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1、 挡渣墙典型设计及稳定性分析挡渣墙的不稳定性主要有三种情况:滑动、倾覆和塌陷。A 抗滑分析挡渣墙主要受自重W、主动土压力Pa和被动土压力Pp以及地基对挡渣墙的摩擦阻力F(需要计算,在图中未表示出来),如图4-4-1。主动土压力Pa是挡渣墙背后填土对挡渣墙的推动力,而被动土压力Pp是挡渣墙前面填土对挡渣墙的阻力,因此在抗滑稳定分析中,不考虑Pp。目前,对土压力的计算,运用得比较广的是法国学者库仑在1776年提出来的库仑土压力理论,该理论充分考虑了墙背倾角和墙与填土的摩擦角,适用范围较广。但是库仑土压力理论有一个缺点:要求填土为理想散粒体,即其粘聚力c=0,而这样的土体在现实中是没有的。工程中,常
2、采用等值内摩擦角法,将c折算成内摩擦角,再用库仑土压力理论进行计算,c折算值可查相关资料。 图4-4-1 抗滑移和抗倾覆稳定性分析示意图首先对挡渣墙在水平方向(滑动方向)上进行受力分析:滑动力,主要是Pa在水平方向上对挡渣墙的力Pax;阻滑力(不考虑Pp),主要是地基对挡渣墙的摩擦阻力F,F是自重W和Pa在竖直方向上分力Pay之和与地基摩擦系数u的乘积,即F=(W+Pay)u。根据库仑土压力理论,主动土压力: Pa=H2Ka。式中 土壤的重度,KN/m3,根据项目区土壤情况取18.5KN/m3;H挡渣墙高度,3m;Ka主动土压力系数,与土壤内摩擦角、粘聚力c、墙背倾角、墙摩擦角以及填土坡度有关
3、,通过查表取0.68。带入数据得: Pa=56.61KN。挡渣墙重度1=24KN/m3,墙自重W=(1+1.5)324/2=90KN/m。抗滑稳定安全系数: Ks=阻滑力/滑力=(W+Pay)u/Pax式中: Ks抗滑稳定安全系数; Pax主动土压力的平分力,KN/m,Pax=Pasin(+);Pay主动土压力的竖直分力,KN/m,Pay= Pacos(+);W挡渣墙自重,KN/m,取18.5KN/m;u基底摩擦系数,根据项目区地质状况u取0.60。带入数据Ks=(90+56.61sin30) 0.6/(56.61con30)=1.451.3时,挡渣墙能够稳定,不会发生滑动危险。B 抗倾覆分析
4、抗倾覆稳定验算以墙趾O点取力矩进行计算,主动土压力的水平分力Pax乘以力臂h为使挡渣墙倾覆的力矩;主动土压力的竖向分力Pay乘以力臂b与墙自重W乘以力臂a之和为抗倾覆力矩。抗倾覆分析: Kt=抗倾覆力矩/倾覆力矩=(Wa+Payb)/(Paxh)式中: Kt抗倾覆稳定安全系数; a、b、h分别为W、Pay、Pax对O点的力臂,m。根据力学的知识可知,a=0.41m,b=1.34m,h=1m。当Kt=(900.41+56.61sin301.34)/(56.61con3010)=1.531.5时,挡渣墙能够稳定,不会产生倾覆危险。C 抗塌陷分析挡渣墙的设计,必须考虑其自重带来的地基承载能力问题,如
5、果墙身设计过重,不仅费材料,而且可能造成地基塌陷。由于一般的挡渣墙都不是规则的矩形,因此其对地基的压力存在一个偏心距e,e的存在使墙体给地基的压力形成一个 图4-4-2抗塌陷分析受力示意图 图4-4-3挡渣墙底部偏心距示意图最大应力max和最小应力mix,使地基承载能力的验算分析比较复杂(见图4-4-2,图4-4-3)。挡渣墙的自重、土压力以及挡渣墙下底的宽度都对偏心距e产生影响。i 偏心距计算由于墙体不规则,因此墙体对基底的应力的作用点不在基底的中心,存在一个偏心距e,使地基偏心受压。仍以以墙趾O点取力矩进行计算,顺时针力矩为负,逆时针力矩为正。将墙体自重分为W1和W2两部分。e等于D/2加
6、上各力矩除以墙体自重W之商。即: 图4-4-4基底应力分布示意图e=D/2+(Paxh)/W-(PayX3)/ W- (W1X1) /W- (W2X2) /W 由力学理论可知,D=1.5m,h=1.0m,X1=0.5m,X2=1.16m,X3=1.34,可计算出e=0.241m。ii 基底应力计算由于存在偏心距e,故地基偏心受压,其压力分布不均匀(如图4-4-4),存在一个最大应力max和最小应力mix。根据土力学的知识,可得=W(16e/D)/Dmax=117.84KPa,mix=2.16KPa。iii 抗塌陷稳定条件要使地基稳定,必须同时满足两个条件。(max+min)/2fmax1.2f 式中: f地基承载能力,Kpa,根据项目区情况和相关资料,取180 Kpa。检验之,(max+min)/2=60 Kpaf=180 Kpa,max=117.841.2f=216 Kpa,能够满足抗塌陷的稳定性要求。 因此,综合以上抗滑移、抗倾覆、抗塌陷三个方面的稳定性分析,本方案中所设计的挡渣墙能够达到稳定。