挡土墙设计及验算

设计条件：

双向四车道设计车速为80km/h的一级公路某横断面，设计荷载公路－I级，拟设一段路肩挡土墙（重力式挡土墙墙身材料采用号砂浆，25号片石；衡重式挡土墙墙身材料采用10号砂浆，50号片石；悬臂式挡土墙墙身材料采用C30钢筋混凝土）。

路基填土（砂性土）高度为4m，基底为饱和的砂性土地基，基底摩擦系f=，地基承载力130 KPa，墙身分段长度为10m。回填土为砂类土，内摩擦角φ=35°，墙背与填土间的摩擦角°，容重为γ=18kN/m3。广州市抗震设防烈度为7度（），只采取抗震构造措施，计算不考虑地震作用。

Q:

1. 墙底摩擦系数取值及其影响 2. 地基土内摩擦系数取值及其影响 3. 墙后填土内摩擦角取值及其影响 4. 主动土压力受什么影响

5. 地基承载力特征值提高系数（含墙趾值提高系数、墙踵值提高系数、平

均提高系数）如何选定

6. 不均匀沉降是什么原因导致参数如何体现 7. 不同类型挡土墙的适用性如何

挡土墙的设计与验算（以极限状态设计的分项系数法进行设计）: (1) 进行车辆荷载换算；

(2) 利用有关设计手册中的相应公式，计算主动土压力，求出土压力的大小、方向及作用点； (3) 设计挡土墙截面：先拟定墙身尺寸，然后进行： a) 抗滑稳定性计算； b) 抗倾覆稳定性验算； c) 基底应力验算； d) 截面应力验算；

e) 挡土墙截面尺寸的调整与选取。

(4) 画出选用的挡土墙横断面图，整理计算书等有关设计文件。

一、挡土墙形式的选择： 选择原则：

(1)用途、高度与重要性； (2)地形、地质条件；

(3)就地取材、经济、安全。 1.重力式挡土墙(gravity bulkhead)

靠自重保持稳定，适用于H<5m的低墙。 材料：块石、砖、素砼(plain concret)。

优点：结构简单、施工方便、可就地取材，应用较广。 缺点：工程量大，沉降大。

2．悬臂式挡土墙(cantilever retaining wall)：

靠墙踵悬臂以上的土重维持稳定，墙内钢筋受拉力。

适用性：重要工程；H>5米；地基质量差(墙轻)；缺石料等。 3．扶壁式挡土墙(buttress retaining wall) ：

扶壁：间距—～, 其作用—增加抗弯性能，保持挡土墙整体性。 材料：钢筋混凝土(reinforced concrete) 应用：H>10米场所。 优点：工程量小；

缺点：技术复杂、费钢材。

4．锚杆式挡土墙(bolt retaining wall)：

组成：预制钢筋混凝土立柱、墙面、钢拉杆 适用：重要工程，墙高已达H＝27米。 材料：钢筋混凝土、钢材。

优点：结构轻、柔性大、工程量少、造价低、施工方便。 缺点：技术复杂。

5. 加筋土挡土墙(reinforced fill wall)

组成：面板(faceplate)、筋带、填料(filling)三部分。 优点：(1)充分利用材料性能和土与筋带的共同作用；

(2)挡墙结构轻巧，便于现场预制(precast)、拼装施工快； (3)能抗寒，抗地震；

(4)造价低，可节省25～60% (与重力式比)

常用拉筋材料：钢筋混凝土、镀锌铁皮、扁钢和土工合成材料等。

评价：锚杆式挡土墙利用锚定板的被动土压力来平衡主动压力，比加筋挡土墙靠金属

与土之间的摩擦力来平衡土压力要优越。 二、挡土墙初定尺寸

以常用的重力式、悬臂式和扶壁式挡土墙为例，研究挡土墙型式选定后，初定其尺寸。 1．挡土墙的高度H

通常挡土墙的高度是由任务要求确定的，即使墙后被支挡的填土呈水平时为墙顶的高程。有时，对长度很大的挡土墙，也可使墙顶低于填土顶面，而用斜坡连接，以节省工程量。 2．挡土墙的顶宽

