卸荷板式挡墙的受力分析与设计

卸荷板式挡墙的受力分析与设计
摘要：卸荷板挡土墙是一种悬臂式挡土墙钢筋混凝土结构。

卸荷板挡土墙的武器，壁对接的底板和卸板组成，本文根据挡土墙力的特点与优势，对卸荷板卸板的位置和宽度的计算方法已经受力分析与设计。

关键词：挡土墙卸板计算方法受力特点
一、卸荷板式挡墙
卸荷板挡土墙是一种悬臂式挡土墙钢筋混凝土结构。

卸荷板挡土墙的武器，壁对接的底板和卸板组成，在图1中所示。

与类似结构的悬臂式挡土墙相比，没有增加复杂的部件只在横向隔板里面一组足够的刚性臂，卸板。

其目标的障碍的传播的土壤，土压力董事会作出以下不能传送板的压力，从而降低了总的土压力。

一般情况下，这种结构适用于挡土墙防止土体坍塌（填充墙填充）的目的，更高的挡土墙，更加显着的优越性。

当墙高（H>5米），覆盖层重量的传统悬臂式挡土墙通过其自身重量，在地板上，以平衡土压力侧壁和后壁鞋跟，以维持稳定，必须有一个较大的横节的支持，从而在大型项目，占要成本的缺点。

卸荷板挡土墙的土压力，能够更好地克服这些问题的一部分。

二、卸荷板式挡墙的受力分析
2.1无卸荷板的悬臂式挡墙的土压力分布
高为H的悬臂式挡墙的土压力分布为三角形，见图2。

总土压力为P0=KaH2/2，作用点距底面H/3处
2.2卸荷板式挡墙的土压力分布
卸荷板上部是典型的高为h的悬臂式挡墙，其土压力分布为三角形，见图3(b)。

卸荷板以下，由于卸荷板上面的土压力不能传到板以下，下部分相当于另一个高为H-h悬臂式挡墙，只是从板宽b处开始作用有q=h的连续均布荷载，见图3(c)。

过B点引一条与水平线成45°-ɸ/2的斜线交AC于G，则线段长AG为均布荷载的影响深度，且影响达到最大值qKa=hKa，下部分土压力分布见图3。

线段长AG=btg(45°-ɸ/2)。

这样便得到卸荷板式挡墙总土压力分布，见图3(a)，对比图2和图3(a)可知，图3(a)中虚线部分即平行四边形ABEF 所代表的就是被卸荷板所卸掉的土压力P=bhtg(45°-ɸ/2)Ka。

作用点位于距底面Z处。

Z=H1-h-[btg(45°-ɸ/2)]/2
三、卸荷板对挡墙稳定性影响的评价
卸荷板消减了挡墙总的土压力，改善了土压力分布状态，那么它对挡墙稳定性将产生何种影响?下面将从倾覆稳定性、滑移稳定性和墙身截面最大弯矩3项指标的对比中予以评价。

如图1，挡墙高H，上部墙高h，下部墙高H-h，卸荷板宽b，底板厚d，墙趾宽R0，墙踵宽R，立臂厚m，卸荷板厚n；卸荷板式挡墙的抗倾覆安全系数。

应当指出，有卸荷板和无卸荷板的挡墙墙踵单宽上的覆土重是不同的。

为了便于讨论，将卸荷板的自重分解为两部分，其中一部分与同体积的填土重力相同，另一部分为混凝土与填土重力差。

当然这两个力不能直接传给墙踵底板，但是因为卸荷板和立臂都有足够的刚度，能够间接地将这两个力传递给墙踵底板，最终均布给地基。

因此卸荷板自重及其上的覆土重这两个力对于整个系统铅垂方向力的平衡和对墙趾力矩的平衡可视为与无卸荷板的挡墙相同，只是在卸荷板处增加一个集度为n(Y-Y)的均布荷载。

R、R分别为混凝土和填土的重度。

四、卸荷板式挡墙的受力特点
卸荷板是卸荷板挡土墙的重要构件,其主要作用是减少挡土墙下墙土压力.增加全墙抗倾覆稳定.由于板上回填料使挡墙自重增加,稳定力矩也相应增加;另外由于卸荷板的遮帘作用,板下墙身所受的土压力减小,使其作用于挡墙的水平推力减小,倾覆力矩相应减小.
卸荷板挡土墙土压力分布如图4所示.上墙土压力分布同重力式挡土墙,下墙受卸荷板影响,土墙压力减小,土压力合力作用点下降。

