广州市高速公路有限公司
摘要：通过对影响挡土墙抗倾覆稳定性问题的深入分析，提出一种引入挡土墙主动土压力分项系数进行挡土墙抗倾覆稳定性验算的方法，该方法将挡土墙的地基承载力验算与抗倾覆稳定性验算合并，概念清晰且计算结果可靠。
关键词：挡土墙 地基承载力 抗倾覆 稳定性验算
Abstract：After analyzing the factors influencing the retaining wall’s anti-overturning stability ,We put forward to a new method with introducing the partial factor of retaining wall’s active earth pressure to deal with the checking computation for retaining wall’s anti-overturning stability ,In this method ,The checking computation for ground bearing capacity and the checking computation for anti-overturning stability have been united , The concept is clear and the consequence is reliable.
Keywords：retaining wall ground bearing capacity anti-overturning checking computation for stability
0 前言
对挡土墙的抗倾覆和抗滑移稳定性验算时，根据规范有以下描述：对于重力式挡土墙的稳定性验算，许多设计者反映，重力式挡土墙的稳定性验算，主要由抗滑稳定性控制，而现实工程中倾覆稳定破坏的可能性又大于滑动破坏[1]。说明过去抗倾覆稳定性安全系数偏低，这次稍有调整，由原来的1.5调整成1.6。
笔者经过分析认为，规范在该问题上的处理方法存在诸多不妥之处，没有从根本上找到解决挡土墙抗倾覆稳定性问题的方法[2]。现在的挡土墙设计中，在挡土墙抗倾覆安全系数计算值一致的情况下，真实的挡土墙抗倾覆安全度其实是不一样的，理由如下：
0.1 规范中的挡土墙抗倾覆稳定性验算是以墙趾作为支点的，这就要求墙趾是一个能提供无限大的支承反力的支点，而实际的情况应该是建立在地基反力基础上的支点必然在墙趾的内侧，由此导致抗倾覆力矩 计算值比实际值偏大，即计算的抗倾覆安全系数 比实际的抗倾覆安全系数 要大，故计算的抗倾覆安全系数 不能反映真实的抗倾覆安全度[3]。
0.2 对于不同的地基将有不同的地基承载力，由于抗倾覆安全系数 的计算未包含地基承载力的影响，所以按计算得出的相同的抗倾覆安全系数 其安全度是不一样的[4]。在抗倾覆安全系数计算值相同的情况下，实际情况是：承载力高且压缩性低的地基实际的抗倾覆安全度偏高，而承载力低且压缩性高的地基实际的抗倾覆安全度偏低[5]。
0.3 根据土压力与变形的关联关系，按极限平衡状态建立起来的主动土压力公式的计算主动土压力值有可能比实际的主动土压力值要低，其值应介于主动土压力计算值与静止土压力值之间，这将引起挡土墙倾覆力距 计算值偏低，即挡土墙抗倾覆安全系数 计算值偏高；同时还引起基底最大反力 计算值偏低。
0.4 用于主动土压力计算的粘聚力 和内摩擦角 应按标准值取值，由于取值上的随意性及无很好的施工控制措施，往往导致取用值比实际值偏大，这也是导致主动土压力计算值比实际值偏小的原因。
0.5 对于高度较大的挡土墙采用主动土压力增大系数 的方法不是解决挡土墙问题的合理方法。
另外，在挡土墙抗倾覆和抗滑动稳定性验算中仍采用安全系数作为安全度的评价方法与现行的规范体系不相协调。
笔者经过分析认为可采用引入主动土压力分项系数的方法，通过保证地基承载力来同时满足抗倾覆稳定性的要求。
1基本原理及公式
对图-1所示的挡土墙，在主动土压力 和挡土墙自重 的综合作用下，对挡土墙底部将形成一偏心距为 、大小为 的竖向作用。假定修正后的地基承载力特征值为 ，挡土墙底部的最大地基反力为 ，令 ，按地基总反力 等于挡土墙自重 的原则，可求出地基总反力作用线与挡土墙底部几何中心线的距离 。
（1）挡土墙主动土压力 与挡土墙自重 的合力作用线到挡土墙基底中心线的距离 的计算
假定在此极限状态时的地基反力为三角形分布，a为地基总反力作用线到墙趾的距离。
则
根据eS与eR的相对大小关系有以下三种可能：
a 当eS＜eR时，挡土墙处于一种安全状态，它出现在修正前地基承载力特征值fak偏大的时候；
b 当eS＝eR时，挡土墙处于一种极限状态，它出现在修正前地基承载力特征值fak适中的时候；
c 当eS＞eR时，挡土墙处于一种不安全状态，它出现在修正前地基承载力特征值fak偏小的时候。
以上各种状态可通过图-2的三个分图表示。
在进行抗倾覆稳定性验算时，当永久荷载效应对结构构件的承载能力有利时，荷载分项系数不应大于1.0；当可变荷载效应对结构构件的承载能力不利时，在一般情况下应取为1.4。按以上原则，对挡土墙的自重G的荷载分项系数可取为1.0；考虑到可适当降低挡土墙的安全度，一般情况下将可变荷载分项系数乘以0.9后可得挡土墙主动土压力分项系数γE，可取为1.25。将挡土墙的主动土压力Ea进行修正后可求得相应的eS，当eS≤eR时，挡土墙处于一种安全状态。