挡土墙的顶宽为构造要求确定，以保证挡土墙呈整体性，具有足够的强度。对于砌石重力式挡土墙，顶宽应大于，即2块块石加砂浆。对素混凝土重力式挡墙顶宽也不应小于。至干钢筋混凝土悬臂式或扶壁式挡土墙顶宽不小于300mm。 3．挡土墙的底宽

挡土墙的底宽由整体稳定性确定。初定挡土墙底宽B=～，挡土墙底面为卵石、碎石时取小值；墙底为粘性土时取高值。

挡土墙尺寸初定后，经挡土墙抗滑稳定与抗倾覆稳定验算。若安全系数过大，则适当减小墙的底宽；反之，安全系数太小，则适当加大墙的底宽或采取其它措施。保证挡土墙既安全又经济。

三、挡土墙的验算(checking computations)：

内容：抗滑稳定、抗倾覆(overturn)、承载力三方面 1、作用在挡土墙上的力：

(1)墙身自重W，作用于挡土墙的重心； (2)主动土压力，作用于挡土墙墙背；

(3)被动土压力，作用于挡土墙前，设计中不考虑； (4)基底反力：SV—垂直分力；SH—水平分力。

2．抗滑稳定验算：

滑动力：Pax=Pacos(δ+ε), 抗滑力：(Pay+W)μ Pay=Pasin(δ+ε)

式中 μ—基底摩擦系数。 要求：抗滑力/滑动力=Ks>=

悬臂式挡土墙：墙踵(wall heel)以上的土计入墙自重，再进行验算。 如达不到要求：

(1)加大W，即增大断面尺寸； (2)加大μ，即墙底做砂石垫层； (3)加大抗滑力，做逆坡；

(4)对软土地基，其他方法都不经济或无效， 加拖板：

拖板与墙踵之间用钢筋连接，拖板上土重W’可加大抗滑力。 3、抗倾覆稳定验算 要求：

如果达不到要求：

(1)加大底宽，从而加大W； (2)加大a，墙趾加长；

(3)做卸荷台。在卸荷如以上的压力不能传到下面，故减少了主动土压力。

4、地基承载力验算

与偏心受压相同，应同时满足： (1/2)(δmax+δmin)<=f smax<=

式中f——承载力标准值。 四、 墙后回填土的选择 1．理想的回填土

卵石(scree)、砾石(gravel)、粗砂、中砂的内摩擦角大，主动土压力系数小侧作用在挡土墙上的主动土压力小，使墙节省工程量保持稳定性。无疑，上述粗粒土为挡土墙后理想的回填土。

2．可用的回填土

细砂、粉砂(silt)、含水量接近最优含水量的粉土、粉质粘土和低塑性粘土为可用的回填土，如当地无粗粒土，外运不经济，就地取材(use local materials)。 3．不能用的回填土

凡软粘土、成块的硬粘土、膨胀土(expand soil)和耕植土，因性质不稳定，在冬季冰冻时或雨季(rainy season)吸水膨胀都将产生额外的上压力，对挡土墙的稳定性产生不利影响，故不能用作墙后的回填土。 五、墙后排水措施

1．无排水措施的危害

在挡土墙建成使用期间，如遇暴雨，使填土的重度增加，内摩擦角减小，土的强度降低，导致填土对墙的土压力增大，同时墙后积水，增加水压力。若遇软弱地基，则因土压力增大造成挡土墙的破坏。

2．排水措施的部位与构造

（1）截水沟(catchwater) 凡挡土墙后有较大的面积或挡山坡，则应在填土顶面、离挡土墙适当的距离设截水沟，把坡上、外部径流截断排除。截水沟的剖面尺寸要根据暴雨集水面积计算确定，并应用混凝土衬砌(liner)。截水沟纵向设适当坡度。截水沟出口应远离挡土墙。 （2）泄水孔 若已渗入墙后填土中的水，则应将其迅速排出，通常在挡土墙的下部设置泄水孔。当墙高H>12m时，可在墙的中部加一排泄水孔，一般泄水孔的直径为5cm～10cm，间距为2～3m。泄水孔应高于墙前水位，以免倒灌。此外，在泄水孔人口处，应用易渗的粗粒材料做反滤层，并在泄水孔入口下方铺设(pave)粘土夯实层，防止积水渗入地基不利于墙的稳定性。同时，墙前亦应做散水、排水沟或粘土夯实(tamp)隔水层，避免墙前水渗入地基(groundwork)。