卸荷效应随卸荷板长度增长而增大。

当卸荷平台宽度在破裂面以内时，该挡土结构称为短卸荷板挡土墙，其土压力分布如图4a所示；当卸荷平台宽度在破裂面附近时，其上压力分布如图4b所示;当卸荷平台宽度超出通过墙踵部与水平线成,角的直线以外时,该挡土结构称为长卸荷板挡土墙.此时下墙背土压力不受上墙填料的影响,其土压力分布如图4c所示.
根据图4卸荷板挡土墙土压力分布图形及有关卸荷板挡土墙模型试验资料分析,卸荷板长度影响卸荷板挡土墙受力状态.板越短,下墙土压力越大$板上垂直压力越小,板越长,下墙土压力越小,板上垂直压力越小,板长大于某一长度时,板底出现垂直压力,也就是说,长卸荷板挡土墙下墙背土压力仍然要受上墙填料的一定影响.长卸荷板挡土墙具有较大的负偏心,使墙踵应力增大,当基底承载力较低时,需加宽挡墙基础.短卸荷板挡土墙可通过调整卸荷板长度,使墙基地基应力分布更加均匀,因此,目前倾向于使用短卸荷板挡土墙,较少采用长卸荷板挡土墙.
五、卸荷板式挡墙设计的主要问题
与一般悬臂式挡墙相比，卸荷板式挡墙设计的主要问题是如何确定卸荷板的位置h和宽度b这两个参数，使结构优化，最大限度地降低工程造价。

根据使用要求和一般稳定性条件确定墙高和底板宽度、厚度后，决定挡墙立臂和卸荷板断面尺寸及工程造价的主要依据是墙身与底板连接处的最大弯矩M及卸荷板端头弯矩b2h/2
就立臂而言，希望M最小，从M=H1P0/3-ZP中可以看出，当给定H1后，H1P0/3是定量，若要M最小，只需使ZP最大即可。

就是被卸荷板消减土压力相应的力矩最大化。

但必须注意，卸载板挡土墙的土压力解除了添加一个连续板的成本。

考虑到这两个方面，必须找到一个最佳点之间的长消除，以获得最好的效果。

为目标，一方面，降低工程造价从建筑成本的降低，卸荷板使挡墙立臂最大弯矩减少ZP，根据钢筋混凝土结构学理论，立臂的厚度和配筋量都可以相应减少，且减少的量受ZP控制，ZP越大，减少的越多;另一方面，从增加工程造价方面看，卸荷板的工程量受端头弯矩b2h2控制，b2h2越大，卸荷板工程量也越大。

由于挡墙的高度通常是卸荷板长度的数倍，它们的厚度相差不多，因此设置卸荷板后引起挡墙立臂工程量(这里ε工程量∀一词不能简单地理解为构件的体积量，而是含有造价意义的综合概念。

)的减少量与增设的卸荷板工程量是不同的。

如果前者为v，后者为v，那么v=εv(ε>1)。

ε为回报系数。

显然ε是和墙高与卸荷板宽之比Hb正相关的，根据结构要求，b#R，且b较小不能充分发挥卸荷板的减力效能，可经验地确定ε的取值范围为ε=(0.7~1.0)H1R。

要具体地确定每一单位ZP或b2h/2引起的立臂或卸荷板工程量的变化量是非常困难的，因为力矩减少引起构件工程量的减少可以通过不同的设计途径实现，如缩小构件厚度，减少配筋量或两者同时减少。

但是如前所述，v。

v分别受Z/P和b2h/2控制;并且，根据前述回报系数的含意可知，当立臂危险截面减少，单位力矩带来的利益是在卸荷板端头增加单位力矩付出代价的ε倍。

换句话说，设置卸荷板同时产生两个结果：∃在卸荷板端头增加力矩b2h2；%在立。

五、卸荷板式挡墙应用实例简介
辽宁省清河水库旅游区停车场，于1990年建成卸荷板式挡墙，墙高5.5m，长55m投资仅2.8万元;比相同规模的重力式挡土墙节省投资4.56万元，与悬臂式或扶臂式挡墙相比节省的投资更多。

同时减少工程占地，创造可观的经济效益。

各种不同b，h组合下的参数对照表见表1。

卸荷板式挡墙应用实例简介
六、结论
上文中提到了很多的计算公式，有利于对一些需要的数据进行计算，理论是时间的基础，对于卸荷式的挡土墙而言，合理的利用高级卸荷板挡土墙的设计理念，充分利用力学，优化挡土墙结构，结构简单，施工方便，成本低，和应用价值。

参考文献：
[1] 谈松曦.水闸设计[M].北京：水利电力出版社，1986.
[2] 冯国栋.土力学[M].北京：水利电力出版社，1996.
[3] 陈希哲.土力学地基基础[M].北京：清华大学出版社，1982.。