挡土墙选型与设计
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2011年第6期东北水利水电挡土墙选型与设计颜承柱［摘要］文章介绍了挡土墙的设计,对挡土墙的结构选型、材料选型以及对影响挡土墙安全性的各种因素进行了分析。
提出挡土墙无论从选型还是在具体设计或施工中，都要遵守安全、经济、合理的原则。
［关键词］挡土墙；选型；设计［中图分类号］TV54［文献标识码］B［文章编号］1002－0624（2011）06－0009－03（辽宁省清河水库管理局，辽宁铁岭112003）城市化的快速发展，建筑空间拥剂和城市绿地的减少以及道路交通的迅速发展，挡土墙的设计在工程设计中遇到的机率日趋频繁，挡土墙的设计尤为重要的是选型，它是关系工程安全，经济损失等方面的大问题，尤其在地形复杂的山区或丘陵地区，经常遇到建筑场地起伏不平、高差较大的情况，既要保证建筑场地的美观实用，又要最大限度地减少土方量的平整，降低造价，其办法就是设置挡土墙。
挡土墙有重力式、减力板式、悬臂式、扶壁式、锚杆式及板桩式等多种形式。
这些形式各有优缺点，在实际应用中针对其各自特点合理运用，方能取得安全、合理、经济的效果。
1挡土墙的选型挡土墙除可按结构形式划分为重力式、悬臂式、扶壁式、减力板式等外，又可按材料的选用分为砖砌、毛石、混凝土和钢筋混凝土等几种。
实际情况中的选用应根据工程需要、土质情况、材料供应、施工技术及造价等因素合理选择。
1.1重力式挡土墙重力式挡土墙一般由块石、毛石砌筑，它靠自身的重力来抵抗土压力。
由于其结构简单、施工方便、取材容易而得到广泛应用。
根据墙背倾角的不同,重力式挡土墙可分为仰斜、竖直和俯斜三种。
按主动土压力大小，重力式挡土墙要优先采用仰斜挡土墙，竖直次之，俯斜少用。
仰斜式的墙后填土较困难，用于护坡时较为合理，墙背竖直或俯斜式用于填方较省劲。
重力式挡土墙的顶宽不宜小于500mm ，底宽约为墙高的1/2～1/3，墙高较小且填土质量好的墙，初算时底宽可取墙高的1/3。
为了减少墙身材料，墙体在地面以下部分可做成台阶式,以增加墙体抗倾覆的稳定性。
墙底埋深应不小于500mm ，为了增大墙底的抗滑能力,基底可做成逆坡。
重力式挡土墙的缺点是当墙高超过5m 时，要保证其稳定性，势必造成很大的体量，材料用量较多，不太经济。
1.2减力板式挡土墙当墙高介于5m 和8m 之间时，采用减力板式挡土墙较为合理，减力板式挡土墙最大的特点就是利用中间部位的减力板将土压力削减，使得挡土墙底部的土压力减弱；减力板式挡土墙的底宽约为墙高的2/5，减力板宽度一般在墙高的1/3左右；减力板的配筋计算荷载要取板上土重的1.5倍再加活荷载；墙底埋深应大于600mm ；减力板挡土墙的截面断面小，较重力式挡土墙节省材料；工作原理介于重力式和悬臂式挡土墙之间。
1.3悬臂式和扶壁式挡土墙当墙高大于8m 时，墙的稳定主要依靠墙踵悬壁以上土重维持。
墙体内设置钢筋承受拉应力，规划设计·9·东北水利水电2011年第6期故墙身截面较小，因此，选用钢筋混凝土悬臂式较为合理。
当墙高大于10m时，竖壁所受的弯矩和产生的挠度都较大，为了经济合理必须选用扶壁式。
扶壁间填土增加抗滑和抗倾覆能力，一般用于重要的大型土建工程。
悬臂式和扶壁式挡土墙（图1）在设计计算时，为了使挡土墙产生很好的抗倾覆和抗滑移效果，底板伸入墙内的宽度应大于墙外的宽度，其合理的宽度应是墙外宽度的1.5～2倍。
墙壁及底板的受力计算可根据混凝土结构原理进行。
当墙高大于10m时，为了减小造价，必须沿墙身纵向，每隔一定距离(0.3～0.6倍墙高)设置一道扶壁。
扶壁底部伸入土中宽度可取墙高的1/3较为合理、经济。
在进行扶壁式挡土墙设计时，可将墙身及墙踵作为三边固定的板，进行计算较为正确。
图1挡土墙形式1.4锚杆挡土墙锚杆挡土墙由钢筋混凝土墙板及锚固于稳定土层的地锚组成。
锚杆可通过钻孔灌浆、开挖预埋或拧入等方法设置。
其作用是将墙体所承受的土压力传递到土内部，从而维持挡土墙的稳定。
锚固段应在主动状态滑动面以外,其长度为3～7m，锚杆挡土墙（图2）可作为边坡或深基坑坑壁的支护结构。
若基坑邻近有高层建筑时，为了避免产生不利影响，不宜采用地锚，而应采用地下连续墙或水泥土搅拌桩挡土。
2挡土墙的设计挡土墙的设计主要是挡土墙的强度验算、稳定验算、基础验算以及施工要求，他关系到工程的安全和环境安全。
2.1挡土墙的墙身强度验算墙身强度的验算，一般选在墙截面突变处，例如墙底台阶的上截面，减力板式挡土墙的减力板上板面等部位。
