挡土墙设计及验算

挡土墙设计

设计条件：

双向四车道设计车速为80km/h的一级公路某横断面，设计荷载公路－I级，拟设一段路肩挡土墙（重力式挡土墙墙身材料采用7.5号砂浆，25号片石；衡重式挡土墙墙身材料采用10号砂浆，50号片石；悬臂式挡土墙墙身材料采用C30钢筋混凝土）。

路基填土（砂性土）高度为4m，基底为饱和的砂性土地基，基底摩擦系f=0.4，地基承载力130 KPa，墙身分段长度为10m。回填土为砂类土，内摩擦角φ=35°，墙背与填土间的摩擦角17.5°，容重为γ=18kN/m3。广州市抗震设防烈度为7度（0.1g），只采取抗震构造措施，计算不考虑地震作用。

Q:

1.墙底摩擦系数取值及其影响？

2.地基土内摩擦系数取值及其影响？

3.墙后填土内摩擦角取值及其影响？

4.主动土压力受什么影响？

5.地基承载力特征值提高系数（含墙趾值提高系数、墙踵值提高系数、平

均提高系数）如何选定？

6.不均匀沉降是什么原因导致？参数如何体现？

7.不同类型挡土墙的适用性如何？

挡土墙的设计与验算（以极限状态设计的分项系数法进行设计）:

(1) 进行车辆荷载换算；

(2) 利用有关设计手册中的相应公式，计算主动土压力，求出土压力的大小、方向及作用点；

(3) 设计挡土墙截面：先拟定墙身尺寸，然后进行：

a) 抗滑稳定性计算；

b) 抗倾覆稳定性验算；

c) 基底应力验算；

d) 截面应力验算；

e) 挡土墙截面尺寸的调整与选取。

(4) 画出选用的挡土墙横断面图，整理计算书等有关设计文件。

一、挡土墙形式的选择：

选择原则：

(1)用途、高度与重要性；

(2)地形、地质条件；

(3)就地取材、经济、安全。

1.重力式挡土墙(gravity bulkhead)

靠自重保持稳定，适用于H< 5m 的低墙。

材料：块石、砖、素砼(plain concret)。

优点：结构简单、施工方便、可就地取材，应用较广。

缺点：工程量大，沉降大。

2．悬臂式挡土墙(cantilever retaining wall)：

靠墙踵悬臂以上的土重维持稳定，墙内钢筋受拉力。

适用性：重要工程；H>5米；地基质量差(墙轻)；缺石料等。

3．扶壁式挡土墙(buttress retaining wall) ：

扶壁：间距—0.8～1.0H, 其作用—增加抗弯性能，保持挡土墙整体性。

材料：钢筋混凝土(reinforced concrete)

应用：H>10米场所。

优点：工程量小；

缺点：技术复杂、费钢材。

4．锚杆式挡土墙(bolt retaining wall)：

组成：预制钢筋混凝土立柱、墙面、钢拉杆

适用：重要工程，墙高已达H＝27米。

材料：钢筋混凝土、钢材。

优点：结构轻、柔性大、工程量少、造价低、施工方便。

缺点：技术复杂。

5. 加筋土挡土墙(reinforced fill wall)

组成：面板(faceplate)、筋带、填料(filling)三部分。

优点：(1)充分利用材料性能和土与筋带的共同作用；

(2)挡墙结构轻巧，便于现场预制(precast)、拼装施工快；

(3)能抗寒，抗地震；

(4)造价低，可节省25～60% (与重力式比)

常用拉筋材料：钢筋混凝土、镀锌铁皮、扁钢和土工合成材料等。

评价：锚杆式挡土墙利用锚定板的被动土压力来平衡主动压力，比加筋挡土墙靠金属与土之间的摩擦力来平衡土压力要优越。

二、挡土墙初定尺寸

以常用的重力式、悬臂式和扶壁式挡土墙为例，研究挡土墙型式选定后，初定其尺寸。1．挡土墙的高度H

通常挡土墙的高度是由任务要求确定的，即使墙后被支挡的填土呈水平时为墙顶的高程。有时，对长度很大的挡土墙，也可使墙顶低于填土顶面，而用斜坡连接，以节省工程量。2．挡土墙的顶宽

挡土墙的顶宽为构造要求确定，以保证挡土墙呈整体性，具有足够的强度。对于砌石重力式挡土墙，顶宽应大于0.5m，即2块块石加砂浆。对素混凝土重力式挡墙顶宽也不应小于0.5m。至干钢筋混凝土悬臂式或扶壁式挡土墙顶宽不小于300mm。

3．挡土墙的底宽

挡土墙的底宽由整体稳定性确定。初定挡土墙底宽B=0.5H～0.7H，挡土墙底面为卵石、碎石时取小值；墙底为粘性土时取高值。

挡土墙尺寸初定后，经挡土墙抗滑稳定与抗倾覆稳定验算。若安全系数过大，则适当减小墙的底宽；反之，安全系数太小，则适当加大墙的底宽或采取其它措施。保证挡土墙既安全又经济。

三、挡土墙的验算(checking computations) ：

内容：抗滑稳定、抗倾覆(overturn)、承载力三方面

1、作用在挡土墙上的力：

(1)墙身自重W，作用于挡土墙的重心；

(2)主动土压力，作用于挡土墙墙背；

(3)被动土压力，作用于挡土墙前，设计中不考虑；

(4)基底反力：S V—垂直分力；S H—水平分力。

2．抗滑稳定验算：

滑动力：P ax=P a cos(δ+ε),

抗滑力：(P ay+W)μ

P ay=P a sin(δ+ε)

式中μ—基底摩擦系数。

要求：抗滑力/滑动力=K s>=1.3

悬臂式挡土墙：墙踵(wall heel)以上的土计入墙自重，再进行验算。如达不到要求：

(1)加大W，即增大断面尺寸；

(2)加大μ，即墙底做砂石垫层；

(3)加大抗滑力，做逆坡；

(4)对软土地基，其他方法都不经济或无效，

加拖板：

拖板与墙踵之间用钢筋连接，拖板上土重W’可加大抗滑力。

3、抗倾覆稳定验算

要求：

如果达不到要求：

(1)加大底宽，从而加大W；

(2)加大a，墙趾加长；

(3)做卸荷台。在卸荷如以上的压力不能传到下面，故减少了主动土压力。

4、地基承载力验算