抗倾覆稳定性验算

■Ｉ　篓．　挡土墙抗倾覆稳定性分析　黄勇　摘要：通过理论推导得出挡土墙抗倾覆稳定新安　全系数新定艾，该抗惭覆稳定安全系数与地基极限承　栽力太小有确定的关系，常规的抗倾覆稳定安全系数定　义偏于不安全　通过算例分析．该方法所确定的抗倾覆　稳定安奎系数较常规值小．可用于妻际工程设计　关键词：挡土墙，抗倾覆稳定安全系数新定ｊＬ，算例　分析　１前言　从大量的重力式挡土墙破坏实例分析来看．挡土　墙的破坏概率比较大，而挡土墙因平移滑动而失稳实例　很少，多数失稳则属于倾覆失稳＝其原因可能是抗倾覆　稳定性安全贮备不够，因此，有必要对挡土墙抗倾覆稳　定性进行研究　挡土墙倾覆稳定破坏前一瞬时．挡土墙基底与地　基是相互接触的、且一般为面接触，并非点接触，因此，　此时地基反力的作用线不通过墙踵，基底反力对挡土　墙产生倾覆力矩：而挡土墙抗倾覆稳定安全系数，应该　根据挡土墙发生倾覆稳定破坏前一瞬时的平衡条件确　定之，本文由此得出挡土墙倾覆稳定安全系数与地基　极限承载力大小有确定的关系，与发生倾覆稳定破坏　前一瞬时的基底反力大小和分布有关。　文献【３】提出根据转动中心确定挡土墙倾覆稳定性　安全系数的计算方法，但得先经验地确定转动中心．随　意性较大。认为挡土墙倾覆稳定性破坏时．转动中心随　地基土的性质变化，硬质岩石地基的转动中心是墙趾，　软粘性土是墙重力作用线与墙底交点位置．转动中心　的具体位置要根据地基土的软硬程度经验地确定．并　假定地基反力为三角形分布。但这这样假定会出现与　实际不符的情况，如挡土墙倾覆破坏前地基反力有可　能超过地基极限承载力；当软粘土的转动中心在挡土　墙重力作用线上时，挡土墙的重力对挡土墙抗倾覆稳　定无影响。　２抗倾疆稳定性安全系数新定义　通过理论分析和实例分析认为，挡土墙之所以产　生倾覆稳定性破坏是因为墙后土压力太大。地基反力　分布一般开始接近梯形分布，当墙后土压力增大到一　定值时，地基反力会出现重薪分布，变化为接近三角形　分布；墙后土压力继续增大到一定值时，地基最大反力　可能会达到地基极限承载力，地基出现塑性，这时出现　塑性部分的地基反力不再增加，产生较大的地基沉降，　地基反力分布将接近矩形与三角形的组合型分布；最　后，当挡土墙即将发生倾覆稳定破坏时，可假定地基反　力为矩形．其值为地基的极限承载力，墙踵一侧的地基　２／２００２　ＣＨＩＮＥＳＥ　ＡＮＤ　ＯＶＥＲＳＥＡＳ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　反力为零，地基反力分布宽度可小于墙底的宽度。　挡土墙抗倾覆稳定性安全系数的定义：若将墙后　土压力水平分力增大到使挡土墙出现倾覆稳定破坏，　此时的作用于墙上的水平土压力与实际墙后水平土压　力的比值，即可定义为挡土墙抗倾覆稳定性安全系数。　而该挡土墙抗倾覆稳定性安全系数可以通过挡土墙倾　覆稳定性破坏之前的静力平衡条件来求得。　３挡土墙倾疆破坏的受力分析　如图１所示，挡土墙在一般受力状态下是倾覆稳　定的，只有在最不利的情况下，如主动土压力增加．挡　土墙才有可能出现倾覆稳定破坏，因此，可考虑增大主　动土压力的水平分力，竖向土压力分力不考虑增加，给　挡土墙施加一个增大后的水平主动土压力ｋｔＥａｘ，随着　ｋ１的增加，墙趾部分的地基反力增大，增大至地基极限　承载力时将不再增加，墙踵部分的地基反力减小．喊小　至零时，基底与地基分离。挡土墙将出现倾覆稳定破坏　时，ｋｔ增加到最大值，该最大的ｈ即为挡土墙抗倾覆稳　定安全系数。　挡土墙在倾覆稳定破坏发生前一瞬时应处于平衡　受力状态，因此，可由竖向方向的力平衡得　

２０１１年１２月　第ｌ２期总第４６１期　水运工程　Ｐｏｒｔ＆Ｗａｔｅｒｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｃ．２０１１　Ｎｏ．１２　Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．４６１　

一　格形钢板桩抗倾覆稳定性计算新方法术　伍晓峰　’。，　（１．龙岩学院，福建龙岩３６４００；２．中刘祚秋　山大学工学院，广东广州５１０２７５）　

摘要：通过对现行主要格型钢板桩抗倾覆稳定性分析方法进行分析研究的基础上，提出了一种新的分析计算方法，即　“修正分离法”。假设格内填料的自重不直接参与抗倾，而是通过它对格壁产生侧向土压力和摩擦力来体现其参与抗倾工　作的机制和程度，从而对传统的ＴＶＡ分离法进行修正，给出了更为优化的计算方法。并通过实例计算，与现行５种方法的计　

算结果进行比较，验证了该计算方法的合理性和实用性。　关键词：格型钢板桩；抗倾覆稳定性；修正分离法　中图分类号：Ｔｕ　４７３．１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００２—４９７２（２０１　１）１　２—００４５—０５　

