必須在挖掘之前進行排水措施。采用臨時保護舉措，確保工程安全，避免妨礙墻指持力層。在施工過程中嚴格執(zhí)行檢查制度，最后一道工序可以通過驗收考試后方進行下一道工程。（2）擋墻放樣應嚴格遵循放線掛線施工的擋土墻施工原則。擋土墻按沉降縫樁數(shù)布置，鋪設段間掛線水平設置。（3）基礎砌體在以基礎為基礎之前，處理地基提高地基裝載力，減小地基應力，提高土墻抗滑和翻轉穩(wěn)定性，防止因不均勻沉降引起的土墻裂開。根據(jù)“三合一”或“一對一”的原則，把基礎堆起來進行擠壓灌漿。（4）墻體砌體基礎和墻體砌體應當一次性完成，沉降縫和伸縮縫應平順不重疊，墻體砌筑時應設置排水孔，設置過濾器以避免堵塞，墻與土的界面應具有一定程度的淤泥。（5）墻頂處理現(xiàn)澆混凝土。其厚度一般為400mm，屋檐懸臂寬度不小于100mm。切割墻、路肩墻和未覆蓋的路堤墻應由墻頂部的大石頭制成，并用強度大于M5的水泥砂漿連接，覆蓋厚度不小于20mm。（6）接頭主體施工完畢后，為保證美觀，防止雨水侵蝕和滲漏，墻體應進行勾縫。鉤縫有三種：凹縫、凸縫和平縫。根據(jù)形狀可劃分為三角形、圓形和正方形。在接縫處使用的水泥砂漿必須比墻身砂漿高一層。（7）養(yǎng)生應用覆蓋毛氈養(yǎng)護施工后的擋土墻，以保證擋土墻的強度，避免開裂。3.4重力式擋土墻的設計要點為了滿足擋土墻的抗傾覆的條件，在重力式擋土墻設計中，需通過滿足擋土墻的抗滑要求最終確定擋土墻的用量，再一步進行細致的尺寸裁剪，在重力式擋土墻的設計中得以顯現(xiàn)。1.截面形狀的確定依照重力式擋土墻結構的區(qū)別和特征，可參考現(xiàn)實情況選取形狀各異的斷面結構形式。當?shù)孛嫠狡露容^陡時，傾斜式擋墻會使擋墻高度過大，斷面增大，造成浪費，使傾斜式擋墻更經(jīng)濟合理?？紤]傾斜擋土墻的情況，只有在路塹墻、路肩墻或路堤墻在墻趾處平坦開闊時才適用。2.擋土墻截面尺寸的確定重力式擋土墻能夠利用自重來抵擋土壓力。在設計中，通常采用試驗方法確定重力式擋土墻的截面尺寸。根據(jù)經(jīng)驗，結合工程地質(zhì)、填料性質(zhì)、墻體材料及施工條件，擬定初步斷面尺寸，并進行驗算。如若不滿足設計需求，當反復訂正截面尺寸或?qū)嵤┢渌e措，不達要求誓不罷休。3.土壓力測量正確計算土壓力和確定土壓力的大小、方向和分布是擋土墻經(jīng)濟合理設計的關鍵。土壓力的計算遍及范圍較為廣泛，主要是墻體、地基之間互相作用，解決這個問題是一個充滿挑戰(zhàn)性的過程。儲層倫理理論和公式因為計算方式簡明、概念清晰易懂、適用的范圍極為廣泛，所以儲層倫理理論和公式是現(xiàn)在來說應用效果最好的計算方法，此外計算土壓力的理論和方法還有許多。4．重力式擋土墻安全評價標準4.1重力式擋土墻安全評價指標重力式擋土墻施工質(zhì)量和運行狀況的安全性應與擋土墻可能發(fā)生的形式相結合進行綜合評價。重力式擋土墻的破壞形式主要包括四個形式分別是：因地基產(chǎn)生抵擋不住的或不均衡的沉陷而造成的墻身傾覆破壞和因墻身材料硬度不足而造成的墻體損壞，基礎移動而造成的損壞、墻身繞墻趾所引發(fā)的傾覆損壞。為了解決這四個問題我們對于重力式擋土墻的安全性評價必須從這四個方面入手：①擋土墻的抗滑穩(wěn)定性。