探讨重力式挡土墙设计理论及方法_pdf

探讨重力式挡土墙设计理论及方法　许秋刚　摘要：结合重力式挡土墙在高速公路中的广泛应用，针对重力式挡土墙设计理论及方法中某些不合理问题，对其基底　摩擦系数的取值、抗倾覆稳定系数计算及土压力理论计算进行了探讨，以完善重力式挡土墙的设计方法。　关键词：重力式挡土墙，边坡治理，摩擦系数，土压力理论　中图分类号：Ｕ４１７．１１　文献标识码：Ａ　重力式挡土墙由于体积较大、结构简单、施工方便、便于取　假设挡土墙绕基底内某一点Ｏ发生倾覆失稳破坏，如图１所　材、适用性强，故在高速公路中得到了广泛的应用，特别在边坡治　示，则挡土墙重量可分为两部分，其中一部分墙体起倾覆作用，重　理工作中往往优先采用，长期以来，对重力式挡土墙设计理论及　量为Ｇｌ，另一部分墙体起抗倾覆作用，重量为Ｇ２，由于地基土体　方法没引起足够重视，重力式挡土墙设计一直沿用古老的土压力　不承受拉力，故地基土体对挡土墙基底反力的合力为Ｆ，用式（３）　计算方法、传统的设计理论，使建成后的挡土墙在后期使用中出　代替式（２）进行Ｋ值的计算。　现质量事故，降低了运营使用阶段的安全系数。故文中对重力式　挡土墙设计理论及方法中某些不合理问题进行了探讨。　１　重力式挡土墙基底摩擦系数．厂的取值分析　重力式挡土墙失稳破坏是指挡土墙整体沿基底或基底土中　某一滑动面向外滑移。设计重力式挡土墙时，常常以滑动破坏作　为选定挡土墙截面尺寸的决定因素。滑动稳定性是检算土压力　及其他外力作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑动的能力，与挡土　图１　挡土墙受力图　墙自身重量及墙底与地基土之间的摩擦系数极大，其抗滑稳定系　Ｋ＝（Ｅ　４＋Ｇ２Ｚ２＋２／３Ｆ　）／（Ｇ１Ｚ１＋Ｅ　３）　（３）　数Ｋ为抗滑力与滑动力之比，一般可用下式表示：　其中，ｘ为倾覆点Ｏ至墙趾点的水平距离；Ｚ　，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４分　Ｋｓ＝（Ｇ＋Ｅ　）／ＥＪ；Ｇ＝Ｅ　／厂一Ｅ、，　（１）　别为Ｇｌ，Ｇ２，Ｅ　，Ｅ　对倾覆点Ｏ的力臂。　由式（１）可知：在墙高确定（此时土压力的水平分力及竖向分　据魏锡克偏心荷载作用下的地基极限承载力公式可求得Ｆ，即：　力Ｅ　，Ｅ　也已经确定），取规定的　值时，如果选定了摩擦系数　Ｆ＝２／３ｑｏＸ　（４）　厂，就确定了挡土墙墙身重量Ｇ，也就确定了挡土墙墙身截面尺　其中，ｑ０为地基极限承载力。实际工作中，可以针对不同的　寸。因此，在其他条件确定时，挡土墙墙身重量Ｇ与摩擦系数．厂　挡土墙形式，编成电算程序，变换不同的倾覆点０，算出最小的抗　成反比。而现行规范规定的摩擦系数厂取值表在全国范围内通　倾覆稳定系数。　用，然而各省及地区的土质千差万别，因此导致规范规定的摩擦　系数厂值在具有普遍适用性时，必然相当保守，使得计算所需的　３重力式挡土墙的土压力理论计算　Ｇ值比实际所需的Ｇ值大，从而使所设计的挡土墙截面尺寸偏　在设计重力式挡土墙墙背形式时，为了能减小主动土压力的　大，加大了工程量，提高了工程成本。建议在设计此类挡土墙时　作用，提高挡土墙的稳定性，通常采用各种形式的折线形墙背。　应针对不同地区对各种不同类型土质进行实测，建立区域性的厂　折线形墙背主动土压力计算通常采用的延长墙背法将挡土墙人　取值范围，以避免设计过于保守。　为分成上、下两个墙体，忽略了挡土墙的整体工作特性，实际上使　２重力式挡土墙抗倾覆稳定系数计算　用这种方法计算，客观上造成了计算同一个墙背主动土压力却对　应两个不同的墙后破裂土体，违背了挡土墙墙背土体破坏时的整　２．１　以往计算方法探讨　体一致性原则，在现实工程中是不可能发生的。　重力式挡土墙抗倾覆稳定系数Ｋ的计算公式为：　挡土墙向墙前土体方向移动，从而使墙前土体达到极限平衡　Ｋ＝［ＧＺｃ；＋　］／Ｅ　（２）　状态时，产生被动土压力。墙前被动土压力对墙体起稳定的有利　其中，Ｇ为挡土墙单位长度的土压力水平及竖向分力；Ｅｘ，　作用；其计算方法有两种：朗肯被动土压力和库伦被动土压力。　Ｅ　分别为单位长度的土压力水平及竖向分力；　，Ｚｖ，ｚｘ分别为　库伦理论假定滑动面是平面，但实际滑动面是曲面，这对主动土　Ｇ，Ｅｖ，　对重力式挡土墙趾点的力臂。　压力计算引起的误差一般不大，而对被动土压力引起的误差很　公式（２）忽略了地基土与挡土墙之问的相互作用，当基底土　大，这是不安全的，故实际计算一般不采用库伦理论的被动土压　质较软弱有可能产生不均匀沉降时，墙趾部分在土压力及自重作　力，而采用朗肯理论计算被动土压力。挡土墙设计中，目前仅从　用下先行产生微小的下陷，此时墙身倾覆点不是在墙趾。