高邊坡?lián)跬翂Π踩珡秃擞嬎愕姆治?/h1>
2016-02-06 07:20王廣森
黑龍江水利科技 2016年11期
王廣森，張 麗
(大連市水利規(guī)劃設計院，遼寧 大連 116021)
高邊坡?lián)跬翂Π踩珡秃擞嬎愕姆治?/p>
王廣森，張 麗
(大連市水利規(guī)劃設計院，遼寧 大連 116021)
該高邊坡?lián)跬翂ξ挥谀侈k公樓南側山坡下，其作用是防止山體滑坡以及沖積物進入建筑場地，以保護辦公樓安全。擋土墻長46.0m，墻高18.0m左右，為漿砌石仰斜式重力擋土墻結構。文章在進行現(xiàn)場勘察分析后選取擋土墻典型計算斷面，結合相關規(guī)范對其進行抗滑、抗傾、抗剪等方面安全復核計算，提出評價結論。
高邊坡?lián)跬翂?；抗滑穩(wěn)定；壩基應力；安全復核
0 前 言
大連市某單位高邊坡?lián)跬翂ξ挥谵k公樓南側山坡下，擋土墻距辦公樓約12m，其作用是防止山體滑坡以及沖積物進入建筑場地，以保護辦公樓的安全。
該擋土墻系1994年設計并施工，建成至今已20余年，原設計時執(zhí)行舊時規(guī)范，存在擋土墻主動土壓力計算無增大系數(shù)、擋土墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)及抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)偏低等問題，加之擋土墻建成年代久遠，墻體高度大，距離辦公樓近，故對該擋土墻進行安全復核計算是十分必要的。
1 工程概況
擋土墻長46.0m，為漿砌石仰斜式重力擋土墻結構。墻高18.0-18.5m，墻體漿砌石所采用的毛石強度等級MU40、水泥砂漿強度等級M5，擋土墻地基巖性為強風化輝綠巖。
原設計擋土墻頂寬1.0m，底板寬6.97-7.10m，臨空側邊坡比1∶0.4、擋土側邊坡比1∶0.15，墻臨空側地面以上5m處設有1.0m寬緩臺。墻體排水孔豎向間距2m，水平間距3m，孔徑100mm。墻頂高程109.20-109.70m，墻前地面高程91.20m，臨空側底板厚1.0m，擋土側底板厚2.2m。擋土墻沿長度方向分為兩段，每段長23m，縫內充填20mm厚瀝青木板。
墻頂后側設有鋼筋混凝土排洪渠槽，梯形斷面，底寬0.5m，頂寬1.0m，槽深0.3m。
本次復核計算根據(jù)原擋土墻設計斷面，通過現(xiàn)場踏勘分析，結合相關現(xiàn)行規(guī)范對其進行抗滑、抗傾、抗剪等方面安全復核計算，提出評價結論[1]。
本工程原地勘工作巖石試驗樣品19件，巖性為侏羅紀侵入巖體的輝綠巖， 勘探場地周圍地形起伏較大，溝壑縱橫。勘探場地范圍內，地形自然坡度近20°，相對高差在12m左右。由于受到旋轉構造作用的影響，地貌屬于構造及物理風化性質的剝蝕、侵蝕的低山丘陵[2]。
地基承載力標準值[R]為400kPa。
2 結構安全性分析
2.1 結構受力分析
2.1.1 計算斷面及參數(shù)確定
本次擋土墻復核計算，取單位長度l=1.0m墻體，采用最大墻高斷面為計算斷面，墻體凈高18.5m。墻頂寬1.0m，臨空側邊坡比1∶0.4、擋土側邊坡比1∶0.15，墻臨空側地面以上5m處設有1.0m寬緩臺。墻頂以上填土坡度按1∶1.5計算。臨空側底板厚1.0m，擋土側底板厚2.2m。
墻后填土為開山碎石料，填土容重取r=22kN/m3，填土內摩擦角φ=40°，填土對擋土墻墻背的摩擦角δ=20°。擋土墻地基為強風化輝綠巖。墻體材料強度按原設計采用，漿砌石墻體容重取r墻=23 kN/m3。
2.1.2 荷載和作用
