挡土墙稳定性验算论文

浅谈挡土墙稳定性验算

摘要根据实际铁路设计路基工点，介绍了挡土墙稳定性验算,即抗滑稳定性验算、抗倾覆稳定性验算、基底应力及合力偏心距验算。

关键词挡土墙;稳定性;验算

中图分类号：s611 文章标识码：a文章编号：

0 引言

在铁路工程中，经常用挡土墙来支挡上下高差的土体，而重力式挡土墙是用得较多的一种形式。它的作用影响着铁路工程的建设投资和运营效益。挡土墙的设计往往是路基设计工作的重点。某新建环形专用线位于内蒙古自治区准格尔旗哈镇川谷地上，

dk8+217～dk8+640段落位于低中山区，地形起伏较大，工点长423m。线路在此以深路堑通过。由于边坡高度较高，需用重力式挡土墙对路堑进行支挡防护，并且对挡土墙的稳定性进行验算。

图1 挡土墙横断面

1 工程概况

工点位于低中山区，地形起伏较大。地面高程一般在1110～1140m之间。线路在此以深路堑通过，路堑边坡最大高度约61m。工点范围内地层为第四系上更新统冲风积层砂质黄土；下伏侏罗系下统砂岩、泥岩。地震动峰值加速度0.05g（相当于地震基本烈度六度）。土壤最大冻结深度1.7m。工点范围内特殊岩土为膨胀性泥岩和砂质黄土。泥岩：具弱膨胀性，自由膨胀率43%～53%；砂质黄土：具湿陷性。湿陷系数0.024～0.044，湿陷层厚度约7.0m，场

地属ⅱ级自重湿陷性场地。勘测期间勘探深度内未见地下水。工点范围内无不良地质发育。

2 工程措施

dk8+260～dk8+640段右侧路堑边坡设置路堑挡土墙，墙高6～8m，挡土墙胸坡、背坡坡率均采用1:0.25，基础埋深1.5m，挡土墙采用c25片石混凝土浇筑。挡墙设计参数：挡墙设计参数：φ

=30°，f=0.3，γ=19kn/m3，[σ]=300kpa。挡墙以上一级、二级、三级、五级堑坡采用框架锚杆护坡防护。

3 挡土墙稳定性验算

对于重力式挡土墙，稳定性往往是设计中的控制因素。挡土墙的稳定性包括抗滑稳定性和抗倾覆稳定性两方面。

3.1抗滑移稳定性验算

挡土墙的抗滑稳定性是指在土压力和其他外荷载的作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力，用抗滑稳定系数kc表示，即用于挡土墙最大可能的抗滑力与实际滑动力之比。

把基底设置成倾斜就是保持墙面高度不变，而使墙踵下降一定高度。与水平基底相比，可以减小滑动力，增大抗滑力，从而增强抗滑稳定性。这时，不仅要作沿基底的抗滑稳定性验算，同时，还要验算地基土沿墙踵平面的抗剪稳定性验算。本次设计采用倾斜基底，稳定性验算采用下列公式：

式中：

kc —沿倾斜基底的滑动稳定系数, 一般情况取kc = 1.30；

wn —挡土墙的自重重力在倾斜基底法线方向的分力（kn）；

en —挡土墙承受的土压力在倾斜基底法线方向的分力（kn）；

f —挡土墙墙底摩擦系数；

et —挡土墙承受的土压力在倾斜基底切线方向的分力（kn）；

wt —挡土墙的自重重力在倾斜基底切线方向的分力（kn）；

w —挡土墙的自重重力（kn）；

e —挡土墙承受的土压力或滑坡推力（kn）；

η—挡土墙倾斜基底面与水平面的交角（度），逆时针为正，顺时针为负；

σ—铅垂线与挡土墙背坡面的交角（度）；

δ—挡土墙背坡面与挡土墙背面填土之间的内摩擦角（度）。

经计算可知，滑移力为80.856kn，抗滑力为105.359kn，滑移验算满足: kc = 1.303 > 1.300。通过验算,本设计的挡墙其抗滑移稳定系数达到1.303,高于规范规定的1.3下限。因此,其在抗滑移稳定性上是安全的。从上述计算过程中可以看出,挡墙抗滑移稳定性的主要因素有:a.挡墙的自身质量;b.基底和土的摩擦系数;c.墙背主动土压力的大小。

通过上述验算可以发现,在解决挡墙的抗滑移稳定性上,可以通过几点来解决:a.增加挡土墙的质量,采用比重较大的材料;b.提高岩土对基底的摩擦系数;c.减小墙背主动土压力。

3.2 抗倾覆稳定性

挡土墙的抗倾覆稳定性是指它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的

能力，用抗倾覆稳定系数k0表示，其值为对墙趾的稳定力矩之和与倾覆力矩之和的比值，稳定性验算采用下列公式；

式中：

k0 —挡土墙绕墙趾的抗倾覆稳定系数；

一般情况（包括计算荷载）取k0 = 1.60

w —挡土墙的自重重力（kn）；

zw —挡土墙的自重重力的重心到倾覆计算点的水平距离（m）；

ey —挡土墙承受的土压力（或滑坡推力）在竖直方向的分力（kn）；

zx —挡土墙承受的土压力在竖直方向的分力到倾覆计算点的水平距离（m）；

ex —挡土墙承受的土压力（或滑坡推力）在水平方向的分力（kn）；

zy —挡土墙承受的土压力在水平方向的分力到倾覆计算点的竖向距离（m）；

zw —挡土墙承受的土压力在竖直方向的分力到倾覆计算点的水平距离（m）。

计算可知，倾覆力矩为218.125kn·m，抗倾覆力矩为

618.166kn·m，倾覆验算满足: k0=2.834>1.600。

通过验算,可以得出结论,本次设计的挡墙对于其抗倾覆的稳定性来讲达到2.834,高于规范的1.6下限,在结构上是安全的。经过验算,可以看出影响抗倾覆系数的主要因素有挡墙的倾覆力矩,挡

墙截面面积和形状。对于一项工程,其主动土压力应该是确定的,同时,岩土压力作用点至墙踵的距离也应该是确定的,也就是说其倾覆力矩是确定的。因此,影响抗倾覆稳定性主要取决于挡土墙的截面面积和形状。影响其抗倾覆稳定性的因素包括挡墙重心至墙趾的水平距离,以及基底的水平投影距离。

3.3 挡土墙基底应力及合力偏心距验算

为了保证挡土墙基底应力不超过地基容许承载力,应进行基底应力验算；同时,为了避免挡墙不均匀沉陷,应控制作用于挡土墙基底合力的偏心距。作用于基底合力的偏心距e为：

式中：

e —挡土墙（基础）底截面的偏心距（m），基底的合力偏心距应满足下列要求：土质地基，e ≤ b/6；

b —挡土墙或基础底截面的宽度（m）；

mall —作用挡土墙上全部荷载对墙或基础墙趾的弯矩

（kn/m），顺时针为正；

wall —作用挡土墙上全部竖向荷载之和（kn），向下为正；

zn —地基反力的合力作用点到挡土墙墙趾的距离（m）；

mall与wall分别计算如下：

式中：

w —挡土墙的自重重力（kn）；

zw —挡土墙的自重重力的重心到墙趾点的水平距离（m）；