挡土墙优化设计初探

以上两个实例可 以说明 ， 许多即是常用 的作 法 中也 大有优 化 的余 地 。 当前 设计 对抗 震考 虑 的 比较 严格 ， 从受力上或概念上都可以理解 ， 上面这两个优
梁平面间距充分考虑了起 吊坑下设备 的尺寸要求 ， 梁两端 与扶壁柱顶端铰 接连接 ， 由于土压力是 向坑 内方向 ， 故这些梁除 自重外基本是轴压构件 ， 主要是 起到 了扶壁柱上端不动铰支座的作用。当然把梁柱
一
般计算不用插入法 ， 而是取最不利土层 的内摩擦
角进行计算 ， 当其它条件相同时 ，０ 比 ４ 。 但 ３ 。 ５ 整整
大了一倍多的土压力 ， 且挡 土墙 的四项计 算 （ 抗滑
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１８ ２
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荷载图， 若按门式刚架计算 ， 弯矩减小 的更多 ， 若不
采 取设柱 顶横 梁这 种方法 ， 壁柱 须按 悬臂 柱计 算 ， 扶 不 但弯矩 大 了几倍 ， 刚度 也需 要加 大 ， 而且柱 顶 变形
相 对 比较大 ， 抗震也 不利 。
高空支模现浇混凝土 的困难 ， 同时也缩短了施工工 期 。其二是在 ± ．０标高纵横设 了几道混凝土梁 ， ０Ｏ
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３ 。 ０ 、５ 四个值 ， ５、 。 。 ４ ４ 比较高的挡土墙后往往不 只是
一
种土层 ， 是由几种不同性质的土层组合而成的， 但
计算相 比， 虽然它们都涉及土力学范畴 ， 而挡土墙 的 计算理论则 比地基基础计算理论更加趋 于近似 ， 这
是因为挡土墙 的基 本外 荷载是土压力， 这个 土压力
化方案 中， 圆坑比矩形坑受力更合理 、 门式刚架 比悬 臂柱抗震更有利 ， 二者都能大幅降低工程造价 ， 缩短
施 工 周期 。
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第 ４期
李能能， 挡土墙优化设计初探 等：
１９ ２
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优化 设计 。
短 为 ４ 且结 构 上 由于 周 边墙 只承 受 环 向压 力 ， ７ｍ， 这 一点充 分利 用 了混凝 土的优 点 和强项 。 由于地 基 土是砂 岩 ， 虑砂 岩部分 开挖 不用 放坡 ， 岩石 表面 考 且 经人工 大概修 整 ， 混凝 土浇灌 时不 用支 外模 板 ， 槽 磕 灌 即可 ， 大 幅度减 小 了开挖 和 回填 的工程 量 ， 这样 支 模量 也大 大减 少 。而先 设 计 的扶 壁式 挡 土墙 ， 扶 若 壁设 在墙 内侧 ， 必然 影响 坑底设 备 布置及 管线 、 沟 地 的布置 ， 面积也 减 少 了 ， 而且 悬 臂 柱 应 上 小 下 大 ， 且 大 的多 ， 故按 常用作 法 将 坑 壁 四周 的扶 壁 柱 均 设 在 墙 外侧 。由于扶壁 柱 脚 有 很 大 的前 后 趾 ， 以造 成 所 开 挖量 和 回填 量 增 加 ， 图 １虚 线 所 示 。 当 时做 过 见
了另外 两项 优 化 措施 ， 取 得 了 良好 的效 果 。其 一 仍 是 ±０ Ｏ ．０标 高 以下 仍 用 现 浇 钢筋 混 凝 土 扶 壁 式 挡
土 墙结 构 ， ０ Ｏ ± ． ０标 高 以上 改 为 全 钢 结 构 ， 免 了 避
按刚节点连接则可作为门式 刚架计算 。即便是按铰
接计 算 ， 壁柱 的弯矩 约减 小 ２ ５倍 。图 ２为静 力 扶 ．
很 大 的值 。但 总得 有 个定 量 计 算 的数 值 ， 般 的岩 一
土工程勘察报告 （ 以下简称地勘报告 ） 给出一个 会 近似值。这个值 即便是国家挡土墙标准图集也只是
以 ５ 的级 差来划 分 ， 不 同的 土层 大致 给 出了 ３ 。 。 按 Fra Baidu bibliotek、
