鐘恒昌 徐 飛 劉占明

（1中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 蚌埠 233001 2江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 南京210037 連云港市臨洪水利工程管理處 連云港 222001）

控制擋土墻穩(wěn)定水位組合的分析

鐘恒昌1徐 飛2劉占明2

（1中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 蚌埠 233001 2江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 南京210037 連云港市臨洪水利工程管理處 連云港 222001）

通常擋土墻抗滑穩(wěn)定計(jì)算是根據(jù)工程施工條件及調(diào)度運(yùn)用情況，直接采用工程的幾個(gè)特征水位組合作為控制擋土墻穩(wěn)定計(jì)算水位組合進(jìn)行分析的，然而這種水位組合往往并不是擋土墻抗滑穩(wěn)定計(jì)算的最不利組合，最危險(xiǎn)工況可能出現(xiàn)在特征水位區(qū)間內(nèi)的某個(gè)水位組合。本文以各梯級(jí)水位組合下的擋土墻抗滑穩(wěn)定計(jì)算為例，分析控制擋土墻穩(wěn)定計(jì)算水位組合，對(duì)完善擋土墻設(shè)計(jì)具有一定的意義。

擋土墻 抗滑穩(wěn)定 水位組合

1 引言

水利水電工程中通常需要設(shè)置擋土墻用來承受土壓力，防止土體塌滑，按其所在位置、功能要求分為岸墻、翼墻和擋墻等類型，有重力式、衡重式、懸臂式、扶壁式、空箱式等。作用在水工擋土墻上的荷載（自重、附加荷載、土壓力、水重、靜水壓力、揚(yáng)壓力、淤沙壓力、風(fēng)浪壓力、冰壓力、地震荷載等）可分為基本荷載和特殊荷載。荷載基本組合下計(jì)算情況有完建情況、正常擋水位情況、設(shè)計(jì)洪水位情況和冰凍情況；荷載特殊組合下計(jì)算情況有施工情況、校核洪水位情況、地震情況、墻前水位降落情況。水工擋土墻在建成及運(yùn)用期的各種墻前后特征水位作用下，其作用于墻身的靜水壓力、土壓力及作用于基底的揚(yáng)壓力、地基反力等都不同，其穩(wěn)定分析要求根據(jù)工程調(diào)度運(yùn)用工況、地基情況、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工條件進(jìn)行計(jì)算，在設(shè)計(jì)、校核、建成和正常運(yùn)用等各種情況下都滿足整體穩(wěn)定、變形和各部位結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求。

通常的擋土墻抗滑穩(wěn)定計(jì)算是根據(jù)工程施工條件及調(diào)度運(yùn)用情況，直接采用工程的幾個(gè)特征水位組合作為控制擋土墻穩(wěn)定計(jì)算水位組合進(jìn)行分析，由于在不同的墻前后特征水位作用下，其作用于墻身的靜水壓力、土壓力與作用于基底的揚(yáng)壓力、地基反力等都不同，所以特征水位組合往往并不是擋土墻抗滑穩(wěn)定計(jì)算的最不利組合，最危險(xiǎn)工況可能出現(xiàn)在特征水位區(qū)間內(nèi)的某個(gè)水位組合。

2 計(jì)算分析

擋土墻整體穩(wěn)定驗(yàn)算主要包括抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算、抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算和地基承載力驗(yàn)算，對(duì)于土基上的水工擋土墻，抗滑穩(wěn)定、地基平均應(yīng)力和地基應(yīng)力大小比控制是穩(wěn)定驗(yàn)算的主要內(nèi)容。為了方便計(jì)算，本文采用高5m和高8m懸臂式擋土墻在各梯級(jí)水位組合下的穩(wěn)定驗(yàn)算為例進(jìn)行分析，高5m、8m懸臂式擋土墻斷面結(jié)構(gòu)見圖1。

擋土墻墻后填土土料的選擇根據(jù)防滲、排水要求及土料來源等因素綜合考慮，條件允許情況下盡量選取抗剪強(qiáng)度指標(biāo)高的土料，處于防滲段的填土宜選擇粘性土料，非防滲段可選擇無粘性土料。粘性土料經(jīng)碾壓密實(shí)后土體中的水難以形成自由水頭作用面，墻后靜水壓力強(qiáng)度大打折扣，墻后地下水位以下的水土壓力通常按水土合算形式考慮，土抗剪強(qiáng)度采用飽和不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；無粘性土料振實(shí)后墻后土體中靜水壓力強(qiáng)度變化不大，墻后地下水位以下的水土壓力通常按水土分算形式考慮，土抗剪強(qiáng)度采用有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。為了反映兩種極端土料下?lián)跬翂Ω魈菁?jí)水位組合的穩(wěn)定情況，對(duì)水土分算和水土合算分別進(jìn)行分析。

