重力式浸水擋土墻的穩(wěn)定問題

高 青 松

(山西高原巖土工程勘察設(shè)計研究院有限公司，山西 太原 030009)

0 引言

重力式擋土墻的穩(wěn)定包括抗滑移穩(wěn)定，抗傾覆穩(wěn)定，整體滑動穩(wěn)定三項。當(dāng)重力式擋土墻浸水時，這三個問題的計算變得麻煩起來，一方面的原因是重力式擋墻的一部分重力可直接按浮重度計算，也可以按考慮各個表面的水壓力計算，計算的難易有很大區(qū)別；另一方面是關(guān)于抗傾覆的幾個規(guī)范公式存在水壓力處理的模糊性，導(dǎo)致計算結(jié)果有差異。本文將仔細(xì)探討這些問題產(chǎn)生的原因，并給出相應(yīng)的建議。

1 基本的假定

為了看清問題的差異，可以假定擋土墻雖然部分浸水但是無滲流發(fā)生，墻基底水平，墻面仰斜，墻背豎直，土對墻背的摩擦角等于零，填土面水平的情況；墻背為砂土(c=0)，浸水與不浸水的內(nèi)摩擦角相同。相應(yīng)的參數(shù)如圖1所示。

2 抗滑移穩(wěn)定和抗傾覆穩(wěn)定

2.1 抗滑移穩(wěn)定

如果用水土壓力各算法：墻背水土總壓力為式(1)，墻面總的水壓力為式(2)，墻面水平水壓力為式(3)，墻面垂直水壓力為式(4),墻底垂直水壓力為式(5),墻體總重量為式(6),則墻的抗滑移穩(wěn)定系數(shù)為式(7)。

如果用浮重度算法：墻背土的總壓力為式(8)，墻體總重量為式(9)，墻的抗滑移穩(wěn)定系數(shù)為式(10)，可以證明式(11)。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

2.2 抗傾覆穩(wěn)定

如果用水土壓力各算法：墻背水土總傾覆矩為式(12),墻底水總傾覆矩為式(13),墻面水抗傾覆矩為式(14),墻體總的抵抗矩為式(15),如果定義抗傾覆安全系數(shù)為總的抗傾覆矩與總傾覆矩的商，則為式(16)。

如果用浮重度算法：墻背水土總傾覆矩為式(17),墻體總的抵抗矩為式(18),如果定義抗傾覆安全系數(shù)為總的抗傾覆矩與總傾覆矩的商為式(19)。

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

可以證明，在一般情況下Kov1≠Kov2，為什么會產(chǎn)生這種情況,就在于墻體的重心和浮心不在一條垂直線上。哪一個正確,顯然第一個“比較正確”：因為它考慮了重心和浮心不是同一點時對傾覆力矩和抗傾覆力矩的影響。為什么說是“比較呢”,因為《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[1]第6.7.5條第二款并未給出抗傾覆安全系數(shù)的定義；《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[2]第6.1.2條的抗傾覆安全系數(shù)定義有些自相矛盾：從計算原理和圖形看，Epk應(yīng)該是被動水土總壓力,Eak應(yīng)該是主動水土總壓力,um是墻底水的揚壓力，三者都有水的壓力作用，但是um(水的揚壓力)卻作為負(fù)的抗傾覆力矩放到了分子上；文獻(xiàn)[3]也是這樣一刀切的。

本作者認(rèn)為，如果按照抗傾覆安全系數(shù)的定義，應(yīng)該作為正的傾覆力矩放到分母上。而《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[2]6.1.2條從給出的圖形看，關(guān)于um的分布還有一個重要的隱含的假定：um合力作用點和墻體的重心在同一條垂線上。但是這往往是達(dá)不到的。如果基底有滲流現(xiàn)象發(fā)生，當(dāng)墻底寬度不大時，可以假定水的基底揚壓力um的分布近似為梯形，對抗滑移穩(wěn)定來說，可以得到《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[2]第6.1.1條的結(jié)果，但是對抗傾覆穩(wěn)定《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[2]第6.1.2條來說卻有很多上面所說的問題。

3 結(jié)語

對浸水擋土墻來說，當(dāng)計算抗滑移穩(wěn)定系數(shù)時，無論是采用水土壓力各算法，還是采用浮重度算法，結(jié)果是一樣的，因為最終計算系數(shù)時，僅涉及總豎向力和總水平力。但是當(dāng)計算抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)時，就要考慮采用水土壓力各算法而不應(yīng)采用浮重度算法，因為浮心和重心并不一致，同時還應(yīng)該考慮哪一個在分子上，哪一個在分母上。本作者認(rèn)為從安全的角度來看，水的合壓力放在分母是可取的，一般情況下，水是不利的。