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水利工程论文-河岸式砌石挡土墙稳定分析.doc

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水利工程论文-河岸式砌石挡土墙稳定分析.doc

水利工程论文河岸式砌石挡土墙稳定分析摘要对河岸式砌石挡土墙进行稳定分析,找出影响其稳定安全的原因。提出解决的措施。关键词河岸式砌石挡土墙稳定分析1问题的提出长江铜陵河段外滩水域素为黄金水道,近年来,沿江许多企业利用江外滩兴建货场、堆场、码头等。我们发现在临江侧修建浆砌石挡土墙时,或由于基础处理不当,或由于结构设计不合理,有50以上的挡土墙存在有质量问题,有的沉陷变形,有的产生裂缝,有的甚至倾覆倒塌,造成工程设施局部或整体损坏。而由我局设计的几处码头浆砌石挡土墙,由于经过稳定验算,设计合理,对几个关键技术问题进行了处理,工程一直运行良好,特简介如下。2地质条件与参数的选取以我们设计过的江边华德运输公司的货场挡土墙为例,来进行分析。根据勘测资料,回填土采用当地回填土,其力学性质取干容重1.55t/m3,天然湿容重1.85t/m3,饱和容重2.05t/m3,内摩擦角27度,粘聚力很小忽略为0。江岸滩地的土质属淤泥质土层,是软粘土的一种典型代表,其力学性质主要有⑴强度极低。标准贯入击数N<3,故承载力极低。从河海大学土力学中选取值一般为710t/m3。⑵压缩性很大,压缩系数>0.05cm2/kg,因此基础沉降很大。⑶渗透性很小。因而固结过程需要较长时间,沉降较慢。3结构断面尺寸的选择与比较3.1普通重力式挡土墙3.1.1荷载组合取完建期(没有江水顶托,属不利运行状态)的情况进行稳定计算与比较,作用的荷载有挡土墙自重,墙背填土重,水平土压力。由于完建期是在枯水期,故基底浮托力不计。3.1.2土压力按主动土压力公式Pa0.5rH2Ka15.13t式中Ka为主动土压力系数。Ka=tg2450.5ψ0.37553.1.3结构受力分析完建期重力式挡土墙受力情况表(取单位长度,对迎水面趾脚求矩)荷载名称计算式竖直力(t)水平力(t)力臂(m)力矩(tm)向下向上向右向左顺时针逆时针水平土压力0.51.856.620.37515.132.233.29土重三角形0.52.65.61.8513.472.6335.43矩形5.60.21.852.073.67.45自重底板3.712.59.251.8517.11直墙0.55.62.570.654.55斜墙0.52.65.62.518.21.7732.21合计49.9915.1396.7533.293.1.4安全验算⑴合力的偏心距eB/2-∑M/∑G0.58m(偏临水面)其中B为底板宽度。⑵地基反力最大бmax=∑G/A(1+6e/B)26.21t/m2最小бmin=∑G/A(1-6e/B)0.81t/m2⑶压力分布不均匀系数η=бmax/бmin32.3>2。不满足⑷平均基底压力б=бmaxбmin/213.5。太大,也不满足。⑸抗滑稳定安全系数Kcf∑G/∑H1.32>1.25。满足。⑹倾稳定安全系数K=抗倾力矩/倾覆力矩2.9>1.2。满足。从上可看出,基底应力大于淤泥土的允许承载力,且分布不均。故需要进行地基处理。目前地方上常用的一种经济可行的处理方法为垫层法。它是以就地取材为原则,把靠近基底的淤泥挖去,而代之以人工回填的砂土层作为持力层,其作用有三①增加地基稳定性。②减少基础沉降量。③加速软土地基的固结,提高地基的强度。砂垫层设计时,有两种处理办法一种是假定垫层是地基础土质的一部分一种是假定垫层是建筑基础的一部分。目前通常把砂垫层作为基础来考虑。详见后面的计算。3.2衡重式挡土墙普通重力式挡土墙由于结构体积庞大,重量都比较大,耗材较多,并不经济,此外,挡墙座落在江边软基上,因基底压力分布不均,也将造成地基处理的工作量加大。而衡重式挡土墙,则可利用减重台上的填土重量增加墙身的稳定,并使地基应力分布比较均匀,在材料用量上要比简单的梯形截面减少1020。见下图截面,两者相比,衡重式挡土墙节省材料10。3.2.1荷载组合亦取完建期的情况,荷载与重力式挡土墙大致相同。3.2.2水平水压力与重力式挡土墙相同,为15.13t。3.2.3受力分析完建期衡重式挡土墙受力情况(取单位长度,对迎水侧趾脚求矩)荷载名称计算式竖直力(t)水平力(t)力臂(m)力矩(tm)向下向上向右向左顺时针逆时针水平土压力0.51.856.620.37515.132.233.29土重三角形0.51.13.31.853.3581.635.47矩形2.23.31.8513.4313.141.64挡墙自重前趾10.42.510.20.2直立墙0.56.62.58.250.655.36厚墙3.31.12.59.0751.4513.16三角0.51.13.32.54.5371.275.76减重台0.52.23.32.59.0752.7324.77合计48.72615.1396.3633.293.2.4安全验算-方法相同⑴合力的偏心距e0.29m(偏背水面)⑵地基反力бmax=45.56t/m2бmin3.17t/m2⑶压力不均匀系数η=бmax/бmin14.3>η。不满足⑷平均基底压力б=24.36。太大,不能满足。⑸抗滑稳定安全系数Kcf∑G/∑H1.29>1.25。满足⑹倾稳定安全系数K=2.89>1.2。满足从上可以看出,基底压力及其分布均不满足要求,故需进行换基处理。3.2.5换基后的地基验算用垫层法换基后,假定垫层是基础的一部分,则垫层把基础底面的压力扩散到砂垫层的底部,砂垫层的底部即看作建筑物的新基础底面。根据土力学公式,此时砂垫层应满足rdB/Bp≤pDd其中式中r-为砂垫层的容重,这里r1.85t/m3p-为基底的设计荷载,当偏心荷载时,可近似地按基底平均压力计B-为新基础底宽。BB2dtgθ=3.0(应力扩散角θ取35度,垫层深d取0.7m)pDd-砂垫层底部处天然土的允许承载力。参照土力学中有关淤泥质土的许可承载力,当基础底宽大于等于3米、或埋深大于1.5米时,采用修正公式pDd=p表+MBr1B3MDr2D1.519.25t/m2p表-查表得10t/m2MD-基础埋深的修正系数,查表得MD5r2-基础底面以上土的容重,取1.85平均埋深取2.5米,即前趾埋0.8米,比较符合实际情况。则rdB/Bp17.53≤pDd,满足要求。3.2.6新基底压力分布不均匀系数重复上述受力分析过程,就可得出地基反力分布情况。此时合力的偏心距仅为0.06m。压力分布不均匀系数η=1.27<η2。满足要求。4需要注意的几个细节⑴砂垫层的砂料,应以中粗砂为好,砂质要干净,其含泥量应小于3。垫层的密度一般要求在中等密度以上,即要求控制的孔隙比Ε≤0.75,或干容重rd≥1.6t/m3。⑵为适应地基沉降,每隔一定距离必须分缝,分缝的间距不能太大,一般宜控制在1020m之间,尤其是挡土墙轴线的转角处、荷载急剧变化点,需增设沉降缝。⑶墙背后需设置一道反滤排水孔,孔内填土侧填筑反滤料,以确保能及时排除土体中水分,保持土的抗剪强度与含水率,从而保证墙背面的水平土压力在设计情况下,变化幅度不致过大。

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