而是在　安全考虑，而不区别具体情况，一律不计及墙前被动土压力对墙　墙基底内某一点，故导致所计算的Ｋ值比实际的Ｋ值大，式（２）　体的有利作用是不恰当的，它造成材料上的极大浪费，增加了工　虚假地提高了抗倾覆稳定系数，偏于不安全。　程造价。在墙前土体得到可靠保护的情况下，如墙前土体表面有　２．２重力式挡土墙抗倾覆稳定系数修正公式　各种形式的铺砌层或其他防护措施能确保土体不被破坏时，应当　计及被动土压力的作用以达到降低工程造价的目的。墙前被动　Ｋ＝（ｔｇ８一ｔｇａ）［ｔｇ（０±　）＋ｔｇ（口±艿）］／３［ｔｇ０ｔｇ（０±　）一　（７）　土压力的完全发挥需要产生较大的墙体位移，而过大的墙体位移　ｔｇａｔｇ（Ⅱ±　）］　在工程结构中是不允许的，因此必须对被动土压力的理论值进行　行的。所以墙前被动土压力可按式（５）进行计算。　其中，ｈ为挡土墙墙高；０为墙后填料破裂角；ａ为挡土墙墙　式（７）分两种情况，当计算主动土压力时，“±”取“＋”号；当　折减。根据经验，一般取被动土压力的１／３值进行设计是安全可　背倾角；　为墙背填料摩擦角；　为填土与墙背的内摩阻角。　Ｅ　＝１／６ｙＨ　Ｋｐ　（５）　计算被动土压力时，“±”取“一”号。　其中，Ｈ为挡土墙基底至墙前土体地面线之间的距离，即挡　４结语　土墙墙趾埋深；ｙ为墙前土体的容量；Ｋ　为被动土压力系数。　在重力式挡土墙设计时，工程设计人员应做到结合日常的工　规范规定，公路挡土墙基础埋深在一般土质中要求至少１　ｍ。　作经验，既遵循规范设计方法，又要针对具体挡土墙的实际情况，　在设计时，据地形和土质情况，埋深有的可达２　ｍ－－４　ｍ以上。　科学灵活地运用基本理论，对挡土墙受力进行合理分析，设计出　对墙后直线填土且无超载的挡土墙，库伦理论认为土压力的　既经济合理、又安全可靠的结构类型挡土墙。施工单位在施工过　作用点位于下三分点，这种情况只有在土压力沿墙高线性分布时　程中要严格地保证施工质量，遵守施工规范，防止因修建问题而　才是正确的；而实际上，挡土墙墙背土压力沿墙高呈非线性分布，　影响工程质量。　故土压力的合力作用点也是依墙背不同倾角，不同光滑程度以及　参考文献：　不同填土性质而有所变化。按下述两种情况推导出了水平直线　［１］师峻岭．复杂条件下挡墙的设计及地基加固技术［Ｊ］．山西　填土且填土为均质、各向同性的理想松散体挡土墙土压力合力作　建筑，２００７，３３（２９）：１１５—１１６．　用点的位置。土压力合力作用点距墙底的距离　为：　［２］ＪＴＧ　Ｄ３０—２００４，公路路基设计规范［Ｓ］．　Ｋｈ　（６）　Ｄｅｓｉｇｎ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｇｒａｖｉｔｙ　ｒｅｔａｉｎｉｎｇ　ｗａｌｌ　ＸＵ　Ｑｉｕ－ｇａｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｗｉｄｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇｒａｖｉｔｙ　ｒｅｔａｉｎｉｎｇ　ｗａｌｌ　ｉｎ　ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　ｗｏｒｋｓ　ａｎｄ　ｓｏｍｅ　ｉｒｒａｔｉｏｎａｌ　ｑｕｅｓｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｇｒａｖｉｔｙ　ｒｅｔａｉｎｉｎｇ　ｗａｌｌ　ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｍａｄｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　ｂａｓｅ，ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎｔｉ—ｏｖｅｒｔｕｒｎ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｐｅｒｆｅｃｔ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｇｒａｖｉｔｙ　ｒｅｔａｉｎｉｎｇ　ｗａｌ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｒａｖｉｔｙ　ｒｅｔａｉｎｉｎｇ　ｗａｌｌ，ｓｉｄｅ　ｓｌｏｐｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，｛ｆｉｃｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｓ０．１　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｔｈｅｏｒｙ