重力式挡土墙的稳定性与强度验算

如题所述

1.作用在挡土墙的力系

作用在挡土墙的力系,按其作用性质分为永久作用(主要力系)、可变作用(附加力系)和偶然作用(特殊力)。

永久作用(主要力系)是指经常作用在挡土墙的各种力,如图2-13所示,包括:

1)挡土墙自重力(G)及位于墙上的恒载;

2)作用于墙上的主动土压力(Ea)(包括作用在墙后填料破裂体上的荷载,简称超载);

3)基底的法向反力(N)及摩擦力(T);

4)墙前土体的被动土压力(Ep);

5)浸水挡土墙常水位时的静水压力及浮力。

可变作用(附加力系)是季节性作用于挡土墙上的各种力,包括季节性洪水时的静水压力及浮力、动水压力、波浪冲击力、冻胀压力、冰压力等。

图2-13 作用在挡土墙的主要力系

偶然作用(特殊力)是偶然出现的力,如地震力、施工荷载及水流漂浮物的撞击力等。

在一般地区,挡土墙设计仅考虑主要力系的前4项,在浸水地区还应考虑附加力,而在地震地区还应考虑地震力对挡土墙的影响。各种力的取舍,应根据挡土墙所处的具体工作条件,按可能的最不利组合为设计依据。具体如下:

组合Ⅰ:挡土墙结构重力、墙顶上的有效永久荷载、填土重力、填土侧压力及其他永久荷载组合;

组合Ⅱ:组合Ⅰ与基本可变荷载(人群和车辆荷载等)相组合;

组合Ⅲ:组合Ⅱ与其他可变荷载、偶然荷载相组合。

2.挡土墙的稳定性验算

(1)抗滑稳定性验算

建筑边坡工程技术规范》(GB 50330—2002)规定重力式挡土墙的抗滑稳定性验算式为

地质灾害防治技术

式(2-9)~式(2-13)中:Kc为抗滑稳定性系数;G为挡土墙每延米自重(kN/m);Ea为挡土墙墙背每延米主动岩土压力合力(kN/m);a为挡土墙墙背倾角(°);a0为基底倾斜角(°);μ为挡土墙基底与地基岩土间的摩擦系数,由试验确定,也可参照表2-9选用;δ为岩土对挡土墙墙背摩擦角(°),如图2-13所示,可参照表2-10选用。

(2)抗倾覆稳定性验算

《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330—2002)规定重力式挡土墙的抗倾覆稳定性验算式为

地质灾害防治技术

表2-9 挡墙基底与地基岩土间的摩擦系数(μ)

表2-10 岩土对挡墙墙背摩擦角(δ)

注:为墙背后岩土的内摩擦角(°)。

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式(2-14)~式(2-18)中:K0为抗倾覆稳定性系数;z为岩土压力作用点至墙踵的高度(m);x0为挡土墙重心至墙趾的水平距离(m);b为挡土墙基底的水平投影宽度(m);其他符号意义同前。

3.基底应力及合力偏心距验算

基底合力的偏心距可按下式计算

地质灾害防治技术

式中:e为基底合力偏心距;Nd为作用于挡土墙基底上的垂直力组合设计值;Md为作用于挡土墙基底形心的弯矩组合设计值。

基底压应力(σ)按下列公式计算:

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位于岩石地基上的挡土墙,

地质灾害防治技术

式(2-20)~式(2-22)中:σ1为挡土墙墙趾的压应力(kPa);σ2为挡土墙墙踵的压应力(kPa);B为挡土墙基底宽度(m),倾斜基底为其斜宽;A为挡土墙基底每延米的面积(m2),矩形基础为基础宽度×1m;其他符号意义同前。

合力偏心距直接影响到基底应力大小和性质(拉或压)。一般来说,在挡土墙设计时应控制偏心距,并符合规范要求。如偏心距过大,即使基底应力小于地基容许承载力,但因基底应力分布的显著差异,也可能引起基础不均匀沉降,从而导致墙身倾斜。

4.偏心荷载作用的承载力验算

1)挡土墙偏心压缩承载力可按下式计算:

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式中:N为荷载设计值产生的轴向力(kN);A为截面积(m2);f为砌体抗压强度设计值(kPa);φ为高厚比和轴向力的偏心距对受压构件承载力的影响系数。

当0.7y<e<0.95y时,除按上式进行验算外,并按下式进行正常使用极限状态验算:

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式中:Nk为轴向力标准值(kN);fm,k为砌体弯曲抗拉强度标准值,取fm,k=1.5ft,m,ft,m表示砌体抗弯曲抗拉强度设计值(kPa);w为截面抵抗矩(kN·m);e为按荷载标准值计算的偏心距;其他符号意义同前。

当e>0.95y时,按下式进行计算:

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式中符号意义同前。

2)受剪构件的承载力按下式计算:

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式中:V为剪力设计值(kN);fv为砌体抗剪强度设计值(kPa);σk为荷载标准值产生的平均压力(kPa),但仰斜式挡土墙不考虑其影响;其他符号意义同前。

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