地基反力

文章編號

:1007

O

2993(2003)06

O

0315

O04

關于擋土墻的地基承載力驗算及抗傾覆

穩定性驗算方法的探討

黃太華饒英明譚萍

(

中南林學院建工學院

,

湖南長沙410004)

編者按

擋土墻的抗傾覆問題

,

確有許多值得研究的地方

,

比如墻背摩擦力

的影響

,

嵌固深度對抗傾覆安全系數的影響等

;

在計算中會發現一些值得研究的有

趣現象。擋土墻在偏心荷載作用下的地基承載力和抗傾覆問題

,

過去是分別驗算

的

,

該文討論了二者的關系

,

提出了一個新的看問題的角度。讀者可對此展開學術

討論。

【摘要】通過對影響擋土墻抗傾覆穩定性問陽性體征 題的深入分析

,

提出了一種引入擋土墻主動土壓力分項系數

進行擋土墻抗傾覆穩定性驗算的新方法。該方法將擋土墻的地基承載力驗算與抗傾覆穩定性驗算合并

,

概念清

晰且計算結果可靠

,

并能與現行《建筑結構可靠度設計統一標準》

(GB50068

—

2001)

及《建筑結構荷載規范》(GB

50009

—

2001)

協調一致。

【關鍵詞】擋土墻

;

地基承載力

;

抗傾覆

;

穩定性驗算

【中圖分類號】

U213

11

StudyontheMethodofCheckingComputationforRetainingWall

’

s

GroundBearingCapacityandtheAnti

OoverturningStability

【

Abstract

】

Throughana七大洲面積最小 lyzingthefactorsinfluencingtheretainingwall

’

santi

O

overturningstability,puttingfor2

wardanewmethodwithintroducingthepartialfactorofretainingwall

’

sactiveearthpressuretodealwiththecheck

2

ingcomputationforretainingwall

’

santi

O

method,thecheckingcomputationforground

bearingcapacityandthecheckingcomputationforanti

O

ceptisclearand

theconquenceisreliable,moreover,itisconsistentwiththe

《

Unifiedstandardforreliabilitydesignofbuildingstruc

2

tures

》

(GB50068

—

2001)and

《

Loadcodeforthedesignofbuildingstructures

》

(GB50009

—2001).

【

Keywords

】

retainingwall;groundbearingcapacity;anti

Ooverturning;checkingcomputationforstability

0

引言

《建筑地基基礎設計規范》

(GB50007

—

2002)

的條文說明中對擋土墻的抗傾覆和抗滑

移穩定性驗算有以下描述

:

對于重力式擋土墻

的穩定性驗算

,

許多設計者反映

,

重力式擋土

墻的穩定性驗算

,

主要由抗滑穩定性控制

,

而

現實工程中傾覆穩定破股市入門基本知識 壞的可能性又大于滑

動破壞。說明過去抗傾覆穩定性安全系數偏

低

,

這次稍有調整

,

由原來的

1

1

5

調整成

1

1

6

。

筆者經過分析認為

,

規范在該問題上的處

理方法存在諸多不妥之處

,

沒有從根本上找到

解決擋土墻抗傾覆穩定性問題的方法?，F在

的擋土墻設計中

,

在擋土墻抗傾覆安全系數計

算值一致的情況下

,

真實的擋土墻抗傾覆安全

度其實是不一樣的

,

理由如下:

1)

