挡土墙设计探析

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【摘 要】结合本人实践经验，本文对挡土墙设计中的挡土墙的类型以及设计要点进行分析，对挡土墙施工过程中产生的常见问题提出了相关处理措施。

【关键词】挡土墙种类；设计；措施

挡土墙是指用来支承山坡土体或填土，防止土体或填土变形失稳的一种构造物。挡土墙能够稳定边坡和场地，减少占地面积和土石方工程量。在塌方、滑坡等地质病害中经常采用挡土墙来整治。在建筑工程设计中，经常会遇到建筑场地高差较大、起伏不平的问题。为了解决这种问题，需设置挡土墙修筑多个平台，使建筑物错落有致。因此，搞好挡土墙的设计意义重大。

1 挡土墙的类型

A)锚杆式挡土墙

B）锚定板式挡土墙

锚定式挡土墙图

按照墙体材料，挡土墙可分为：钢筋混凝土挡土墙、混凝土挡土墙、石砌挡土墙、钢板挡土墙等。根据墙体刚度的不同，挡土墙又可分为柔性挡土墙和刚性挡土墙两类。柔性挡土墙是指墙体的刚度不大，在土压力作用下墙体本身会产生变形的挡土墙，如支撑墙，板桩墙，锚定板挡土墙等；刚性挡土墙是指墙体本身刚度较大，在土压力作用下墙体基本不变形或变形很小的挡土墙，如用砖、石、混凝土、钢筋混凝土等材料建筑的重力式挡土墙，悬臂式挡土墙，扶臂式挡土墙等。按照结构形式，挡土墙可分为：加筋土挡土墙、锚定式挡土墙、重力式挡土墙、薄壁式挡土墙等。

2 挡土墙没计

2.1 基础资料的收集

在进行挡土墙设计时，需收集相关资料，包括路线平面图、纵断面图、横断面图、地震勘探报告、地质水文资料、构造物一览表、总体设计资料等。

2.2 选取设计参数

2.2.1 墙背填料的物理力学性质对于山岭重丘二、三级公路的挡土墙设计，当缺乏试验数据时，填料的计算内摩擦角及容重可参照下表1和2选用。

2.2.2 基底摩擦系数。基底摩擦系数µ应依据土质、基地粗糙程度和排水条件来确定。

2.2.3 墙背摩擦角。填土与墙背问的摩擦角δ应根据墙背的排水条件及粗糙程度确定。

2.2.4 建筑材料的容重。根据有关设计规范选取。

2.2.5 砌体和砼的容许应力和设计强度。根据有关设计规范选取。

2.2.6 地基允许承载力。地基允许承载力可按照《公路设计手册•路基》及有关设计规范规定选取。

2.3 挡土墙的选型

2.3.1 挡土墙材料的选择。挡土墙的材料以石料为主，石料宜采用质地均匀、不易风化、结构密实且无裂缝的硬质石料。其抗压强度不小于30 MPa，并且表面应干净，不能粘有油质和泥土。尽量选用较大的条状片石砌筑。片石应具有两个大致平行的面，其厚度不小于0.15 m，长度和宽度不小于厚度的1.5倍，质量约30 kg。用作镶面的片石，一般选择尺寸较大，表面平整的材料。砌筑挡土墙用的砂浆标号应按挡土墙部位、类别和用途选用，具体参见JTG 1361．2005公路圬工桥混凝土规范，宜采用中砂或粗砂。在墙高超过5rn或石料强度较低时，可在挡土墙的中部设置厚度不小于0.5 m的浆砌水平层，以增加墙体的稳定性。挡土墙的建设应遵循就地取材的原则，在有石料的地区。应尽可能的采用水泥砂浆砌片石砌筑。水泥砂浆标号，一般地区及寒冷地区采用7.5号；浸水地区及严寒地区采用M10号。片石的极限抗压强度均不得低于30 MPa。对于浸水和潮湿地区的石砌主体土程，石料的软化系数应不低于0．8，在严寒地区尚应满足抗冻试验的要求。在缺乏石料的地区一般采用C15号混凝土或片石混凝土；严寒地区采用C20号混凝土或片石混凝土。另外在挡土墙高大于10 m时一般宜采用晓O混凝土现浇挡墙比较合适。

2.3.2 确定合理的截面形式。截面形式的选择应根据挡土墙结构类型和特点分析，当墙高

(a)垂直

(b)俯斜

(c)仰斜

常见重力式挡±墙形式图

2.4 土压力的确定

土压力是指墙后填土由于它的作用于填土表面的荷载或自重对墙背所产生的侧向压力。根据挡土墙的移动情况，土压力可分为主动土压力(Eａ) 、静止土压力(Eo)和被动土压力(Eｐ)。其计算公式为：

2.5 挡土墙的稳定验算及强度验算

在拟定墙身断面形式及尺寸之后，应对墙的稳定及强度进行验算。挡土墙的验算方法包括两种：一种是总安全系数的容许应力法，另一种是采用分项安全系数的极限状态法。当今国内大多采用容许应力法设计挡土墙。

