论挡土墙和条形基础的设计

论挡土墙和条形基础的设计强中1王江华2（1上海华都建筑规划设计有限公司2000922上海华都建筑规划设计有限公司200092）摘要：目前，挡土墙基础多为筏板基础。不过在承载力较高的场地利用筏板基础考虑结构设计的经济性，往往较为浪费。因此,可以采用较为经济的条形基础做为挡土墙的基础。由于规范和各种设计资料对条形基础挡土墙的设计方法并没有明确，设计人员在设计时往往无资料可以参考。为此，本文通过具体的算例，给出挡土墙和其条形基础的设计方法。关键词：钢筋混凝土挡土墙；条形基础；设计方法Abstract:atpresent,thefoundationfortheretainingwallmoretuberaftfoundation.Butinthebearingcapacityofthehighertheuseoftuberaftfoundationconsiderstructuredesignoftheeconomy,oftenmorewaste.So,canusemoreeconomicbarfoundationasthefoundationoftheretainingwall.Duetothespecificationandvariousdesignmaterialforabarfoundationoftheretainingwalldesignmethodandnoclear,designpersonnelinthedesignoftennomaterialcanreference.Therefore,thisarticlethroughtheconcreteexample,givearetainingwallanditsbarfoundationdesignmethod.Keywords:reinforcedconcreteretainingwall;Barfoundation;Designmethod中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：取单位长度钢筋混凝土挡墙为研究对象（见图1），假设墙背竖直光滑，墙后静止土压力为Ea；挡土墙重量为G1，基础重量为G2，挡土墙基础宽度范围内的土重为G3；其重心对基础倾覆点O的距离分别为X1，X2，X3；根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)可得钢筋混凝土挡墙的验算公式如下：2.1抗滑移稳定性验算式中，μ为土对挡土墙的摩擦系数。2.2抗倾覆稳定性验算式中，t为条形基础的高度。2.3地基承载力验算1）当e≤b/6时2）当e＞b/6时pmax=式中，pmax,pmin分别为基底最大、最小压应力；e为基底合力到底面中心的距离；a为基底总反力作用点至倾覆点o的距离；fa为经深度和宽度修正后的地基承载力特征值，G=。3设计算例根据上部有无顶板约束，可以分为悬臂式挡土墙和约束式挡土墙。3.1约束式挡土墙某挡土墙高为4m，上部顶板厚为250mm，考虑地面堆载及施工荷载5.0kN/m2，地下水位在地面以下1m，填土的物理力学性质指标为c=12.0kPa，φ=20°，γ=18.0kN/m3。考虑修正后的地基承载力fa=500kPa。上部结构传来的荷载为F=500kN，M=100kN·m。下面给出计算过程。3.1.1挡土墙计算地基承载力较高，基础考虑采用条形基础，由于两侧挡土墙受到等值压力，上部有顶板约束，挡土墙不存在倾覆以及滑移。只需要对挡土墙墙身的抗弯承载力进行验算。对于挡土墙有顶板约束。通常我们假定上部为铰支端，下部为固定端。取单位宽度挡土墙进行计算。土的静止土压力系数Ka=tg2(45°-)=0.49土对挡土墙底部的弯距M1=1/15×18×4×0.49×42=37.6kN·m堆载及施工荷载对挡土墙底部的弯距M2=1/8×5×42=10.0kN·m水对挡土墙底部的弯距M3=23.5kN·mΣM=M1+M2+M3=71.1kN·m取挡土墙厚度为300mm，As===877mm23.1.2条形基础计算假定条形基础宽度为2m，基础高度为350mm。首先不考虑挡土墙影响，e1=0.181m＜b/6=0.333，pmin=126.8kPa，pmax=426.8kPa。考虑挡土墙的影响，e2=0.309m＜b/6=0.333m，pmin=20.1kPa，pmax=533.4kPa。综上可求出条形基础的最大弯距Mmax=166.3kN·m，As==171mm2。由此可以看出，考虑挡土墙影响后，条形基础的最大净反力增大25％。设计人员如果设计时不考虑挡土墙的影响，仅仅考虑上部结构荷载，会给结构埋下很大的安全隐患。3.2悬臂式挡土墙土的物理参数同上，挡土墙高为4m，上部无顶板。考虑修正后的地基承载力fa=500kPa。上部结构传来的荷载为F=500kN，M=100kN·m。下面给出计算过程。3.2.1挡土墙计算由于挡土墙上部无顶板约束，两侧挡土墙不能形成一个整体，为此应验算挡土墙墙身的抗弯承载力，挡土墙的抗倾覆以及抗滑移。通常此时我们假定上部为自由端，下部为固定端。取单位宽度挡土墙进行计算。土的静止土压力系数Ka=tg2(45°-)=0.49土对挡土墙底部的弯距M1=1/2×18×4×0.49×4×4×1/3=94.1kN·m堆载及施工荷载对挡土墙底部的弯距M2=1/2×5×42=40kN·m水对挡土墙底部的弯距M3=1/2×10×3×3×3×1/3=45kN·mΣM=M1+M2+M3=179.0kN·m取挡土墙厚度为400mm，As===1578mm23.2.2条形基础计算假定条形基础宽度为3.5m，基础高度为400mm。首先不考虑挡土墙影响e1=0.181m＜b/6=0.583m，pmin=109.3kPa，pmax=207.3kPa。考虑挡土墙的影响，e2=0.504m＜b/6=0.583，pmin=21.6kPa，pmax=294.9kPa。综上可求出条形基础的最大弯距Mmax=140.2kN·m，As==1236mm2。基础的抗倾覆验算：倾覆弯距M1=279kN·m，抗倾覆弯距M2=1027kN·m，=3.68＞1.6，满足要求。基础抗滑移验算：滑移荷载F1=135.6kN，抗滑移荷载（考虑基础摩擦系数为0.40）F2=244.6kN，=1.8＞1.3。基础的抗倾覆和抗滑移均满足要求。综上可见，考虑悬臂式挡土墙影响后，条形基础的最大净反力增大42％。相同条件下悬臂式挡土墙比约束式挡土墙对条形基础的影响更大。同时由于基础的宽度较大，使上部结构荷载和挡土墙后土体重量对倾覆点的力臂增大，基础的抗倾覆比较容易满足。4结论与建议1）本文给出了约束式挡土墙和悬臂式挡土墙及其条形基础的详细算法。通过实例可以看出，挡土墙对基础的影响较大，设计人员在设计中应充分考虑挡土墙对基础的影响。2）约束式挡土墙由于挡土墙为以整体，荷载对称不存在基础的倾覆和滑移，从概念设计的基础出发应考虑增加约束顶板的刚度以及基础之间填土的的压实度，使基础整体有更大的安全储备。3）悬臂式挡土墙对条形基础的影响比约束式挡土墙对基础的影响更大。由于悬臂式挡土墙的基础宽度较大，基础的抗倾覆比较容易满足。同时，考虑增加基础填土方向的长度，相应减少相反方向基础的长度，可以相应的减少基础的宽度，达到优化基础的目的。论挡土墙和条形基础的设计作者：强中，王江华作者单位：上海华都建筑规划设计有限公司刊名：城市建设理论研究（电子版）英文刊名：ChengShiJiansheLiLunYanJiu年，卷(期)：2012(5)本文链接：