第5期(總第123期)中國(guó)市政工程N(yùn)o.5 (Serial No.123)2006年10月CHINA MUNICIPAL ENGINEERINGOct. 2006擋土墻的設(shè)計(jì)優(yōu)化陸健(上海市園林設(shè)計(jì)院,上海200031)摘要;根據(jù)大量擋土墻工程事故和引用已有的主動(dòng)土壓力計(jì)算方法,對(duì)擋土墻優(yōu)化設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的土壓力計(jì)算的影響因素，分別從理論和工程應(yīng)用現(xiàn)狀方面加以分析。主要影響因素有:不同的土壓力理論;地下水;局部超載作用;墻后填士狀態(tài)。因此,應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)和工程地質(zhì)條件,考慮選擇合適的土壓力計(jì)算方法。關(guān)鍵詞:擋士墻;工程事故;影響因素;主動(dòng)土壓力中圖分類號(hào): TU476.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文 章編號(hào): 1004- -4655(2006)05- -00609- -03擋土墻是為了實(shí)現(xiàn)較大的地勢(shì)高差而增加的構(gòu)筑(4)墻背填土使用雜填土,其密實(shí)度很差。物。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),在我國(guó)丘陵、山區(qū)地帶的建筑場(chǎng)地1.2擋土墻滑移中,有55%需修建擋土墻。對(duì)擋土墻的設(shè)計(jì)主要考慮某河道擋土墻為重力式漿砌石擋土墻，計(jì)算結(jié)果受彎、受剪抗傾覆及抗滑移等。從大量擋土墻事故調(diào)表明當(dāng)墻后土質(zhì)均勻時(shí)擋土墻的抗滑滿足設(shè)計(jì)要求。查表明，其中不少失事原因是由于設(shè)計(jì)人員的疏忽,使但該段擋土墻于2002年10月建成,2003年4月即出土壓力計(jì)算結(jié)果不能完全反映實(shí)際情況,造成擋土墻現(xiàn)了擋土墻整體滑移，夏季降雨后大面積護(hù)坡翹起。設(shè)計(jì)的失誤,產(chǎn)生安全隱患。因此,擋土墻的設(shè)計(jì)優(yōu)化2003年7月專家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察,發(fā)現(xiàn)修筑擋土墻時(shí)清應(yīng)引起充分的重視。淤工作不徹底,未能清理到古河道沖積的淤泥層(淤泥1擋土墻的事故分析層內(nèi)摩擦角僅為6°),這-軟弱夾層的存在使土的力擋土墻的種類較多且形式多樣，其中以重力式擋學(xué)指標(biāo)下降?；靥詈笊喜啃纬陕访?加上回填土自重,土墻最為常見(jiàn)。它是以剛性墻體本身重量來(lái)維持墻身荷載遠(yuǎn)大于未治理時(shí)的荷重。尤其在降雨量較大時(shí)，在土壓力等作用下的平衡穩(wěn)定，優(yōu)點(diǎn)是可就地取材,由于滲流及孔隙水壓力的影響，擋土墻穩(wěn)定性不能滿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,施工方便，經(jīng)濟(jì)效益好,因而在工程中得到足規(guī)范要求。廣泛應(yīng)用。但因設(shè)計(jì)或施工不當(dāng)而造成的事故并不少?gòu)囊?上兩例事故分析可以看出，造成擋土墻事故見(jiàn)。以下結(jié)合兩例典型的重力式擋土墻事故,分析擋的原因除盲目追求低造價(jià)、僅憑經(jīng)驗(yàn)修建外,不少還土墻設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題。是由設(shè)計(jì)不當(dāng)及施工質(zhì)量低劣造成的。因此很有必要1.1擋土墻倒塌從設(shè)計(jì)優(yōu)化方面著手加以防治。某廠10m高石砌重力式擋土墻建成后不久,一2擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算方法場(chǎng)大雨使擋土墻全部倒塌,直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)萬(wàn)元。