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        對擋土墻與河坡連接易產(chǎn)生滑動原因的分析

        2014-12-12 08:17:04余小鵬何軍保沈金榮
        江蘇水利 2014年11期

        余小鵬 謝 闖 何軍保 沈金榮

        (宿遷市水務(wù)勘測設(shè)計研究有限公司,江蘇宿遷 223800)

        1 工程概況

        泗洪縣攔崗河疏浚工程中有一段1.2 km 河道為穿越兩側(cè)學(xué)校而采用了河底▽12.0 m~▽15.1 m 直立重力式擋土墻與▽17.0 m~▽18.0 m 土坡面連接的形式(如圖1),在此范圍內(nèi)由于受地面場地附作物不同寬度的影響,形成擋土墻與土坡面夾角β不同,導(dǎo)致在運(yùn)行期內(nèi)出現(xiàn)了不同的滑動問題。根據(jù)測算,β 角分別為27.9°、22.5°、15.0°、11.7°幾種形式,在放水運(yùn)行期不到一個月即發(fā)現(xiàn)β 角段有約60 m 長的擋土墻發(fā)生了垂直和水平位移。經(jīng)現(xiàn)場觀測,β 角越大,產(chǎn)生滑動面越大,β 角越小則產(chǎn)生滑動面越小。

        擋土墻所發(fā)生的位移量較大,是較典型的擋土墻抗滑不足而引起的技術(shù)問題。通過對1.2 km 擋土墻進(jìn)行勘測,大部分擋墻較為安全,發(fā)生問題的擋墻主要是因擋墻與土坡面所形成的角度較大引起的,其他斷面僅產(chǎn)生不同的垂直位移,且位移數(shù)值大小與β 系數(shù)大小成正比,一般在3~10 cm 之間。問題出現(xiàn)在運(yùn)行期,因此有必要通過對出現(xiàn)問題的坡面及其滑動原因進(jìn)行定量分析。滑動面的測量數(shù)據(jù)見表1。

        2 穩(wěn)定計算

        2.1 相關(guān)參數(shù)

        圖1 結(jié)構(gòu)連接形式示意圖

        主動土壓力Ea=0.5×γ×H2×Ka,Ka 是關(guān)于α、β、φ、δ 的函數(shù)。

        表1 擋土墻水平位移和垂直位移量統(tǒng)計表

        式中:

        α—墻背與豎直線間的夾角,豎直線逆時針轉(zhuǎn)俯斜墻背為正,反之順時針轉(zhuǎn)仰斜墻背為負(fù),計算結(jié)果為24.8°,結(jié)合工程施工情況取20°;

        β—填土表面與水平面的夾角,在水平面以上為正,反之為負(fù);

        φ—土的內(nèi)摩擦角,取20°;

        δ—墻背與填土的外摩擦角,墻背粗糙、排水良好,F(xiàn) 取10°。

        其他參數(shù):墻前水位與墻后水位視為同高▽14.64 m,抗滑安全系數(shù)[Kc]=1.3,土底抗滑系數(shù)μ=0.4。

        2.2 數(shù)據(jù)計算

        根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2011),抗滑移穩(wěn)定性參照圖2,按下列公式進(jìn)行驗(yàn)算:

        式中:

        G—擋土墻每米自重,kN;

        α0—擋土墻基底的傾角,°;

        α—擋土墻墻背的傾角,°;

        δ—土對擋土墻墻背的摩擦角,°;

        μ—土對擋土墻基底的摩擦系數(shù)。

        圖2 抗滑移穩(wěn)定計算示意圖

        根據(jù)不同的β 系數(shù)及產(chǎn)生土壓力的不同,通過查表推算出相關(guān)的基本數(shù)據(jù)見表2 和表3。

        根據(jù)上述計算成果得到Kc-β 關(guān)系曲線如圖3 所示。

        表2 完建期不同β 系數(shù)抗滑計算成果表

        表3 運(yùn)行期不同β 系數(shù)抗滑計算成果表

        圖3 抗滑系數(shù)Kc 與β 的關(guān)系曲線

        3 原因分析

        (1)根據(jù)對不同β 系數(shù)情況下所形成滑動的分析,完建期與運(yùn)行期Kc-β 曲線在β=17°時趨向重疊,對應(yīng)Kc=1.2,則當(dāng)[Kc]=1.3 時,對應(yīng)的β=14°,故β 在14°~17°之間應(yīng)為臨界段。從實(shí)際情況看,β 在15°~11.7°之間未出現(xiàn)大的位移,經(jīng)現(xiàn)場對該段進(jìn)行監(jiān)測,基本未發(fā)生位移變化。

        (2)β 取17°~27°時,對應(yīng)的Kc為1.2~0.8,運(yùn)行期曲線與完建期曲線有一定量的分離。從該段實(shí)際情況看,較易產(chǎn)生滑動,尤其當(dāng)墻前后水位發(fā)生較大變化時,形成的揚(yáng)壓力過大,易導(dǎo)致滑動?,F(xiàn)場由于在石墻砌體上布置了排水孔,故可視為墻前后水位基本一致,實(shí)際β=22.5°,經(jīng)沉降觀測,垂直位移值已經(jīng)產(chǎn)生變化,一般在10 cm 以上。

        (3)當(dāng)β>27°時,對應(yīng)的Kc<0.8,無論在完建期或運(yùn)行期,都有可能出現(xiàn)滑動問題,現(xiàn)場是在β=27.9°時發(fā)生問題的。運(yùn)行期內(nèi),因疏于觀測,尤其當(dāng)時連續(xù)降雨,加之墻后有地面集水在該段匯入,使實(shí)際揚(yáng)壓力增大,引發(fā)并加速了位移的產(chǎn)生和增大,最大水平位移2.28 m,垂直位移39 cm,直接造成該斷面基本被破壞。

        根據(jù)計算結(jié)果所繪制的Kc-β 曲線與實(shí)際情況基本吻合,擋墻實(shí)際發(fā)生的垂直與水平位移與β 大小有關(guān),說明β 越大,安全度越低。

        4 對策措施

        (1)通過運(yùn)算及分析可知,β 角涉及擋土墻與土坡的連接形式,在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)場地實(shí)際情況調(diào)整擋墻的高度,其β 角不應(yīng)超過12°。

        (2)擋墻前后應(yīng)布置可通冒水孔,使之在運(yùn)行時不會因水位差而產(chǎn)生過大的揚(yáng)壓力,確保墻身和土坡的安全。

        (3)對低于5 m 的擋墻且部分與土坡連接時,設(shè)計部門應(yīng)針對完建期和使用期分別進(jìn)行運(yùn)算,確定采取合適的斷面形式。

        (4)若受到擋墻與土坡連接及部分作物影響,可考慮取β=12°,留3 m左右位置采用打木樁的方法進(jìn)行土體變坡,以起到阻滑和連接作用。

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