減力板式擋土墻的抗傾驗算

趙 育

(遼寧省清河水庫管理局，遼寧 鐵嶺 112003)

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減力板式擋土墻的抗傾驗算

趙 育

(遼寧省清河水庫管理局，遼寧 鐵嶺 112003)

減力板式擋土墻是1989年，清河水庫在停車場工程中的發(fā)明專利結構，通過設計中對減力板式擋土墻傾覆穩(wěn)定性的分析和驗算，提出了將擋土墻的地基承載力驗算與抗傾覆穩(wěn)定性驗算結合驗算的思路，同時對該思路原理進行分析與公式推導，得到與《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》(GB50068-2001)相一致的結果。現(xiàn)將減力板式擋土墻抗傾覆驗算思路分析整理如下，提供參考。

減力板式；擋土墻；抗傾覆；分析；穩(wěn)定驗算

1 減力板式擋土墻的結構與發(fā)明背景

1989年，清河水庫旅游發(fā)展過程中，由于地形高差因素，需要建設一擋土墻，擋土高度6.5m，計劃投資5萬元。在工程設計過程中，由于計劃投資限制，采取各種結構形式的擋土墻均出現(xiàn)超支現(xiàn)象，于是，技術人員不斷優(yōu)化設計，最后研究發(fā)明了減力板式擋土墻，見圖1；1999年，經過10a的監(jiān)測，擋土墻完好無損；由此，申請國家發(fā)明專利，曾獲遼寧省鐵嶺市科技進步二等獎；現(xiàn)將減力板式擋土墻計算過程整理如下，供同行參考。

圖1 減力板式擋水墻

減力板式擋土墻的結構計算除細部結構單獨計算外，整體結構計算與重力式擋土墻相同，其不同是將部分土體重力考慮到墻體計算中。

2 擋土墻傾覆分析

《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB50007-2002)中關于擋土墻的抗傾和抗滑穩(wěn)定驗算的闡述，重力式擋土墻的穩(wěn)定驗算，來源于抗滑移穩(wěn)定控制，然而實際工程中傾覆破壞又比滑動破壞大。故以往的抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)偏小，現(xiàn)調整為1.6 。

而現(xiàn)實說明，擋土墻設計采用的安全系數(shù)反映不了工程的實體安全度；即便擋土墻在設計中采用較大的抗傾安全系數(shù)，仍不能避免擋土墻傾覆的可能，原因是:

1)規(guī)范是以墻趾作為擋土墻抗傾穩(wěn)定驗算支點的，而支點處的承載力是有限的，不能理想的提供無限大的反力；而現(xiàn)實擋土墻的傾覆受力點卻是在擋土墻墻趾的內側，見圖2(a)，現(xiàn)實抗傾力矩MR要<計算力矩，或者說是現(xiàn)實的安全系數(shù)K要<抗傾安全系數(shù)計算值，也就是擋土墻抗傾安全系數(shù)計算值K不能如實反映現(xiàn)實的抗傾安全度。

2)地基的變化直接影響地基承載力的變化，設計抗傾安全系數(shù)K往往不考慮地基承載力的因素，得出即使抗傾安全系數(shù)K相同，擋土墻的安全度也是有變化的。假定計算的抗傾安全系數(shù)相同，對于承載力高低壓縮的地基，其抗傾安全度就偏大，見圖2(b)。

圖2 擋土墻的傾覆狀態(tài)

3)據土壓力和變形的關系，計算極限平衡狀態(tài)的主動土壓力，可能要小于真實的主動土壓力值，應在計算主動土壓力值與靜止土壓力之間，因此擋土墻計算傾覆力距MS值偏小，也就是擋土墻計算抗傾安全系數(shù)K值偏大；計算最大地基反力Pmax值偏小。

4)在計算主動土壓力時，采用的黏聚力c和內摩擦角φ應取值準確，不能含有隨意性；萬一施工中不能有效控制，致使采用值偏大，勢必造成現(xiàn)實主動土壓力大于計算值。

5)增大主動土壓力系數(shù)Ψc的方法，對大高度的擋土墻不能有效的解決擋土墻傾覆問題。

分析認為，擋土墻的結構計算采用主動土壓力分項系數(shù)的方法，可滿足地基承載力要求也可保證抗傾穩(wěn)定性。

3 計算原理及公式

減力板式擋土墻受力分析見圖3。考慮擋土墻自重G和主動土壓力Ea，在擋土墻底部形成豎向作用力，其偏心距eS、大小Go。地基承載力特征值修正后為fa，Pmax為擋土墻基礎最大地基反力，如Pmax= 1.2 fa ，總地基反力P等于Go的原則，求得總地基反力作用線與擋土墻底幾何中心線eR距離。

計算自重G與主動土壓力Ea的合力Go作用線和擋土墻底幾何中心線的距離eS

(1)

最大地基反力Pmax=1.2fa、且總地基反力P等于Go時，如此時極限狀態(tài)的地基反力呈三角形分布，α為總地基反力作用線到墻趾的間距，總地基反力作用線到擋土墻底幾何中心線的距離eR為：

(2)

(3)

圖3 擋土墻受力分析圖

由eS與eR的大小關系可能出現(xiàn)以下3種情況，見圖4Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ：

圖4 擋土墻抗傾覆的三種狀態(tài)

1)如eS

2)如eS=eR時，擋土墻應是極限狀態(tài)，地基承載力特征值fak在修正前適中。

3)如eS>eR時，擋土墻應是不安全狀態(tài)，地基承載力特征值fak在修正前偏小。

據《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》( GB50068—2001) ，抗傾穩(wěn)定性驗算時，如永久荷載效應對結構構件的承載能力有利時，荷載分項系數(shù)不應大于1.0；當可變荷載效應對結構構件的承載能力不利時，應取值1.4。由此，擋土墻的自重G的荷載分項系數(shù)取值1.0；對于擋土墻可適當降低安全度，將可變荷載分項系數(shù)乘以0.9，可得出擋土墻主動土壓力分項系數(shù)γE，取值1.25。將擋土墻的主動土壓力Ea修正，求得eS，如eS

4 結 論

1)考慮γE的因素eS，如eS≤eR，擋土墻可同時滿足地基承載力和抗傾穩(wěn)定性的要求。

2)土是有彈塑性的，一般故計算eR值比現(xiàn)實eR值要小，或者擋土墻抗傾安全度優(yōu)于計算值。

3)文章是以直立的減力板式擋土墻進行的分析，現(xiàn)實中的擋土墻的受力情況會相對復雜，但不影響擋土墻的安全度的安全。

4)分項系數(shù)法與《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》(GB50068-2001)相一致，脫離了安全系數(shù)法。

[1]中華人民共和國建設部.GB50068—2001筑建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[2]中華人民共和國建設部.GB50007—2002建筑地基基礎設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[3]武漢工業(yè)大學.土力學與基礎工程[M].武漢：武漢工業(yè)大學出版社，2000：16-28.

1007-7596(2017)03-0095-03

2017-02-20

趙育(1989-)，女，遼寧開原人，助理工程師。

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