胡文盼 王志良

摘要：結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)凸榫的防滑機(jī)理、設(shè)計(jì)理論及凸榫構(gòu)造對(duì)擋墻穩(wěn)定性的影響程度進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，增設(shè)凸榫可大幅度提高扶壁式擋墻的抗滑性能，但其對(duì)抗傾覆能力的提升影響甚微。另外，凸榫的高度對(duì)擋土墻抗滑移穩(wěn)定性的影響最為敏感，設(shè)計(jì)中可在滿足其他構(gòu)造要求的條件下適當(dāng)增大凸榫高度以提高其抗滑穩(wěn)定性。

Abstract： The anti-sliding function and design theory of tenon and the influence degree of tenon structure to the retaining wall's stability were introduced in connection with a practical project. The results show that adding tenon can improve the anti-sliding performance of buttressed retaining wall greatly， but it has little effect on the improvement of the anti-turnover ability. In addition， the height of tenon is more sensitive to the effects of anti-sliding stability of the retaining wall， so the designer can increase the height of tenon properly to improve its anti-sliding ability under the condition of meeting other structure requirements.

關(guān)鍵詞：扶壁式擋墻；凸榫；抗滑移安全系數(shù)

Key words： buttressed retaining wall；tenon；anti-sliding safety coefficient

中圖分類號(hào)：TU476.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）01-0084-04

0 引言

扶壁式擋土墻目前在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用非常廣泛，與其他類型的擋土墻相比，其具有節(jié)約占地空間、方便施工及美化城市環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際工程中，擋土墻的設(shè)計(jì)一般涉及到抗傾覆、抗滑移、墻身強(qiáng)度及地基承載力等幾個(gè)方面的要求，而抗滑移往往是其中的主要控制因素。為提高擋墻的抗滑穩(wěn)定性，可以采用擴(kuò)展基礎(chǔ)、傾斜基底及增大墻身截面積等技術(shù)措施，但這些措施無(wú)疑會(huì)增加工程造價(jià)，加大施工難度。為解決上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)者通?？紤]改變擋墻結(jié)構(gòu)形式，在基底增設(shè)防滑凸榫，借助榫前土體的被動(dòng)土壓力來(lái)提高其抗滑性能。實(shí)踐表明，增設(shè)凸榫可以大幅度提高擋土墻的抗滑穩(wěn)定系數(shù)，并且可以改善不良地基的地基承載力，具有良好的經(jīng)濟(jì)及技術(shù)效益。

1 凸榫的抗滑設(shè)計(jì)原理

防滑凸榫為設(shè)置在基礎(chǔ)底面的一個(gè)凸向土體的榫狀凸塊，在保證斜截面不被破壞的條件下，該塊體與擋墻底板連成整體[1]，利用榫前土體產(chǎn)生的被動(dòng)土壓力來(lái)增加擋墻的水平抗滑力，以達(dá)到提高擋墻穩(wěn)定性的目的。根據(jù)擋土墻的位移情況及墻后土體所處的應(yīng)力狀態(tài)，作用在擋土墻上的土壓力可分為靜止土壓力E0、主動(dòng)土壓力Ea和被動(dòng)土壓力Ep。三種土壓力與擋墻位移的關(guān)系見(jiàn)圖1。試驗(yàn)研究表明，相同條件下產(chǎn)生主動(dòng)土壓力所需的位移量比產(chǎn)生被動(dòng)土壓力所需的位移量要小得多。

表1給出了《加拿大基礎(chǔ)工程手冊(cè)》（1985）[2]中有關(guān)達(dá)到極限土壓力所需的墻體位移，從表中可以看出，對(duì)于砂土而言，達(dá)到被動(dòng)土壓力極限狀態(tài)所需位移一般可達(dá)到主動(dòng)土壓力極限狀態(tài)所需位移量的12～20倍之多。

現(xiàn)以松散砂土及軟黏土為例，依據(jù)扶壁式擋土墻后發(fā)生主動(dòng)土壓力的最大允許值來(lái)考慮凸榫前土體能否產(chǎn)生被動(dòng)土壓力，由表1可得，松散砂土達(dá)到主動(dòng)土壓力極限狀態(tài)時(shí)的位移為0.005H，而軟黏土則為0.02H。由此可得兩種土類在不同墻高條件下的墻身位移允許值，見(jiàn)表2。

