墙前被动土压力在挡土墙设计中的应用研究

（ ）挡 土 墙 墙 体 为 刚 性 体 ，墙 背 垂 直 、 光 滑 ； １
（ ）墙 前 土 体 为 各 向均 质 、同性 的 土 体 。墙 前 土 的高 度 ２ 为 Ｈ，土 体 的重 度 为 ，黏 聚 力 为 Ｃ 内摩 擦 角 为 ； ，
（） ３ 墙前土体表面水平 ， 墙前土处于被动极限平衡 状态 ，
（ １上 海 市政 工 程 设 计研 究 总 院 集 团 第 七设 计 院 有 限 公 司 ， 海 ６ ０ ０ ２青 岛市 城 阳 区流 亭街 道 办 事 处 ，山东 青 岛 ２ ６０ 上 ２ ６０ ； ６ ００）
摘
要 ：通 过 对 某 现 状 挡 土 墙 在 其 墙 前填 土 高 度 变 化 期 间的 墙 身 变 形 监 测 记 录 的分 析 研 究 发 现 ， 此挡 土 墙 的墙 前 填
【】Ｇ ４ ９ ，建 筑 地 基 处 理技 术规 范 ［ｊ ５Ｊ Ｊ — ４ ９ Ｓ．
【］鹿 群 ， 晓 东 ，张 建新 ． 压桩 与 天 津滨 海 新 区土 体 滑 动 ６ 孙 静 摩 擦 的 试 验研 究 科 技 通 报 ，２ １ ，２ １ ：３ ４ （ １ ７（ ） － ． ｝ 图 ５ 现 状 挡 土 墙 示 意 图
土 所 产 生 的被 动 土 压力 参 与 了工 作 并 保 护 了 此 挡 土 墙 ， 因此 文 中将 重 点 分 析 在 挡 土 墙 墙 前 填 土 经 有 效 处 理 后 ，墙 前 土 所 能 产 生 的被 动 土压 力 与 墙 前 土 的 有效 宽 度 之 间 的 关 系 。它 的 确 定 对 于 挡 土 墙 设 计 以及 现 状 挡 土 墙 的安 全 性 评 估 及 加 固具 有 积 极 意 义 。 关 键 词 ：墙 前 被 动 土 压 力 ；挡 土 墙 加 固 ；墙 前 填 土 ；有 效 宽 度
土 体破 坏 时 ，滑 动锲 体 视 为 刚性 体 。
土压力也会 随着墙 前土埋深 的增大而增 大 ，特别是在墙前填 土较为密实 的情 况下 ，墙前土 的被动 土压力也将大大增大 ， 因此在墙前 土埋 置深度较大 的情况下 ，有 目的地对墙前土进 行 处理 ，将会大大提 高挡 土墙 的稳定性 。笔 者将 重点分析在
力的计算研 究Ⅲ． 岩石力 学与工程学报 ，２ １ ，２ １ ： ００ ９（ ）
３ －４．
【１中 交 第二 公 路 勘 察 设 计 研 究 院有 限公 司． 路 挡 土墙 设 计 ４ 公
与 施 工技 术 细 则 【 ． 京 ：．－ｌ Ｍ１ 北 Ａ ４ 交通 出版 社 ，２ ０ ． ｒ ０８
二 、工 程 应 用
某 现状 挡 土墙 修 建 于 ２ ０世 纪 ９ ０年 代 初 ， 重 力 式 挡 土 为 墙 ，墙 体 全 高 为 １ ２ ｍ 。墙 前 为 市 政 道 路 ，墙 后 为 建筑 小 ２．５ 区 ，后期 于 墙 前 加设 了 ｌ 宽 度 、深 度分 别 为 １５ 、２ 的 条 ．ｍ ｍ
特 定 的 前 提 条 件 下 ， 不 同 宽 度 的墙 前 土 体 与 被 动 土 压 力 的形 式 及 大 小 之 间 的 关 系 。对 墙 前 被 动 土 压 力 的 大 小 及 其 破 坏 形 式 的 研 究 ，有 助 于 完善 挡 土墙 设 计 的理 论 体 系 ，提 高 挡 土 墙 的 安全 性 ，降低 某 些 工 况 下 的 挡 土 墙 工 程 投 资 。
、
挡 土 墙 墙 前 被 动 土 压 力分 析
挡 土墙 的 水 平 力 系 中 包 括 挡 土 墙 墙 后 土 压 力 Ｅａ 的水 平 分 量 Ｅ 墙 底 摩 阻力 ｆ ｘ， ，以及 挡 土 墙 墙 前 被 动 土 压 力 Ｅｐ， 如
图 １所 示 。
图 ２ 墙 前 土 体 无 限 宽 时 破 裂 形 式
被动土压力 Ｅ。 与墙 前土体有效 宽度 Ｌ之间的关系如图 ４
所示 。
