对挡土墙与河坡连接易产生滑动原因的分析

2014-12-12余小鹏何军保沈金荣

江苏水利 2014年11期

余小鹏谢闯何军保沈金荣

（宿迁市水务勘测设计研究有限公司，江苏宿迁 223800）

1 工程概况

泗洪县拦岗河疏浚工程中有一段1.2 km 河道为穿越两侧学校而采用了河底▽12.0 m～▽15.1 m 直立重力式挡土墙与▽17.0 m～▽18.0 m 土坡面连接的形式（如图1），在此范围内由于受地面场地附作物不同宽度的影响，形成挡土墙与土坡面夹角β不同，导致在运行期内出现了不同的滑动问题。根据测算，β 角分别为27.9°、22.5°、15.0°、11.7°几种形式，在放水运行期不到一个月即发现β 角段有约60 m 长的挡土墙发生了垂直和水平位移。经现场观测，β 角越大，产生滑动面越大，β 角越小则产生滑动面越小。

挡土墙所发生的位移量较大，是较典型的挡土墙抗滑不足而引起的技术问题。通过对1.2 km 挡土墙进行勘测，大部分挡墙较为安全，发生问题的挡墙主要是因挡墙与土坡面所形成的角度较大引起的，其他断面仅产生不同的垂直位移，且位移数值大小与β 系数大小成正比，一般在3～10 cm 之间。问题出现在运行期，因此有必要通过对出现问题的坡面及其滑动原因进行定量分析。滑动面的测量数据见表1。

2 稳定计算

2.1 相关参数

图1 结构连接形式示意图

主动土压力Ea=0.5×γ×H2×Ka，Ka 是关于α、β、φ、δ 的函数。

表1 挡土墙水平位移和垂直位移量统计表

式中：

α—墙背与竖直线间的夹角，竖直线逆时针转俯斜墙背为正，反之顺时针转仰斜墙背为负，计算结果为24.8°，结合工程施工情况取20°；

β—填土表面与水平面的夹角，在水平面以上为正，反之为负；

φ—土的内摩擦角，取20°；

δ—墙背与填土的外摩擦角，墙背粗糙、排水良好，F 取10°。

其他参数：墙前水位与墙后水位视为同高▽14.64 m，抗滑安全系数［Kc］=1.3，土底抗滑系数μ=0.4。

2.2 数据计算

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011），抗滑移稳定性参照图2，按下列公式进行验算：

式中：

G—挡土墙每米自重，kN；

α0—挡土墙基底的倾角，°；

α—挡土墙墙背的倾角，°；

δ—土对挡土墙墙背的摩擦角，°；

μ—土对挡土墙基底的摩擦系数。

图2 抗滑移稳定计算示意图

根据不同的β 系数及产生土压力的不同，通过查表推算出相关的基本数据见表2 和表3。

根据上述计算成果得到Kc-β 关系曲线如图3 所示。

表2 完建期不同β 系数抗滑计算成果表

表3 运行期不同β 系数抗滑计算成果表

图3 抗滑系数Kc 与β 的关系曲线

3 原因分析

（1）根据对不同β 系数情况下所形成滑动的分析，完建期与运行期Kc-β 曲线在β=17°时趋向重叠，对应Kc=1.2，则当［Kc］=1.3 时，对应的β=14°，故β 在14°～17°之间应为临界段。从实际情况看，β 在15°～11.7°之间未出现大的位移，经现场对该段进行监测，基本未发生位移变化。

（2）β 取17°～27°时，对应的Kc为1.2～0.8，运行期曲线与完建期曲线有一定量的分离。从该段实际情况看，较易产生滑动，尤其当墙前后水位发生较大变化时，形成的扬压力过大，易导致滑动。现场由于在石墙砌体上布置了排水孔，故可视为墙前后水位基本一致，实际β=22.5°，经沉降观测，垂直位移值已经产生变化，一般在10 cm 以上。

（3）当β＞27°时，对应的Kc＜0.8，无论在完建期或运行期，都有可能出现滑动问题，现场是在β=27.9°时发生问题的。运行期内，因疏于观测，尤其当时连续降雨，加之墙后有地面集水在该段汇入，使实际扬压力增大，引发并加速了位移的产生和增大，最大水平位移2.28 m，垂直位移39 cm，直接造成该断面基本被破坏。

根据计算结果所绘制的Kc-β 曲线与实际情况基本吻合，挡墙实际发生的垂直与水平位移与β 大小有关，说明β 越大，安全度越低。