事目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)擋土墻的設(shè)計(jì)計(jì)算主要有兩種方故的原因有:法:方法一,憑經(jīng)驗(yàn)確定擋土墻的形式、墻身截面尺寸,(1)設(shè)計(jì)人員套用其他擋土墻施工圖紙,而原設(shè)計(jì)并計(jì)算出其承受的土壓力,然后再驗(yàn)算擋土墻的強(qiáng)度的地質(zhì)條件、土質(zhì)情況及墻背填土厚度均與實(shí)際建筑和穩(wěn)定性;方法二，考慮擋土墻施工的造價(jià),以擋土墻場(chǎng)地不符。如原設(shè)計(jì)擋土墻后邊坡為黏性土,邊坡穩(wěn)本身的造價(jià)構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)(僅限于鋼筋混凝土擋土定性好,而實(shí)際場(chǎng)地為砂質(zhì)黏土,且墻背填土厚度較墻),對(duì)擋土墻進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，擋土墻的形式還是憑經(jīng)原設(shè)計(jì)增大1.0~1.5 m,使被動(dòng)土壓力增大。驗(yàn)確定。(2)盲目削減擋土墻截面尺寸，使其自重減小，這這兩種方法都存在著一些 不足和問(wèn)題:主觀性(離不利于抗傾覆抗滑移。散性)較大;設(shè)計(jì)周期長(zhǎng),效率低;對(duì)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)要(3)施工砌筑方法不正確,砂漿飽滿度不夠,墻身求較高;沒(méi)有考慮擋土墻形式的選擇與擋土墻工程總結(jié)構(gòu)的整體性較差。體造價(jià)之間的關(guān)系。由于擋土墻中國(guó)煤化工將直接影響收稿日期:2006-07-12材料的消耗及杉響擋土墻工YHCNMHG59.中國(guó)市政工程陸健:擋土墻的設(shè)計(jì)優(yōu)化2006年第5期程的總造價(jià),所以尋找最佳設(shè)計(jì)方案就成了擋土墻設(shè)K。的計(jì)算問(wèn)題。計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題?，F(xiàn)行的設(shè)計(jì)方法沒(méi)有考慮擋土1)朗肯土壓力理論中，應(yīng)用半空間的應(yīng)力狀態(tài)和墻工程的綜合經(jīng)濟(jì)性，故對(duì)擋土墻用綜合最優(yōu)的方法極限平衡理論導(dǎo)出土壓力計(jì)算公式,但由于忽略了填進(jìn)行最優(yōu)選型設(shè)計(jì)具有突出的意義。土與墻背之間的摩擦影響，使計(jì)算的主動(dòng)土壓力偏3擋土墻的結(jié)構(gòu)選型大,而被動(dòng)土壓力偏小。各類擋土墻的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益有著相當(dāng)大的差別。2)庫(kù)倫土壓力理論的適用條件是墻后填土為無(wú)黏從工程實(shí)際出發(fā),從減壓式擋土墻、重力式擋土墻、懸性土,根據(jù)墻后滑動(dòng)土楔的靜力平衡條件導(dǎo)出土壓力臂式擋土墻和扶壁式擋土墻等結(jié)構(gòu)形式中進(jìn)行雙向計(jì)算公式，并且假定墻后填土的破裂面為一平面,但.優(yōu)選,即進(jìn)行各類擋土墻和本類擋土墻的優(yōu)選設(shè)計(jì)之事實(shí)上只有在填土與墻背之間的外摩擦角δ較小間的優(yōu)選比較，最后確定-種技術(shù)經(jīng)濟(jì)狀況最優(yōu)、現(xiàn)時(shí),破裂面才接近平面,因此計(jì)算結(jié)果與按曲線滑動(dòng)場(chǎng)適應(yīng)性最好的擋土墻方案。面計(jì)算的有出入。通常情況下，這種偏差在計(jì)算主動(dòng)進(jìn)行擋土墻優(yōu)化設(shè)計(jì)與風(fēng)險(xiǎn)決策的步驟:第一確.