某基坑支護(hù)設(shè)計(jì)本科生畢業(yè)論文

重力式擋土墻1.前言擋土墻是一種為那些環(huán)境不允許土體出現(xiàn)自然滑坡的土體或其他材料提供穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)，常用來支承土體、煤或礦石堆等，以及用來截水。根據(jù)獲得穩(wěn)定性的方法，擋土墻主要可以分為以下幾類（見圖1）。重力式擋墻，就像它的名字，是依靠自身重力來保持穩(wěn)定的；懸臂式擋墻，是一種鋼筋混凝土墻體，它是用懸臂的形式來阻止墻后土體出現(xiàn)滑坡。這種擋墻的穩(wěn)定性部分依靠承臺底部土的重量來提供；扶臂式擋墻，類似于懸臂式擋墻，只是被用在懸臂式擋墻比較長或墻后壓力太大的地方，而且因?yàn)橛醒貕﹂g隔設(shè)置的扶臂，可以把墻和基礎(chǔ)聯(lián)系在一起，來減少彎矩和剪力。如圖1（c），設(shè)置在墻后的扶臂承受著拉力；扶垛式擋墻，類似于扶臂式，只是支撐設(shè)置在墻前側(cè)策承受著壓力而不是拉力；另外兩種沒有進(jìn)一步提到的是：垛式擋墻是數(shù)塊預(yù)應(yīng)力混凝土、金屬或木塊組成的構(gòu)件，由埋入土中的錨碇板支撐穩(wěn)定；半重力式擋墻是介于重力式和懸臂式之間的一種擋土墻體。橋臺通常是帶有伸展翼墻的擋土墻，這樣能夠穩(wěn)住橋頭填方和提供抗腐蝕保護(hù)。它從以下兩個方面不同于普通擋土墻：①它們承受著橋跨端部的反作用力②它們頂部受約束以至主動土壓力不可能發(fā)展包含住宅建設(shè)的基礎(chǔ)墻也是一種擋土墻，它的作用事阻擋地下室土體。擋土墻必須有足夠大的尺寸來抵抗傾覆（或過大的傾斜）和滑動，同時還要有足夠的構(gòu)造措施。擋土墻設(shè)計(jì)中的專業(yè)術(shù)語如圖2所示。其中墻基包括墻基前部突出部分（基趾）和基跟，類似于足跟。2.重力式擋墻的基本尺寸擋土墻的設(shè)計(jì)首先要假定尺寸，然后按穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)方面的要求來分析，并按要求進(jìn)行修改。由于這是一個嘗試性的過程，可能有多種方法可行，每種都是恰當(dāng)?shù)?。程序方法大大簡化擋土墻設(shè)計(jì)中的工作，而且提供了唯一一種切實(shí)可行的方法是設(shè)計(jì)最優(yōu)化。重力式擋土墻的尺寸可參見圖3所示。重力式擋墻一般做成梯形狀，但也有段脊?fàn)畹?。墻基和其他尺寸?yīng)使得合力作用在墻基1/3處，墻基的上部寬度不得小于0.3m.如果底部挑出只有100～150mm，可用庫侖方程來計(jì)算水平土壓力，滑裂面沿墻的后側(cè)產(chǎn)生。郎肯理論也可用于沿墻底發(fā)展的斷面。由于較大的尺寸使混凝土應(yīng)力較小，所以低強(qiáng)度混凝土一般可用來施工墻體。用來分析抗拉屈曲應(yīng)力的臨界斷面將沿著墻前側(cè)基址部分的交叉點(diǎn)產(chǎn)生。3.重力式擋墻上的力作用在重力式擋土墻上的力如圖4所示。主動土壓力用朗肯或庫侖理論來計(jì)算。如果用庫倫理論計(jì)算，假設(shè)墻前側(cè)有一個初始滑裂面，土壓力以墻土間的摩擦角δ作用在墻身上。郎肯理論假定Pa作用在與墻基豎直面成β角的面上。這個矢量然后疊加豎直面與擋土墻背間楔形土重矢量W，從而得到作用在墻身上的合力Pa的大小和方向。作用在墻基上的豎向合力R由基底反力來平衡，注意R與墻基的幾何中心有個偏心距e，考慮到基址，=傾覆力矩的總合∕R如果墻基的寬度為B，則偏心距可用下式計(jì)算：4.