对于重力式挡土墙来说，验算时，先计算此截面以上的墙体的重力和相应高度的主动土压力，求得该截面的内力，然后进行抗压强度和抗剪强度验算。
对于混凝土挡土墙以及减力板挡土墙的减力板来说，可根据弯矩和剪力计算根部的截面大小，来决定配筋的多少。
在构造上，可按钢筋混凝土悬挑板设计，根部截面厚，端部截面薄，钢筋的用量可根据内力包络图的结果，进行上下钢筋量分别配置。
2.2挡土墙的稳定性验算挡土墙的稳定验算包括抗倾覆验算和抗滑移验算。
挡土墙的截面尺寸一般按试算法确定，即先根据挡土墙的工程地质、填土性质以及墙身材料和施工条件等凭经验初步拟定截面尺寸，然后进行验算。
如不满足要求，则修改截面尺寸或采取其他措施。
特别需注意的是在软弱地基上倾覆时，墙趾可能陷入土中，力矩中心点内移，导致抗倾覆安全系数降低，有时甚至会沿圆弧滑动而发生整体破坏。
因此，验算时应注意土的压缩性。
作用在挡土墙上的荷载有：墙体受的重力，主动土压力以及墙底反力和墙面埋入土中部分所受被动土压力，后者一般可忽略不计，其结果偏于安全。
墙体按实际土的重度计算，计算土压力时，荷载采用标准值。
在设计计算中，挡土墙的截面和底宽一般由抗滑移稳定验算控制，但从许多提供的资料来看，挡土墙的破坏，绝大多数为倾覆所致,这说明在抗滑移方面一般有较大的安全储备。
2.3挡土墙的基底压力验算挡土墙在自重及土压力的垂直分力作用下,基底压力按线性分布计算。
其验算方法及要求完全规划设计·10·2011年第6期东北水利水电!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!![收稿日期]2011-03-07跨度中心角80°90°100°110°120°60m 3.33 3.03 2.86 2.63 4.88100m 4.76 4.35 4.00 3.70 3.57150m7.146.255.885.565.26增大的趋势。
相同中心角不同跨度的拱圈，裂缝对跨度大的拱圈影响较大。
4结语结合实际工程选取若干拱圈作为研究对象，分别在坝体裂缝数量不同、拱圈中心角的改变以及跨度不同等情况下，计算分析了裂缝对拱圈极限承载力的影响。
1）拱圈开裂对其承载能力有所降低，单边开裂对拱圈承载能力降低最为明显，拱圈开裂后，随着裂缝数量的增加，拱圈承载能力降低的趋势不明显。
2）跨度相同的拱圈，随着中心角的增大，拱圈的承载能力也增大，但开裂拱圈承载能力降低的倍数越小。
即拱圈的承载能力降低的倍数随着中心角的增大而减小。
3）中心角相同，随着跨度的增大，拱圈裂缝对其承载能力的降低有增大的趋势。
综合以上几点，裂缝对拱圈的承载能力有所降低，但裂缝数量的增加对拱圈的承载能力影响较小。
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挡土墙的基底压力应小于地基承载力。
否则，地基将丧失稳定性而产生整体滑动。
挡土墙基底常属偏心受压情况。
即要求墙底平均压力小于地基承载力f ，且墙底边缘最大压力不大于1.2f 。
同时要求偏心距不大于b /4（b 为挡土墙的墙身宽度）。
当场地为湿陷性黄土地基时，挡土墙基底应按湿陷性黄土规范进行地基处理。
2.4挡土墙后背填土要求根据调查资料显示，挡土墙后没有采取排水措施或是排水措施失效，是挡土墙倒塌的主要原因之一。
由于地表水流入填土中使填土的抗剪强度降低，并产生水压力的作用。
因此，墙身应设置泄水孔，其孔径不宜小于100mm ，外斜坡度为5%，间距2～3m 。
一般常在墙后做宽约500mm 的碎石滤水堆囊，以利排水和防止填土中细粒土的流失。
墙身高度大的，还应在中部设置盲沟。
墙后填土宜选择透水性较强的填料。
当采用粘性土作为填料时，宜掺入碎石，以增大土的透水性。
墙后填土均应分层夯实。
在墙顶和墙底标高处宜铺设粘土防水层。
墙顶处的防水层可阻止或减少地表水渗入填土中，设置于墙底标高上的防水层，可避免水流进墙底地基土而造成地基承载力和挡土墙抗滑移能力的降低。
此外，挡土墙应每隔10～20m 设置伸缩缝,缝宽可取20mm 左右。
相邻两段挡土墙基底高差较大时,应按高比长等于1∶2放阶,阶高0.5m 。
3结语综上所述，挡土墙无论从选型还是在具体设计或施工中都贯穿着安全、经济、合理的原则。
尤其在地形复杂的山区或丘陵地区，挡土墙工程复杂且占很大投资比重，因此，合理的选择挡土墙的形式，做好挡土墙的优化设计，搞好施工要求是工程建设的首要任务；对工程的安全、经济、合理、美观意义重大。
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