2.5.1 墙身截面强度验算。通常选取一、两个截面进行墙身截面强度验算。验算截面可选在基础底面1/2墙高处或上下墙交界处等。墙身截面强度验算包括法向应力和剪应力的验算。剪应力包括斜剪应力和水平剪应力两种，重力式挡土墙只验算水平剪应力，而衡重式挡土墙还需进行斜截面剪应力的验算。

2.5.2 倾覆稳定验算.挡土墙绕墙趾的倾覆稳定系数Ko应不小于1.5。计算公式为：

式中：及--Ey对墙趾O点的力臂(m)，Zy--Ex对墙趾O点的力臂(m)，Zw--W对墙趾O点的力臂(m)。

2.5.3 基底应力及偏心验算。基底的合力偏心距e。计算公式为：

在软弱岩石地基上，e≤B/5；在不易风化的岩石地基上e≤B/4；在土质地基上，e≤B/6。当e≤B/6时．墙趾和墙踵处的法向压应力为：

式中[σ]--地基土修正后的容许承载力(KPa)

式中[σ]一地基土的容许承载力(KPa)，K1--地基土容许承载力随基础宽度的修正系数，rl--地基土的天然容重当e>B/6时，基底出现拉应力，考虑到一般情况下地基与基础间不能承受拉力。故不计拉力而按应力重分布计算基底最大拉应力：

若出现负偏心．则上式的Zn改为(B-Zn)。

2.5.4 滑动稳定验。挡土墙沿基底的滑动稳定系数Kc应不小于1.3。计算公式为：

式中：W--挡土墙白重，衡重式时，包括衡重台上的土重(KN)。Ex，Ey--主动土压力的水平和垂直分力(KN)，f--基底摩擦系数。

设计中，为增加挡土墙的抗滑稳定性，常将基底做成向内倾斜．以增大滑动稳定系数。基底斜坡坡度一般不超过1:5。

3 措施

3.1 挡土墙的基础加固处理

挡土墙的使用寿命受基础处理的影响。大部分挡土墙的损害主要由基础问题造成的。挡土墙设计有三个重要指标：抗倾覆、基底承载力、抗滑移。一般挡土墙设计时对于基底承载力都有要求，为减少基底压应力，增加抗倾覆的稳定性，在墙趾处伸出一个台阶，以拓宽基底。墙趾台阶的宽度一般不小于20厘米，台阶高宽比可采用2:1或3:2。因为表土常为松土，所以当基础埋置深度基底层为土层时，基础埋置深度不应小于1 米，并在基底夯碎石和砂砾石作垫层。若基底为风化岩层时，应将其全部清除并应加挖0.15--0．25 米；若基底为基本岩层时，则挡土墙基础人岩层的尺寸满足JTG D30-2004公路路基设计规范要求即可；若基底土壤为较弱土层时，则应根据实际情况将基础尺寸加宽、加深，采用换土桩基等加固。

3.2 伸缩缝与沉降缝的处理

由于地基不均匀，沉降时易引起墙身开裂。为避免这种情况的产生，应按地基性质和墙高的变异，设置沉降缝。并且，为了减少圬工砌体因温度变化和收缩硬化作用而产生裂缝，需设置伸缩缝。挡土墙的伸缩缝和沉降缝需设置在一起。每隔lO米―15米应设置一道，缝宽2厘米-3厘米，自墙顶做至基底，缝内宜用具有弹性的材料进行填塞。沿墙的外、内、顶三侧填塞，填塞深度应不小于15厘米。

3.3 排水处理

在进行挡土墙设计之前，应该对挡土墙后地面有无排水设施，地表水的排除是否通畅等进行了解。还需查明地下水和地表水的情况，若挡墙后为山坡，则最好在适当位置设置截水沟，及时排除地表水。此外，还应该查明地下水的情况。地下水可软化挡土墙地基，降低抗滑能力和承载能力，且事后不易处理。特别对建于遇水容易软化岩层(如泥岩，粉砂岩等)上的高挡墙，必须做好基底防护措施，确保其不被地下水侵蚀破坏。一般在墙身布置适当数量的泄水孔以促使墙后积水排出。墙比较高时，可在墙上部加设泄水孔。泄水孔采用10厘米×10厘米的方孔或圆孔。孔眼间距2 米至3米，上下排泄水孔错开设置，最下排泄水孔应高出地面约30厘米。浸水挡土墙主要泄水孔高度应高出墙外侧设计水位30厘米。并且若墙后填料为透水性较差的土质时，应在墙背设置连续反滤层，以加速土体中水分的排除。

4 结论

综上所述，挡土墙是建筑工程的组成部分之一。在挡土墙的设计时，首先，应进行详细地勘测，确定构造物的形式与尺寸。其次，选取合理的设计参数、挡土墙选型，合适的理论计算土压力，并对挡土墙进行截面强度和稳定性方面的验算，采取合理、可行的措施对挡土墙进行设计，以保证挡土墙的安全性。

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