淺談?chuàng)跬翂Φ脑O(shè)計與維護

淺談?chuàng)跬翂Φ脑O(shè)計與維護

0擋土墻定值設(shè)計的必要性現(xiàn)在，隨著社會經(jīng)濟的不斷擴大，中國經(jīng)濟發(fā)展迅速，尤其是水利工程，導(dǎo)致了人們對生活的關(guān)注。在水利工程施工過程中,會存在比較復(fù)雜的施工環(huán)境,如地形起伏較大、場地不平整等,面如復(fù)雜多變的環(huán)境,如何保障工程安全、按時完成時投資者和建設(shè)者共同關(guān)注的話題,采用擋土墻進行施工防護是維護水利工程施工安全的重要措施。水利工程施工過程中,采用擋土墻可以大幅度提高工程安全性,對潛在的崩塌、滑塌等地質(zhì)災(zāi)害可以起到很到的預(yù)防和防護作用,同時對于人工建造的陡坡和斜坡也能起到較大的穩(wěn)定作用。從結(jié)構(gòu)上講,擋土墻可以分為重力式擋土墻、懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻。對于擋土墻,尤其是重力式擋土墻,鑒于其結(jié)構(gòu)簡單、施工方便和就地取材的有點,在水利工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用。鑒于擋土墻在水利工程中起到較大的安全防護作用,因此對于擋土墻的安全分析顯得尤為必要,當(dāng)前多采用安全系數(shù)法為度量,但是定值設(shè)計方法對于土壤的各項物理力學(xué)指標(biāo)的隨機性無法進行定量分析,使得擋土墻的定值計算方法的安全系數(shù)偏于不安全,甚至產(chǎn)生破壞的現(xiàn)象。鑒于擋土墻的重要作用,本文首先從擋土墻的分類開始介紹,針對常用的重力式擋土墻,分別從可靠度分析模型介紹,然后結(jié)合工程經(jīng)驗介紹了但土墻存在的問題和改進的措施,接著從細節(jié)上介紹了擋土墻在實際水利工程中的應(yīng)用,相關(guān)研究對于未來類似工程提供一定的理論和工程經(jīng)驗支持。1場地高差大、場地起伏鑒于擋土墻施工簡便、占地面積小和施工費用少的特點,因此在水利工程中場地高差大、場地起伏大的情況下較為適用。根據(jù)擋土墻的受力形式,擋土墻主要分為重力式擋土墻、扶壁式擋土墻和衡重式擋土墻等。以下做詳細介紹:1.1土的澆注方式作為水利工程中最為常見的擋土墻形式,以自身重力來維持擋土墻在土側(cè)壓力下穩(wěn)定的重力式擋土墻,在水利工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用。重力式擋土墻多采用石塊、片石或混凝土整體澆注的形式;由于其體積和重量均較大,因此在軟土地基上的應(yīng)用受到了一定程度的應(yīng)用;同時如果擋土墻墻體太高、需要較多的建筑材料,重力式擋土墻在經(jīng)濟上也并不劃算。即在地基較好且擋土墻高度適中的情況下,如果當(dāng)?shù)赜惺峡捎脛t重力式片石擋土墻則是擋土墻形式的首選。關(guān)于擋土墻的具體形式如圖1所示。根據(jù)圖1所示,維持混凝土穩(wěn)定的形式多是根據(jù)自身重量和上部填土質(zhì)量進行設(shè)計的,隨著擋土墻高度的增加,體積也會較大的增加。鑒于漿砌石重力式擋土墻彼此粘結(jié)強度較弱,因此多采用延長墻趾的方式。1.2土墻構(gòu)件設(shè)計作為擋土墻的另一種常見形式,扶壁式擋土墻主要是依靠底板上的填土質(zhì)量來維持擋土墻的穩(wěn)定的擋土墻。懸臂式擋土墻包括底板、直墻構(gòu)成,主要構(gòu)件包括立壁、趾板及踵板等。具體構(gòu)件形式如圖2所示。根據(jù)圖2可知,扶壁式擋土墻結(jié)構(gòu)較為簡單,方便施工,由于踵板的采用,在松軟地基中也能得到較為廣泛的應(yīng)用。如果施工條件對于擋土墻的高度要求較高時,使得力臂下部彎矩較大,使得對于材料的需求較多,扶壁式擋土墻則體現(xiàn)了其經(jīng)濟性。1.3主要結(jié)構(gòu)模型對于衡重式擋土墻,分為空腹衡重式和實心衡重式擋土墻,主要結(jié)構(gòu)如圖3所示。根據(jù)圖3所示,空腹式混凝土擋土墻,由于墻呈空腹?fàn)顟B(tài),可以采取開孔充水或者用渣土填充,這可以較大程度的增加擋土墻的重量,大大增加擋土墻的穩(wěn)定程度。