墙高等 ， 尤其它的计算不像梁、 柱等结构 的计算 板、 都是很直观 的， 虽然它们也有些基本理论假定 （ 例 如混凝土梁 的伯努利平面假定 ） 但其安全度基本 ， 是明确的， 且与实测值相近 ； 挡土墙计算和地基基础
１ 概 论
土建工程 中到处都会遇到挡土墙 ， 铁路、 公路的
路 堑 ， 工 及地 下 工 程 ， 业 与 民用 建 筑 中 的地 沟 、 水 工 地 坑 、 下 室 的侧 壁 ， 图竖 向规 划 中的高 差 处 、 地 总 坡
与千变 万化 的土 颗粒 性 质 及 含水 量 、 的形 成 过 程 土
第３ ３卷
移 、 倾覆 、 抗 地基 承载 力和墙体 强度 ） 值都得 翻一 番 ， 此我 认 为挡 土墙 设 计 的 主要 精 力 应 该放 在 方 为 案 设计 上 ， 即选 择 尽 量 合 理 的 布设 、 型 及材 质 、 造 实
地 考 察墙 后 填 土 状况 ， 而 取 用合 理 的 ‘值 以达到 从 ｐ
等因素有关 ， 它的计算仍延用库伦理论及其计算公 式， 把原本曲面的破裂面假定为直面。基本公式 Ｅ
＝
１２Ｈ ｔ （５ －／ ）其 中 Ｈ是挡土墙 的高度 ， ／ ｒ ４ ￣ ２ ， ｇ ￣ 这
个 数值 根据 场地 情 况 及 使 用 要 求 很 容 易 确 定 ； 是 ｒ 墙 后填 土 的重 度 ， 是个实 测数 字 ； 土壤 的内摩擦 角 而
２ 从 本 院 设 计 过 的 两 个 挡 土 墙 工 程 实例 论 优 化
其 一 是我 院 ２ ０ 设计 的一 个地 下泵 房 ， 艺 ０ ８年 工 要 求长 ×宽 ×高 ＝１ × ８ｍ ９ｉ Ｉ我 们 先 做 了 四 ｎ×９１， Ｔ 壁为 常用 的现 浇 钢 筋 混凝 土 扶 壁 式 挡 土墙 方 案 ， 后 做 了直 径为 １ ５Ｉ ｎ的圆坑式 地下 泵房 方案 ， 和工艺 经 人员 商 定 ， 以环 向 布 置设 备 ， 样 ， 者 虽 然 面 积 可 这 后 由方坑 的 １２ｍ 增 加 到 １７ｍ ， 周 长 从 ５ 缩 ６ ７ 但 ４ｍ
‘就 很难 精确 测 出 ， ｐ 它是 个 差 异 性 或 者 说 是 离 散 性
道两旁等都常用挡土墙 ， 挡土墙 的主要作用是防止 土 体坍 塌 和失稳 。
挡 土墙 看似 简 单 ， 它 的设 计 条 件 牵扯 到使 用 但 要 求 ， 围 环境 ， 图条 件 ， 周 总 地基 情 况 及抗 震 、 深 、 冻
第３ ３卷第 ４期
２ １ 年 ８月 ０１
甘
肃
冶
金
Ｖｏ ． ３ Ｎｏ ４ Ｉ３ ． Ａｕ ．， ０ １ ｇ ２ １
ＧＡＮＳ Ｕ ＭＥＴＡＬＬ ＵＲＧＹ
文章编号 ：６ ２４ ６ （０ １ ０ －１７０ １７ － １ ２ １ ）４０ ２ － ４ ３
挡 土 墙优 化 设 计 初探
李能能， 董 斌
一
因此 ， 合理选用材质 、 型、 造 构造等对于实现设计方案优 化显得尤为 重要 。较大 的挡土墙 工程 ， 经优化设 计后 可降 低工程造价且 能加快施 工进 度 ， 使用方便 ， 视觉舒适 。本文就挡土墙优化设计 做一些探讨 。
关键 词 ： 挡土墙 ； 土压力 ； 优化设计 中图分类 号 ： ６７ ８ Ｕ １． 文献标识码 ： Ｂ
估算 ， 优化方案后 的土建建设投资可减少上百万 ， 这 正是 我们设 计所 追求 的经 济合理 原则 。
图 １ 优 化 方 案和 原 方 案 示 意 图
另一实例是我院 ２ １ ００年给内蒙阿巴嘎旗萤石 矿做 的一个 类似 的矩 形 地 下 泵房 ， 上 面设 有 桥 式 因 吊车及总图位置等原 因， 圆坑方案未被采纳 ， 但采取
白银 ７００ ３ ９０） （ 西北矿冶研究 院 白银有色建筑设计 院 ， 甘肃
摘
要： 挡土墙是应用 比较广泛的构筑物 ， 的设计要考虑使用要求 、 围环境 、 图条件 、 它 周 总 地基情 况 、 震设 防、 抗 冻
土深度及墙体总高度等 因素 ， 关键因素则是墙 体总高度 ； 由于挡土墙的计 算是基于几个假定理 论进行 的近似计算 ，
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