对不同高度、不同重要性的挡土墙，建议引入挡土墙重要性等级的概念，可将挡土墙分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，其挡土墙主动土压力分项系数γE依次可取为1.40、1.25、1.10。
2 算例
广州至高明高速公路广州段SG03合同段某无地下水作用重力式挡墙 基本参数如下：填土内摩擦角 ，粘聚力c=0，填土容重 ，挡土墙容重 ，假定墙后填土与挡土墙间无摩擦力存在；挡土高度为h=3000mm，挡土墙顶部宽度 ，挡土墙底部宽度 。
采用规范:通用方法
计算目标:安全系数计算
滑裂面形状: 圆弧滑动法
不考虑地震
[坡面信息]
坡面线段数 5
坡面线号 水平投影(m) 竖直投影(m) 超载数
1 10.000 10.000 0
2 2.000 0.000 0
3 8.966 8.966 0
4 2.134 0.167 0
5 5.104 0.000 0
[土层信息]
坡面节点数 6
编号 X(m) Y(m)
0 0.000 0.000
-1 10.000 10.000
-2 12.000 10.000
-3 20.966 18.966
-4 23.100 19.133
-5 28.204 19.133
附加节点数 6
编号 X(m) Y(m)
1 0.000 -1.580
2 25.573 16.502
3 0.000 -9.071
4 0.000 -10.000
5 38.100 -10.000
6 38.100 19.133
不同土性区域数 3
区号 重度 饱和重度 粘结强度 孔隙水压 节点
(kN/m3) (kN/m3) (kpa) 力系数 编号
1 22.000 --- 60.000 --- ( 1,2,-5,-4,-3,-2,-1,0,)
2 25.000 --- 60.000 --- ( 2,1,3,)
3 25.000 --- 60.000 --- ( 4,5,6,-5,2,3,)
区号 粘聚力 内摩擦角 水下粘聚 水下内摩
(kPa) (度) 力(kPa) 擦角(度)
1 27.000 25.000 --- ---
2 25.500 21.250 --- ---
3 30.000 28.000 --- ---
区号 十字板 强度增 十字板羲 强度增长系
(kPa) 长系数 下值(kPa) 数水下值
1 --- --- --- ---
2 --- --- --- ---
3 --- --- --- ---
不考虑水的作用
[筋带信息]
采用锚索
锚索道数: 6
筋带力调整系数: 1.000
锚固体与地层粘结工作条件系数: 1.000
筋带号 距地面 水平间距 总长度 倾角 材料抗拉 锚固段 锚固段 法向力发
高度(m) (m) (m) (度) 力(kN) 长度(m) 直径(m) 挥系数
1 3.00 1.00 18.00 20.00 400.00 8.00 0.13 0.00
2 6.00 1.00 18.00 20.00 400.00 8.00 0.13 0.00
3 9.00 1.00 18.00 20.00 400.00 8.00 0.13 0.00
4 12.00 1.00 18.00 20.00 400.00 8.00 0.13 0.00
5 15.00 1.00 18.00 20.00 400.00 8.00 0.13 0.00
6 18.00 1.00 18.00 20.00 400.00 8.00 0.13 0.00
[计算条件]
圆弧稳定分析方法: Bishop法
土条重切向分力与滑动方向反向时: 当下滑力对待
稳定计算目标: 自动搜索最危险滑裂面
条分法的土条宽度: 1.000(m)
搜索时的圆心步长: 1.000(m)
搜索时的半径步长: 0.500(m)
解：（1）安全系数K、相应的最大地基反力pmax及需要的修正后的地基承载力fa的计算
a、主动土压力的计算
由于eS＜eR，故此时挡土墙处于有相当安全储备的状态
从以上的计算可以看出，eR是一个与fa有关的量，它随地基承载力fa的增大而增大，而eS是一个同Ea及G相关的量，即eS包含了以前抗倾覆安全系数K的内涵。
3 结论
（1）对已计入γE的影响后的eS，当eS≤eR时，挡土墙既能满足地基承载力的要求也能满足抗倾覆稳定性的要求。
（2）由于土的弹塑性性质，实际的eR值要比计算的eR值大，故实际的抗倾覆安全度较计算结果要高，其程度有待进一步探讨。
（3）本文仅为某特定情况下的直立式挡土墙的验算，由于墙背土与墙背的摩擦力的存在将使前述计算偏于安全，对于一般情况下的计算有待进一步具体化。
（4）该方法简单明了，概念清晰，使用方便。
参考文献
[1]公路挡土墙抗倾覆稳定性设计方法[J].曾革,周志刚. 中南大学学报(自然科学版). 2009(04).
[2]挡土墙抗倾覆稳定性及地基承载力验算探讨[J].吴晓枫. 路基工程. 2008(03).
[3]挡土墙截面设计直接计算方法[J].袁健,黄太华. 岩土工程技术. 2007(02).
[4]重力式挡土墙地基承载力验算实用方法[J].易藓红,袁健. 国外建材科技. 2007(02).
[5]地基刚度对挡土墙抗倾覆稳定性的影响[J].龙雪松. 湖南城市学院学报(自然科学版). 2005(02).
论文作者:钱归
论文发表刊物:《基层建设》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/29
标签：挡土墙论文; 安全系数论文; 稳定性论文; 系数论文; 压力论文; 地基论文; 主动论文; 《基层建设》2017年第14期论文;