墙 体 不 满 足 抗 滑移 稳定 性 ，故 此 时墙 体 产 生 水 平位 移 。
（ ）管沟挖 完后及 时回填 ，回填后工况可视 为与回填 前 ３
相 同 ，此 时 ，墙 体 抗 滑 移 稳 定 性 系 数 仍 大 于 ｌ ，故墙 体 无 位 移变化 。 综 上 可 知 ， 由于 枕 海 山庄 挡 土 墙 墙 前 填 土较 高 ，且填 土
综合管沟 （ 图 ５ 。 见 ）
【１王 仕 传 ，程 桦 ． 虑 位 移 影 响 刚 性挡 土墙 主 动 土压 力 分 析 ２ 考 ［． 川 建 筑科 学研 究 ，２ １ ，３ ６ ：１ Ｊ四 １ ０ ０ ６（ ） ．
『】张健 ， 胡瑞 林 ，刘 海斌 ，等 ． 于 统 一 强度 理 论 朗 肯 土 压 ３ 基
一
对 墙前土进行有效地 处理 ，使 其具有较大 的密实度及变
形模 量 ，墙前土体破坏 时 ，滑 动锲 体可视为刚性体 ，此时墙
前 经 有 效 处 理 的 土体 的宽 度 用 Ｌ表 示 。 当墙 前 土体 有 效 宽度 Ｌ为 无 限大 时 ，此 时 的墙 前 被 动 土
压 力 可 按 朗肯 被 动 土 压 力 计 算 。其 破 裂 形 式 如 图 ２所 示 。
／ ｌ４ ｋ ２２Ｎ
此 时墙 前土体在破坏 时所 产生的被 动土压力 Ｅ。 由下 可
式 求得 ：
ｒ Ｈ Ｌ （ ３）
式 中 ：Ｙ 土 体 自重 ，ｋ ｍ 。 为 Ｎ／ ；Ｌ为 墙 前 土体 有 效 宽 度 ， ｍ ；Ｈ 为 挡 土 墙 埋 深 ，ｍ ；¨ 破 裂 面 处摩 擦 系 数 。 为 由 式 ３可 知 ，在 墙 前 土 体 有 效 宽 度 足 够 小 的 情 况 下 ，墙 前 土 体 破 坏 时 所 产 生 的被 动 土 压 力 是 随着 墙 前 土 体 有 效 宽 度
第 １ ２卷 第 １ １期
２ ２盆 ０１
中 国
水
运
Ｖｏｆ １ ２
Ｎｏｖ ｍｂ ｅ ｅｒ
Ｎｏ． １１
２ Ｏ１ ２
１ １月
Ｃ ｒａ ａｔ Ｔｒ ｎｓｐ ｔ ｈｉｌ Ｗ ｅｒ ａ ｏｒ
墙前被动土压 力在挡土墙设计 中的应 用研究
神 进 ，顾 帮 全 纪 尚俊 。 ， ，王 良
收 稿 日期 ：２ ２ ０ — ０ ０１ — ７ ２
为 黏 聚 力 ，ｋ ａ； Ｐ
Leabharlann Baidu
为 内 摩擦 角 ， （） 。。
当墙前 土体有效宽度 Ｌ很小 时，墙前土体在外力作用下
破 坏 面 可 近 似 看 作 沿 着 墙 趾 的水 平 线 ，如 图 ３所示 。
作 者 简 介 ：神
进 （９ ７） １ ７ 一 ，男 ，硕 士 ，上海 市政 工 程 设 计 研 究 总 院 集 团 第 七 设 计 院 有 限 公 司 工 程 师 ，研 究 方 向 为 交通
土建 。
顾帮全 （ ９ ６ ） １ ８ 一 ，男 ，硕 士 ，上海市政工程设计研究总院集团第七设计院有限公司助理工程师 ，研究方向为
交通土建 。
２０ ７
中 国 水 运
第 １ 卷 ２
ｋ ｍ 。 聚 力 Ｃ为 １ ｋ ａ，内摩 擦 角 为 ３ 。 Ｎ／ ，黏 ０Ｐ ０ ，由于 墙 前 为 市 政 道 路 以 及建 筑小 区 ，墙 前 土有 效 宽度 可 视 为 无 限 宽 。 在 墙 前 管 沟 施 工 前 后 ，于 现 状 挡 土 墙墙 身 布置 了 几 处 监 测 点 以观 测 墙 体 的位 移 变 化 。在 管 沟 施 工 前 ，墙 身 观 测 点 无 明显 的位 移 变 化 ；在 道 路管 沟 施 工 期 间 这 一 较 短 的 时 问 内 监
被 动 土压 力 服 从 式 （ ）公 式 ； 当 Ｌ Ｌ 时 ，墙 前 被 动 土 压 力 ３ ＞。 服 从 式 （ ）的 朗肯 被 动 土 压 力 公 式 ， 对 深 埋 基 础 的挡 土 墙 １ 这 的墙 前 土 的 被 动 土 压 力 的 有 效 利 用 极 具 意 义 。同 时 墙 前 填 土 经 处 理 后 所 需达 到 的 压 实 度 、 变 形 模 量 的 参 数 还 需 进 一 步 完