規范中的擋土墻抗傾覆穩定性縫隙是什么意思 驗算是

以墻趾作為支點的

,

這就要求墻趾是一個能提

供無限大的支承反力的支點,而實際的情況應

該是建立在地基反力基礎上的支點必然在墻

趾的內側,由此導致抗傾覆力矩

M

R

計算值比

實際值偏大,即計算的抗傾覆安全系數

K

比

實際的抗傾覆安全系數

K

要大,故計算的抗

傾覆安全系數

K

不能反映真實的抗傾覆安全

度。

2)對于不同的地基將有不同的地基承載

力,由于抗傾覆安全系數

K

的計算未包含地

基承載力的影響,所以按計算得出的相同的抗

傾覆安全系數

K

其安全度是不一樣的新車臨時牌照能用多久 。在抗

傾覆安全系數計算值相同的情況下,實際情況

是:承載力高且壓縮性低的地基實際的抗傾覆

安全度偏高,而承載力低且壓縮性高的地基實

際的抗傾覆安全度偏低。

3)根據土壓力與變形的關聯關系,按極限

平衡狀態建立起來的主動土壓力公式的計算

主動土壓力值有可能比實際的主動土壓力值

要低,其值應介于主動土壓力計算值與靜止土

壓力值之間,這將引起擋土墻傾覆力距

M

S

計

算值偏低,即擋土墻抗傾覆安全系數

K

計算

值偏高;同時還引起基底最大反力

p

max

計算

值偏低。

4)用于主動土壓力計算的粘聚力

c

和內

摩擦角

應按標準值取值,由于取值上的隨意

性及無很好的施工控制措施,往往導致取用值

比實際值偏大,這也是導致主動土壓力計算值

比實際值偏小的原因。

5)對于高度較大的擋土墻采用主動土壓

力增大系數

c

的方法不是解決擋土墻問題

的合理方法。

另外,在擋土墻抗傾覆和抗滑動穩定性驗

算中仍采用安全系數作為安全度的評價方法

與現行的規范體系不相協調。

筆者經過分析認為,可采用引入主動土壓

力分項系數的方法,通過保證地基承載力來同

時滿足抗傾覆穩定性的要求。

1基本原理及公式

擋土墻(見圖1),在主動土壓力

E

a

和擋

土墻自重

G

的綜合作用下,對擋土墻底部將

形成一偏心距為

e

S

、大小為

G

的豎向作用。

假定修正后的地基承載力特征值為

f

a

,擋土墻

底部的最大地基反力為

p

max

,令

p

max

=112

f

a

,按

地基總反力

P

等于擋土墻自重

G

的原則,可

求出地基總反力作用線與擋土墻底部幾何中

心線的距離

e

R。

圖

1

擋土墻受力分析圖

1)擋土墻主動土壓力

E

a

與擋土墻自重

G

的合力作用線到擋土墻基底中心線的距離

eS

的計算

e

S

=[

E

a

z

+

G(知識經濟時代 b

d

/2-

x)]/G(1)

2)地基最大反力

p

max

=112

f

a

、且地基力

總反力

P

等于擋土墻主動土壓力

E

a

與擋土

墻自重

G

的豎向合力時,對應的地基總反

力作用線到擋土墻基底中心線的距離

e

R

的

計算

假定在此極限狀態時的地基反力為三角

形分布,

為地基總反力作用線到墻趾的距

離。

G

=1/2

p

max

3

a

=118

f

a

則

a

=

G/(

118

f

a

)

e

R

=

b

d

/2-

a

=

b

d

/2-

G/(

118

f

a

)(2)

根據

e

S

與

e

R

的相對大小關系有以下三

種可能:

①當

e

S

<

e

R

時,擋土墻處于一種安全

狀態,它出現在修正前地基承載力特征值

f

ak

偏大的時候;

②當

e

S

=

e

R

時,擋土墻處于一種極限

狀態,它出現在修正前地基承載力特征值

f

ak

適中的時候;

③當

e

S

>

e

R

時,擋土墻處于一種不安

全狀態,它出現在修正前地基承載力特征值

f

ak

偏小的時候。

以上各種狀態見圖2分圖(a)(b)(c)

。

圖

2

擋土墻抗傾覆的三種狀態

按《建筑結構可靠度設計統一標準》(GB

50068—2001)第71014條,在進行抗傾覆穩定

性驗算時,當永久荷載效應對結構構件的承載

能力有利時,荷載分項系數不應大于110;當

可變荷載效應對結構構件的承載能力不利時,

在一般情況下應取為114。按以上原則,對擋

土墻的自重

G

的荷載分項系數可取為110;

