结合实例浅析悬臂式挡土墙的设计
摘要：文章介绍了悬臂式挡土墙的构造与布置，并通过实例阐述设计控制与数据整理。
关键词：立臂；荷载计算；结构设计
1前言
在工程建设中，我们经常会用到支挡结构。支挡结构包括公路、铁路的挡土墙，民用与工业建筑的地下连续墙，开挖支撑等。随着大量土木工程在地形复杂地区的兴建，支挡结构愈加显得重要，支挡结构类型的选取和设计，将直接影响到工程的经济效益和安全。
开平市浙商工业园位于开平翠山湖新区，由于该园区所处位置有几座山丘，根据规划资料，为了减少大量土石方开挖，园区内厂地标高采用分级式，每级高差有2～3m，因此，从节约用地和安全方面考虑，在高差大的路段采用悬臂式挡土墙支挡结构。
2悬臂式挡土墙概述
钢筋混凝土悬臂式挡土墙是一种轻型支挡建筑物，有立臂（墙面板）和墙底板（包括墙趾板和墙踵板）组成，呈倒“T”字形，具有一个悬臂，即立臂、墙趾板和墙踵板。悬臂式挡土墙的一般形式如图1 所示。
悬臂式挡土墙的结构稳定形式依靠墙身自重和踵板上方填土的重力来保证，而且墙趾板也显著地增大了抗倾覆稳定性，并大大减小了基底应力。它的主要特点是构造简单、施工方便，墙身断面较小，自身质量轻，可以较好地发挥材料的强度性能，能适应承载力较低的地基。但是耗用一定数量的钢材和水泥，特别是墙高较大时，钢材用量急剧增加，影响其经济性能；此外，钢筋混凝土悬臂式挡土墙的施工工艺较为复杂。一般情况下，墙高6m 以内采用悬臂式，6m 以上则采用扶壁式。它们适合于缺乏石料及地震地区。由于墙踵板的施工条件，一般用于填方路段作路肩墙或路堤墙使用。钢筋混凝土悬臂式挡土墙的设计，一般采用先确定组成墙体各构件的概略几何尺寸，再进行钢筋混凝土结构设计的计算过程。确定构件概略几何尺寸通常按地基承载力、基底合力偏心要求及挡土墙抗滑稳定性，抗倾覆稳定性等外部稳定条件，通过试算法求出。需要时应对墙体可能发生的深层滑动稳定性进行验算。钢筋混凝土结构设计是在已确定的构件概略几何尺寸下，进行内力计算、配置钢筋及构件变形与裂缝宽度验算，在此过程中往往需要调整初拟的构件截面几何尺寸，但一般对挡土墙的外部稳定性影响不大。
3悬臂式挡土墙的构造与布置
3.1 立臂
悬臂式挡土墙是由立臂、墙趾板和墙踵板三部分组成，为便于施工，立臂内侧（即墙背）做成竖直面，外侧（即墙面）可做成1:0.02～1:0.05 的斜坡，具体坡度值将根据立臂的强度和刚度要求确定。当挡土墙墙高不大时，立臂可做成等厚度。墙顶的最小厚度通常采用20㎝。当墙较高时，宜在立臂下部将截面加厚。
由于立臂部分b=0.3m，考虑道路两侧需采取安全防护措施，故将立臂顶端悬挑出0.2m，其高度拟定亦为0.2m，并适当配筋，此举可减少占地，节省材料，降低造价，且不影响挡土墙其它性能。
3.2 墙趾板和墙踵板
墙趾板和墙踵板一般水平设置。通常做成变厚度，底面水平，顶面则自与立臂连接处向两侧倾斜。当墙身受抗滑稳定控制时，多采用凸榫基础。
墙踵板长度由墙身抗滑稳定验算确定，并具有一定的刚度。靠近立臂处厚度一般取为墙高的1/12～1/10，且不应小于30cm。
墙趾板的长度应根据全墙的倾覆稳定、基底应力（即地基承载力）和偏心距等条件来确定，其厚度与墙踵板相同。通常底板的宽度B 由墙的整体稳定来决定，一般可取墙高度H 的0.6 倍～0.8 倍。当墙后地下水位较高，且地基承载力为很小的软弱地基时，B 值可能会增大到1 倍墙高或者更大。
3.3 凸榫
为提高挡土墙抗滑稳定的能力，底板可设置凸榫。凸榫的高度，应根据凸榫前土体的被动土压力能够满足全墙的抗滑稳定要求而定。凸榫的厚度除了满足混凝土的直剪和抗弯的要求以外，为了便于施工，还不应小于30cm。
4某路段悬臂式挡土墙设计
4.1 计算资料
墙高H=4.1m，趾前埋入深度H′=1m，d= 0.5m，l0=46m，h0=0.68m；填料容重：=17kN/m3；
地基容许承载力：[ ]=133.632MPa；
基底摩擦系数：μ=0.45；
内摩擦角：由于墙背竖直且光滑，可假定墙背与填土之间的摩擦角δ=0。
4.2 截面尺寸选择
尺寸按悬臂式挡土墙规定初步拟定如下：
b=0.3m；h1=0.3m；h2=0.4m；B1=0.8m；B2=0.4m；B3=2.0m。
4.3 荷载计算
4.3.1 土压力计算
由于地面水平，墙背竖直且光滑，土压力计算选用朗金理论公式计算：
4.3.2 竖向荷载计算
（1）立板自重力
钢筋混凝土标准容重，其自重力：
4.4 抗倾覆稳定法系数验算
稳定力矩：
4.5 抗滑稳定验算
竖向力之和：
4.6 地基承载力验算
地基承载力采用设计荷载，分析系数：地面活荷载；土荷载；自重。
基础底面偏心距,先计算总竖向力到墙趾的距离：
4.7结构设计
立臂与底板均采用C20混凝土和Ⅱ级钢筋
（1）立臂设计
底截面设计弯矩：
（2）底板设计
设计弯矩：墙踵板根部D点的地基压力设计值：
4.8 其它部位设计
伸缩缝和沉降缝合并设置，缝宽均采用0.025m，缝内填塞沥青麻筋或沥青木板，塞入深度不小于0.2m。
挡土墙上设置一排泄水孔，其位置距挡土墙底板0.3m处，孔径0.08m，间距2.0m，其进水侧设置反滤层，厚度不小于0.3m，进水口的下部设置隔水层，泄水孔的坡度为4%，向墙外为下坡。
5结语
挡土墙是支挡结构里面一个非常重要的部分，运用广泛的结构。挡土墙类型的选择应根据支挡填土或土体求得稳定平衡的需要，研究荷载的大小和方向，基础埋置的深度，地形地质条件，与现有建筑物衔接，容许的不均匀沉降，和可能的地震作用，与周边环境搭配的要求。施工的难易和工程造价，综合比较后确定。
注：本章论文的所有图表及公式以PDF形式查看
