挡土墙设计与讨论论文

挡土墙的设计与讨论

摘要：本文首先介绍了挡土墙的类型选取和设计方案的选择，然后阐述了挡土墙的设计，最后分析了分析了山地建筑中挡土墙设计的重点问题。

关键词：挡土墙，设计方案，措施

中图分类号：s611 文献标识码：a 文章编号：

1 挡土墙的类型

挡土墙按构造特点分为重力式、悬臂式、扶壁式挡土墙;按材料分为砖、毛石、混凝土和钢筋混凝土挡土墙;此外还有岩石锚杆挡土墙等。实际应用中应根据工程需要、土质情况、材料供应及工程造价等因素合理选用。

1.1 重力式挡土墙

重力式挡土墙通常由块石、毛石砌筑,它是靠自身的重力来抵抗土压力和维持稳定的。由于其结构简单、施工方便、取材容易而得到广泛应用。但也存在其断面尺寸大,结构笨重,施工慢和投资多等弊病。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。重力式挡土墙适用于高度小于6 m、地层稳定、开挖土石方时不会危及相邻建筑物安全的地段。重力式挡土墙的顶宽不宜小于400 mm,底宽约为墙高的

1/2~1/3。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。为了增大墙底的抗滑能力,基底可做成逆坡或在基底设置混凝土凸榫。墙底埋深根据土质情况确定但不小于500 mm。

1.2 悬臂式和扶壁式挡土墙

挡土墙高度大于6 m时,选用钢筋混凝土悬臂式挡土墙。它由立壁、趾板、踵板三个钢筋混凝土悬臂构件组成,靠自重与底板上土重来维持平衡。顶宽大于0.15 m,踵板采用等厚,趾板端部厚度可减薄,但不小于0.30 m;挡土墙高度大于10 m时,竖壁所受的弯矩和产生的位移都较大,也为了减小造价,必须沿墙身纵向,每隔一定距离(1/3~1/2墙高)设置一道扶壁。扶壁底部伸入土中宽度取墙高的1/3较为合理。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。扶壁间填土增加抗滑和抗倾覆能力,扶壁式挡土墙一般用于重要的大型建筑工程。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。

2 挡土墙的设计

2.1 挡土墙截面尺寸的确定

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等确定挡土墙类型,先初步拟定截面尺寸,然后进行验算。如不满足要求,则修改截面尺寸再进行验算,直到满足为止。

2.2 挡土墙土压力的确定

挡土墙设计的经济合理,关键是正确地计算土压力,确定土压力的大小、方向。由于库仑理论概念清晰,计算简单,适用范围较广,可适用不同墙背坡度和粗糙度、不同墙后填土表面形状和荷载作用情况下的主动土压力计算,且一般情况下计算结果均能满足工程要求,因此库仑理论和公式是目前应用最广的土压力计算方法。

2.3 挡土墙的验算

2.3.1 挡土墙的稳定验算

挡土墙的稳定验算包括抗倾覆验算和抗滑移验算。作用在挡土墙上的荷载有:墙体的自重,主动土压力以及墙底反力和挡墙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,荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合。

抗滑移稳定验算: (gn+ean)l/(eat-gt)≥1.3

抗倾覆稳定验算:(gxo+eazxf)/eaxzf≥1.6。

2.3.2 墙身截面强度验算

通常选取两个截面进行验算。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。剪应力虽然包括水平剪应力和斜剪应力两种,但重力式挡土墙只验算水平剪应力。

2.3.3 地基承载力验算

基底应力小于地基承载力和偏心距不超过容许值。基底的合力偏

心距e:e=b/2-zn=b/2-(gxo+eazxf-eazzf) /(g+eaz)。

当≤b/6时,墙趾和墙踵处的法向压应力为:

r1,2=(g+eaz)(1?6e/b) ≤b[fa,rmax≤1.2fa。

其中,fa为修正后的地基土承载力特征值,kpa。

fa=fak+gbc(b-3)+gdcm(d-0.5)。

其中,fak为地基承载力特征值,kpa;gb,gd分别为基础宽度和埋深的地基承载力的修正系数;c为基础底面以下土的重度;cm为基础底面以上土的加权平均重度,kn/m3。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:rmax=2(g+eaz)/3(b/2-e)≤1.2fa。

3 采取措施

3.1 基础加固措施

1)为减少基底压应力,增加抗倾覆的稳定性,在墙趾处伸出一台阶,以拓宽基底。墙趾台阶的宽度不小于20 cm,台阶高宽比可取

2b1。2)地基为软弱土层时,可用砂砾、碎石、矿渣或灰土等质量较好的材料换填,以扩散基底压应力,满足设计要求。

3.2 排水措施

对于浆砌石挡土墙,应在墙前地面以上设置一排泄水孔。墙较高时,可在墙上部加设泄水孔。泄水孔采用10 cm@10 cm的方孔或圆孔,孔眼间距2 m~3 m,上下排泄水孔呈梅花状设置。一般在墙后做宽约500的碎石滤水层,以利排水。在墙顶和墙底标高处宜铺设黏土防水层,墙顶防水层可阻止或减少地表水渗入填土中,墙底防水

层可避免水流进墙底地基土而造成地基承载力和挡土墙抗滑移能力降低。

3.3 沉降缝与伸缩缝的设置

为避免地基不均匀沉降引起墙身开裂,需按墙高和地基性质的变异设置沉降缝,同时,为了减少圬工砌体因收缩硬化和温度变化作用而产生裂缝,需设置伸缩缝。挡土墙的沉降缝和伸缩缝设置在一起,每隔10 m~15 m设置一道,缝宽2 cm~3 cm,自墙顶做至基底,缝内宜用沥青麻絮等具有弹性的材料填塞,沿墙的内、外、顶三侧填塞,填塞深度不小于15 cm。

4 设计控制重点

对于俯斜式挡土墙,由于所受土压力较大,所以设计时应注意其稳定和抗倾覆的验算。对于衡重式挡土墙,一般较容易满足稳定要求,墙身断面的强度成为挡土墙设计中主要的控制指标,所以一定要采用高强度的材料砌筑。

5 设计体会

因用于计算主动土压力的库仑理论较适用于砂性土,而对于黏性土的压力计算会存在一定的误差,所以设计以黏性土做填料的挡土墙时,设计参数如填料的内摩擦角等的取值应相对合理,由于库仑理论是一种简化的土压力计算方法,设计以砂性土做填料的挡土墙时,设计参数应根据实际情况合理选取;同时设计挡土墙时,无论挡土墙高低都应慎重对待,不能掉以轻心。

6、挡土墙工程的不确定性