悬臂式板桩墙的计算

第7章 挡土墙

7.1概述

挡土墙是支挡墙后土体使其不发生坍塌的结构。根据工程的实际需要，挡土墙可用于支挡河岸边坡、船闸、桥台等建筑物，也可用于地下室，山区建筑需错层时支挡土体或深基础开挖护壁等。常用的挡土墙结构型式有重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、扶臂式挡土墙、锚杆挡土墙等等。

7.2挡土墙的类型

工程中常用的挡土墙的类型有重力式、悬臂式、扶壁式和锚杆及锚定板式等等。一般应根据工程需要、地质情况、材料供应、施工技术以及造价等因素合理地选择挡土墙的类型。 7.2.1重力式挡土墙

重力式挡土墙一般由块石或混凝土砌筑，墙身截面较大，依靠其自重维持墙体的稳定性。其结构简单、施工方便，能就地取材，在建筑工程中应用广泛。

重力式挡土墙按墙背的倾斜方向可分为仰斜、直立和俯斜三种。墙高一般小于8m ，当墙高在8m 至12m 之间时，宜用衡重式。

俯斜 直立 仰斜 7.2.2悬臂式挡土墙

悬臂式挡土墙一般由钢筋混凝土的立壁、墙面板、墙趾板或墙踵板构成。墙的稳定主要依靠墙趾或墙踵悬臂以上土重维持。墙体内设置钢筋以承受拉力，故墙身截面较小。悬臂式挡土墙适用于墙高大于5m ，地基土质较差，当地缺少石料等情况。 7.2.3扶壁式挡土墙

扶壁式挡土墙其结构型式与悬臂式挡土墙相似。当墙高大于10m

时，挡土墙立壁饶度

破裂面

较大，为增加立壁的抗弯性能，常在墙的纵向一定距离[（0.3—0.6）墙高]设置一道扶壁，使它与立壁、墙面板、墙趾板或墙踵板连在一起. 设置扶壁的目的是为了减少墙的剪力和弯距，增加扶壁的抗弯刚度。扶壁间填土可增加抗滑和抗倾覆能力。扶壁式挡土墙一般用于大型的土建工程。

7.2.4板桩式挡土墙

板桩式挡土墙按结构形式可分为悬臂式和锚定式两大类，可用于永久性也可用于临时性的挡土结构。

悬臂式板桩墙的顶部为自由端，下部固定在地面以下，利用插入土中部分维持整体平衡。

锚定式板桩墙在顶部或顶部附近加一道锚定拉杆则插入土中的长度和断面可大大减小。

板桩式挡土墙与重力式挡土墙相比，其结构轻、柔性大、工程量少造价低，但一般需用打桩机打入，施工较复杂，常在深基坑的开挖施工中应用。

7.3重力式挡土墙

7.3.1重力式挡土墙的选型

重力式挡土墙是应用较广泛的一种支挡结构型式，其特点是利用挡土结构自身的重量，来支挡边坡出现的土压力。 7.3.2重力式挡土墙的构造 1．挡土墙的埋置深度

挡土墙基础的埋置深度，应根据地基承载力、挡土高度、水流冲刷条件等因素确定。当地基比较软弱，或者岩石地基的裂隙比较发育、风化较厉害时，基础埋置深度应适当加大。当挡土结构放置在土质地基上时，基础的最小埋置深度不应小于500mm ；位于软质岩地基上时，基础的最小埋置深度不应小于300mm ；位于硬质岩地基上时，基础的埋置深度不应浅于排水沟。即在满足稳定与变形要求的前提下：

土质地基中 d ≥ 0.5m ；

软质岩地基 d ≥ 0.3m ，且应清除风化表层。

对冻胀土地基 d ≥ 1.0m ，且在冻结深度下不小于0.25m ；

受水流冲刷时，在冲刷线下不少于1m ；

墙基位于斜坡地段时，墙趾应嵌入地层中一定深度。 2．排水措施

挡土结构的排水系统至关重要，在对已破坏的挡土结构的调查中发现，大多数挡土结构破坏的原因，是由于排水不畅造成的。众所周知，静水压力的侧压力系数为1.0，所以水压力较土压力的数值大，采用挡土结构来支挡水压力，在经济

