沿海擋土墻設(shè)計管理
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摘要：根據(jù)沿海地區(qū)擋土墻破損的原因及特點，進行了分析研究，設(shè)計出薄壁變異式擋土墻，并介紹了計算方法及相應措施。
關(guān)鍵詞：薄壁變異式擋土墻斷面穩(wěn)定計算沿海地區(qū)
1基本情況
近年來，沿海地區(qū)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(xiàn)質(zhì)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(tǒng)計中，有20％的擋土墻出現(xiàn)不同程度的沉降、滑坡、斷裂、傾斜現(xiàn)象。其主要原因是：1地質(zhì)條件差，地震及其余震時常出現(xiàn)，地基沉降比較嚴重。海陸交互相地質(zhì)經(jīng)2000年復測沉降值達0．11m。2設(shè)計斷面不合理，安全系數(shù)偏低。3設(shè)計階段對施工質(zhì)量及關(guān)鍵環(huán)節(jié)規(guī)范不足。因此，選擇合理的設(shè)計方案和嚴格的穩(wěn)定計算是保證擋土墻安全運用的關(guān)鍵。
2擋土墻設(shè)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(wěn)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(shè)計特點
沿海地區(qū)地基大部分呈流塑狀態(tài)，以上3種結(jié)構(gòu)型式很難滿足設(shè)計規(guī)范要求。經(jīng)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(chǔ)上，減小壁厚，加大基礎(chǔ)面積。這樣不僅減小了自身重量，還具有安全穩(wěn)定減少工程投資的特點。
3薄壁變異式擋土墻的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)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(cè)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(shù)，取1／4
ca——地震動土壓力系數(shù)，查系數(shù)表得4．75
kh——水平向地震系數(shù)，與設(shè)計烈度有關(guān)，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(shù)。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=1sinφ′（3）
式中φ′——填土的內(nèi)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(nèi)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(guī)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(shù)
采用上述公式要考慮設(shè)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)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(wěn)定計算實例
（1）基本參數(shù)，見圖2。
墻后無粘性土的容重γ=1．8t／m3，內(nèi)摩擦角φo=30°，粉土地基取摩擦系數(shù)μ=0．28，ka=0．7。
（2）墻側(cè)向土壓力大小、方向、作用點1靜土壓力p=17．035t／m；2側(cè)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(wěn)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(guī)范要求。
kh=1．88>1．35滿足設(shè)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(wěn)定計算時，會出現(xiàn)小于允許值的現(xiàn)象，此時應檢查是否加上了墻背契形土的重量。
（2）當?shù)鼗鶓χ灯髸r，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(shè)拉錨筋與填土側(cè)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(shù)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(shè)計階段對施工階段的工程質(zhì)量提出具體要求：1基礎(chǔ)開挖后要及時填筑，以免因地基回彈產(chǎn)生負面影響。2墻背側(cè)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?jié)B的要求，以免因斷面較小、受凍融影響腐蝕損壞。
6結(jié)語
薄壁變異式擋土墻結(jié)構(gòu)是在重力式擋土墻的基礎(chǔ)上因地制宜發(fā)展而來的，實際工程中，可采取聯(lián)合的結(jié)構(gòu)形式，其計算方法基本相同。對于多地震帶的地區(qū)，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(jié)構(gòu)，經(jīng)過5年的運用未出現(xiàn)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(qū)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(chǔ)的設(shè)計與計算〔m〕．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1981