圖1 高5m、8m懸臂式擋土墻斷面結(jié)構(gòu)圖

表1 5m擋土墻各梯級(jí)水位組合下的穩(wěn)定驗(yàn)算成果表

土壓力的計(jì)算是擋土墻設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問題，但墻后土壓力在工程界至今仍無法精確計(jì)算。土壓力的大小和分布，除了與填土的性質(zhì)有關(guān)外，還和墻體的位移方向、位移量、土體與結(jié)構(gòu)物的相互作用以及擋土結(jié)構(gòu)物的類型有關(guān)。常用的土壓力計(jì)算理論有郎肯土壓力理論和庫侖土壓力理論。郎肯土壓力理論使用簡(jiǎn)單、方便，但適用條件有限；庫侖土壓力理論適合于比較廣泛的邊界條件，但計(jì)算稍復(fù)雜。作用在擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力，按擋土結(jié)構(gòu)的位移方向、大小及土體所處的三種極限平衡狀態(tài)，可分為三種，即靜止土壓力、主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力。一般建在土基上的擋土墻墻后土壓力為主動(dòng)土壓力，對(duì)于計(jì)算主動(dòng)土壓力，各種土壓力計(jì)算理論的差別不大。

為了反映各高程段水位組合下?lián)跬翂Ψ€(wěn)定成果指標(biāo)，計(jì)算取自墻后地面以下0.5m至墻基底，墻前、墻后水位按每0.5m一檔，考慮降雨及滲流滯后的影響，墻前后水位差取0.5m，從而得到系列水位組合：5m擋土墻共8組，5m擋土墻共14組。

擋土墻穩(wěn)定驗(yàn)算計(jì)算參數(shù)根據(jù)工程實(shí)際的一般情況取用，主要計(jì)算參數(shù)：墻后填土濕容重19.0kN/m3，飽和容重20.0kN/m3，浮容重10.0kN/m3，水土分算水上內(nèi)摩擦角30°，水下內(nèi)摩擦角33°；水土合算水上等值內(nèi)摩擦角30°，水下等值內(nèi)摩擦角26°；基底與地基間摩擦系數(shù)f=0.35。高5m擋土墻各梯級(jí)水位組合下的穩(wěn)定驗(yàn)算成果見表1，高8m擋土墻各梯級(jí)水位組合下的穩(wěn)定驗(yàn)算成果見表2。

從高5m、8m懸臂式擋土墻各梯級(jí)水位組合下的穩(wěn)定驗(yàn)算成果可以看出：（1）隨水位組合的水位抬高，擋墻平均基底應(yīng)力逐漸減小，一般施工完建期是地基承載力驗(yàn)算的控制工況時(shí)期；（2）隨水位組合的水位抬高，擋墻基底應(yīng)力最大值與最小值比規(guī)律性較差，與擋墻結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)；（3）隨水位組合的水位抬高，在采用水土分算計(jì)算墻后水平荷載時(shí)，擋墻的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)基本逐漸減小，但最小值不是最高水位組合情況下產(chǎn)生的；在采用水土合算計(jì)算墻后水平荷載時(shí)，擋墻的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)先小后大，最小值是產(chǎn)生較低的水位組合情況附近。隨水位組合的水位變化，擋土墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)走勢(shì)曲線詳見圖2。

表2 8m擋土墻各梯級(jí)水位組合下的穩(wěn)定驗(yàn)算成果表

圖2 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K曲線圖

3 結(jié)論

影響擋土墻穩(wěn)定性因素很多，如工程施工條件、調(diào)度運(yùn)用情況、墻后填土土料、地基土特性、擋土墻自身結(jié)構(gòu)尺寸和荷載情況等。擋土墻穩(wěn)定計(jì)算水位組合的不同直接影響墻前靜水壓力、墻后水土壓力和墻身有效自重等的變化，這些變化對(duì)擋土墻穩(wěn)定性的影響有利有弊。本文僅以墻高5m和8m懸臂式擋土墻在各梯級(jí)水位組合下的穩(wěn)定驗(yàn)算為例進(jìn)行分析，初步探討不同水位組合的無粘性土（水土分算）和粘性土（水土合算）對(duì)擋土墻穩(wěn)定性綜合影響趨勢(shì)，繪成擋土墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)走勢(shì)曲線圖，尋求擋土墻抗滑穩(wěn)定計(jì)算的最不利水位組合，對(duì)擋土墻設(shè)計(jì)具有一定參考意義

（專欄編輯：徐 攀）