2抗傾覆穩(wěn)定性分析鑒于重力式擋土墻在水利工程中較為常見,同時在水利工程病害檢測中,重力式擋土墻的穩(wěn)定性成為較為常見的病害,根據(jù)查閱相關(guān)文獻和實際工程,穩(wěn)定性是造成重力式擋土墻破壞的主要原因,以下從受力原理上計算重力式擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定性,對于重力式擋土墻的穩(wěn)定性提供理論上的支持。2.1擋土墻土壓力對于擋土墻的穩(wěn)定性,主要是要求擋土墻不發(fā)生圍繞墻趾的傾覆性破壞,計算模型如圖4所示。對于其穩(wěn)定性要求的數(shù)學(xué)表達式如下:式中:M根據(jù)庫倫壓力理論可知,當(dāng)填土表面水平,上部不考慮壓力作用的時候,土壓力計算公式如下所示:式中:主動土壓力系數(shù)Ka;其計算公式如下:式中:γ—墻后填土的重度;H—擋土墻高度;?—內(nèi)摩擦角;α—擋土墻墻背傾角;δ—土對擋土墻墻背的摩擦角。根據(jù)上述分析,可得繞墻趾轉(zhuǎn)動的抗傾覆穩(wěn)定的功能函數(shù),具體如下式所示:式中:G—擋土墻自重;E2.2重力墻的抗滑穩(wěn)定功能函數(shù)的建立對于重力式擋土墻的要求,則要求強身不產(chǎn)生沿基底的滑動破壞,具體如下式所示:式中:F式中:μ—土對擋土墻基底的摩擦系數(shù);a3工程應(yīng)用3.1擋土墻安全分析為了解的抗滑移和抗傾覆穩(wěn)定性驗算在重力式擋土墻安全驗證總的應(yīng)用,需要通過計算對于實際擋土墻進行安全分析。根據(jù)設(shè)計圖紙和實地考察情況,擋土墻墻背傾角α=81.50°,地面均布荷載為10kPa。擋土墻高度為5400mm,觸底寬度為1200mm,土背墻摩擦角δ=9.50°;擋土墻背后為人工填土,γ3.2抗滑移穩(wěn)定性參數(shù)根據(jù)上述公式可知,對于擋土墻的墻背土壓力,根據(jù)庫倫靜止土壓力進行計算,查表可知主動土壓力系數(shù)K對于重力式擋土墻的抗滑移穩(wěn)定性系數(shù)計算如下式:帶入規(guī)范取值參數(shù),需要滿足K對于重力式擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)計算如下式:帶入規(guī)范取值參數(shù),需要滿足K代入工程中實際計算參數(shù),可以得到重力式擋土墻的抗滑移穩(wěn)定性參數(shù):K即不滿足規(guī)范對于重力式擋土墻抗滑移系數(shù)≥1.30的要求。重力式擋土墻的抗傾覆性參數(shù):K4分析和解決途徑4.1擋土墻填料填充土壓力根據(jù)上述分析結(jié)果,擋土墻的抗滑移穩(wěn)定性系數(shù)不滿足規(guī)范要求;根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn),擋土墻頂部產(chǎn)生較大變形;綜合分析主要是由以下幾種情況造成:(1)擋土墻填料主要為可塑性粘土組成,填土性質(zhì)與原設(shè)計采用的砂土,回填后做壓密注漿壓密處理的效果相差較大,即增加了主動土壓力。(2)填土采用可塑性粘土,同時排水不暢,造成水流停滯給頂部增加了較大的主動土壓力。(3)擋土墻地基處理不合理,采用雜填土,使得地基無法滿足重力式擋土墻及墻背土壓力在豎向的分離,使得地基發(fā)生較大變形,造成擋土墻的整體滑移甚至傾覆。4.2重力式擋土墻的設(shè)計根據(jù)上述對于擋土墻穩(wěn)定性不足原因的分析,需要采取以下加固處理措施:增加擋土墻穩(wěn)定主要是增加擋土墻抗滑與抗傾覆的能力。設(shè)置傾斜的墻底,通過增加抗滑力來增加整體重力式擋土墻的康華穩(wěn)定性,選擇臺階形式基礎(chǔ),增加被動土壓力來提高擋土墻的抗滑能力。疏通所有擋土墻的原設(shè)計排水孔,對于積水位置考慮增加排水孔,重新施工的話,考慮增加排水孔的梅花形布置,同時孔眼不低于100mm。改善重力式擋土墻斷面類型的方式進行改進。如擋土墻較高時選擇增加卸荷平臺,或者改善擋土墻與地基接觸方式或者提高地基處理等級。5重力式擋土墻的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析擋土墻的作用主要是通過維持擋土墻背后土體的穩(wěn)定性來增加水利工程的安全性,因此對于水利工程建設(shè)工程需要合理設(shè)置擋土墻,選擇合