摘要： ..................................................................................................................................... 1 一、绪言.................................................................................................................................. 1 二、挡土墙形式的选用.......................................................................................................... 1
2.1、重力式挡土墙........................................................................................................... 1 2.2、悬臂式和扶壁式挡土墙........................................................................................... 2 2.3、锚杆挡土墙............................................................................................................... 3 三、挡土墙的稳定性验算...................................................................................................... 3 四、挡土墙形式及稳定性验算实例...................................................................................... 4
4.1、基本概况................................................................................................................... 4 4.2、剖面设计................................................................................................................... 4 4.3、库伦土压力计算....................................................................................................... 5 4.4、抗滑动稳定计算....................................................................................................... 7 4.5、抗倾覆计算............................................................................................................... 7 四、结论.................................................................................................................................. 8
摘要：挡土墙的设计,一般是先假定尺寸，根据工程的需要挡土
墙的高度H与挡土墙顶的宽度b，再结合工程实践经验确定挡土墙底的宽度B，然后进行各种验算，看是否满足有关规范和规定的要求；若不满足要求，就须调整尺寸进行重新验算，直到符合安全可靠、经济合理的要求为止。设计过程通常包括：墙身的材料选择；确定挡土墙的类型和截面形式；进行抗滑动和抗倾覆稳定性验算。
关键词：挡土墙 设计 选型 稳定 验算 一、绪言
工程设计中,经常遇到建筑场地起伏不平、高差较大的情况,在这种条件下,既要建筑场地的美观实用又想最大限度地减少土方量的平整,降低造价,其办法就是设置挡土墙。挡土墙有重力式、悬臂式、扶壁式、锚杆式及板桩式等多种形式。在实际工作中我们设计了多种形式的挡土墙,现就设计中的一点体会论述如下。
二、挡土墙形式的选用
挡土墙除可按结构形式划分为重力式、悬臂式、扶壁式等外,又可按材料的选用分为砖砌、毛石、混凝土和钢筋混凝土等几种。实际情况中的选用应根据工程需要、土质情况、材料供应、施工技术及造价等因素合理选择。
2.1、重力式挡土墙
重力式挡土墙由块石、毛石砌筑,它靠自身的重力来抵抗土压力。由于其结构简单、施工方便、取材容易而得到广泛应用。根据墙背倾角的不同,重力式挡土墙可分为仰斜、竖直和俯斜三种。按主动土压力大小,重力式挡土墙要优先采用仰斜挡土墙,竖直次之,俯斜少用。仰斜式的墙后填土较困难,用于护坡时较为合理,墙背竖直或俯斜式用于填方较省劲。重力式挡土墙的顶宽不宜小于500 mm ,底宽约为墙高的1/ 2～1/ 3 ,墙高较小且填土质量好的墙,初算时底宽可取墙高的1/ 3 。为了减少墙身材料,墙体在地面以下部分可做成台阶式,以增加墙体抗倾覆的稳定性。墙底埋深应不小于500 mm ,为了增大墙底的抗滑能力,基底可做成逆坡。重力式挡土墙的缺点是当墙高超过5 m 时,要保证其稳定性,势必造成很大的体量,材料用量较多,不太经济。