根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況，擋土墻擋土一側山坡高于墻頂，墻頂無其他堆載。擋土墻所受主要荷載為：墻體自重、土壓力、水壓力和揚壓力[3-5]。
本區(qū)抗震抗防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g。擋土墻按本地區(qū)抗震設防烈度確定其抗震措施和地震作用[6]。根據(jù)《砌體結構設計規(guī)范》4.1.4規(guī)定，確定擋土墻結構安全等級為二級，擋土墻結構重要性系數(shù)r0=1.0。
1)土壓力計算：
(1)
式中參數(shù)見規(guī)范。
2)水壓力計算：
原設計為降低墻后填土中水位采取了較多措施，如在墻頂設截流溝，墻后填土頂面采用混凝土護砌，墻體設排水孔等，同時墻后山體植被覆蓋較好，減小了地表水向地下深處的滲入。
(2)
式中參數(shù)見規(guī)范。
基礎底面以上擋土墻荷載計算結果見表1。
表1 擋土墻荷載計算成果表 kN
2.2 墻體驗算
墻體穩(wěn)定驗算分以下4種工況：①無水情況；②低水情況；③地震和無水情況組合；④地震和低水情況組合[7]。
無水情況時地下水位在墻底以下。
低水情況時墻后填土水位取在最下一排排水孔處，到墻前底板底面水深1.8m，排水管以上填土中水分由排水管排出，不產生水壓力，墻前水位在底板頂面處[8]。
2.2.1 抗滑移穩(wěn)定性驗算
擋土墻抗滑移驗算分別考慮以下2種情況：
1)沿基礎底面滑動時，按下列公式進行驗算，擋土墻斷面及受力情況見圖1。
圖1 擋土墻沿基底抗滑穩(wěn)定驗算示意圖
Gn=Gcosα0
Gt=Gsinα0
Eat=Easin(α-α0-δ)
Ean=Eacos(α-α0-δ)
(3)
式中：Fs為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；G為擋土墻每延米自重，kN；α0為擋土墻基底的傾角，°α0=9.6°；δ擋土墻墻背的傾角，°，α=98.53°；μ=98.53°；δ為土對擋土墻墻背的摩擦角，°；μ為地基對擋土墻基底的摩擦系數(shù)，地基為強風化輝綠巖，擋土墻沿基底斜面滑動時，取μ=0.55。
擋土墻沿基底抗滑穩(wěn)定計算成果見表2。
表2 擋土墻沿基底抗滑穩(wěn)定計算成果表
計算結果可知，4種計算工況擋土墻沿基底抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，滿足抗滑穩(wěn)定安全要求，其中相對不利計算工況為低水情況、地震和低水組合情況。
2)沿墻踵水平面滑動時，按下列公式進行驗算，擋土墻斷面及受力情況見圖2。
圖2 擋土墻沿水平面抗滑穩(wěn)定驗算示意圖
Eax=Easin(α-δ)
Eaz=Eacos(α-δ)
(4)
式中：μ為擋土墻沿水平面滑動時的摩擦系數(shù)，對強風化輝綠巖，沿墻踵水平面滑動時取μ=0.90。
擋土墻沿水平面抗滑穩(wěn)定計算成果見表3。
表3 擋土墻沿水平面抗滑穩(wěn)定計算成果表
計算結果可知，4種計算工況擋土墻沿水平面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，滿足抗滑穩(wěn)定安全要求，同樣，其中相對不利計算工況為低水情況、地震和低水組合情況[9]。
經比較，擋土墻抗滑穩(wěn)定是由沿基礎底面滑動控制。
2.2.2 抗傾覆穩(wěn)定性驗算
擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性按下式進行驗算，擋土墻斷面尺寸及受力情況見圖3。
圖3 圖3 擋土墻抗傾覆穩(wěn)定驗算示意圖
