工科论文 ：沿海地区挡土墙的设计与稳定计算[1]

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摘要：根据沿海地区挡土墙破损的原因及特点，进行了分析研究，设计出薄壁变异式挡土墙，并介绍了计算方法及相应措施。

关键词：薄壁变异式 挡土墙 断面 稳定计算 沿海地区

1　基本情况

　　近年来，沿海地区修建，复建了较多的排水、防潮闸及橡胶坝等挡水建筑物。在运用过程中，出现质量问题较多的是建筑物两岸及上下游的挡土墙。在对22座建筑物的统计中，有20％的挡土墙出现不同程度的沉降、滑坡、断裂、倾斜现象。其主要原因是：1地质条件差，地震及其余震时常出现，地基沉降比较严重。海陆交互相地质经2000年复测沉降值达0．11m。2设计断面不合理，安全系数偏低。3设计阶段对施工质量及关键环节规范不足。因此，选择合理的设计方案和严格的稳定计算是保证挡土墙安全运用的关键。

2　挡土墙设计

　　（1）挡土墙的形式

　　工程中基本采用重力式挡土墙，它具有墙背粗糙地基牢，稳定斜坡推力小的特点。墙背倾斜又分为3种形式：直立、前倾、后倾。如图1中的（a）、（b）、（c）所示。

　　（2）挡土墙设计特点

　　沿海地区地基大部分呈流塑状态，以上3种结构型式很难满足设计规范要求。经过实践，我们选择了薄壁变异式挡土墙，如图1中的（d）所示，即在原重力式挡土墙的基础上，减小壁厚，加大基础面积。这样不仅减小了自身重量，还具有安全稳定减少工程投资的特点。

3　薄壁变异式挡土墙的结构及稳定计算

　　（1）墙体自重

　　计算简图如图2所示。

其中w——墙体自重

　　w——墙体自重加上墙后土的重量

　　（2）墙侧向土压力

　　水平地震作用下的总土压力p′：

　　p′=（1±khcucatgφ）p′　（1）

式中“＋”和“”号分别对应于主、被动土压力

　　cu——综合影响系数，取1／4

　　ca——地震动土压力系数，查系数表得4．75

　　kh——水平向地震系数，与设计烈度有关，7°以下取0．1，8、9度分 另取0．2和0．4

　　p——静力土压力

　　p=1／2rh2ka　（2）

式中r ——土的容重

　　h ——挡土墙的总高度

　　ka——静土压力系数。通过试验求得松砂土为0．4密砂土为0．7， 粘土为0．5，也可用近似公式计算　　ka=1sinφ′　（3）

式中φ′——填土的内摩擦角

　　p′作用在基底以上1／2h（矩形）或1／3h（三角形），作用方向与水平方向夹角为β：

　　β=ε＋φo　（4）

式中ε——挡土墙背连线与竖直墙的夹角

　　φo——墙背面与土之间的内摩擦角，竖直混凝土墙背面 φo=1／3φ′～1／2φ′

　　（3）挡土墙抗倾覆抗滑动计算

　　采用规范公式：

式中b ——基底倾覆与墙体形心水平距离

　　a ——基底倾覆点与土压力作用点距离

　　ex、ey ——土压力的水平、竖直分力

　　h ——土压力形心作用点与基底垂直距离

　　μ ——挡土墙基底摩擦系数

　　采用上述公式要考虑设计、施工、使用阶段分别计算，取最不利阶段值。

　　（4）挡土墙基底应力计算

式中a——墙底面积；

　　w——墙底面积对墙底垂直方向轴的面积矩w=bl2／b　（8）

　　mo——最大变矩

　　mo=1／2ql2　（9）

式中q——荷载

　　l——集中荷载作用点与转动点之距

　　（5）挡土墙最薄弱断面强度计算

　　取墙趾最不利断面，按《钢筋混凝土结构设计规范》（tj10—74）公式mmax=1／2ql2　ao=km／bh2o·rw进行强度配筋计算（强度计算略）。

4　挡土墙的稳定计算实例

　　（1）基本参数，见图2。

　　墙后无粘性土的容重γ=1．8t／m3，内摩擦角φo=30°，粉土地基取摩擦系数μ=工学论文