高大擋墻帶礦倉(cāng)結(jié)構(gòu)分析

孔令炬

紫金（廈門）工程設(shè)計(jì)有限公司（361005）

0 前言

對(duì)于一些露采礦山，礦石通過(guò)汽車運(yùn)輸至粗碎車間進(jìn)行粗碎。為方便汽車倒礦，常利用現(xiàn)有地形高差形成倒礦平臺(tái)，在平臺(tái)臨空面設(shè)置擋墻。擋墻靠土一側(cè)帶礦倉(cāng)用于儲(chǔ)礦，因此形成這種特殊的擋墻帶礦倉(cāng)的結(jié)構(gòu)形式。

1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

本案例采用扶壁式擋墻帶礦倉(cāng)方案。擋墻剖面如圖1所示，擋墻底板如圖2所示，礦倉(cāng)為角錐形漏斗如圖3所示。

圖1 擋墻剖圖

圖2 擋墻底板

圖3 礦倉(cāng)為錐形漏斗狀

2 結(jié)構(gòu)分析

2.1 土壓力計(jì)算

根據(jù)擋墻受力特點(diǎn)可知，土壓力為主動(dòng)土壓力。由《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]（以下簡(jiǎn)稱《地規(guī)》）第6.7.5 條，主動(dòng)土壓力Ea=（1/2）ψaγh2ka。 需注意其中的兩個(gè)系數(shù):主動(dòng)土壓力增大系數(shù)ψa和主動(dòng)土壓力系數(shù)ka。

由《地規(guī)》第6.7.3條條文說(shuō)明可知，對(duì)于高大擋土墻（指墻高大于5m），通常不允許出現(xiàn)達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)的位移值，因此在土壓力計(jì)算式中計(jì)入增大系數(shù)ψa。擋土墻高度小于5m時(shí)ψa宜取1.0，高度5～8 m時(shí)宜取1.1，高度大于8 m時(shí)宜取1.2。

對(duì)于地震區(qū)擋土墻，主動(dòng)土壓力系數(shù)Ka需按《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]（以下簡(jiǎn)稱 《構(gòu)抗規(guī)》）第25.2.2條的規(guī)定采用主動(dòng)地震土壓力系數(shù)KEa。

2.2 扶壁式擋墻計(jì)算

2.2.1 穩(wěn)定性驗(yàn)算:按《地規(guī)》第6.7.5條進(jìn)行驗(yàn)算

抗滑移穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)需注意，當(dāng)?shù)V倉(cāng)為空倉(cāng)時(shí)為最不利狀態(tài)。驗(yàn)算過(guò)程中抗傾覆力矩計(jì)算稍微復(fù)雜些，計(jì)算時(shí)可對(duì)土體和擋墻進(jìn)行分塊和編號(hào)，分別算出各塊的重量及到墻趾的距離，相乘后代數(shù)相加即可得抗傾覆力矩。

整體滑動(dòng)穩(wěn)定性可采用圓弧滑動(dòng)面法進(jìn)行驗(yàn)算。這個(gè)手算比較麻煩，一般配合電算完成。

地基承載力計(jì)算可按《地規(guī)》5.2節(jié)進(jìn)行，但基底合力的偏心距不應(yīng)大于0.25倍基礎(chǔ)的寬度。計(jì)算基底壓力時(shí)主要難點(diǎn)在于基礎(chǔ)底面的抵抗矩W的計(jì)算，可根據(jù)圖2計(jì)算出擋墻底板形心，求出形心后通過(guò)移軸公式便可算得基礎(chǔ)底面慣性矩Ix。當(dāng)偏心距 e＜b/6 時(shí)，采用式 Pk=（Fk+Gk）/A+M×Lx/Ix。 當(dāng)偏心距 e＞b/6 時(shí)，采用式 Pkmax=[2（Fk+Gk）]/3La。 算得的基底反力用于校核地基承載力是否滿足要求，乘相關(guān)系數(shù)后可用于擋墻底板配筋計(jì)算。

2.2.2 擋墻立板計(jì)算

立板為三邊固定、一邊自由的板。作用于其上荷載為水平方向上的土壓力（有地下水時(shí)還有水壓力）。計(jì)算時(shí)，可將立板劃分為上、下兩部分，在距底板頂面1.5L1（L1為兩扶壁之間凈距）高度以下的立板，視為三邊固定、一邊自由的雙向板。而以上部分則可沿高度將其劃分為單位高的水平板帶，以扶壁為支座，按水平單向連續(xù)梁計(jì)算，作用其上的均布荷載取水平方向土壓力的平均值。

上部水平單向連續(xù)梁內(nèi)力可按下式計(jì)算:

跨中彎矩:M中=

扶壁處的端部固端彎矩:M端=

扶壁處的端部最大剪力:V端=

式中，M中，M端——板帶跨中，扶壁處端截面彎矩；Pi——立板上部某單位寬板帶內(nèi)的平均土壓力；L1——兩扶壁間凈距。

板的下部為三邊固定、上邊緣自由的矩形板。在梯形荷載作用下，內(nèi)力計(jì)算可查靜力手冊(cè),分別算出均布荷載和三角形荷載作用下的內(nèi)力，然后進(jìn)行疊加。