xt=b-zcotα
zf=z-btanα0
(5)
式中：Ft為抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)；z為土壓力作用點與墻踵的高度，m；x0為擋土墻重心與墻趾的水平距離，m；b為基底的水平投影寬度，m。
擋土墻抗傾穩(wěn)定計算成果見表4。
表4 擋土墻抗傾穩(wěn)定計算成果表
計算結果可知，4種計算工況擋土墻抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，控制工況仍為低水情況、地震和低水組合情況。
2.3 地基驗算
根據(jù)原地勘資料，擋土墻地基巖性為強風化輝綠巖，地基承載力標準值[R]=400kPa。
該擋土墻已建成運行20余年，擋土墻前混凝土地面平整，未見明顯地基塌陷下沉等反?，F(xiàn)象。據(jù)此分析，強風化輝綠巖地基的實際承載力是滿足要求的，根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB50007-2011)及遼寧省地方標準《建筑地基基礎技術規(guī)范》(DB21/ 907-2005) 本次復核地基承載力特征值的下限取500kPa。
1)基礎底面壓力計算：
(6)
式中：Mk為相應于作用的標準組合時，作用于基礎底面的力矩值，kN·m；W為基礎底面的抵抗矩，m3；pkmax為相應于作用的標準組合時，基礎底面邊緣的最大壓力值，kPa；pkmin為相應于作用的標準組合時，基礎底面邊緣的最小壓力值，kPa；pk為相應于作用的標準組合時，基礎底面處的平均壓力值，kPa。
2)地基承載力計算：
基礎底面的壓力，應滿足以下要求：
pk≤fa
pkmax≤1.2fa
(7)
式中：fa為修正后的地基承載力特征值，fa=500kPa。地基承載力計算結果見表5。
表5 擋土墻地基承載力計算成果表
從以上地基承載力計算結果看，基底壓力平均值小于修正后的地基承載力特征值，基底壓力最大值小于修正后的地基承載力特征值1.2倍，均滿足規(guī)范要求。
低水情況為不利工況控制情況。
3 存在問題及建議
3.1 存在問題
擋土墻主要存在以下問題：
1)墻體表面勾縫砂漿老化，剝蝕脫落，可能造成墻體表面塊石脫落和墻體局部破壞。
2)內部砂漿強度不清楚，墻體排水孔內部情況不詳。
3.2 建議
擋土墻經過安全復核計算后，提出以下建議：
1)墻體表面砂漿重新勾縫，采用掛鋼筋網(wǎng)并噴射混凝土等措施，防止墻體塊石脫落和局部剪切破壞。
2)對排水管及泄水槽等排水設施進行及時清理和必要的維修，以保證排水設施安全有效。
3)加固設計前應進行變形觀測和砂漿強度檢測，并采取相應措施。根據(jù)需要補充必要的地勘工作。
4)加強日常檢查、監(jiān)測和安全防護。
[1]王新珂.土質邊坡的穩(wěn)定分析研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學，2007.
[2]戴熙.高邊坡穩(wěn)定性分析及其加固措施的研究[D].包頭：內蒙古科技大學，2007.
[3]唐佳.公路路堤擋土墻失穩(wěn)機理及其加固治理研究[D].長沙：中南大學,2007.
[4]王衛(wèi)華.重力式、懸臂式、扶壁式擋土墻結構優(yōu)化設計與選型[D].蘭州：蘭州理工大學，2005.
[5]應志民.錨桿擋土墻力學作用的研究[D].杭州：浙江大學，2006.
[6]古浩.邊坡穩(wěn)定及抗滑樁加固研究[D].南京：河海大學,2006.
[7]王軍.高陡巖土邊坡有限元分析及綜合治理[D].長沙：中南大學，2005.