土壓力時(shí)較小，為2%~ 10%,可以認(rèn)為滿足工程精度要定方案比選的統(tǒng)-標(biāo)準(zhǔn);第二確定優(yōu)化設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)決求,而在計(jì)算被動(dòng)土壓力時(shí),計(jì)算結(jié)果誤差較大。策方法;第三選取比較能反映方案特性的隨機(jī)變量可3)廣義庫(kù)倫土壓力理論的適用性最廣，墻后填土能值;第四搜索各類擋土墻的規(guī)范狀態(tài)并按數(shù)學(xué)期望可為黏性土，黏聚力c>0。在計(jì)算黏性土的土壓力時(shí),準(zhǔn)則和優(yōu)勢(shì)比較準(zhǔn)則分別考核各個(gè)待選方案。工程上經(jīng)常采用“等值內(nèi)摩擦角”法,將黏聚力c折目前國(guó)內(nèi)外對(duì)新型支擋結(jié)構(gòu)的研究日趨成熟,錨算成內(nèi)摩擦角,再用庫(kù)倫土壓力理論計(jì)算。定板擋土墻、錨桿擋土墻、土釘加筋土擋土墻等新型4.2地下水對(duì)土壓力計(jì)算的影響擋土墻已在各類工程中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。這些擋土墻后填土密實(shí)后(即施工后)地下水的存在對(duì)新型擋土墻具有設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)輕巧施工快、投資省.墻后土體大致有如下影響:等特點(diǎn)?？梢灶A(yù)見(jiàn),隨著新型支擋結(jié)構(gòu)體系理論研究1)毛細(xì)水作用使地下水位以上的一部分土體產(chǎn)生與計(jì)算方法的不斷完善,新型擋土墻的應(yīng)用定會(huì)日趨假黏聚力;廣泛。2)黏性土自身的黏聚力會(huì)有所降低;4擋土墻優(yōu)化設(shè)計(jì)中 土壓力計(jì)算的影響因素3)黏性土在低溫情況下會(huì)凍脹產(chǎn)生-定的壓力;一般擋土墻設(shè)計(jì)的必要內(nèi)容是以擋土墻所受的土4)土體容重有顯著變化。壓力的計(jì)算結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行抗滑移穩(wěn)定性和抗傾覆在計(jì)算地下水的影響時(shí)，其中1)、2)3)項(xiàng)產(chǎn)生的穩(wěn)定性驗(yàn)算的。影響比較復(fù)雜且相對(duì)較小,不易計(jì)算。第4)項(xiàng)地下水工程中普遍采用朗肯(Rankine) 和庫(kù)倫(Coulomb)引起土體容重的變化對(duì)土壓力影響較大,計(jì)算時(shí)應(yīng)主兩種土壓力理論,通過(guò)一定的簡(jiǎn)化和假定,計(jì)算擋土要考慮其影響。墻后土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)擋土墻的主動(dòng)土壓力。4.3局部超載作用對(duì)土壓力計(jì)算的影響擋土墻的設(shè)計(jì)以合理的主動(dòng)土壓力計(jì)算公式為前局部超載是指距擋土結(jié)構(gòu)-定距離作用在填土面提,朗肯、庫(kù)侖土壓力計(jì)算理論以及由其推導(dǎo)的土壓有限寬度上的荷載,如在擋士結(jié)構(gòu)背后的填土面上有力計(jì)算公式多數(shù)把墻后土體假定為理想的狀況，即便平行于擋土結(jié)構(gòu)的公路、土堤、施工堆料、機(jī)械設(shè)備有地下水或填土為成層土,也是指同一水平厚度土體等。當(dāng)擋土結(jié)構(gòu)后填土面上有連續(xù)均布荷載q作用物理力學(xué)性質(zhì)均勻。在擋土墻設(shè)計(jì)中,盡管這些計(jì)算時(shí),通常土壓力的計(jì)算方法是用假想的土重代替均布方法數(shù)學(xué)推理上是完善合理的，但實(shí)際工程應(yīng)用中有荷載,這種方法可稱為當(dāng)量土重法。當(dāng)填土面上有局-定的局限性。部超載作用時(shí),主動(dòng)土壓力計(jì)算仍采用此種方法。