衡重式挡土墙

摘要：衡重式挡土墙的常规设计需要经过反复的验算才能满足安全性与经济性的要求，这样就需要花费大量的时间和人力，设计过程还不能充分的考虑影响衡重式挡土墙设计的诸多因素，也就不能保证得出的设计结果是衡重式挡土墙设计的最优解。因此，对衡重式挡土墙的设计进行优化，得到满足各种条件的全局最优解，就显得比较重要。
关键词：衡重式挡土墙；结构；设计；材料选择

1 土压力计算中等效内摩擦角的问题
在土压力的计算中，一般只考虑主动土压力。设计计算时一般使用库仑主动土压力公式计算，但是库仑理论假定墙后填土为砂性土（即c＝0），当墙后填土为粘性土时，一般采用等效内摩擦角?准0，通常取?准0=35°。等效内摩擦角的确定可以采用三种不同的等效条件进行折算：①抗剪强度相等的条件；②朗肯总土压力相等的条件；③朗肯土压力对趾部力矩相等。这三种方法的计算结果都表明?准0随挡土墙高度的增大而减小，如不考虑这种减少的影响，对高挡土墙的设计是偏不安全的。使用等效内摩擦角的方法对填土高度6～8m时较为合适，用此角度计算高墙或低墙土压力时则产生低墙偏大，高墙偏小的缺陷，依据它所设计出的挡土墙截面则低墙保守，高墙危险。
通过分析三种等效内摩擦角算法，从中选择一种较为合理而又简便的等效内摩擦角的折算方法，便于直接采用库仑理论及其计算公式设计高挡土墙，即先按朗肯总土压力相等的条件折算等效内摩擦角，再用库仑理论及其计算公式计算土压力。
2 软土地基中衡重式挡土墙的结构
地基承载力验算是挡土墙设计中的必须内容。在软土地基中修筑衡重式挡土墙时，其结构形式与地基承载力有着直接的关系。通过改变挡土墙结构（譬如，适当加宽挡土墙底宽），同时采用适当的方法对地基进行加固处理，就可以使地基满足衡重式挡土墙修筑的要求。在鹤大线黑石礁至河口段（华录配套公路工程）一级公路的改扩建工程中，通过改变挡墙结构（基底加宽15cm，外墙坡由1：0.05改为1:0.1）和用砂砾垫层加固地基的办法进行衡重式挡土墙修建，这样既节省了挖方和填方量，又缩短了工期。挡墙底面加宽时，需考虑以下事项：①基础从哪边加宽、要视墙后不同的填筑材料及计算的偏心距而定，偏心距越小越好，出现负偏心距更利于结构的稳定。②基础加宽多少，要根据基础所用不同材料、控制其扩散角在30～40°为宜。③加宽后，基础与墙身联结的变截面处最好砌成弧形，以防应力集中产生断裂现象。
3 浸水条件下衡重式挡土墙的设计

3.1 衡重式挡土墙的结构形式 衡重式挡土墙的优点在于利用衡重台上部填土的土压力作用和全墙重心的后移来增加墙身的稳定，减小断面尺寸；它的墙面陡直，下墙墙背仰斜，可大大降低墙高，减少基础的开挖量。适用于山区、地面横坡陡的路肩墙，也可用于路堑墙（上墙可用于拦挡落石）或路堤墙。一般在设置重力式挡土墙墙高超过8～10m时，就可以考虑采用衡重式挡土墙。其中有卸荷板式衡重式挡土墙。卸荷板又称减压板，它的作用是增加挡土墙的抗滑移稳定性，它的位置根据计算来确定；为桩墙结构的形式，在挡土墙基础不能满足要求或墙身要求太高时，可以采用此结构形式。衡重式挡土墙的断面尺寸一般为：上墙与下墙的比例为4:6，衡重台宽度为墙高的0.25~0.35倍，墙顶取0.3~0.6m，胸坡坡度采用1:0.05，上墙俯斜坡度1:0.25~1:0.45，下墙仰斜坡度为1:0.25~1:0.30。墙面一般为直线形，其坡度应与墙背坡度相协调。同时还应考虑墙趾处的地面横坡，在地面横向倾斜时，墙面坡度影响挡土墙的高度，横向坡度愈大影响愈大。因此地面横坡较陡时，墙面坡度一般为1:0.25~1:0.20，矮墙时也可采用直立；地面横坡平缓时，墙面可适当放缓，但一般不缓于1:0.35。在设计挡土墙时，断面形式不宜变化过多，以免造成施工困难，并且应当注意不影响挡土墙的外观。为增加挡土墙的抗滑移稳定，当基础浸水时基底逆坡可以设置为0.05:1，而在岩石基底或不浸水条件下基底逆坡取0.07:1。
3.2 衡重式挡土墙的布置 挡土墙的布置也是挡土墙设计的一个重要内容，包括挡土墙位置的选定、挡土墙的纵向布置、横向布置与平面布置，通常在路基断面图和墙址纵断面上进行。布置前，应现场核对路基横断面图，不满足要求时应补测，并测绘墙址处的纵断面图，收集墙址的地质和水文资料。
4 挡土墙位置的选定
4.1 纵向布置 纵向布置在墙址纵断面图上进行，布置后绘成挡土墙正面图，布置内容有：①确定挡土墙的起砌点和墙长，选择挡土墙与路基或砌体结构物的衔接方式。路肩挡土墙端部可以嵌入石质路堑中，或采用锥坡与路堤衔接；与桥台连接时，为了防止墙后回填土从桥台尾端与挡土墙连接处的空隙溜出，需在台尾与挡土墙之间设置隔墙及接头墙。②按地基、地形及墙身断面变化情况进行分段，确定伸缩缝和沉降缝位置。③布置各段挡土墙的基础。墙趾地面有纵坡时，挡土墙的基底宜做成不大于5％的纵坡。但地基为岩石时，为减少开挖，可纵向做成台阶。台阶尺寸应随纵坡大小而定，但其高宽比不宜大于1:2。④布置泄水孔的位置，包括

数量、间隔和尺寸等。⑤此外，在布置图上应注明各特征断面的桩号，以及墙顶、基础顶面、基底、冲刷线、冰冻线、常水位或设计洪水位的标高等。
4.2 横向布置 横向布置选择在墙高最大处、墙身断面或基础形式有变异处以及其它必须桩号的横断面图上进行。根据墙型、墙高、地基及填土的物理力学指标等设计资料，进行挡土墙设计或套用标准图，确定墙身断面、基础形式和埋置深度，布置排水设施等，并绘制挡土墙横断面图。
4.3 平面布置 对于个别复杂的挡土墙，如高、长的沿河挡土墙和曲线挡土墙，除纵横向布置外，还应进行平面布置，绘制平面图，标明挡土墙与路线的平面位置及附近地貌和地物等情况，特别是与挡墙有干扰的建筑物的情况。沿河挡土墙还应绘出河道及水流方向、其他防护与加固工程等。