浅谈地震地区挡土墙设计

杨永颖,由元晶

(1.中国大连国际合作(集团)股份有限公司;2.大连恒信工程造价咨询事务所有限公司)

在下列情况下,挡土墙应进行抗震强度和稳定性验算:设计裂度 8°或 8°以上地区;设计裂度 7°但地基为软弱黏土或可液化土层,或地震时可能发生大规模滑坡、崩坍地段。验算时,考虑破裂棱体和挡土墙分别承受地震力的作用,将地震荷载与衡载组合;在浸水地区,还要考虑常年水位的浮力,不考虑季节性浸水的影响:其他外力,包括车辆荷载的作用均不考虑。

验算方法,一般仍采用以静力理论为基础的库仑法,与一般挡土墙的区别在于计算土压力时需要考虑重力加速度的影响和水平地震力的作用。

1 水平地震力的计算

在挡土墙设计中,一般只考虑水平地震力,竖向地震力因影响很小,可以略去不计。作用于破裂棱体与挡土墙重心上的水平地震力Ps可以用式(1)计算

式中:GZ为综合影响系数(表示实际建筑物的地震反应与理论计算间的差异,一般采用 0.25);KH为水平地震系数(为地震时地面最大水平加速度的统计平均值与重力加速度的比值,如表 1所示);G为破裂棱体与挡土墙的重量。

图 1表示挡土墙重 G与水平地震力 PS的合力G1,其与竖直线的夹角 θs称为地震角,即

表 1 水平地震系数

图 1 水平地震力与地震角

2 地震作用下的土压力计算

例如,当填土表面与水平面成角β时,地震土压力应为

各种边界条件下的地震土压力均可以用 γs、δs、φs取代γ、δ、φ而按一般求解公式求算。但必须指出,这种方法仅是利用原有公式来求解的计算过程,而地震土压力Es的作用方向仍应按实际墙背摩阻角 δ决定,在计算 Ex和 Ey时,采用 δ而不用 δs。

对于地震荷载作用下的路肩挡土墙,也可以用下面的简化公式计算

式中:Ea为一般非地震地区的挡土墙主动土压力。

3 地震条件下挡土墙的稳定性验算

对地震地区挡土墙,应先接一般条件进行设计,然后再考虑地震荷载作用进行抗震验算。验算项目及方法与一般地区挡土墙相同。

4 地震地区挡土墙设计应注意的问题

(1)挡土墙宜采用装砌片石、混凝土和钢筋混凝土修筑。当采用干砌片(块)石时,墙高须加以限制:设计烈度为8度时,一般不应超过 5m;9度时,一般不超过 3m。

(2)浆砌片石挡土墙所用砂浆标号应该按非地震地区的要求提高一级采用。

(3)建于软弱黏土层和可液化土层地基上的挡土墙,可视具体情况采取换土、扩大基础、桩基等地基处理措施。

(4)墙体应以垂直通缝分段,每段长不宜超过 15m,地基变化或地面标高突变处,也应设置通缝。

(5)尽可能采用重心低的墙身断面形式。

(6)墙后填料应尽量用片、碎石或砂性土分层填筑并夯实,做好排水设施。