上和技术上都是不可取的。所以在进行挡土墙设计和施工时，必须重视处理好排水系统。在挡土结构上设置足够的泄水孔，充分排泄地下水。在一般情况下，泄水孔应沿着挡土结构的墙面上，在横竖两个方向上设置，泄水孔的间距宜取2～3m ，泄水孔的孔径宜取50～100mm ，向外倾斜3～5%。在设置泄水孔的墙背处，应铺设倒滤层，防止墙背的填土顺着水流流失。 3．填土质量要求

挡土结构背面填土的填料，应尽量选用透水性较强的无黏性土。若在某些地区无法选用无黏性土作为填料时，在黏性土中应掺入一定数量的碎石，以改变其透水性。在季节性冻土地区，填料应选择如矿碴、碎石、粗砂等非冻胀性填料。

不能采用淤泥、耕植土、成块的硬粘土和膨胀性粘土作为回填土，填土中还不应夹杂有大的冻结土块、木块和其他杂物，因为这类土性质不稳定，产生的土压力大，对挡土墙的稳定极为不利。 4．沉降缝和伸缩缝

挡土结构为露天构筑物，温差变化较大，必须预留伸缩缝，伸缩缝的间距以10～20m 为宜，缝宽约2cm ，缝内嵌填柔性防水材料。当地基土质（压缩性）或墙后土压力有变化时，还应在地基变化处设置沉降缝。沉降缝可兼作伸缩缝使用。 7.3.3重力式挡土墙的计算

重力式挡土墙的设计比较简单，设计时除应满足构造要求外，其计算主要包括下列内容：（1）抗滑移稳定验算； （2）抗倾覆稳定验算； （3）地基承载力验算； （4）墙身材料强度验算； （5）抗震计算。 1．挡土墙的抗滑移稳定验算

抗滑移稳定验算，就是验算重力式挡土墙在土压力作用下，产生水平滑移的可能性。挡土墙的抗滑移稳定性，与挡土墙基底的摩擦系数μ的关系很密切，该摩擦系数应在现场条件下进行原位试验给出。当缺乏现场试验资料时，《建筑地基基础设计规范》所给出的数据，可供设计时应用。为

基底逆坡

保证挡土墙设计有一定的安全度，规范给出的数据普遍偏低，所以有条件时，应尽量采用现场试验值。

挡土墙抗滑移稳定性验算，按下式进行：

)

cos()sin(sin cos 3

.1)(0000

δααδααααμ

--=--===≥+a an a at t n at

an n E E E E G G G G E E G

式中符号如图所示。

土对挡土墙基底的摩擦系数μ

2．挡土墙的抗倾覆稳定验算

抗倾覆稳定性验算，是验算挡土墙绕墙趾转动的可能性，其计算式如下：

cot cot )cos()sin()

2.4.21(6.1αα

δαδαZ b Z

Z b X

E E E E E X E GX

f

f

a az a ax ax

f

az -=-=-=-=≥+

式中符号见图示。 3．挡土墙的地基承载力验算

挡土墙地基承载力的验算，与普通扩展基础基本相同，即基底的平均应力值应小于地基承载力特征值，其最大边端压应力值不得大于地基承载力特征值的1.2倍。

进行普通扩展基础设计时，要求基底边端不得出现拉应力值，即荷载偏心矩e 不得大于基础宽度的1/6。对于挡土结构，对偏心矩的要求可以适当放宽，即荷载偏心矩e 不得大于基础宽度的1/4。按照材料力学的简化计算法，当荷载偏心矩e 大于b/6时，基础边端将出现拉应力，但是按照弹性力学的精确计算法，荷载偏心矩e 大于b/4时基础边端才会出现拉