2.2.3 擋墻扶壁計(jì)算

扶壁與立板共同作用組成T型截面。按T型截面懸臂梁計(jì)算，T型截面高度和翼緣板厚度均可沿墻高變化。因墻身自重及扶壁寬度上的土重產(chǎn)生的壓力很小，常略去不計(jì)。故T型截面懸臂梁一般不按偏心受壓構(gòu)件計(jì)算，而是按受彎構(gòu)件計(jì)算。由懸臂梁彎矩分布圖可知，扶壁配筋沿墻高可分段減少，通常每5 m取一段。

2.2.4 擋墻墻趾板和墻踵板計(jì)算

墻趾板按懸臂板計(jì)算，墻踵板計(jì)算則需考慮下列兩種情況:

墻踵板凈寬L2與扶壁凈距 L1之比 L2/L1＜1.5時(shí)，按三邊固定、一邊自由的雙向板計(jì)算。在梯形荷載作用下，內(nèi)力計(jì)算可查靜力手冊(cè),計(jì)算出均布荷載和三角形荷載作用下的內(nèi)力，然后進(jìn)行疊加。

若L2/L1＜1.5時(shí),則同立板，距立板1.5L1范圍的板按三邊固定、一邊自由的雙向板計(jì)算。以外部分，按單向連續(xù)梁計(jì)算。

對(duì)立板、扶壁、墻趾板和墻踵板更詳細(xì)的介紹，可查閱參考文獻(xiàn)[3]。

2.3 礦倉(cāng)驗(yàn)算

2.3.1 礦石對(duì)礦倉(cāng)的壓力計(jì)算

需根據(jù)礦倉(cāng)內(nèi)的貯料高度（hn）與矩形筒倉(cāng)短邊（b）之比確定，hn/b＜1.5為淺倉(cāng)，否則為深倉(cāng)。兩者區(qū)別在于，淺倉(cāng)貯料與倉(cāng)壁的摩擦力較小，計(jì)算中可不考慮，而深倉(cāng)則需考慮。對(duì)礦倉(cāng)壓力計(jì)算更詳細(xì)的描述可查閱參考文獻(xiàn)[4]。

2.3.2 倉(cāng)底角錐形漏斗計(jì)算

倉(cāng)底角錐形漏斗的受力分析是礦倉(cāng)的難點(diǎn)，從受力特點(diǎn)可知漏斗壁是拉彎構(gòu)件。

拉力:漏斗壁在貯料法向壓力（Pn）及自重作用下，對(duì)相鄰漏斗壁產(chǎn)生水平拉力Nh，對(duì)本身漏斗壁產(chǎn)生斜向拉力Nm，如圖4所示。

平面外彎曲:漏斗壁在貯料法向壓力（Pn）及自重作用下產(chǎn)生平面外彎曲。計(jì)算漏斗壁彎曲時(shí)，相鄰漏斗壁以及漏斗壁與倉(cāng)壁之間按固端考慮，卸料口處按簡(jiǎn)支考慮。另需注意對(duì)梯形漏斗壁平行邊的短邊（a1）與長(zhǎng)邊（a）之比，當(dāng) a1/a＜0.25 按三角形板計(jì)算。當(dāng) 0.25＜a1/a＜0.5 時(shí)，按梯形板計(jì)算。當(dāng) 0.5＜a1/a＜1.0時(shí)，可簡(jiǎn)化為矩形板計(jì)算，如圖4所示。

根據(jù)角錐形漏斗的上述受力特點(diǎn)，漏斗壁的水平鋼筋面積，由水平拉力和該方向的平面外彎矩，按偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算；漏斗壁的斜向鋼筋面積，由斜向拉力和該方向的平面外彎矩，按偏心受拉構(gòu)件計(jì)算。另需注意，當(dāng)漏斗壁與倉(cāng)壁及相鄰漏斗壁的交接處有不平衡彎矩時(shí)，可將不平衡彎矩分配給相鄰壁，相應(yīng)調(diào)整跨中彎矩。一般情況下，不平衡彎矩小于20%時(shí)，可不作調(diào)整而取其大者進(jìn)行配筋計(jì)算。當(dāng)不平衡彎矩大于20%時(shí)，近似取平均值進(jìn)行配筋計(jì)算。

圖4 倉(cāng)底角錐形漏斗

3 結(jié)語(yǔ)

文章以實(shí)際案例論述了高大擋墻帶礦倉(cāng)的設(shè)計(jì)過(guò)程及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。對(duì)這種特種結(jié)構(gòu)一般無(wú)相應(yīng)的計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需根據(jù)結(jié)構(gòu)方案、受力特點(diǎn)和相關(guān)的手冊(cè)進(jìn)行手算。為方便修改及對(duì)比分析，可借助EXCEL將分析計(jì)算過(guò)程編成EXCEL計(jì)算書。這樣修改某些數(shù)據(jù)便能立刻得到結(jié)果，判斷修改后方案是否更優(yōu)、更合理。