的密实度也较高 ，不易发 生压缩变形 ，可 产生较 大的被动土
压 力 ，切 实 参 与 工 作 保 护 了现 状挡 土墙 。
三 、结 论
图 ４ 墙 前 填 土 土压 力－Ｓ前 填 土 宽度 示意 图 ｉ
笔者重点分析 了墙前被动土压力与墙前土有效宽度 Ｌ之 间的关系，并引入了临界 宽度 Ｌ 概 念 ，即当 Ｌ 。 ，墙前 ｐ ≤Ｌ 时
测到墙身发生 ３ ４ － ｍｍ 的水平位移 ；管沟回填后墙身观测点
位移增量为 ０ 。
图 ３ 墙 前 土 体 宽 度 较 小 时破 坏 形 式
下 面 对 道 路 管 沟 施 工 前 、 中 、 后 ３阶 段进 行 详 细 分 析 。 （ ）在 道 路 管 沟施 工前 ，墙 前 填 土 高 度 为 ４ ，此 时 墙 １ ｍ 后 土 压 力 Ｅ ＝ ，６ ４ ｋ ， Ｅ ＝ ４ ．０ Ｎ ； 基 底 阻 力 １０ ９．３ Ｎ ９ １７ ｋ ＿ ６ ０３ ｋ ，＝ ０ ． ５ Ｎ；墙 前 被 动 土 压力 Ｅ ＝ ４ ｋ 。 ６ ２ Ｎ。此 时 ：
则 此种 情 况 下按 朗肯 被 动土 压 力 计 算 可 得 ：
Ｅ ７ ａ Ｈ Ｋ
ｐ ｐ
＋ｃｘ ｐ ２ ￣ Ｈ
（） １
其中：
Ｋｔ（十 ，ａ４ ＝２。 ｎ５
式 中：Ｙ 为土体 自重 ，ｋ ｍ。 Ｎ／ ；Ｈ为挡土墙埋深 ，ｍ ；ｃ
图 １ 挡 土墙 水 平 力 系 示 意 当墙 后 土 压 力 分 量 Ｅ ｘ大于 墙 底 阻 力 ｆ ， 时 墙 前 土 被 时 此 动 土 压 力 （ 参 与 工作 。 Ｅ）
墙 体 满足 抗滑 移 稳 定 性 条 件 ，故 墙 体 无水 平位 移 。 （ ） 道 路 管 沟 施 工 期 问 ，由于 管 带 施 工 需 挖 出 ２ 深 ２ 在 ｍ 墙 前 土 ， 前 填 土 按 ２ 计 算 ， 时墙 后 土压 力 Ｅ ＝ ，６ ．３ 墙 ｍ 此 １０ ９４ ｋ Ｎ，Ｅ ＝ ４ ．０ｋ ９ １７ Ｎ，Ｅ ＝ ０ ．４ Ｎ；基 底 阻 力 ／＝ ０ ．５ ｙ ５ ６８ ｋ ６ ０３
Ｌ 的增大而增大的 。随着 Ｌ的增大 ，被动土压力的大小也逐 渐 接近朗肯被动土压力理论公式 （ １ 式 ）得的结果 ，当两者
相 等 时 ，墙 前 土 体 的 有效 宽 度 为 临界 宽 度 ， 用 表 示 。
ｋ Ｎ；墙前被动土压力 Ｅ ＝ ９ ｋ １ ５ Ｎ。此时 ：
ｆ ７ ５３ ｋ ９ －５ Ｎ‘Ｅ
中图 分 类 号 ：Ｔ ４ ３ Ｕ １ 文献标识码：Ａ 文 章 编号 ： １０ － ９ ３ （０ ２ － ２ ９ ０ ０ ６ ７ ７ ２ １ ）１ ０ ６ － ２ １
这 里假 定 ｌ５ ２ ＿： Ｊ
当 前 对 挡 土 墙 设 计 时 一 般 考 虑 其 墙 前 填 土高 度 约 为 ｌ ｍ 左 右 ｌ， 由于 此 时 挡 土墙 墙 前 土 所能 产 生 的被 动 土 压 力 较 小 ， １ 】 因 此 往 往 将 其 忽 略 考 虑 。然 而 实 际工 程 中许 多 挡 土 墙 由于 地 基 承 载 力 不 足 或 挡墙 建 成 后 工 况 发 生变 化 等 原 因 ，导 致 挡 土 墙 基 础 的埋 深 远 远 大于 ｌ ，挡 土墙 墙 前 土 所 能 产 生 的被 动 ｍ
善 研究 。 参 考 文 献
［ Ｊ ＪＤ３ － ２ ０ ，公路 路 基 设计 规 范 【 ． １ Ｔ ０ ０４ 】 ｓ 】
综上所述 ，当 Ｌ 。 ，墙前土土压力的大小随着墙前土 ≤Ｌ 时
有 效 宽 度 Ｌ 的增 大而 增 大 ，被 动 土 压 力可 由式 （ ） 求得 ；当 ３ Ｌ ｋ 时 ， 前土 被 动 土 压处于 稳 定 阶段 ， 随着 墙 前 土 宽 度 Ｌ ＞ 墙 不 的增 大 而 增 大 ，被 动 土压 力 可 由式 （ ） 式 （ ）求 得 。 １、 ２