挡渣墙典型设计及稳定性分析
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②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ε和墙与填
土的摩擦角δ,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=γH2Ka。
式中γ——土壤的重度,KN/m3,根据项目区土壤情况γ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ф、粘聚力c、墙背倾角ε、墙摩擦角ð以及填土坡度β有关,通过查表取0.68。
带入数据得:Pa=56.61KN。
挡渣墙重度γ1=24KN/m3,墙自重W=(1+1.5)×3×24/2=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=Pa×sin(ð+ε);
Pay——主动土压力的竖直分力,KN/m,Pay= Pa×cos(ð+ε);
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+56.61×sin30°) ×0.6/(56.61×con30°)=1.45≥1.3时,挡渣墙能够稳定,不会发生滑动危险。
B抗倾覆分析
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=(W×a+Pay×b)/(Pax×h)
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=(90×0.41+56.61×sin30°×1.34)/(56.61×con30°×10)
=1.53≥1.5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σmax和最小应力σmix,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+(Pax×h)/W-(Pay×X3)/ W- (W1×X1) /W- (W2×X2) /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σmax和最小应力σmix。
根据土力学的知识,可得
=W(1 6e/D)/D
σm ax
m in
σmax=117.84KPa,σmix=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。
(σmax+σmin)/2≤f
max≤1.2f
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,(σmax+σmin)/2=60 Kpa≤f=180 Kpa,σmax=117.84≤1.2f=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。