2.2、悬臂式和扶壁式挡土墙
当墙高大于5 m 时,墙的稳定主要依靠墙踵悬壁以上土重维持。墙体内设置钢筋承受拉应力,故墙身截面较小,因此,选用钢筋混凝土悬臂式较为合理。当墙高大于10 m 时,竖壁所受的弯矩和产生的挠度都较大,为了经济合理必须选用扶壁式。扶壁间填土增加抗滑和抗倾覆能力,一般用于重要的大型土建工程。悬臂式和扶壁式挡土墙在设计计算时,为了使挡土墙产生很好的抗倾覆和抗滑移效果,底板伸入墙内的宽度应大于墙外的宽度,其合理的宽度应是墙外宽度的1. 5 倍～2 倍。墙壁及底板的受力计算可根据混凝土结构原理进行。当墙
高大于10 m 时,为了减小造价,必须沿墙身纵向,每隔一定距离(0. 3 倍～0. 6 倍墙高) 设置一道扶壁。扶壁底部伸入土中宽度可取墙高的1/3 较为合理、经济。在进行扶壁式挡土墙设计时,可将墙身及墙踵作为三边固定的板,进行计算较为正确。
2.3、锚杆挡土墙
锚杆挡土墙由钢筋混凝土墙板及锚固于稳定土层的地锚组成。锚杆可通过钻孔灌浆、开挖预埋或拧入等方法设置。其作用是将墙体所承受的土压力传递到土内部,从而维持挡土墙的稳定。锚固段应在主动状态滑动面以外,其长度为3 m～7 m ,锚杆挡土墙可作为边坡或深基坑坑壁的支护结构。若基坑邻近有高层建筑时,为了避免产生不利影响,不宜采用地锚,而应采用地下连续墙或水泥土搅拌桩挡土。
三、挡土墙的稳定性验算
挡土墙的稳定验算包括抗倾覆验算和抗滑移验算。挡土墙的截面尺寸一般按试算法确定,即先根据挡土墙的工程地质、填土性质以及墙身材料和施工条件等凭经验初步拟定截面尺寸,然后进行验算。如不满足要求,则修改截面尺寸或采取其他措施。特别需注意的是在软弱地基上倾覆时,墙趾可能陷入土中,力矩中心点内移,导致抗倾覆安全系数降低,有时甚至会沿圆弧滑动而发生整体破坏。因此,验算时应注意土的压缩性。作用在挡土墙上的荷载有:墙体受的重力,主动土压力以及墙底反力和墙面埋入土中部分所受被动土压力,后者一般可忽
略不计,其结果偏于安全。墙体按实际土的重度计算,计算土压力时,荷载采用标准值。在设计计算中,挡土墙的截面和底宽一般由抗滑移稳定验算控制,但从许多提供的资料来看,挡土墙的破坏,绝大多数为倾覆所致,这说明在抗滑移方面一般有较大的安全储备。
四、挡土墙形式及稳定性验算实例
在实际工作中，我们经常涉及到挡土墙，现以陇川县何林石场设置的重力式挡土墙为例，挡土墙后回填后，堆放砂石骨料，来说明挡土墙的稳定性验算。
4.1、基本概况
根据挡土墙上方要堆沙石料的情况，挡土墙初步设计高度5米，底宽2.5米，底部设1.5米齿坎加强整体抗滑性，M7.5水泥砂浆砌筑。
4.2、剖面设计
在挡土墙断面设计中，计算原则上假定了如下条件，并确定以下计算参数：
(1)墙后填料用土方，也可用碎石回填，其力学指标取内摩擦角ψ=35°，容量γ=180 kN/m3；
(2)因无地下水影响，且墙体考虑设多层排水孔，故不考虑墙背有水情况；
(3)滑动时摩擦系数f值取：混凝土与片石之间取f=0.65； (4)墙背填土上活荷载按30米段1000立方砂料考虑，不考虑抗震计算。
(5)浆砌石容重取γ=22 kN/m3。
在断面尺寸及型式上，考虑了为墙面直立及美观，墙背仰斜的一般重力式断面；其断面尺寸如下图所示：
4.3、库伦土压力计算
土压力计算公式以采用库伦理论公式,对于墙背填土表面水平且有活载情况，库伦土压力计算公式为：
E=(Atgθ-B)cos(θ+θ1)/sin(θ+θ2) (1) 式中：A=γH(H+2h0)/2
B=(Ch0-H(H+αho)tgα/2)γ θ1=ψ θ2=α+δ+ψ γ——填料容重； H——墙高；
h0——墙背填土表面活载折算土柱高度， h0=q/γ土；
θ——破裂面与垂直线夹角； ψ——填料内摩擦角； α——墙背与垂直面夹角；
δ——墙背与墙后填料摩擦角，取δ=ψ/2； C——墙背顶点至墙背填土表面活载分布边缘的距离。 由于墙后存在一个稳定陡坡，致使填土体内的破裂面受到限制，计算以墙背最低角点与陡坡顶点连线作为破裂面，如上图所示，由此可预先确定破裂角θ。
将已知数值代入公式(1)，即可求得土压力E值，E值分解成水平及垂直土压力，计算公式分别是：
Ex=Ecos(δ+α)Ey=Esin(δ+α)
4.4、抗滑动稳定计算
滑动稳定安全系数按下式计算： Kc=(W+Ey)f/Ex≥1.30 (2) 式中：Kc——滑动稳定系数；
W——墙重，kN；
Ey——主动土压力垂直向分力，kN； Ex——主动土压力水平向分力，kN； f——基底摩擦系数。
4.5、抗倾覆计算
倾覆稳定系数按下式计算：
Ko=∑My/∑Mo=(W*Zw+Ey*Zy)/(Ex*Zx)≥1.50 (3) 式中：Ko——倾覆稳定系数；
∑My——稳定力矩，kN*m;
∑Mo——倾覆力矩，kN*m； Zw——W之力臂，m； Zx——Ex之力臂，m； Zy——Ey之力臂，m； 其它符号的意义同前。
挡土墙基底应力计算按下式进行：
σ1,2=(W+Ey)×(1+6e/B)/B≤〔σ〕 (4) 式中：e=B/2-C=B/2-(∑My-∑Mo)/(W+Ey)≤B/6 〔σ〕——地基允许承载力，参考值〔σ〕=5 MPa。 计算基底应力时，考虑到结构物的高度和重要性，不允许基底出现拉应力，即要求σ1,2≥0。稳定及应力计算成果为：
Kc=2.35,Ko=1.85,σ1=2.5 Pa,σ2=0.537 MPa，计算结果表明，原拟定的断面尺寸满足要求。
四、结论
在实际工作中，进行挡土墙设计时，选定了挡土墙的形式，还必须对挡土墙进行抗滑动和抗倾覆稳定性验算，直到符合安全可靠、经济合理的要求为止。
参考资料：
1、《建筑工程施工及验收规范》 珠海出版社2001 2、《土力学与基础工程》武汉工业大学出版社 1998 3、《砌体结构》武汉工业大学出版社 1998 4、《土力学》河海大学出版社 1988
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