地基反力

文章编号

:1007

O

2993(2003)06

O

0315

O04

关于挡土墙的地基承载力验算及抗倾覆

稳定性验算方法的探讨

黄太华饶英明谭萍

(

中南林学院建工学院

,

湖南长沙410004)

编者按

挡土墙的抗倾覆问题

,

确有许多值得研究的地方

,

比如墙背摩擦力

的影响

,

嵌固深度对抗倾覆安全系数的影响等

;

在计算中会发现一些值得研究的有

趣现象。挡土墙在偏心荷载作用下的地基承载力和抗倾覆问题

,

过去是分别验算

的

,

该文讨论了二者的关系

,

提出了一个新的看问题的角度。读者可对此展开学术

讨论。

【摘要】通过对影响挡土墙抗倾覆稳定性问阳性体征 题的深入分析

,

提出了一种引入挡土墙主动土压力分项系数

进行挡土墙抗倾覆稳定性验算的新方法。该方法将挡土墙的地基承载力验算与抗倾覆稳定性验算合并

,

概念清

晰且计算结果可靠

,

并能与现行《建筑结构可靠度设计统一标准》

(GB50068

—

2001)

及《建筑结构荷载规范》(GB

50009

—

2001)

协调一致。

【关键词】挡土墙

;

地基承载力

;

抗倾覆

;

稳定性验算

【中图分类号】

U213

11

StudyontheMethodofCheckingComputationforRetainingWall

’

s

GroundBearingCapacityandtheAnti

OoverturningStability

【

Abstract

】

Throughana七大洲面积最小 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

《建筑地基基础设计规范》

(GB50007

—

2002)

的条文说明中对挡土墙的抗倾覆和抗滑

移稳定性验算有以下描述

:

对于重力式挡土墙

的稳定性验算

,

许多设计者反映

,

重力式挡土

墙的稳定性验算

,

主要由抗滑稳定性控制

,

而

现实工程中倾覆稳定破股市入门基本知识 坏的可能性又大于滑

动破坏。说明过去抗倾覆稳定性安全系数偏

低

,

这次稍有调整

,

由原来的

1

1

5

调整成

1

1

6

。

笔者经过分析认为

,

规范在该问题上的处

理方法存在诸多不妥之处

,

没有从根本上找到

解决挡土墙抗倾覆稳定性问题的方法。现在

的挡土墙设计中

,

在挡土墙抗倾覆安全系数计

算值一致的情况下

,

真实的挡土墙抗倾覆安全

度其实是不一样的

,

理由如下:

1)

规范中的挡土墙抗倾覆稳定性缝隙是什么意思 验算是

以墙趾作为支点的

,

这就要求墙趾是一个能提

供无限大的支承反力的支点,而实际的情况应

该是建立在地基反力基础上的支点必然在墙

趾的内侧,由此导致抗倾覆力矩

M

R

计算值比

实际值偏大,即计算的抗倾覆安全系数

K

比

实际的抗倾覆安全系数

K

要大,故计算的抗

倾覆安全系数

K

不能反映真实的抗倾覆安全

度。

2)对于不同的地基将有不同的地基承载

力,由于抗倾覆安全系数

K

的计算未包含地

基承载力的影响,所以按计算得出的相同的抗

倾覆安全系数

K

其安全度是不一样的新车临时牌照能用多久 。在抗

倾覆安全系数计算值相同的情况下,实际情况

是:承载力高且压缩性低的地基实际的抗倾覆

安全度偏高,而承载力低且压缩性高的地基实

际的抗倾覆安全度偏低。

3)根据土压力与变形的关联关系,按极限

平衡状态建立起来的主动土压力公式的计算

主动土压力值有可能比实际的主动土压力值

要低,其值应介于主动土压力计算值与静止土

压力值之间,这将引起挡土墙倾覆力距

M

S

计

算值偏低,即挡土墙抗倾覆安全系数

K

计算

值偏高;同时还引起基底最大反力

p

max

计算

值偏低。

4)用于主动土压力计算的粘聚力

c

和内

摩擦角

应按标准值取值,由于取值上的随意

性及无很好的施工控制措施,往往导致取用值

比实际值偏大,这也是导致主动土压力计算值

比实际值偏小的原因。

5)对于高度较大的挡土墙采用主动土压

力增大系数

c

的方法不是解决挡土墙问题

的合理方法。

另外,在挡土墙抗倾覆和抗滑动稳定性验

算中仍采用安全系数作为安全度的评价方法

与现行的规范体系不相协调。

笔者经过分析认为,可采用引入主动土压

力分项系数的方法,通过保证地基承载力来同

时满足抗倾覆稳定性的要求。

1基本原理及公式

挡土墙(见图1),在主动土压力

E

a

和挡

土墙自重

G

的综合作用下,对挡土墙底部将

形成一偏心距为

e

S

、大小为

G

的竖向作用。

假定修正后的地基承载力特征值为

f

a

,挡土墙

底部的最大地基反力为

p

max

,令

p

max

=112

f

a

,按

地基总反力

P

等于挡土墙自重

G

的原则,可

求出地基总反力作用线与挡土墙底部几何中

心线的距离

e

R。

图

1

挡土墙受力分析图

1)挡土墙主动土压力

E

a

与挡土墙自重

G

的合力作用线到挡土墙基底中心线的距离

eS

的计算

e

S

=[

E

a

z

+

G(知识经济时代 b

d

/2-

x)]/G(1)

