錨定板設(shè)計和錨定板擋土墻整體穩(wěn)定性驗算

藍新幸

(黑龍江省林業(yè)設(shè)計研究所)

1 錨定板設(shè)計

確定錨定板尺寸，首先要確定錨定板的容許抗拔力，即對于一定大小的拉桿拉力要用多大面積的錨定板去支撐。要解決這一問題，較好的辦法是在現(xiàn)場做錨定板抗拔試驗，根據(jù)實測的拉力與位移關(guān)系曲線，確定錨定板的極限抗拔力。試驗證明，極限抗拔力隨著錨定板面積的加大而增大，兩者近似地成比例關(guān)系。極限抗拉力除以一定的安全系數(shù)，便是所采用的容許抗拔力，也就是錨定板所能承受的拉桿拉力。

實測的極限抗拔力只是單塊錨定板在短時間所能承受的極限值?？紤]到在實際建筑物中多塊錨定板的相互作用以及在長期荷載作用下多種因素的影響，有必要采用不小于2.5～3.0的安全系數(shù)。

單塊錨定板的抗拔力與錨定板的埋設(shè)位置(它取決于拉桿長度和埋置深度)、板的尺寸和填料的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。鐵道科學(xué)研究院等單位根據(jù)現(xiàn)場抗拔試驗的結(jié)果，提出容許抗拔力的建議值如下:對于埋置深度為3～5 m的錨定板，其容許抗拔力為100～120 kPa;埋置深度為6～10 m的錨定板，其容許抗拔力為130～150 kPa。錨定板尺寸由拉桿拉力及容許抗拔力計算確定。

2 錨定板擋土墻的整體穩(wěn)定性

錨定板擋土墻的整體穩(wěn)定性與拉桿的長度有關(guān)，拉桿愈長，其穩(wěn)定性愈大。要根據(jù)整體穩(wěn)定性的要求來確定各層拉桿的長度，以確保安全。

錨定板擋土墻的整體穩(wěn)定性主要由抗滑性控制。對于錨定板結(jié)構(gòu)喪失整體穩(wěn)定性時滑動面的形式，科研工作者分別作了不同的假定，下面介紹兩種設(shè)想，即土墻假定和折線滑面假定。

2.1 群錨理論—土墻假定

西南交通大學(xué)等單位提出:當錨定板的布設(shè)達到足夠的密度時，墻面與各錨定板以及其中的填料形成一個整體墻(有的叫土墻)，用這個整體柔性結(jié)構(gòu)來共同支承側(cè)壓力，保證路基的穩(wěn)定，這就形成了群錨作用。群錨形成后，土體破裂面的位置后移，它的起始點由墻面底部移至最下層錨定板的下緣B'(圖1)，其形狀近似于平面，其破裂角θ接近于用庫倫公式計算的破裂角。破裂棱體的另一側(cè)，不是沿墻面破裂，而是沿各鋪定板中心連線A'B'破裂，也就是錨定板中心的連線形成假想墻背，墻面和鋪定板及其中間的填料形成整體墻ABB'A'。這時，可利用庫倫公式計算該假想墻背的主動土壓力，和驗算重力式擋土墻的方法一樣，來驗算土墻的抗滑和抗傾覆穩(wěn)定性。

2.2 雙拉桿設(shè)計理論—折線滑面假定

鐵道科學(xué)研究院通過對雙拉桿錨定板結(jié)構(gòu)的模型試驗，提出了一種折線滑動面的假定，并分為兩種邊界條件進行分析研究。

(1)垂直邊界條件錨定板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定分析

這種錨定板結(jié)構(gòu)上部拉桿的長度小于下拉桿。在此情況下，錨定板C1和C2的穩(wěn)定分析應(yīng)分別考慮AB1C1D1，和AB2C2D2所受的外力及其穩(wěn)定。B2為介于上下拉桿與立柱相交處的中點。

圖1 群錨式擋土墻

現(xiàn)以土體AB1C1D1的穩(wěn)定分析為例:它所受到的推力為主動土壓力Ea，作用于這個土體的垂直邊界C1D1上。在它的下部邊界B1C1面上，有一個抵抗滑動的力R，其水平分力為Rh。

由此可推導(dǎo)求得以下的穩(wěn)定分析公式

式中:Fs1為垂直邊界條件下抗滑安全系數(shù);φ為填土內(nèi)摩擦角;L為下拉桿長度。

(2)俯斜邊界錨定板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定分析

這種結(jié)構(gòu)使上錨定板與下錨定板的聯(lián)線CE形成一傾角45°+φ/2的俯斜邊界。在此情況下，土體最危險滑動面將是BCG，造成滑動的主要作用力是沿GC面的下滑力T1。這個下滑力傳到CB面上轉(zhuǎn)化為T'1，并被BC面上的摩阻力R所抵抗。由此推導(dǎo)求得以下的穩(wěn)定分析公式

式中:Fs2為俯斜邊界條件下的抗滑安全系數(shù);f為摩擦系數(shù)，f=tanφ，φ為填土的內(nèi)摩擦角(°);L為拉桿長度。

當計算Fs2時，應(yīng)假設(shè)一系列不同的α1值，并計算與之相應(yīng)的Fs2，由此求得Fs2的最小值，即為最危險的條件。經(jīng)驗證明，最危險滑動面的α1值大約在40°～50°。