河岸式砌石挡土墙稳定分析.docx
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河岸式砌石挡土墙稳定分析
河岸式砌石挡土墙稳定分析
摘要：
对河岸式砌石挡土墙进行稳定分析，找出影响其稳定安全的原因。
提出解决的措施。
关键词：
河岸式砌石挡土墙稳定分析
1问题的提出
长江铜陵河段外滩水域素为黄金水道，近年来，沿江许多企业利用江外滩兴建货尝堆尝码头等。
我们发现在临江侧修建浆砌石挡土墙时，或由于基础处理不当，或由于结构设计不合理，有50%以上的挡土墙存在有质量问题，有的沉陷变形，有的产生裂缝，有的甚至倾覆倒塌，造成工程设施局部或整体损坏。
而由我局设计的几处码头浆砌石挡土墙，由于经过稳定验算，设计合理，对几个关键技术问题进行了处理，工程一直运行良好，特简介如下。
2地质条件与参数的选取
以我们设计过的江边华德运输公司的货场挡土墙为例，来进行分析。
根据勘测资料，回填土采用当地回填土，其力学性质取干容重1.55t/3，天然湿容重1.85t/3，饱和容重2.05t/3，内摩擦角27度，粘聚力很小忽略为0。
江岸滩地的土质属淤泥质土层，是软粘土的一种典型代表，其力学性质主要有：
⑴强度极低。
标准贯入击数N＜3，故承载力极低。
从河海大学《土力学》中选取值一般为7~10t/3。
⑵压缩性很大，压缩系数＞0.052/kg，因此基础沉降很大。
⑶渗透性很校因而固结过程需要较长时间，沉降较慢。
3结构断面尺寸的选择与比较
3.1普通重力式挡土墙
3.1.1荷载组合
取完建期（没有江水顶托，属不利运行状态）的情况进行稳定计算与比较，作用的荷载有：
挡土墙自重，墙背填土重，水平土压力。
由于完建期是在枯水期，故基底浮托力不计。
3.1.2土压力
按主动土压力公式：
Pa=0.5rH2Ka=15.13t
式中Ka为主动土压力系数。
Ka＝tg2（45-0.5ψ）=0.3755
3.1.3结构受力分析
完建期重力式挡土墙受力情况表（取单位长度，对迎水面趾脚求矩）
荷载名称
计算式
竖直力（t）
水平力（t）
力臂（）
力矩（t-）
向下
向上
向右
向左
顺时针
逆时针
水平土压力
0.5*1.85*6.62*0.375
15.13
2.2
33.29
土重
三角形
0.5*2.6*5.6*1.85
13.47
2.63
35.43
矩形
5.6*0.2*1.85
2.07
3.6
7.45
自重
底板
3.7*1*2.5
9.25
1.85
17.11
直墙
0.5*5.6*2.5
7
0.65
4.55
斜墙
0.5*2.6*5.6*2.5
18.2
1.77
32.21
合计
49.99
15.13
96.75
33.29
3.1.4安全验算
⑴合力的偏心距：
e=B/2－∑/∑G=0.58（偏临水面）
其中B为底板宽度。
⑵地基反力：
最大бax＝∑G/A（1＋6e/B）=26.21（t/2）
最小бin＝∑G/A（1－6e/B）=0.81（t/2）
⑶压力分布不均匀系数η＝бax/бin=32.3＞2。
不满足
⑷平均基底压力б＝（бax+бin）/2=13.5。
太大，也不满足。
⑸抗滑稳定安全系数K=f∑G/∑H=1.32＞1.25。
满足。
⑹倾稳定安全系数K＝抗倾力矩/倾覆力矩=2.9＞1.2。
满足。
从上可看出，基底应力大于淤泥土的允许承载力，且分布不均。
故需要进行地基处理。
目前地方上常用的一种经济可行的处理方法为“垫层法”。
它是以“就地取材”为原则，把靠近基底的淤泥挖去，而代之以人工回填的砂土层作为持力层，其作用有三：
①增加地基稳定性。
②减少基础沉降量。
③加速软土地基的固结，提高地基的强度。
砂垫层设计时，有两种处理办法：
一种是假定垫层是地基础土质的一部分；一种是假定垫层是建筑基础的一部分。
目前通常把砂垫层作为“基幢来考虑。
详见后面的计算。
3.2衡重式挡土墙
