衡重式挡土墙的稳定性验算分析实例

衡重式挡土墙的稳定性验算分析实例

摘要：衡重式挡土墙是利用衡重台上部填土的下压作用和全墙重心的后移，增加墙身稳定，节约断面尺寸，适用于山区、地面横坡陡峻的路肩墙。本文以某工程衡重式挡土墙为例，利用理正软件对其稳定性进行验算，对验算结果进行总结分析，可为同类工程的设计提供参考。

关键词：衡重式挡土墙稳定性重力式挡土墙

Abstract: retaining wall is to use the platform under the pressure of filling the role of the Ministry and the whole center of gravity moved back wall. It can be increased the stability of wall and to reduce the section size. So it apply to the mountains on the ground cross slope steep shoulder wall. This text Based on a retaining wall, using of LIZHENG software to check its stability

and analyze the results for checking. Purpose is to provide a reference for the design of similar projects.

Keywords：Weighing retaining wall ;stability; gravity retaining wall

一、衡重式挡墙土压力计算基本原理

衡重式挡土墙等折线形墙背挡墙不能直接用库仑理论计算主动土压力，这时，应将上墙和下墙看作独立的墙背，分别按库仑理论计算主动土压力，然后取两者的矢量和作为全墙的土压力。计算上墙的土压力时，不考虑下墙的影响，采用一般的库仑理论公式计算；若上墙背或假象墙背倾角较大，出现第二破裂面，则按第二破裂面求主动土压力。

下墙土压力的计算方法有多种，如：延长墙背法、校正墙背法、等效超载法（将上墙墙后的填料视为下墙土体上的均布超载，而影响下墙土压力的计算）、力多边形法。其中前三种方法不同程度地存在一些缺陷，力系不能自相平衡。因此本系统采用力多边形法。

力多边形法的计算原理为：首先按上述方法求计算上墙土压力，得到上墙的第一破裂面及作用于第一破裂面上的作用力R，然后将R反作用于下墙的破裂楔体上，下墙的破裂楔体作用有上墙的作用力R、楔体自重力G、作用挡土墙下墙的主动土压力反力Ea、下墙破裂面上的反力R1，这些力共同作用处于极限平衡状态。在这种假设下求解第二破裂面。图1 衡重式挡墙计算简图

图中：α——挡土墙土楔体的第二破裂角（与铅垂线的夹角）（度）；

θ——挡土墙土楔体的第一破裂角（与铅垂线的夹角）（度）；

R——上墙土楔体对下墙计算土楔体的作用力（kN）；

G——下墙计算土楔体的自重重力（kN）；

R1——下墙计算土楔体的第一破裂面的反力（kN）；

Ea——作用挡土墙上的主动土压力的反力（kN）。

二、工程实例

1. 计算参数：

挡土墙采用C20毛石砼浇筑，墙后采用碎石填筑，内摩擦角取40°，粘聚力为0；容重:22.000（kN/m3），墙背与墙后填土摩擦角:20°；基岩为弱风化灰岩：重度取24．5kN／m3，地基土容许承载力取1000kPa，基底摩擦系数取O．5O。

2. 稳定性验算

分别选取A类挡墙中H=6米和B类挡墙中H=10米的情况用理正软件验算，其验算结果如下：

（1）A型挡墙验算：

原始条件: 图3 A型挡墙计算简图

墙身尺寸如图3所示：

[土压力计算] 计算高度为6.000（m）处的库仑主动土压力

计算上墙土压力

按假想墙背计算得到:

第1破裂角：27.870（度）

Ea=156.434 Ex=31.936 Ey=153.140（kN）作用点高度Zy=1.333（m）

因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面存在：

第2破裂角=25.004（度）第1破裂角=25.000（度）

Ea=90.567 Ex=38.270 Ey=82.084（kN）作用点高度Zy=1.333（m）

计算下墙土压力

按力多边形法计算得到:

破裂角：26.360（度）

Ea=43.716 Ex=41.080 Ey=14.952（kN）作用点高度Zy=0.933（m）

墙身截面积= 14.300（m2）重量= 328.900 kN

衡重台上填料重= 129.116（kN）重心坐标（2.019,-2.083）（相对于墙面坡上角点）

（一）滑动稳定性验算

基底摩擦系数= 0.500

滑移力= 79.350（kN）抗滑力= 277.526（kN）

滑移验算满足: Kc =3.497 > 1.300

（二）倾覆稳定性验算

验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性

倾覆力矩= 165.908（kN-m）抗倾覆力矩= 1482.734（kN-m）

倾覆验算满足: K0 = 8.937 > 1.600

（三）地基验算

作用于基底的合力偏心距验算满足: e=-0.047 1.300

地基土摩擦系数= 0.500

地基土层水平向: 滑移力= 159.374（kN）抗滑力= 768.616（kN）

地基土层水平向: 滑移验算满足: Kc2 =4.823 > 1.300

（二）倾覆稳定性验算

验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性

倾覆力矩= 625.771（kN-m）抗倾覆力矩= 5976.778（kN-m）

倾覆验算满足: K0 = 9.551 > 1.600

（三）地基应力及偏心距验算

基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力

取倾斜基底的倾斜宽度验算地基承载力和偏心距

作用于基底的合力偏心距验算满足: e=-0.564 <= 0.250*5.997 = 1.499（m）

三、结论

（1）挡土墙计算中关键点之一是土压力的计算。理正软件依据库仑土压力理论，采用优化的数值扫描法，对不同的边界条件，均可快速、确定地计算其土体破坏楔形体的第一、第二破裂面角度。避免公式方法对边界条件有限值的弊病。尤其是计算衡重式挡土墙的下墙土压力，过去有延长墙背法、修正延长墙背法及等效荷载法等，在理论上均有不合理的一面。理正软件综合考虑分析上、下墙的土压力，接力运行，得到合理的上、下墙的土压力，保证后续计算结果的合理性。

（2）通过验算可知挡土墙稳定性满足要求，但观察安全系数可知，当安全系数偏大时，说明设计较为保守，还可以进行一定的优化，以便节省材料，保证经济性。

参考文献

[1] 建筑边坡工程技术规范（GB50330—2002）[s]．北京：中国建筑工业出版社，2002．

[2] 顾慰慈. 挡土墙土压力计算手册［M］. 北京: 中国建材工业出版社, 2005.

[3] 王渭漳, 吴亚中. 墙背土压力分布计算的新理论及其工程应用［M］. 北京: 人民交通出版社, 1996.

[4] 林智勇, 戴自航, 苏美选. 复杂条件下挡土墙主动土压力解析解［J］. 岩土工程学报, 2008, 30（4）:555-559.