重力式擋墻的穩(wěn)定性擋土墻必須有足夠的穩(wěn)定性來抵抗滑動，如圖5所示。墻前土提供了一個主動土壓力抵抗墻的滑動。如果墻建完后土被開挖或受侵蝕，被動壓力部分就會喪失作用，滑坡的不穩(wěn)定性就可能發(fā)生。如果有一定的未損失的基址土，設(shè)計(jì)人員就可利用這個區(qū)域的被動壓力作為抗滑承載力的一部分。另外的滑動穩(wěn)定性可用設(shè)在墻基下的鍵槽來獲得。除非鍵槽很深，然而，滑動區(qū)（如圖6）可能跨越最小抵抗力方向上的鍵槽.進(jìn)入堅(jiān)固土或巖石中的鍵槽可能會非常有利，因?yàn)檫@時的抵抗力就是必須從承臺上剪切掉鍵槽的力。最好的鍵槽位置如圖6所示，是在基跟處（即墻基尾部）。這個位置產(chǎn)生了一個微妙的抗滑距離，以及一個來自上坡面的額外部分的力。這兩個數(shù)值：①鍵槽底部的被動壓力；②面以上的抗滑力中較小的一個將用來計(jì)算滑動穩(wěn)定性。沿著墻基的抗滑力記為fR,其中R包含所有的豎向力，以及Pa的豎向分量，作用在墻基上。墻基與土之間的摩擦系數(shù)可定為to,墻基處的粘聚力可定為=0.5cto0.75c。墻基土通常在填埋承臺之前就是壓實(shí)的。然而，重塑砼總會影響到地表，使得成為可能?？赡軙捎谒椭厮苁雇恋恼尘坌栽獾狡茐?；因而定值在0.5～0.75c是比較合適的。無粘性回填土的抗滑安全系數(shù)不能小于1.5，粘性回填土為2.0。計(jì)算公式如下：考慮到基址的作用，抗傾覆安全因數(shù)通常為1.5，對粘性土建議取2.0。計(jì)算公式如下：根據(jù)以上兩計(jì)算公式分子、分母所給條件的不同，可以有幾種計(jì)算安全因數(shù)的方法。5.重力式擋土墻設(shè)計(jì)重力式擋墻的設(shè)計(jì)將由一個算例來說明。重力式擋墻的設(shè)計(jì)首先是選擇尺寸。圖3只是作為初選尺寸的指導(dǎo)，圖7標(biāo)識出了關(guān)鍵截面和計(jì)算混凝土應(yīng)力的方法。還給出了美國混凝土協(xié)會（極限強(qiáng)度設(shè)計(jì)）準(zhǔn)則在Fps和SI體系中混凝土的容許應(yīng)力。例.設(shè)計(jì)一個實(shí)心重力式擋土墻，抵擋一5.5米的路堤。墻的一般幾何尺寸如圖8a所示。土體參數(shù)：回填土地基土18.50,,,第一步：用郎肯理論求出水平土壓力：Ka=0.321Pa=,第二步：計(jì)算土坡穩(wěn)定性。忽略基址土且不考慮被動土力。分區(qū)土體自重()力臂(m)抵抗矩()117.5()34121.826130.96140.5851.7122土壓力豎向分量=253.485W=457Mr=878*近似取2.27m/3處的形心與剪切面間的距離.(a)抗傾覆安全因數(shù)：>1.5安全(b)抗滑安全因數(shù)（忽略所有被動土壓力）：粘聚力c=粘聚力>1.5安全第三步：確定墻基上的合力與偏心距：<可以第四步：計(jì)算實(shí)際土壓力：<275kpa可以=16(min)第五步：驗(yàn)算距基址邊緣0.15m處剪切和拉伸應(yīng)力（如圖8b）：(a)抗剪驗(yàn)算：q=253-69.7xV=在x=0.15m處V=37KN.考慮荷載系數(shù)2,d=D，由于沒有配筋,則>82kap安全(b)抗拉驗(yàn)算：在x=0.15m處M=2.81有LF=2和所以拉應(yīng)力安全第六步：近似驗(yàn)算1/2墻高處(距墻頂3.5m;距滑坡位置約3.75m):近似計(jì)算M=M=由比例算出3.5m處的墻高：