减力板式挡土墙的抗倾验算

赵 育

(辽宁省清河水库管理局，辽宁 铁岭 112003)



减力板式挡土墙的抗倾验算

赵 育

(辽宁省清河水库管理局，辽宁 铁岭 112003)

减力板式挡土墙是1989年，清河水库在停车场工程中的发明专利结构，通过设计中对减力板式挡土墙倾覆稳定性的分析和验算，提出了将挡土墙的地基承载力验算与抗倾覆稳定性验算结合验算的思路，同时对该思路原理进行分析与公式推导，得到与《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)相一致的结果。现将减力板式挡土墙抗倾覆验算思路分析整理如下，提供参考。

减力板式；挡土墙；抗倾覆；分析；稳定验算

1 减力板式挡土墙的结构与发明背景

1989年，清河水库旅游发展过程中，由于地形高差因素，需要建设一挡土墙，挡土高度6.5m，计划投资5万元。在工程设计过程中，由于计划投资限制，采取各种结构形式的挡土墙均出现超支现象，于是，技术人员不断优化设计，最后研究发明了减力板式挡土墙，见图1；1999年，经过10a的监测，挡土墙完好无损；由此，申请国家发明专利，曾获辽宁省铁岭市科技进步二等奖；现将减力板式挡土墙计算过程整理如下，供同行参考。

图1 减力板式挡水墙

减力板式挡土墙的结构计算除细部结构单独计算外，整体结构计算与重力式挡土墙相同，其不同是将部分土体重力考虑到墙体计算中。

2 挡土墙倾覆分析

《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)中关于挡土墙的抗倾和抗滑稳定验算的阐述，重力式挡土墙的稳定验算，来源于抗滑移稳定控制，然而实际工程中倾覆破坏又比滑动破坏大。故以往的抗倾覆稳定安全系数偏小，现调整为1.6 。

而现实说明，挡土墙设计采用的安全系数反映不了工程的实体安全度；即便挡土墙在设计中采用较大的抗倾安全系数，仍不能避免挡土墙倾覆的可能，原因是:

1)规范是以墙趾作为挡土墙抗倾稳定验算支点的，而支点处的承载力是有限的，不能理想的提供无限大的反力；而现实挡土墙的倾覆受力点却是在挡土墙墙趾的内侧，见图2(a)，现实抗倾力矩MR要<计算力矩，或者说是现实的安全系数K要<抗倾安全系数计算值，也就是挡土墙抗倾安全系数计算值K不能如实反映现实的抗倾安全度。

2)地基的变化直接影响地基承载力的变化，设计抗倾安全系数K往往不考虑地基承载力的因素，得出即使抗倾安全系数K相同，挡土墙的安全度也是有变化的。假定计算的抗倾安全系数相同，对于承载力高低压缩的地基，其抗倾安全度就偏大，见图2(b)。

图2 挡土墙的倾覆状态

3)据土压力和变形的关系，计算极限平衡状态的主动土压力，可能要小于真实的主动土压力值，应在计算主动土压力值与静止土压力之间，因此挡土墙计算倾覆力距MS值偏小，也就是挡土墙计算抗倾安全系数K值偏大；计算最大地基反力Pmax值偏小。

4)在计算主动土压力时，采用的黏聚力c和内摩擦角φ应取值准确，不能含有随意性；万一施工中不能有效控制，致使采用值偏大，势必造成现实主动土压力大于计算值。

5)增大主动土压力系数Ψc的方法，对大高度的挡土墙不能有效的解决挡土墙倾覆问题。

分析认为，挡土墙的结构计算采用主动土压力分项系数的方法，可满足地基承载力要求也可保证抗倾稳定性。

3 计算原理及公式

减力板式挡土墙受力分析见图3。考虑挡土墙自重G和主动土压力Ea，在挡土墙底部形成竖向作用力，其偏心距eS、大小Go。地基承载力特征值修正后为fa，Pmax为挡土墙基础最大地基反力，如Pmax= 1.2 fa ，总地基反力P等于Go的原则，求得总地基反力作用线与挡土墙底几何中心线eR距离。

计算自重G与主动土压力Ea的合力Go作用线和挡土墙底几何中心线的距离eS

(1)

最大地基反力Pmax=1.2fa、且总地基反力P等于Go时，如此时极限状态的地基反力呈三角形分布，α为总地基反力作用线到墙趾的间距，总地基反力作用线到挡土墙底几何中心线的距离eR为：

(2)

(3)

图3 挡土墙受力分析图

由eS与eR的大小关系可能出现以下3种情况，见图4Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ：

图4 挡土墙抗倾覆的三种状态

1)如eS

2)如eS=eR时，挡土墙应是极限状态，地基承载力特征值fak在修正前适中。

3)如eS>eR时，挡土墙应是不安全状态，地基承载力特征值fak在修正前偏小。

据《建筑结构可靠度设计统一标准》( GB50068—2001) ，抗倾稳定性验算时，如永久荷载效应对结构构件的承载能力有利时，荷载分项系数不应大于1.0；当可变荷载效应对结构构件的承载能力不利时，应取值1.4。由此，挡土墙的自重G的荷载分项系数取值1.0；对于挡土墙可适当降低安全度，将可变荷载分项系数乘以0.9，可得出挡土墙主动土压力分项系数γE，取值1.25。将挡土墙的主动土压力Ea修正，求得eS，如eS

4 结 论

1)考虑γE的因素eS，如eS≤eR，挡土墙可同时满足地基承载力和抗倾稳定性的要求。

2)土是有弹塑性的，一般故计算eR值比现实eR值要小，或者挡土墙抗倾安全度优于计算值。

3)文章是以直立的减力板式挡土墙进行的分析，现实中的挡土墙的受力情况会相对复杂，但不影响挡土墙的安全度的安全。

4)分项系数法与《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)相一致，脱离了安全系数法。

[1]中华人民共和国建设部.GB50068—2001筑建筑结构可靠度设计统一标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[2]中华人民共和国建设部.GB50007—2002建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[3]武汉工业大学.土力学与基础工程[M].武汉：武汉工业大学出版社，2000：16-28.

1007-7596(2017)03-0095-03

2017-02-20

赵育(1989-)，女，辽宁开原人，助理工程师。

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