穩(wěn)定系數(shù)評價能夠評價滑動的穩(wěn)定性。②擋土墻的傾覆穩(wěn)定性?？箖A覆系數(shù)評價能夠說明傾覆穩(wěn)定性。③地基承載力。由基底的最大壓應力。與地基容許承載力的關系及基底的合力偏心距與基底寬度的關系評價。④墻體的承載力。由檢算兩種關系分別是檢算截而合力偏心距，與寬度的關系和截而上的軸向力與圬工抗壓能力的關系評價，情況緊急時還必須由檢算截而上的水平力與圬工抗剪能力的關系評價。4.2安全評價指標的分級標準本項目最先依據(jù)擋土墻在工程規(guī)定年限內(nèi)出現(xiàn)破損次數(shù)和擋土墻的安全是否會因為地質(zhì)條件的惡化而惡化。將擋土墻的安全情況歸類為安全、基本安全、欠安全、不安全和很不安全五個等級；然后憑照擋土墻監(jiān)測的指標計算出對應評估標準，再考慮擋土墻發(fā)生各種破壞等級的概率，并根據(jù)與規(guī)范給出的評價指標容許值的比較，最終得出擋土墻安全狀況的安全分級指標?；瑒臃€(wěn)定性分級標準。通過將抗滑動穩(wěn)定系數(shù)和規(guī)范容許值的比較，遵照《公路路基設計規(guī)范》規(guī)范范圍為1.5，最后依照范圍實施效果評價。第二，傾覆穩(wěn)定性分級標準。將計算出的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)和規(guī)范容許值進行比較，根據(jù)范圍進行效果評價。遵照《公路路基設計規(guī)范》規(guī)范范圍是1.5。第三，地基安全性分級標準。將計算出的基底壓應力和地基承載力容許值進行比較，根據(jù)范圍進行效果評價。第四，基底不均勻沉降分級標準。基底合力的偏心距過大，基底會產(chǎn)生較大的不均勻沉陷，進而影響到擋土墻的穩(wěn)定。將計算出的基底合力的偏心距和規(guī)范容許的基底合力的偏心距進行比較，根據(jù)范圍進行效果評價。第五，墻體完整性分級標準。根據(jù)分項報告二的研究，若墻體砌筑質(zhì)量能嚴格按照規(guī)范和設計要求進行施工，墻體厚度的縮小及土壓力的擴大對抗壓承載力和墻體自身的坑載影響微乎其微，盡管對擋土墻的抗拉承載力有不少的影響，但是，只需要掌控截而合力的偏心距在規(guī)定范圍內(nèi)，則影響將會變小。因此，若墻體完整性很好，可不考慮墻體自身的破壞。只有墻體存在質(zhì)量缺陷時才會對自身的承載力有影響。因重力式墻體的壇工材料及性質(zhì)、砌筑要求、施工質(zhì)量等影響因素眾多，目前尚沒有一種能實現(xiàn)擋墻強度快速檢測的技術，實際檢測中，一般采用彈性波法，通過彈性波速在擋墻中傳播速度的變化來判斷墻體的完整性第六，墻體外觀質(zhì)量分級標準。墻體開裂、墻而外膨、伸縮縫錯動是擋土墻病害的直觀體現(xiàn)，一旦出現(xiàn)這些病害，說明擋土墻墻體的強度或穩(wěn)定性不能得到滿足，是擋土墻失穩(wěn)破壞的前兆。墻頂平臺開裂與塌陷主要是由墻后填土引起，墻后填土土料不符合設計要求，填方不密實，或運營中的超載，都會造成填土塌陷，導致土壓力加大，嚴重時會使擋土墻出現(xiàn)明顯的變形、開裂。