沿海地區擋土墻設計分析論文

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1基本情況

近年來，沿海地區修建，復建了較多的排水、防潮閘及橡膠壩等擋水建筑物。在運用過程中，出現質量問題較多的是建筑物兩岸及上下游的擋土墻。在對22座建筑物的統計中，有20％的擋土墻出現不同程度的沉降、滑坡、斷裂、傾斜現象。其主要原因是：1地質條件差，地震及其余震時常出現，地基沉降比較嚴重。海陸交互相地質經2000年復測沉降值達0．11m。2設計斷面不合理，安全系數偏低。3設計階段對施工質量及關鍵環節規范不足。因此，選擇合理的設計方案和嚴格的穩定計算是保證擋土墻安全運用的關鍵。

2擋土墻設計

（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）擋土墻設計特點

沿海地區地基大部分呈流塑狀態，以上3種結構型式很難滿足設計規范要求。經過實踐，我們選擇了薄壁變異式擋土墻，如圖1中的（d）所示，即在原重力式擋土墻的基礎上，減小壁厚，加大基礎面積。這樣不僅減小了自身重量，還具有安全穩定減少工程投資的特點。

3薄壁變異式擋土墻的結構及穩定計算

（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）墻側向土壓力

水平地震作用下的總土壓力P′：

P′=（1±KhCuCatgφ）P′（1）

式中“＋”和“”號分別對應于主、被動土壓力

Cu——綜合影響系數，取1／4

Ca——地震動土壓力系數，查系數表得4．75

Kh——水平向地震系數，與設計烈度有關，7°以下取0．1，8、9度分另取0．2和0．4

P——靜力土壓力

P=1／2rH2Ka（2）

式中r——土的容重

H——擋土墻的總高度

Ka——靜土壓力系數。通過試驗求得松砂土為0．4密砂土為0．7，粘土為0．5，也可用近似公式計算Ka=1sinφ′（3）

式中φ′——填土的內摩擦角

P′作用在基底以上1／2H（矩形）或1／3H（三角形），作用方向與水平方向夾角為β：

β=ε＋φO（4）

式中ε——擋土墻背連線與豎直墻的夾角

φO——墻背面與土之間的內摩擦角，豎直混凝土墻背面φO=1／3φ′～1／2φ′

（3）擋土墻抗傾覆抗滑動計算

采用規范公式：

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

μ——擋土墻基底摩擦系數

采用上述公式要考慮設計、施工、使用階段分別計算，取最不利階段值。

（4）擋土墻基底應力計算

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=bL2／b（8）

MO——最大變矩

MO=1／2qL2（9）

式中q——荷載

L——集中荷載作用點與轉動點之距

（5）擋土墻最薄弱斷面強度計算

取墻趾最不利斷面，按《鋼筋混凝土結構設計規范》（TJ10—74）公式Mmax=1／2qL2AO=KM／bh2O·RW進行強度配筋計算（強度計算略）。

4擋土墻的穩定計算實例

（1）基本參數，見圖2。

墻后無粘性土的容重γ=1．8t／m3，內摩擦角φO=30°，粉土地基取摩擦系數μ=0．28，Ka=0．7。

（2）墻側向土壓力大小、方向、作用點1靜土壓力P=17．035t／m；2側向土壓力P1=18．203t／m（主動土壓力）；作用點高度h=1／2×5．2=2．6m；a=1．34＋tg44°×3．47=4．69m；β=44°＋1／3φ1=54°（與水平面夾角）。

（3）抗傾覆、穩定計算

由以上公式求得：Ex=10．7t／m，Ey=14．73t／m，W=12．98t（取單位長度），W1=57．05t。擋土墻面積F=5．193m2，重心距b為2．087m。

Kq=3．45>1．5滿足規范要求。

Kh=1．88>1．35滿足設計要求。

5計算過程中應注意的問題及處理方法

（1）薄壁變異式擋土墻抗滑穩定計算時，會出現小于允許值的現象，此時應檢查是否加上了墻背契形土的重量。

（2）當地基應力值偏大時，也可采取拉錨鎖定的方式，減小水平推力。具體做法是：在墻體H／2高度處設拉錨筋與填土側的錨塊連接，錨塊尺寸為1．5×0．75×0．2m，取上下兩個摩擦面，摩擦系數為0．2，錨塊上填土厚度為2．0m，則每個錨塊可增加2．0t的摩擦阻力，有效地改善了地基應力值和抗滑的問題。

（3）設計階段對施工階段的工程質量提出具體要求：1基礎開挖后要及時填筑，以免因地基回彈產生負面影響。2墻背側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混凝土鋼筋保護層和混凝土標號應滿足抗凍、抗滲的要求，以免因斷面較小、受凍融影響腐蝕損壞。

6結語

薄壁變異式擋土墻結構是在重力式擋土墻的基礎上因地制宜發展而來的，實際工程中，可采取聯合的結構形式，其計算方法基本相同。對于多地震帶的地區，只要在地基應力允許的條件下，應盡量擴大抗滑計算值。唐山市黑沿子防潮閘擋土墻采用薄壁變異式結構，經過5年的運用未出現任何問題。實踐證明，薄壁變異式擋土墻具有抗傾、抗滑、平衡地基應力值、降低工程造價的特點，值得在沿海地區推廣應用。

參考文獻

〔1〕武漢水利水電學院．《水工建筑物》〔M〕．北京：水利電力出版社，1980

〔2〕黃熙齡，秦寶玖．地基基礎的設計與計算〔M〕．北京：中國建筑工業出版社，1981