[8]秦浩.深挖巖質邊坡有限元模型參數(shù)分析[D].成都：西南交通大學,2005.
[9]吳桂芹.土質邊坡穩(wěn)定性因子研究[D].貴陽：貴州大學,2006.
1007-7596(2016)11-0059-04
2016-10-20
王廣森(1974-)，男，山東東平人，高級工程師，從事水利設計工作；張麗(1974-)，女，山東海陽人，高級工程師，從事水利設計工作。
TV223
B
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王廣森，張 麗
(大連市水利規(guī)劃設計院，遼寧 大連 116021)
高邊坡?lián)跬翂Π踩珡秃擞嬎愕姆治?/p>
王廣森，張 麗
(大連市水利規(guī)劃設計院，遼寧 大連 116021)
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0 前 言
大連市某單位高邊坡?lián)跬翂ξ挥谵k公樓南側山坡下，擋土墻距辦公樓約12m，其作用是防止山體滑坡以及沖積物進入建筑場地，以保護辦公樓的安全。
該擋土墻系1994年設計并施工，建成至今已20余年，原設計時執(zhí)行舊時規(guī)范，存在擋土墻主動土壓力計算無增大系數(shù)、擋土墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)及抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)偏低等問題，加之擋土墻建成年代久遠，墻體高度大，距離辦公樓近，故對該擋土墻進行安全復核計算是十分必要的。
1 工程概況
擋土墻長46.0m，為漿砌石仰斜式重力擋土墻結構。墻高18.0-18.5m，墻體漿砌石所采用的毛石強度等級MU40、水泥砂漿強度等級M5，擋土墻地基巖性為強風化輝綠巖。
原設計擋土墻頂寬1.0m，底板寬6.97-7.10m，臨空側邊坡比1∶0.4、擋土側邊坡比1∶0.15，墻臨空側地面以上5m處設有1.0m寬緩臺。墻體排水孔豎向間距2m，水平間距3m，孔徑100mm。墻頂高程109.20-109.70m，墻前地面高程91.20m，臨空側底板厚1.0m，擋土側底板厚2.2m。擋土墻沿長度方向分為兩段，每段長23m，縫內充填20mm厚瀝青木板。
墻頂后側設有鋼筋混凝土排洪渠槽，梯形斷面，底寬0.5m，頂寬1.0m，槽深0.3m。
本次復核計算根據(jù)原擋土墻設計斷面，通過現(xiàn)場踏勘分析，結合相關現(xiàn)行規(guī)范對其進行抗滑、抗傾、抗剪等方面安全復核計算，提出評價結論[1]。
本工程原地勘工作巖石試驗樣品19件，巖性為侏羅紀侵入巖體的輝綠巖， 勘探場地周圍地形起伏較大，溝壑縱橫。勘探場地范圍內，地形自然坡度近20°，相對高差在12m左右。由于受到旋轉構造作用的影響，地貌屬于構造及物理風化性質的剝蝕、侵蝕的低山丘陵[2]。
地基承載力標準值[R]為400kPa。
2 結構安全性分析
2.1 結構受力分析
2.1.1 計算斷面及參數(shù)確定
本次擋土墻復核計算，取單位長度l=1.0m墻體，采用最大墻高斷面為計算斷面，墻體凈高18.5m。墻頂寬1.0m，臨空側邊坡比1∶0.4、擋土側邊坡比1∶0.15，墻臨空側地面以上5m處設有1.0m寬緩臺。墻頂以上填土坡度按1∶1.5計算。臨空側底板厚1.0m，擋土側底板厚2.2m。
墻后填土為開山碎石料，填土容重取r=22kN/m3，填土內摩擦角φ=40°，填土對擋土墻墻背的摩擦角δ=20°。擋土墻地基為強風化輝綠巖。墻體材料強度按原設計采用，漿砌石墻體容重取r墻=23 kN/m3。
2.1.2 荷載和作用
根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況，擋土墻擋土一側山坡高于墻頂，墻頂無其他堆載。擋土墻所受主要荷載為：墻體自重、土壓力、水壓力和揚壓力[3-5]。