Ｎｅｗ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｇａｉｎｓｔ　ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ　ｏｆ　ｃｅｌｌｕｌａｒ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔ　ｐｉｌｅ　ＷＵ　Ｘｉａｏ—ｆｅｎｇ　．－．ＬＩＵ　Ｚｕｏ—ｑｉｕ　（１．Ｌｏｎｇｙａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｏｎｇｙａｎ　３６４０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｕｎ　Ｙａｔ—ｓｅｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０２７５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｍａｉｎ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｇａｉｎｓｔ　ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ　ｏｆ　ｃｅｌｌｕｌａｒ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔ　ｐｉｌｅ，ａ　ｎｅｗ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ，“ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ”，ｉｓ　ｒａｉｓｅｄ：ａｓｓｕｍｉｎｇ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｇｒａｖｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐａｃｋｉｎｇ　ｉｎｓｉｄｅ　ｔｈｅ　ｃｅｌｌｕｌａｒ　ｓｈｅｅｔ　ｄｏｅｓ　ｎｏｔ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｐａｒｔｉｃｉｐａｔｅ　ｉｎ　ａｎｔｉ—ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ，ｉｎｓｔｅａｄ，ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ａｎｔｉ—ｏｖｅｒｔｕｒｎｉｎｇ　ａｒｅ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｌａｔｅｒａｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｉｌ　ａｇａｉｎｓｔ　ｔｈｅ　ｗａｌｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｅｌｌｕｌａｒ　ｓｈｅｅｔ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ　ａｍｅｎｄｍｅｎｔ　ｉｓ　ｍａｄｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ“ＴＶＡ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ”，ａｎｄ　

五、施工计算

1、抗倾覆稳定性验算

本工程基坑最深米左右，此处的土为粘性土，可以采用“等值梁法”进行强度验算。

首先进行最小入土深度的确定：

首先确定土压力强度等于零的点离挖土面的距离y，因为在此处的被动土压力等于墙后的主动土压力即：

Ｐａｔ０ｔＰ０

yKPyHKyKabap

apbKKPy

式中：Pb 挖土面处挡土结构的主动土压力强度值，按郎肯土压力理论进行计算即

aabKcHKHP2212

 土的重力密度 此处取18KN/m3

pK 修正过后的被动土压力系数（挡土结构变形后，挡土结构后的土破坏棱柱体向下移动，使挡土结构对土产生向上的摩擦力，从而使挡土结构后的被动土压力有所减小，因此在计算中考虑支撑结构与土的摩擦作用，将支撑结构的被动土压力乘以修正系数，此处φ=28°则K=

93.42452tgKKp

aK 主动土压力系数 361.02452tgKa 经计算y=

挡土结构的最小入土深度t0:

xyt0

x可以根据P0和墙前被动土压力对挡土结构底端的力矩相等来进行计算

mKKPytap9.2600

挡土结构下端的实际埋深应位于x之下，所以挡土结构的实际埋深应为

mtKt5.302（k2 经验系数此处取）

经计算：根据抗倾覆稳定的验算，36号工字钢需入土深度为米，实际入土深度为米，故：能满足滑动稳定性的要求

2、支撑结构内力验算

主动土压力：aaaKcHKHP2212

被动土压力：pppcKKHP2212

最后一部支撑支在距管顶的地方，36b工字钢所承受的最大剪应力

dIQdIQSSzxxz*maxmax*maxmaxmax

,3.30*maxcmISzx d=12mm,经计算 aMP6.26max

五、施工计算

１、抗倾覆稳定性验算

本工程基坑最深11、0米左右，此处得土为粘性土,可以采用“等值梁法”进行强度验算。

首先进行最小入土深度得确定：

首先确定土压力强度等于零得点离挖土面得距离y,因为在此处得被动土压力等于墙后得主动土压力即：

ｔ０ＰａＰ０ｔ

式中：Pb 挖土面处挡土结构得主动土压力强度值，按郎肯土压力理论进行计算即

土得重力密度 此处取18KＮ/m3

修正过后得被动土压力系数（挡土结构变形后，挡土结构后得土破坏棱柱体向下移动,使挡土结构对土产生向上得摩擦力,从而使挡土结构后得被动土压力有所减小,因此在计算中考虑支撑结构与土得摩擦作用,将支撑结构得被动土压力乘以修正系数,此处φ＝２8°则Ｋ=１、７8

主动土压力系数

经计算y=1、5m

挡土结构得最小入土深度t0：

x可以根据P０与墙前被动土压力对挡土结构底端得力矩相等来进行计算

挡土结构下端得实际埋深应位于x之下，所以挡土结构得实际埋深应为

(k2 经验系数此处取１、２)

经计算：根据抗倾覆稳定得验算,36号工字钢需入土深度为3、5米,实际入土深度为3、７米,故：能满足滑动稳定性得要求

２、支撑结构内力验算

主动土压力:

被动土压力：

最后一部支撑支在距管顶0、5m得地方，3６b工字钢所承受得最大剪应力

d=１2ｍm，经计算

３6ｂ工字钢所承受得最大正应力

经过计算可知此支撑结构就是安全得

3、管涌验算：

基坑开挖后，基坑周围打大口井两眼,在进出洞口得位置,可降低

经计算

因此此处不会发生管涌现象

４、顶力得计算

工程采取注浆减阻得方式来降低顶力.

φ１800注浆后总顶力为：

Ｆ=ｆo、S*0、３＝２5*６67/10*0、3*１、1=55０ｔ

ｆo—土得摩擦阻力,一般为25KN/m2

S-土与管外皮得摩擦面积