普通重力式挡土墙由于结构体积庞大，重量都比较大，耗材较多，并不经济，此外，挡墙座落在江边软基上，因基底压力分布不均，也将造成地基处理的工作量加大。
而衡重式挡土墙，则可利用减重台上的填土重量增加墙身的稳定，并使地基应力分布比较均匀，在材料用量上要比简单的梯形截面减少10%~20%。
见下图截面，两者相比，衡重式挡土墙节省材料10%。
3.2.1荷载组合
亦取完建期的情况，荷载与重力式挡土墙大致相同。
3.2.2水平水压力
与重力式挡土墙相同，为15.13t。
3.2.3受力分析
完建期衡重式挡土墙受力情况（取单位长度，对迎水侧趾脚求矩）
荷载名称
计算式
竖直力（t）
水平力（t）
力臂（）
力矩（t-）
向下
向上
向右
向左
顺时针
逆时针
水平土压力
0.5*1.85*6.62*0.375
15.13
2.2
33.29
土重
三角形
0.5*1.1*3.3*1.85
3.358
1.63
5.47
矩形
2.2*3.3*1.85
13.431
3.1
41.64
挡墙自重
前趾
1*0.4*2.5
1
0.2
0.2
直立墙
0.5*6.6*2.5
8.25
0.65
5.36
厚墙
3.3*1.1*2.5
9.075
1.45
13.16
三角
0.5*1.1*3.3*2.5
4.537
1.27
5.76
减重台
0.5*2.2*3.3*2.5
9.075
2.73
24.77
合计
48.726
15.13
96.36
33.29
3.2.4安全验算－方法相同
⑴合力的偏心距e=-0.29（偏背水面）
⑵地基反力бax＝45.56（t/2）
бin=3.17（t/2）
⑶压力不均匀系数η＝бax/бin=14.3＞[η]。
不满足
⑷平均基底压力б＝24.36。
太大，不能满足。
⑸抗滑稳定安全系数K=f∑G/∑H=1.29＞1.25。
满足
⑹倾稳定安全系数K＝2.89＞1.2。
满足
从上可以看出，基底压力及其分布均不满足要求，故需进行换基处理。
3.2.5换基后的地基验算
用垫层法换基后，假定垫层是基础的一部分，则垫层把基础底面的压力扩散到砂垫层的底部，砂垫层的底部即看作建筑物的“新基幢底面。
根据土力学公式，此时砂垫层应满足：
rd+B/B’p≤[p]（D+d）
其中式中：
r－为砂垫层的容重，这里r=1.85t/3
p－为基底的设计荷载，当偏心荷载时，可近似地按基底平均压力计；
B’－为新基础底宽。
B’=B+2dtgθ＝3.0（应力扩散角θ取35度，垫层深d取0.7）
[p]（D+d）－砂垫层底部处天然土的允许承载力。
参照《土力学》中有关淤泥质土的许可承载力，当基础底宽大于等于3米、或埋深大于1.5米时，采用修正公式：
[p]（D+d）＝[p]表＋Br1（B-3）+Dr2（D-1.5）=19.25t/2
[p]表－查表得10t/2
D－基础埋深的修正系数，查表得D=5
r2－基础底面以上土的容重，取1.85
平均埋深取2.5米，即前趾埋0.8米，比较符合实际情况。
则rd+B/B’p=17.53≤[p]（D+d），满足要求。
3.2.6新基底压力分布不均匀系数
重复上述受力分析过程，就可得出地基反力分布情况。
此时合力的偏心距仅为-0.06。
压力分布不均匀系数η＝1.27＜[η]=2。
满足要求。
4需要注意的几个细节
⑴砂垫层的砂料，应以中粗砂为好，砂质要干净，其含泥量应小于3%。
垫层的密度一般要求在中等密度以上，即要求控制的孔隙比Ε≤0.75,或干容重rd≥1.6t/3。
⑵为适应地基沉降，每隔一定距离必须分缝，分缝的间距不能太大，一般宜控制在10~20之间，尤其是挡土墙轴线的转角处、荷载急剧变化点，需增设沉降缝。
⑶墙背后需设置一道反滤排水孔，孔内填土侧填筑反滤料，以确保能及时排除土体中水分，保持土的抗剪强度与含水率，从而保证墙背面的水平土压力在设计情况下，变化幅度不致过大。
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