本區(qū)抗震抗防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g。擋土墻按本地區(qū)抗震設防烈度確定其抗震措施和地震作用[6]。根據(jù)《砌體結構設計規(guī)范》4.1.4規(guī)定，確定擋土墻結構安全等級為二級，擋土墻結構重要性系數(shù)r0=1.0。
1)土壓力計算：
(1)
式中參數(shù)見規(guī)范。
2)水壓力計算：
原設計為降低墻后填土中水位采取了較多措施，如在墻頂設截流溝，墻后填土頂面采用混凝土護砌，墻體設排水孔等，同時墻后山體植被覆蓋較好，減小了地表水向地下深處的滲入。
(2)
式中參數(shù)見規(guī)范。
基礎底面以上擋土墻荷載計算結果見表1。
表1 擋土墻荷載計算成果表 kN
2.2 墻體驗算
墻體穩(wěn)定驗算分以下4種工況：①無水情況；②低水情況；③地震和無水情況組合；④地震和低水情況組合[7]。
無水情況時地下水位在墻底以下。
低水情況時墻后填土水位取在最下一排排水孔處，到墻前底板底面水深1.8m，排水管以上填土中水分由排水管排出，不產生水壓力，墻前水位在底板頂面處[8]。
2.2.1 抗滑移穩(wěn)定性驗算
擋土墻抗滑移驗算分別考慮以下2種情況：
1)沿基礎底面滑動時，按下列公式進行驗算，擋土墻斷面及受力情況見圖1。
圖1 擋土墻沿基底抗滑穩(wěn)定驗算示意圖
Gn=Gcosα0
Gt=Gsinα0
Eat=Easin(α-α0-δ)
Ean=Eacos(α-α0-δ)
(3)
式中：Fs為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；G為擋土墻每延米自重，kN；α0為擋土墻基底的傾角，°α0=9.6°；δ擋土墻墻背的傾角，°，α=98.53°；μ=98.53°；δ為土對擋土墻墻背的摩擦角，°；μ為地基對擋土墻基底的摩擦系數(shù)，地基為強風化輝綠巖，擋土墻沿基底斜面滑動時，取μ=0.55。
擋土墻沿基底抗滑穩(wěn)定計算成果見表2。
表2 擋土墻沿基底抗滑穩(wěn)定計算成果表
計算結果可知，4種計算工況擋土墻沿基底抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，滿足抗滑穩(wěn)定安全要求，其中相對不利計算工況為低水情況、地震和低水組合情況。
2)沿墻踵水平面滑動時，按下列公式進行驗算，擋土墻斷面及受力情況見圖2。
圖2 擋土墻沿水平面抗滑穩(wěn)定驗算示意圖
Eax=Easin(α-δ)
Eaz=Eacos(α-δ)
(4)
式中：μ為擋土墻沿水平面滑動時的摩擦系數(shù)，對強風化輝綠巖，沿墻踵水平面滑動時取μ=0.90。
擋土墻沿水平面抗滑穩(wěn)定計算成果見表3。
表3 擋土墻沿水平面抗滑穩(wěn)定計算成果表
計算結果可知，4種計算工況擋土墻沿水平面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，滿足抗滑穩(wěn)定安全要求，同樣，其中相對不利計算工況為低水情況、地震和低水組合情況[9]。
經比較，擋土墻抗滑穩(wěn)定是由沿基礎底面滑動控制。
2.2.2 抗傾覆穩(wěn)定性驗算
擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性按下式進行驗算，擋土墻斷面尺寸及受力情況見圖3。
圖3 圖3 擋土墻抗傾覆穩(wěn)定驗算示意圖
xt=b-zcotα
zf=z-btanα0
(5)
式中：Ft為抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)；z為土壓力作用點與墻踵的高度，m；x0為擋土墻重心與墻趾的水平距離，m；b為基底的水平投影寬度，m。
