第五节 重力式挡土墙设计与验算

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第五节 重力式挡土墙设计与验算
为保证挡土墙在土压力及外荷载作用下，有足够的强度及稳定性，在设计挡土墙时，应
验算挡土墙沿基底的抗滑动稳定性，绕墙趾的抗倾覆稳定性，基底应力和偏心距及墙身强度
等。

一、荷载分类与组合
施加于挡土墙的荷载按性质划分见下表。常见荷载组合见表8-3。
荷载分类

作用（或荷载）分类 作用（或荷载）名称

永久作用（或荷载） 挡土墙结构重力 填土（包括基础襟边以上土）重力 填土侧压力 墙顶上的有效永久荷载 墙顶与第二破裂面之间的有效荷载
计算水位的浮力及静水压力
预加力
混凝土收缩及徐变
基础变位影响力

可变作用
（或荷载）

基本可变作用（或
荷载）
车辆荷载引起的土侧压力

人群荷载、人群荷载引起的土侧压力

其他可变作用（或
荷载）

水位退落时的动水压力
流水压力
波浪压力
冻胀压力和冰压力
温度影响力
施工荷载 与各类型挡土墙施工有关的临时荷载

偶然作用（或荷载） 地震作用力 滑坡、泥石流作用力
作用于墙顶护栏上的车辆碰撞力

二、挡土墙抗滑稳定性验算
1．挡土墙抗滑稳定性验算
挡土墙的抗滑稳定性是指在土压力和其他外荷载的作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移
的能力，用抗滑稳定系数cK表示，即作用于挡土墙的抗滑力与实际下滑力之比。
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图8-12 挡土墙的抗滑动稳定

][cxxcKEfEGK

(8-4)

式中：G——挡土墙的自重（KN）；

x
E
、yE——墙后主动土压力的水平分量和竖向分量（kN）；
f
――基底与地基间的摩擦系数，当缺乏可靠试验资料时，可按表8-5的规定采
用；

基底与基底土间的摩擦系数f 表8-5

地基土的分类 摩擦系数μ
软塑粘土 0.25
硬塑粘土 0.30
砂类土、粘砂土、半干硬的粘土 0.30～0.40
砂类土 0.40
碎石类土 0.50
软质岩石 0.40～0.60
硬质岩石 0.60～0.70
2．增加抗滑稳定性的方法
（1）设置倾斜基底(图8-13)

设置向内倾斜的基底，可以增加抗滑力和减少滑动力，从而增加了抗滑稳定性。
基底倾角0越大，越有利于抗滑稳定性，但应考虑挡土墙连同地基土体一起滑走的可
能性，因此对地基倾斜度应加以控制。通常，对土质地基，不陡于1:5(0≤1110′）；对
岩石地基，不陡于1:3(0≤1642′）。
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图8-13 倾斜基底增加挡土墙抗滑稳定性 图8-14 凸榫基础
（2）采用凸榫基础(图8-14)
在挡土墙基础底面设置混凝土凸榫，与基础连成整体，利用榫前土体产生的被动土压力
以增加挡土墙的抗滑稳定性。

三、抗倾覆稳定性验算
1．抗倾覆稳定性验算
挡土墙的抗倾覆稳定性是指它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力，用抗倾覆稳定系数

0
K
表示。

][0oyxxyGKZEZEGZK
（8-5）
式中：G——作用于基底以上的重力（kN），浸水挡土墙
的浸水部分应计入浮力；

G
Z
――墙身重力、基础重力、基础上填土的重力及作用
于墙顶的其它荷载的竖向力合力重心到墙趾的距离（ｍ）；

x
Z
――墙后主动土压力的竖向分量到墙趾的距离（ｍ）；

y
Z
――墙后主动土压力的水平分量到墙趾的距离（ｍ）；
其余符号意义同前。
在规范规定的墙高范围内，验算挡土墙的抗滑动和抗倾覆
稳定时，稳定系数不宜小于表8-6的规定。
图8.5.4 挡土墙的抗倾覆稳定

2．增加抗倾覆稳定性的方法
为增加抗倾覆稳定性，应采取加大稳定力矩和减小倾覆力矩的办法。
（1）展宽墙趾
在墙趾处展宽基础以增加稳定力臂，是增加抗倾覆稳定性的常用方法。但在地面横坡较
陡处，会由此引起墙高增加。
（2）改变墙面及墙背坡度
改缓墙面坡度可增加稳定力臂(图8.5.5a)，改陡俯斜墙背或改缓仰斜墙背可减少土压
力(图8.5.5b,c)。在地面纵坡较陡处，均须注意对墙高的影响。
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图8-16 改变胸坡及背坡
a)改变胸坡 b)改陡俯斜墙背 c)改为仰斜墙背
（3）改变墙身断面类型
当地面横坡较陡时，应使墙胸尽量陡立。这时可改变墙身断面类型，如改用衡重式墙或
者墙后加设卸荷平台、卸荷板(图8.5.6)，以减少土压力并增加稳定力矩。

图8-17 改变墙身类型措施
抗滑动和抗倾覆的稳定系数 表8-6

荷载情况 验算项目 稳定系数

荷载组合I、II
抗滑动 cK 1.3
抗倾覆 0K 1.5

荷载组合III
抗滑动 cK 1.3
抗倾覆 0K 1.3

施工阶段验算
抗滑动 cK 1.2
抗倾覆 0K 1.2
当挡土墙的设计墙高大于12～15 m时，应注意加大cK、0K值，以保证挡土墙的抗
滑和抗倾覆稳定性。
四、基底应力及合力偏心距验算
为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力验算；同时，为了使挡土
墙墙型结构合理和避免发生显著不均匀沉陷，还应控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。

1 。基底合力的偏心距0e可按下式计算：
5

Y
xxyG
NEGZEEGZBZBe220
（8-6）

2.基底压应力应按下列公式计算：
6
B
e
时，][61)61(,21BeAEGBeANy （8-7）

位于岩石地基上的挡土墙
6
B
e
时，02 （8-8）

01
2

eB

（8-9）

式中：1――挡土墙趾部的压应力（kPa）；
2

――挡土墙踵部的压应力（kPa）；
B
――基底宽度（ｍ），倾斜基底为其斜宽；
A
――基础底面每延米的面积，矩形基础为基础宽度B×1（m2）。
其余符号意义同前。
基底合力的偏心距0e，对土质地基不应大于
B/6；岩石地基不应大于B/4。基底压应力不应大于
基底的容许承载力0；基底容许承载力值可按现
行《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024）的规
定采用，当为作用（或荷载）组合Ⅲ及施工荷载时，
且0＞150kPa时，可提高25%。 图8.5.7 验算断面的选择
基底压应力或偏心矩过大时，
1、采取加宽墙趾或扩大基础的办法予以调整，
2、采用换填地基土以提高其承载力；
3、调整墙背坡度或断面形式尺寸以减少合力偏心矩等措施。

五、墙身截面强度验算
为了保证墙身具有足够的强度，应根据经验选择1～2个控制断面进行验算，如墙身底
部、二分之一墙高处、上下墙(凸形及衡重式墙)交界处(图8-19)。重力式挡土墙一般均属
于偏心受压，故截面强度应按偏心受压构件进行验算。
挡土墙验算方法详见《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）。当挡土墙墙身高小于12m
时，可依据当地地质土质、墙体类型及荷载情况直接应用标准图集。