僅就松散砂土而言，依據(jù)表2的結(jié)果可得不同高度凸榫的相對(duì)變形值Δ/Ht，見(jiàn)表3。

由表3可以看出，不同墻高的凸榫在松散砂土中的相對(duì)變形值Δ/Ht均大于0.025，而根據(jù)研究結(jié)果[3]，擋墻達(dá)到被動(dòng)土壓力的位移量為0.02H～0.05H，因此在松散砂土情況下凸榫的相對(duì)變形值均能滿足榫前產(chǎn)生被動(dòng)土壓力的條件。另外對(duì)于粘土而言，由于其允許位移值遠(yuǎn)大于砂土，因而也較易滿足產(chǎn)生被動(dòng)土壓力的條件。由此可得，利用榫前土體的被動(dòng)土壓力來(lái)增強(qiáng)擋土墻的抗滑移能力可行的。

3 設(shè)計(jì)實(shí)例

以南京市某中學(xué)7m高的扶壁式擋土墻為例，該擋土墻頂寬0.4m，底寬5.0m，埋深1.5m，地震設(shè)防烈度為7度，其物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表4。

3.1 三種形式擋墻計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析

保持其他條件不變，分別將圖3所示的不加凸榫、傾斜基底及加凸榫3種情況的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)表5及圖4。

由表5可看出，對(duì)于相同截面尺寸的扶壁式擋土墻，加防滑凸榫能夠明顯提高抗滑力性能，一般工況和地震工況的抗滑力及抗滑移安全系數(shù)均能提高約70%左右；而設(shè)置傾斜基底也可以在一定程度上提高擋墻的抗滑能力，但不如加凸榫的擋墻的抗滑提高效果顯著。對(duì)于抗傾覆穩(wěn)定而言，三種形式下的擋土墻抗傾覆安全系數(shù)變化不是很大，由此也可以看出，抗滑移能力往往是擋土墻截面的主要控制因素。

3.2 凸榫構(gòu)造對(duì)抗滑移及抗傾覆安全系數(shù)的影響

針對(duì)加凸榫（圖3c所示）的扶壁式擋墻，分別考慮凸榫高度、寬度及位置對(duì)其抗滑移及抗傾覆安全系數(shù)的的影響，結(jié)果如下：

①凸榫高度對(duì)抗滑移及抗傾覆安全系數(shù)的影響。

保持其他條件不變，分別取凸榫高度Ht=0.5m、0.6m、0.7m、0.8m、0.9m，計(jì)算不同高度下的一般工況及地震工況的抗滑移及抗傾覆安全系數(shù)，其結(jié)果見(jiàn)表6，根據(jù)表6的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可分別繪制凸榫高度對(duì)抗滑移和抗傾覆安全系數(shù)的影響曲線，見(jiàn)圖4和圖5。

由表6及圖4可看出，凸榫高度從0.5m增大到0.9m的情況下，一般工況的抗滑移安全系數(shù)從1.110增加到1.563，增幅高達(dá)40.8%；地震工況的抗滑移安全系數(shù)從1.047增加到1.479，增幅高達(dá)41.2%，由此表明扶壁式擋墻的抗滑安全系數(shù)隨著凸榫高度的增大而增大，近似于線性增加。對(duì)比圖3（a）不加凸榫的情況的計(jì)算結(jié)果，可以看出較小高度的凸榫對(duì)扶壁式擋墻的抗滑性能也有較大程度的提高。而對(duì)于抗傾覆安全系數(shù)而言，由圖5可以看出，隨著凸榫高度的增加，其呈緩慢增大的趨勢(shì)，但不如抗滑移安全系數(shù)增大得明顯。

②凸榫寬度對(duì)抗滑移安全系數(shù)的影響。

保持其他條件不變，分別取凸榫寬度Bt=0.8m、0.9m、1.0m、1.1m、1.2m，計(jì)算不同寬度下的一般工況及地震工況的抗滑移及抗傾覆安全系數(shù)，其結(jié)果見(jiàn)表7，根據(jù)表7統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可分別繪制凸榫寬度對(duì)抗滑移和抗傾覆安全系數(shù)的影響曲線，見(jiàn)圖6和圖7。