造成擋土墻排水不暢的原因很多，擋土墻排水孔堵塞或設置不合理、墻背反濾層未做或位置擺放不準確、坡體有地下水或者地表水大量滲入等，在墻背產(chǎn)生的動水和靜水壓力，另外，墻體和巖土體浸在水中，其強度也會降低，這些都對擋土墻的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要的影響。因此，墻身裂縫、墻而外朦、伸縮縫錯動、墻頂平臺開裂與塌陷、墻而潮濕程度是擋土墻外觀狀況檢查的主要內(nèi)容。5．重力式擋土墻評價方法5.1重力式擋土墻安全性的評價流程第一，資料收集和分析。收集與擋土墻相關各種資料，如勘察、設計資料，施工、竣工驗收資料，監(jiān)測、養(yǎng)護資料等，了解施工和運行過程中出現(xiàn)的災害地質(zhì)情況和處理方法，并記錄其準確位置。第二，現(xiàn)場踏勘，制定檢測方案。檢測前進行現(xiàn)場踏勘，了解工作條件，保證檢測工作能夠順利進行。根據(jù)現(xiàn)場具體情況制定合理的檢測方案，包括測線布置、檢測指標、檢測方法、采用的儀器設備等。第三，進行現(xiàn)場檢測，獲得表征指標。第四，擋土墻安全性的單項指標分級。根據(jù)得到的擋土墻施工質(zhì)量和運行狀況的表征指標，采用相應的計算得到反映擋土墻穩(wěn)定性的各種評價指標，按照單項指標對擋土墻的安全性進行分級。第五，擋土墻安全性的綜合分級。根據(jù)各單項指標的分級結果，對擋土墻安全性的進行綜合分級，并制定相應的處置措施。擋土墻安全性綜合分級原則為：一是按照各單項指標劃分的擋土墻的最低安全等級為擋土墻的綜合安全等級；二是若有兩個單項指標劃分的擋土墻的最低安全等級相同，則擋土墻的綜合安全等級降一級。5.2重力式擋土墻施工質(zhì)量和運行狀況的安全評價方法首先，重力式擋土墻施工質(zhì)量的評價方法。影響重力式擋墻施工質(zhì)量的因素眾多，如墻體壇工材料的性質(zhì)、砌筑的密實性，墻體截而的形狀和幾何尺寸（墻頂寬度、而坡坡度、背坡坡度、底坡坡度、墻體高度等），墻體的設置位置，墻后反濾層和回填料的性質(zhì)，地基土層的性質(zhì)，基底隔水層和墻而排水孔的設置等。對于擋土墻施工質(zhì)量的評價，不可能做到而而俱到，考慮到所有因素。另外，上述對于各項目的檢查在擋土墻施工過程已均由監(jiān)理單位承擔。本處的施工質(zhì)量檢查僅是針對施工中主要存在的問題進行抽檢。根據(jù)分項報告二的研究，對于重力式擋土墻施工質(zhì)量的檢測項目主要包括墻體厚度、墻體完整性和墻后填料質(zhì)量。一般情況下，新施工完的擋土墻外觀質(zhì)量都會符合要求，因此，不需要做專門做外觀質(zhì)量檢測。其次，重力式擋土墻運行狀況的評價方法。對于重力式擋土墻運行狀況的檢測項目主要包括墻體外觀質(zhì)量、墻體厚度、墻體完整性和墻后填料質(zhì)量。表1擋土墻的綜合安全等級與加固維修的關系檢測出上述指標后，以擋土墻的設計及竣工資料為準，根據(jù)實際的檢測，調(diào)整參數(shù)，計算出控制擋土墻發(fā)生破壞的各種評價指標，如抗滑動穩(wěn)定性系數(shù)、抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)、墻體完整性系數(shù)等，計算時，若墻后填土為勃性土且未設反濾層，填土取飽和狀