2)地基最大反力

p

max

=112

f

a

、且地基力

总反力

P

等于挡土墙主动土压力

E

a

与挡土

墙自重

G

的竖向合力时,对应的地基总反

力作用线到挡土墙基底中心线的距离

e

R

的

计算

假定在此极限状态时的地基反力为三角

形分布,

为地基总反力作用线到墙趾的距

离。

G

=1/2

p

max

3

a

=118

f

a

则

a

=

G/(

118

f

a

)

e

R

=

b

d

/2-

a

=

b

d

/2-

G/(

118

f

a

)(2)

根据

e

S

与

e

R

的相对大小关系有以下三

种可能:

①当

e

S

<

e

R

时,挡土墙处于一种安全

状态,它出现在修正前地基承载力特征值

f

ak

偏大的时候;

②当

e

S

=

e

R

时,挡土墙处于一种极限

状态,它出现在修正前地基承载力特征值

f

ak

适中的时候;

③当

e

S

>

e

R

时,挡土墙处于一种不安

全状态,它出现在修正前地基承载力特征值

f

ak

偏小的时候。

以上各种状态见图2分图(a)(b)(c)

。

图

2

挡土墙抗倾覆的三种状态

按《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB

50068—2001)第71014条,在进行抗倾覆稳定

性验算时,当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110;当

可变荷载效应对结构构件的承载能力不利时,

在一般情况下应取为114。按以上原则,对挡

土墙的自重

G

的荷载分项系数可取为110;

考虑到可适当降低挡土墙的安全度,一般情况

下将可变荷载分项系数乘以019后可得挡土

墙主动土压力分项系数

E

,可取为1125。将

挡土墙的主动土压力

E

a

进行修正后可求得

相应的

e

S

,当

e

S

<

e

R

时,挡土墙处于一种安全

状态。

对不同高度、不同重要性的挡土墙,建议

引入挡土墙重要性等级的概念,可将挡土墙分

为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级,其挡土墙主动土压力分项系数

E

依次可取为1140、1125、1110。

2算例

对某无地下水作用的直立式挡土墙,基本

参数如下:填土内摩探角

=30,粘聚力

c

=

0,填土容重

s

=18kN/m

3

,挡土墙容重

=

22kN/m

3

,假定墙后填土与挡土墙间无摩擦

力存在;挡土高度为

h

=3000mm,挡土墙顶

部宽度

b

u

=500mm,挡土墙底部宽度

b

u

=

1250mm。

解:1)安全系数

K

、相应的最大地基反力

p

max

及需要的修正后的地基承载力

f

a

的计算

①主动土压力的计算

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挡土墙自重相关参数的计算

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抗倾覆安全系数

K

的计算

K

=

Gx/(E

a

z)

=5717501786

/(

271

)=

1168>116满足规范要求

④相应的最大地基反力

p

max

的计算

主动土压力与挡土墙自重的合力对基底

中心线的偏心

e

为:

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将

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载力

f

a

的计算

p

max

=112

f

a

=9213kPa则

f

a

=7619kPa

2)已考虑

E

的

e

S

的计算

e

S

=[

E

E

a

z

+

G

(

b

d

/2-

x

)]/

G

=[1125

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

01423,m

3)当

e

S

=

e

R

时的

f

a

需要值的计算

1/2

p

max

3

a

=

G

=57175将

a=

b

d

/2-

e

R

=1125/2-01423=01202m

p

max

=112

f

a

代入

得

f

a

=1581新年灯笼简笔画 8kPa

由于前提条件为

e

S

=

e

R

,故此时挡土墙处

于极限状态。

4)当

f

a

=7619kPa时的

e

R

值

1/2

p

max

3

a

=

G

=57175

p

max

=112

f

a

=1127619=9213,kPa

得

a

=01417m则

e

R

=

b

d

/2-

a

=

1125/2-01417=01208m<

e

S

=01423m

由于

e

S

>

e

R

,故此时挡土墙无合适的抗倾

覆安全储备。

5)当

f

a

=180kPa时的

e

R

值

1/2

p

max

3

a

=

G

=57175

p

max

=112

f

a

=112180=216,环保演讲稿 kPa

得

a

=01178m则

e

R

=

b

d

/2-

a=

1125/2-01178=01447m>

e

S

=01423m

由于

e

S

<

e

R

,故此时挡土墙处于有相当安

全储备的状态

从以上的计算可以看出,

e

R

是一个与

f

a

有关的量,它随地基承载力

f

a

的增大而增大,

而

e

S

是一个同

E

a

及

G

相关的量,即

e

S

包含

了以前抗倾覆安全系数

K

的内涵。

3结论

1)对已计入

E

的影响后的

e

S

,当

e

S

≤

eR

时,挡土墙既能满足向量夹角的范围 地基承载力的要求也能满

足抗倾覆稳定性的要求。

2)由于土的弹塑性性质,实际的

e

R

值要

比计算的

e

R

值大,故实际的抗倾覆安全度较

计算结果要高,其程度有待进一步探讨。

3)本文仅为某特定情况下的直立式挡土

墙的验算,由于墙背土与墙背的摩擦力的存在

将使前述计算偏于安全,对于一般情况下的计

算有待进一步具体化。

4)该方法简单明了,且与《建筑结构可靠

度设计统一标准》(GB50068—2001)相协调,

彻底放弃了安全系数法,概念清晰、使用方便。

参考文献

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标准

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中国建筑工业出版社

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中国建筑工业出版社

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5

中南地区通用建筑标准设计

.92ZG901.

重力式

挡土墙.

收稿日期

:2003

O

05

O19

318岩土工程技术

1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,htsrerved.

__

2003年第6期