《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于基底應(yīng)力允許比值的探討

滕少華

(懷化市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，湖南 懷化 418000)

1 問(wèn)題的提出

水工擋土墻在水庫(kù)樞紐、庫(kù)區(qū)、水電站及各種渠系建筑物工程中有著廣泛應(yīng)用，不但具有一般擋土墻的擋土作用，而且還具有岸邊連接、擋水、導(dǎo)水及側(cè)向防滲等多種功能。重力式擋土墻多就地取材，構(gòu)造簡(jiǎn)單，高度一般在2～10m，施工方便，經(jīng)濟(jì)效果較好，特別是渠系水工建筑物中應(yīng)用廣泛。一般挖坡建墻宜用仰斜式，其土壓力小，且墻背可與邊坡緊密貼合。填方地區(qū)可用直立和俯斜式，便于施工使填土夯實(shí)。而在山坡上建墻，則宜用直立，因此時(shí)仰斜墻身較高，俯斜則土壓力太大?，F(xiàn)行SL379- 2007《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》中的6.3.1條對(duì)土質(zhì)地基和軟質(zhì)巖石地基上的擋土墻基底應(yīng)力的最大值與最小值之比有要求，但GB50007- 2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》卻無(wú)此要求。但其對(duì)地基有變形計(jì)算要求?，F(xiàn)探討SL379- 2007對(duì)基底應(yīng)力之比進(jìn)行允許值控制是否一定合理。

2 問(wèn)題探討

對(duì)SL379- 2007中公式(6.3.3)進(jìn)行變形得：

(1)

從式(1)可知：在偏心距e=L/6時(shí)，基底最小壓力為零。出現(xiàn)上述情況，是否可保障建、構(gòu)筑物的安全，我們從地基的臨塑荷載及破壞型式進(jìn)行探討。

地基在荷載作用下往往由于承載力不足而產(chǎn)生剪切破壞。通過(guò)剪切破壞的P～S曲線可知：當(dāng)荷載較小時(shí)，基底壓力P與沉降S基本上成直線關(guān)系，屬線性變形階段，相應(yīng)于端點(diǎn)的荷載稱(chēng)臨塑荷載，以Pcr表示。地基的臨塑荷載是指塑性區(qū)將要出現(xiàn)而尚未出現(xiàn)時(shí)作用在地基上的單位面積壓力。臨塑荷載的計(jì)算公式可根據(jù)土中應(yīng)力計(jì)算的彈性理論和土體極限平衡條件導(dǎo)出。工程實(shí)踐表明，在大多數(shù)情況下，即使地基發(fā)生局部剪切破壞，地基中塑性區(qū)有所發(fā)展，只要塑性區(qū)范圍不超出某一限度，就不致影響結(jié)構(gòu)的安全和正常使用，因此以Pcr作為地基土的承載力無(wú)疑偏于保守。地基塑性區(qū)發(fā)展的容許深度與結(jié)構(gòu)類(lèi)型、荷載性質(zhì)以及土的特性等因素有關(guān)。一般認(rèn)為，在中心荷載下，塑性區(qū)的最大發(fā)展深度可控制在基礎(chǔ)寬度的1/4，而其對(duì)應(yīng)的承載力可作為地基承載力特征值。其值一般為地基極限承載力的1/3～1/2?？梢?jiàn)地基承載力是有一定的安全度。

中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究所出版的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集J008- 1-3《擋土墻》2002年合訂本，其中含重力式、抗震重力式和鋼筋混凝土擋土墻。重力式擋土墻統(tǒng)一編號(hào)GJBT- 368，圖集號(hào)95J008- 1，主編單位：長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院。重力式擋土墻中有仰斜式、衡重式、直立式和俯斜式。仰斜式(代號(hào)YXA1A4D)、衡重式(代號(hào)HZA2A5A)、直立式(代號(hào)ZLA0B4ED)、俯斜式(代號(hào)FXA0A3D)，4種型式的擋土墻，墻高均為5m，其墻趾壓力分別為203～319kPa不等，但墻踵壓力均為0kPa?？拐鹬亓κ綋跬翂?、鋼筋混凝土擋土墻中也有上述情況存在。如果對(duì)上述4種型式中的衡重式、直立式、俯斜式擋土墻進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算，要達(dá)到規(guī)范SL379- 2007的基底應(yīng)力最大值與最小值之比的要求，采用巖土軟件-擋土墻進(jìn)行驗(yàn)算，其斷面需分別增大14%～23%，其抗滑和抗傾系數(shù)也同時(shí)較現(xiàn)行規(guī)范要求值增加較大。至于仰斜式，如果不改變墻身坡比，則難以滿(mǎn)足要求。

中國(guó)建筑出版社朱彥鵬等編著出版的《支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)》，其中的重力式擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算圖表也有較多墻踵壓力為零的情況存在。以上標(biāo)準(zhǔn)圖集、文獻(xiàn)雖然說(shuō)明了圖集適用于一般地區(qū)，不適用于特殊地區(qū)(如鹽漬土、膨脹土、濕陷性黃土、永凍土等)和病害地區(qū)(如浸水區(qū)、地震設(shè)防區(qū)、滑坡區(qū)、泥石流區(qū)等)。但現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中，水工擋土墻體型還是會(huì)參考標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集。只是水工擋土墻須考慮其工況的特殊性：①水工擋土墻建基處應(yīng)避開(kāi)細(xì)、粉砂和粉土易液化的地層。平均粒徑d50=0.07～1.0mm范圍的土，抗液化性能最差。如不能避開(kāi)，則須采取消除液化的工程措施。②水工擋土墻基礎(chǔ)埋深應(yīng)滿(mǎn)足沖刷深度要求。③水工擋土墻應(yīng)考慮洪水浸泡導(dǎo)致墻后填料物理力學(xué)指標(biāo)變化、揚(yáng)壓力以及墻前水位降落等情況與工況。在滿(mǎn)足上述條件下，即便不能滿(mǎn)足水工擋土墻基底應(yīng)力最大值與最小值之比要求，工程實(shí)踐表明也能保證水工擋土墻長(zhǎng)久安全的運(yùn)行，不致使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大的不均勻沉降及可能的傾覆破壞。

3 工程實(shí)例

圖1 衡重式漿砌石擋土墻

長(zhǎng)田灣中型灌區(qū)總干渠樁號(hào)5+918～5+956段，由于地質(zhì)條件差，排水不暢，暴雨后水毀造成外堤滑動(dòng)破壞，不能運(yùn)行。破壞段緊靠省道，水平距離短，采用仰斜式漿砌石擋土墻進(jìn)行修復(fù)。斷面尺寸見(jiàn)圖2。

圖2 仰斜式漿砌石擋土墻斷面尺寸

4 結(jié)語(yǔ)

在幾乎所有的水工建筑物設(shè)計(jì)中都會(huì)遇到擋土墻，水工擋土墻多在有水條件下應(yīng)用。應(yīng)用廣泛和運(yùn)用條件復(fù)雜是水工擋土墻的兩個(gè)顯著特點(diǎn)。墻型的合理選擇對(duì)擋土墻的安全和經(jīng)濟(jì)性有著較大影響。現(xiàn)行水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于基底應(yīng)力比值的要求，部分會(huì)增大擋土墻斷面，在點(diǎn)多面廣的中小型水利工程中要求偏嚴(yán)(基底下有軟弱下臥層則另當(dāng)別論)。建議修訂時(shí)參考建筑方面的規(guī)范，以利拓展水工擋土墻的應(yīng)用范圍，節(jié)省投資。