但土壓力是作用于支護(hù)工程的主要荷載，因此土壓是此時(shí),此方法在理論上難以成立,不符合應(yīng)力分布力的計(jì)算是否準(zhǔn)確，是擋土墻設(shè)計(jì)成敗的重要因素。規(guī)律。填土面上作用的超載應(yīng)為附加荷載，在局部范所以通過(guò)分析影響土壓力大小的各種因素來(lái)探討土圍分布時(shí),在土中產(chǎn)生的是附加應(yīng)力,按附加應(yīng)力分壓力計(jì)算問(wèn)題,對(duì)工程設(shè)計(jì)而言有著重要意義。布規(guī)律,在土中傳遞過(guò)程中產(chǎn)生擴(kuò)散。傳遞越深,則荷4.1應(yīng)用不同土壓力理論對(duì)土壓力計(jì)算的影響載分布越廣,其值越小。計(jì)算點(diǎn)離荷載中心線越遠(yuǎn),其朗肯土壓力理論、庫(kù)倫土壓力理論及廣義土壓力值也越小。局中國(guó)煤化工,即土中水平理論的表達(dá)形式是相同的，不同的是主動(dòng)土壓力系數(shù)方向的附加應(yīng)MHCN M H G,對(duì)局部荷載7(.中國(guó)市政工程陸健:擋土墻的設(shè)計(jì)優(yōu)化2006年第5期作用應(yīng)求出附加荷載在擋土結(jié)構(gòu)背后的填土中產(chǎn)生表明,這些擋土墻按經(jīng)典土壓力計(jì)算公式計(jì)算表明是的側(cè)向應(yīng)力，即為局部荷載引起的土壓力。穩(wěn)定的,由于疏忽了擋土墻后土體存在抗剪強(qiáng)度較低4.4墻后填土的狀態(tài)對(duì)土壓力計(jì)算的影響的軟土或軟弱夾層,以及回填土和老土有明顯接觸面按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》給出的土壓力計(jì)算公等各種情況，因而造成擋土墻設(shè)計(jì)的失誤,導(dǎo)致不必要式來(lái)計(jì)算,其結(jié)果只是土體在某一種狀態(tài)下的計(jì)算結(jié)的巨大經(jīng)濟(jì)損失。果,不一定就是在最不利狀態(tài)下的結(jié)果。墻后填土物從分析中可知,影響土壓力的因素是多方面的。根理狀態(tài)的改變,其主要原因:雨水(或融雪)的下滲;地?fù)?jù)工程特點(diǎn)和工程地質(zhì)條件的不同,考慮選擇合適的下水水位的波動(dòng);長(zhǎng)期荷載的作用;靈敏度的影響;排土壓力計(jì)算方法,是非常必要的。水設(shè)施的工作狀態(tài)。參考文獻(xiàn)在土壓力的計(jì)算中，既要考慮某-狀態(tài)下填土的! 巢文華.對(duì)重力式擋土墻工程設(shè)計(jì)中的-些問(wèn)題的探討[J]江蘇建筑,2002 ,(2).力學(xué)物理性質(zhì)，也要考慮到填土的物理狀態(tài)是動(dòng)態(tài)時(shí)偉,劉繼明,王磊,基坑支護(hù)體系主動(dòng)區(qū)土壓力試驗(yàn)研究[J].巖石力的,影響它的因素又是多方面的。因此,選擇填土的何學(xué)與工程學(xué)報(bào),2002,21(2).種物理狀態(tài)作為土壓力計(jì)算的依據(jù)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際工程3時(shí)偉,韓曉雷.基坑支護(hù)體系主動(dòng)區(qū)土壓力計(jì)算方法研究[J].青島建的具體情況進(jìn)行綜合分析來(lái)確定。大量失事工程調(diào)查筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2003 ,24(2).4劉建航,侯學(xué)淵.基坑工程手冊(cè)[M ].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 1997.(上接第64頁(yè))均衡勻速地推進(jìn)施工。結(jié)合以往穿越管線行之有效的3)JGJ/T90- 1992 《工程技術(shù)規(guī)范》。經(jīng)驗(yàn)，在盾構(gòu)穿越的過(guò)程中,推進(jìn)速度不宜過(guò)快(最快4)GB 50308- 1999 《地下鐵道、輕軌交通工程測(cè)不大于2cm/min為宜)。盾構(gòu)姿態(tài)變化不可過(guò)大過(guò)量規(guī)范》。