擋土墻抗傾穩(wěn)定計算成果見表4。
表4 擋土墻抗傾穩(wěn)定計算成果表
計算結果可知，4種計算工況擋土墻抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，控制工況仍為低水情況、地震和低水組合情況。
2.3 地基驗算
根據(jù)原地勘資料，擋土墻地基巖性為強風化輝綠巖，地基承載力標準值[R]=400kPa。
該擋土墻已建成運行20余年，擋土墻前混凝土地面平整，未見明顯地基塌陷下沉等反?，F(xiàn)象。據(jù)此分析，強風化輝綠巖地基的實際承載力是滿足要求的，根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB50007-2011)及遼寧省地方標準《建筑地基基礎技術規(guī)范》(DB21/ 907-2005) 本次復核地基承載力特征值的下限取500kPa。
1)基礎底面壓力計算：
(6)
式中：Mk為相應于作用的標準組合時，作用于基礎底面的力矩值，kN·m；W為基礎底面的抵抗矩，m3；pkmax為相應于作用的標準組合時，基礎底面邊緣的最大壓力值，kPa；pkmin為相應于作用的標準組合時，基礎底面邊緣的最小壓力值，kPa；pk為相應于作用的標準組合時，基礎底面處的平均壓力值，kPa。
2)地基承載力計算：
基礎底面的壓力，應滿足以下要求：
pk≤fa
pkmax≤1.2fa
(7)
式中：fa為修正后的地基承載力特征值，fa=500kPa。地基承載力計算結果見表5。
表5 擋土墻地基承載力計算成果表
從以上地基承載力計算結果看，基底壓力平均值小于修正后的地基承載力特征值，基底壓力最大值小于修正后的地基承載力特征值1.2倍，均滿足規(guī)范要求。
低水情況為不利工況控制情況。
3 存在問題及建議
3.1 存在問題
擋土墻主要存在以下問題：
1)墻體表面勾縫砂漿老化，剝蝕脫落，可能造成墻體表面塊石脫落和墻體局部破壞。
2)內部砂漿強度不清楚，墻體排水孔內部情況不詳。
3.2 建議
擋土墻經過安全復核計算后，提出以下建議：
1)墻體表面砂漿重新勾縫，采用掛鋼筋網(wǎng)并噴射混凝土等措施，防止墻體塊石脫落和局部剪切破壞。
2)對排水管及泄水槽等排水設施進行及時清理和必要的維修，以保證排水設施安全有效。
3)加固設計前應進行變形觀測和砂漿強度檢測，并采取相應措施。根據(jù)需要補充必要的地勘工作。
4)加強日常檢查、監(jiān)測和安全防護。
[1]王新珂.土質邊坡的穩(wěn)定分析研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學，2007.
[2]戴熙.高邊坡穩(wěn)定性分析及其加固措施的研究[D].包頭：內蒙古科技大學，2007.
[3]唐佳.公路路堤擋土墻失穩(wěn)機理及其加固治理研究[D].長沙：中南大學,2007.
[4]王衛(wèi)華.重力式、懸臂式、扶壁式擋土墻結構優(yōu)化設計與選型[D].蘭州：蘭州理工大學，2005.
[5]應志民.錨桿擋土墻力學作用的研究[D].杭州：浙江大學，2006.
[6]古浩.邊坡穩(wěn)定及抗滑樁加固研究[D].南京：河海大學,2006.
[7]王軍.高陡巖土邊坡有限元分析及綜合治理[D].長沙：中南大學，2005.
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[9]吳桂芹.土質邊坡穩(wěn)定性因子研究[D].貴陽：貴州大學,2006.
1007-7596(2016)11-0059-04
2016-10-20
王廣森(1974-)，男，山東東平人，高級工程師，從事水利設計工作；張麗(1974-)，女，山東海陽人，高級工程師，從事水利設計工作。
TV223
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