由表7及圖6可看出，凸榫寬度從0.8m增大到1.2m的情況下，一般工況的抗滑移安全系數(shù)從1.325增加到1.342，地震工況的抗滑移安全系數(shù)從1.254增加到1.267，由此表明，隨著凸榫寬度的增大，扶壁式擋墻的抗滑安全系數(shù)呈緩慢增加的趨勢(shì)。同樣，隨著凸榫寬度的增大，擋墻的抗傾覆安全系數(shù)也呈緩慢增加的趨勢(shì)。

③凸榫位置對(duì)抗滑移安全系數(shù)的影響。

保持其他條件不變，分別取凸榫距墻趾距離Bt1=0.8m、0.9m、1.0m、1.1m、1.2m，計(jì)算不同位置的一般工況及地震工況的擋墻抗滑移安全系數(shù)，其結(jié)果見(jiàn)表8，根據(jù)表8的計(jì)算結(jié)果，可分別繪制凸榫位置對(duì)擋墻抗滑移和抗傾覆穩(wěn)定的影響曲線，見(jiàn)圖8和圖9。

由表8及圖8可看出，凸榫距墻趾距離從0.8m增大到1.2m的情況下，一般工況的抗滑移安全系數(shù)從1.384減小到1.285，地震工況的抗滑移安全系數(shù)從1.309減小到1.214，由此表明，隨著凸榫距墻趾距離的增大，扶壁式擋墻的抗滑安全系數(shù)呈近線性減小的趨勢(shì)。由圖9可以看出，擋墻的抗傾覆安全系數(shù)隨凸榫距墻趾距離的增大呈緩慢增大的趨勢(shì)。

④各因素影響程度分析。

由上述分析可知，凸榫高度、寬度及位置對(duì)擋墻的抗滑移及抗傾覆穩(wěn)定性都有著不同程度的影響。為分析各個(gè)因素對(duì)安全系數(shù)影響的敏感程度，可根據(jù)以上結(jié)果繪制各個(gè)因素對(duì)安全系數(shù)變化率的曲線，如圖10和圖11所示。從圖10可以看出，在所考慮的三種因素中，對(duì)扶壁式擋土墻抗滑移安全系數(shù)影響最大的是凸榫高度，其次是凸榫位置，凸榫寬度的影響最小。同樣，圖11表明，凸榫高度對(duì)抗傾覆安全系數(shù)的變化率影響最大，其次是凸榫寬度，凸榫位置的影響最小。由此說(shuō)明，在扶壁式擋土墻設(shè)計(jì)中，凸榫高度往往可以成為主要控制因素，在滿足其他構(gòu)造要求的條件下，適當(dāng)增大凸榫高度可以顯著提高擋土墻的抗滑穩(wěn)定性，并使抗傾覆穩(wěn)定性也有緩慢的提升。此外，由于水平地震力的影響，地震工況下的抗滑移及抗傾覆安全系數(shù)比一般工況下的安全系數(shù)有所減小，但兩種工況隨凸榫構(gòu)造的變化趨勢(shì)是一致的。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合具體工程實(shí)際，研究探討了防滑凸榫的設(shè)計(jì)原理，與不加凸榫及傾斜基底兩種形式的擋土墻在抗滑移及抗傾覆的效果上進(jìn)行了對(duì)比，并考慮了凸榫構(gòu)造對(duì)安全系數(shù)的影響，得出結(jié)論如下：

①與其他形式的扶壁式擋土墻相比，增設(shè)防滑凸榫能大幅度提高其抗滑性能，而凸榫對(duì)抗傾覆能力的影響甚微。②擋墻的抗滑移安全系數(shù)隨凸榫高度、寬度的增大而增大，而隨著其距墻趾距離的增大而減小，工程上在設(shè)置凸榫時(shí)可通過(guò)合理調(diào)整以上因素來(lái)充分發(fā)揮其抗滑作用。③凸榫高度的變化對(duì)扶壁式擋土墻抗滑性能的影響最為敏感，設(shè)計(jì)中可在滿足其他構(gòu)造要求的條件下適當(dāng)增大凸榫高度以增強(qiáng)擋土墻的抗滑穩(wěn)定性。④考慮到水平地震力的影響，地震工況下的抗滑移及抗傾覆安全系數(shù)均比一般工況下的安全系數(shù)有所減小，而兩種工況下各種因素的變化趨勢(shì)是一致的。

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