頻,控制單次糾偏量不大于10mm(高程平面),控制5)《變形監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》。盾構(gòu)每次變坡不大于0.1%,以減少盾構(gòu)施工對(duì)地層的3.3 監(jiān)測(cè)精度 .擾動(dòng)影響。1)高程控制測(cè)量按照國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量精度進(jìn)行。4.3嚴(yán)格控制同步注漿量和漿液質(zhì)量2)水準(zhǔn)測(cè)量每站觀測(cè)高程中誤差Mo為0.5mm。同步注漿漿液選用可硬性漿液(嚴(yán)格控制漿液配3)水準(zhǔn)符合路線其閉合差F為+4.0VN mm(N 為比)。通過(guò)同步注漿及時(shí)充填建筑空隙,減少施工過(guò)程路線長(zhǎng))。中周邊的土體變形。同步注漿量-般控制在建筑空隙4)最弱點(diǎn)觀測(cè)高程中誤差M弱為1.4 mm。的200%~250%,實(shí)際施工中漿液的用量結(jié)合前一階3.4監(jiān)測(cè)頻率段施工的用量以及監(jiān)測(cè)報(bào)表進(jìn)行合理選擇。在盾構(gòu)位于該區(qū)域的推進(jìn)施工中，增加監(jiān)測(cè)的頻4.4二次注漿率。在一般的推進(jìn)過(guò)程中,監(jiān)測(cè)頻率為每天2次。在穿在盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，填補(bǔ)建筑空隙的同步注漿漿液，有越污水管的施工過(guò)程中,將監(jiān)測(cè)頻率提高至每天3~5可能順土層裂隙滲透而依舊存在-定間隙,且漿液收次,若監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)還需增加監(jiān)測(cè)頻率。必要縮也會(huì)形成地面變形及土體側(cè)向位移的隱患。因此視時(shí)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè),直至完成盾構(gòu)穿越,待變形穩(wěn)定后實(shí)際情況需要,在管片脫出盾尾5環(huán)后,可采取對(duì)管恢復(fù)正常頻率。施工前所得的初始數(shù)據(jù)必須是3次觀片的建筑空隙進(jìn)行二次注漿的方法來(lái)填充。漿液為水測(cè)平均值,以保證原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。當(dāng)監(jiān)測(cè)值接近泥單液漿。漿液通過(guò)管片的注漿孔注入隧道外土層,報(bào)警值時(shí)提請(qǐng)有關(guān)方面注意;當(dāng)監(jiān)測(cè)值達(dá)到報(bào)警值時(shí)并在施工時(shí)采取推進(jìn)和注漿聯(lián)動(dòng)的方式,注漿未達(dá)到及時(shí)報(bào)警。要求,盾構(gòu)暫停推進(jìn)，以防止土體發(fā)生過(guò)大變形。壁后4盾構(gòu)穿越時(shí) 采取的技術(shù)措施二次注漿根據(jù)地面監(jiān)測(cè)情況隨時(shí)調(diào)整,從而使地層變4.1嚴(yán)格控制盾構(gòu)正面平衡壓力形量減至最小。在盾構(gòu)穿越污水管過(guò)程中必須嚴(yán)格控制切口平衡5結(jié)語(yǔ)壓力,同時(shí)也必須嚴(yán)格控制與切口壓力有關(guān)的施工參在整個(gè)施工過(guò)程中，將施工技術(shù)要點(diǎn)和施工參數(shù)數(shù),如推進(jìn)速度、總推力、出土量等。盡量減少平衡壓控制形成有效的、可靠的預(yù)控系統(tǒng),用于指導(dǎo)盾構(gòu)推力值的波動(dòng),使對(duì)土體擾動(dòng)減少到最小。進(jìn)施工。通過(guò)精心策劃、認(rèn)真施工,管線的沉降小于預(yù)4.2嚴(yán)格控制盾構(gòu)糾偏量計(jì)和要求的沉中國(guó)煤化工看構(gòu)穿越合流在確保盾構(gòu)正面變形控制良好的情況下，使盾構(gòu)污水管的工程。YHCNMHG71.