考慮到可適當降低擋土墻的安全度,一般情況

下將可變荷載分項系數乘以019后可得擋土

墻主動土壓力分項系數

E

,可取為1125。將

擋土墻的主動土壓力

E

a

進行修正后可求得

相應的

e

S

,當

e

S

<

e

R

時,擋土墻處于一種安全

狀態。

對不同高度、不同重要性的擋土墻,建議

引入擋土墻重要性等級的概念,可將擋土墻分

為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級,其擋土墻主動土壓力分項系數

E

依次可取為1140、1125、1110。

2算例

對某無地下水作用的直立式擋土墻,基本

參數如下:填土內摩探角

=30,粘聚力

c

=

0,填土容重

s

=18kN/m

3

,擋土墻容重

=

22kN/m

3

,假定墻后填土與擋土墻間無摩擦

力存在;擋土高度為

h

=3000mm,擋土墻頂

部寬度

b

u

=500mm,擋土墻底部寬度

b

u

=

1250mm。

解:1)安全系數

K

、相應的最大地基反力

p

max

及需要的修正后的地基承載力

f

a

的計算

①主動土壓力的計算

a

=

s

h

tan

2

(45-

/2)=

183tan

2

(45-30/2)=18,kN/m

E

a

=1/2

a

3=

1/2183=27,kN

z

=110m

②擋土墻自重相關參數的計算

G

1

=1/201753

=1/20175322=

24175,kN

x

1

=2/30175=015,m

G

2

=0153

=015322=33,kN

x

2

=0175+015/2=110,m

x

=(

G

1

x

1

+

G

2

x

2

)

/

(G

1

+

G

2

)=

(24175015+33110)/(24175+33)=

01786,m

G

=

G

1

+

G

2

=24175+33=57175,kN

③抗傾覆安全系數

K

的計算

K

=

Gx/(E

a

z)

=5717501786

/(

271

)=

1168>116滿足規范要求

④相應的最大地基反力

p

max

的計算

主動土壓力與擋土墻自重的合力對基底

中心線的偏心

e

為:

e

=

[E

a

z

+

G(b

d

/2-

x)]/G=

[271+57175(1125/2-01786)]/57175=

01307,m

e

>

b

d

/6=1125/6=01208,m

p

min

<0基底反力呈三角形

1/2

p

max

3

a

=

G

=57175將

a=

b

d

/2-

e

=1125/2-01208=01417,m代入

得

p

max

=9213kPa

⑤需要的修正后的地基承載力

f

a

的計算

p

max

=112

f

a

=9213kPa則

f

a

=7619kPa

2)已考慮

E

的

e

S

的計算

e

S

=[

E

E

a

z

+

G

(

b

d

/2-

x

)]/

G

=[1125

271+57175(1125/2-01786)]/57175=

01423,m

3)當

e

S

=

e

R

時的

f

a

需要值的計算

1/2

p

max

3

a

=

G

=57175將

a=

b

d

/2-

e

R

=1125/2-01423=01202m

p

max

=112

f

a

代入

得

f

a

=1581新年燈籠簡筆畫 8kPa

由于前提條件為

e

S

=

e

R

,故此時擋土墻處

于極限狀態。

4)當

f

a

=7619kPa時的

e

R

值

1/2

p

max

3

a

=

G

=57175

p

max

=112

f

a

=1127619=9213,kPa

得

a

=01417m則

e

R

=

b

d

/2-

a

=

1125/2-01417=01208m<

e

S

=01423m

由于

e

S

>

e

R

,故此時擋土墻無合適的抗傾

覆安全儲備。

5)當

f

a

=180kPa時的

e

R

值

1/2

p

max

3

a

=

G

=57175

p

max

=112

f

a

=112180=216,環保演講稿 kPa

得

a

=01178m則

e

R

=

b

d

/2-

a=

1125/2-01178=01447m>

e

S

=01423m

由于

e

S

<

e

R

,故此時擋土墻處于有相當安

全儲備的狀態

從以上的計算可以看出,

e

R

是一個與

f

a

有關的量,它隨地基承載力

f

a

的增大而增大,

而

e

S

是一個同

E

a

及

G

相關的量,即

e

S

包含

了以前抗傾覆安全系數

K

的內涵。

3結論

1)對已計入

E

的影響后的

e

S

,當

e

S

≤

eR

時,擋土墻既能滿足向量夾角的范圍 地基承載力的要求也能滿

足抗傾覆穩定性的要求。

2)由于土的彈塑性性質,實際的

e

R

值要

比計算的

e

R

值大,故實際的抗傾覆安全度較

計算結果要高,其程度有待進一步探討。

3)本文僅為某特定情況下的直立式擋土

墻的驗算,由于墻背土與墻背的摩擦力的存在

將使前述計算偏于安全,對于一般情況下的計

算有待進一步具體化。

4)該方法簡單明了,且與《建筑結構可靠

度設計統一標準》(GB50068—2001)相協調,

徹底放棄了安全系數法,概念清晰、使用方便。

參考文獻

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中南地區通用建筑標準設計

.92ZG901.

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擋土墻.

收稿日期

:2003

O

05

O19

318巖土工程技術

1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,htsrerved.

__

2003年第6期