重力式浸水擋土墻的穩(wěn)定問題

高 青 松

(山西高原巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030009)

0 引言

重力式擋土墻的穩(wěn)定包括抗滑移穩(wěn)定，抗傾覆穩(wěn)定，整體滑動(dòng)穩(wěn)定三項(xiàng)。當(dāng)重力式擋土墻浸水時(shí)，這三個(gè)問題的計(jì)算變得麻煩起來，一方面的原因是重力式擋墻的一部分重力可直接按浮重度計(jì)算，也可以按考慮各個(gè)表面的水壓力計(jì)算，計(jì)算的難易有很大區(qū)別；另一方面是關(guān)于抗傾覆的幾個(gè)規(guī)范公式存在水壓力處理的模糊性，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果有差異。本文將仔細(xì)探討這些問題產(chǎn)生的原因，并給出相應(yīng)的建議。

1 基本的假定

為了看清問題的差異，可以假定擋土墻雖然部分浸水但是無(wú)滲流發(fā)生，墻基底水平，墻面仰斜，墻背豎直，土對(duì)墻背的摩擦角等于零，填土面水平的情況；墻背為砂土(c=0)，浸水與不浸水的內(nèi)摩擦角相同。相應(yīng)的參數(shù)如圖1所示。

2 抗滑移穩(wěn)定和抗傾覆穩(wěn)定

2.1 抗滑移穩(wěn)定

如果用水土壓力各算法：墻背水土總壓力為式(1)，墻面總的水壓力為式(2)，墻面水平水壓力為式(3)，墻面垂直水壓力為式(4),墻底垂直水壓力為式(5),墻體總重量為式(6),則墻的抗滑移穩(wěn)定系數(shù)為式(7)。

如果用浮重度算法：墻背土的總壓力為式(8)，墻體總重量為式(9)，墻的抗滑移穩(wěn)定系數(shù)為式(10)，可以證明式(11)。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

2.2 抗傾覆穩(wěn)定

如果用水土壓力各算法：墻背水土總傾覆矩為式(12),墻底水總傾覆矩為式(13),墻面水抗傾覆矩為式(14),墻體總的抵抗矩為式(15),如果定義抗傾覆安全系數(shù)為總的抗傾覆矩與總傾覆矩的商，則為式(16)。

如果用浮重度算法：墻背水土總傾覆矩為式(17),墻體總的抵抗矩為式(18),如果定義抗傾覆安全系數(shù)為總的抗傾覆矩與總傾覆矩的商為式(19)。

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

可以證明，在一般情況下Kov1≠Kov2，為什么會(huì)產(chǎn)生這種情況,就在于墻體的重心和浮心不在一條垂直線上。哪一個(gè)正確,顯然第一個(gè)“比較正確”：因?yàn)樗紤]了重心和浮心不是同一點(diǎn)時(shí)對(duì)傾覆力矩和抗傾覆力矩的影響。為什么說是“比較呢”,因?yàn)椤督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]第6.7.5條第二款并未給出抗傾覆安全系數(shù)的定義；《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[2]第6.1.2條的抗傾覆安全系數(shù)定義有些自相矛盾：從計(jì)算原理和圖形看，Epk應(yīng)該是被動(dòng)水土總壓力,Eak應(yīng)該是主動(dòng)水土總壓力,um是墻底水的揚(yáng)壓力，三者都有水的壓力作用，但是um(水的揚(yáng)壓力)卻作為負(fù)的抗傾覆力矩放到了分子上；文獻(xiàn)[3]也是這樣一刀切的。

本作者認(rèn)為，如果按照抗傾覆安全系數(shù)的定義，應(yīng)該作為正的傾覆力矩放到分母上。而《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[2]6.1.2條從給出的圖形看，關(guān)于um的分布還有一個(gè)重要的隱含的假定：um合力作用點(diǎn)和墻體的重心在同一條垂線上。但是這往往是達(dá)不到的。如果基底有滲流現(xiàn)象發(fā)生，當(dāng)墻底寬度不大時(shí)，可以假定水的基底揚(yáng)壓力um的分布近似為梯形，對(duì)抗滑移穩(wěn)定來說，可以得到《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[2]第6.1.1條的結(jié)果，但是對(duì)抗傾覆穩(wěn)定《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[2]第6.1.2條來說卻有很多上面所說的問題。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)浸水擋土墻來說，當(dāng)計(jì)算抗滑移穩(wěn)定系數(shù)時(shí)，無(wú)論是采用水土壓力各算法，還是采用浮重度算法，結(jié)果是一樣的，因?yàn)樽罱K計(jì)算系數(shù)時(shí)，僅涉及總豎向力和總水平力。但是當(dāng)計(jì)算抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)時(shí)，就要考慮采用水土壓力各算法而不應(yīng)采用浮重度算法，因?yàn)楦⌒暮椭匦牟⒉灰恢?，同時(shí)還應(yīng)該考慮哪一個(gè)在分子上，哪一個(gè)在分母上。本作者認(rèn)為從安全的角度來看，水的合壓力放在分母是可取的，一般情況下，水是不利的。