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香港挡土墙设计概述(2)

作者:王明珉     2023年5月16日 22:07      转载请注明来自精益岩土网

香港挡土墙设计主要遵从《Guide to Retaining Wall Design》(Geoguide 1 by Geotechnical Engineering Office),首次出版于1982年,现行版本是2020版。

该指南中规定的岩土工程标准适用于陆地上新的永久性土质挡土墙。 海事结构的设计和既有挡土墙的评估不在其范围内。这本指南也不适用于支撑深基坑侧壁的临时结构(例如,由板桩、排桩、灌浆桩或地下连续墙形成的支撑体系或锚固体系)。

该指南指出,设置挡土墙的目的是承受由被支挡地面产生的力,并将这些力安全地传递到地基。 应避免挡土墙和附近地面出现过度变形或位移。 与建造新斜坡的成本相比,建造挡土墙的成本通常较高。 因此,在设计过程中应仔细评估是否需要挡土墙,并尽可能降低挡土墙的支挡高度。对于靠近土地边界建造的挡土墙,特别是在城市地区,需要特别考虑土地归属。 由于占用土地,某些形式的挡土结构会受到使用限制。需要征求相邻土地所有者的许可,才能将挖掘限制或结构构件扩展到相邻土地。

挡土墙及其每个部分都需要在施工期间和整个设计寿命期间满足稳定性、刚度、耐久性等基本要求。

每种类型的挡土墙在设计时需要考虑的性能标准在Geoguide 1第 9 章到第 11 章中予以描述。在这些章节中还给出了关于设计计算模型和确保满足性能标准所需采取措施的建议。 在能够证明合理有效的情况下,使用替代设计方法也是可以的。 此类替代方案通常需要额外的岩土工程和土与结构相互作用分析和计算,或额外的现场工程监督和监测。 在可能的情况下,指南建议根据当地经验对设计进行严格审查。

当挡土墙或其一部分未能满足其任何性能标准时,该墙将被视为已达到“极限状态”。 Geoguide 1采用“极限状态法”,在设计中分别考虑各种极限状态,并避免这些极限状态出现或证明其发生的可能性非常小。所讨论的极限状态尽可能涵盖每种类型挡土墙可能的极限状态的全部范围。然而,设计者必须根据特定的现场条件或此处未涵盖的其他要求来判断是否应考虑额外的极限状态。

Geoguide 1指出挡土墙设计应考虑以下两类主要的极限状态:

(a)最终极限状态(Ultimate limit state)——出现土体失稳或挡土墙被破坏或主要结构构件发生严重结构损坏(例如屈服或破裂)的状态。

(b)适用性极限状态(Serviceability limit state)——不再满足规定的适用性标准的状态。

为了简化设计,通常用坍塌前的极限状态来代替坍塌本身,例如重力挡土墙向前滑动。 这些状态也被视为最终极限状态。

适用性极限状态包括挡土墙中的应变或移动,这会使墙变得难看,导致不可预见的维护需求或缩短其预期寿命。它们还包括令人担忧的地面变形,或影响任何相邻结构或服务的适用性的变形。

挡土墙的设计应尽可能使其在接近极限状态时发出可见的危险警告或破坏征兆。 设计应防止脆性失效的发生,例如没有明显的初步变形的突然倒塌。 挡土墙在接近岩土极限状态时应表现出足够的“延展性”以发出明显的警告,并且不需要额外的措施。

《Geoguide 2: Guide to Site Investigation》中提供了关于现场勘察和挡土墙案头研究的指导。挡土墙施工现场调查通常分阶段进行,一般可分为案头研究、 现场勘察、 为设计收集现场数据(包括勘察、地形和水文测量)、 必要时在施工过程中进行跟踪调查。

地面调查应旨在确定场地对设计中考虑的挡土墙类型的适用性,包括场地整体稳定性、地基基础的适用性以及填充材料的适用性。 工程初步设计通常有助于确定需要通过勘察获得哪些参数。

勘察应确定场地附近的具体地下水和地表排水条件,以及它们在暴雨或潮汐作用下的反应。在某些情况下,可能需要对地下水或地表水进行化学测试(例如盐度、硫酸根离子含量和 pH 值)。 Geoguide 2中提供了有关地下水化学测试的进一步指南。

为避免设计信息交流中的混淆和误解,必须对岩土体进行恰当的描述。 《Geoguide 3:Guide to Rock and Soil Descriptions》提供了这方面的指导。

勘察的最终成果之一是一个或多个地质模型。 在岩土工程设计报告(geotechnical design report)中对这些地质模型进行清晰的描述非常重要。 对于香港的一些岩体原位风化场地,用分层模型来描述地质情况可能不切实际。

如果挡土墙的耐用性不足,可能会导致维护成本过高。 它还可能导致挡土墙达到适用性或最终极限状态。 因此,在建筑材料的选择和规范以及设计参数的评估中,必须考虑墙体在其设计寿命期间的耐久性和维护要求。还应考虑当地气候和工作环境等因素。BS 8004规范中给出了一些关于混凝土、钢材和木材在不同情况下性能劣化的指南,还提供了这些材料作为基础使用时,延长其使用寿命的措施。