挡土墙设计范文
时间：2023-04-07 00:58:08
导语：如何才能写好一篇挡土墙设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
挡土墙是指用来支承山坡土体或填土，防止土体或填土变形失稳的一种构造物。挡土墙能够稳定边坡和场地，减少占地面积和土石方工程量。在塌方、滑坡等地质病害中经常采用挡土墙来整治。在建筑工程设计中，经常会遇到建筑场地高差较大、起伏不平的问题。为了解决这种问题，需设置挡土墙修筑多个平台，使建筑物错落有致。因此，搞好挡土墙的设计意义重大。
1 挡土墙的类型
A)锚杆式挡土墙
B）锚定板式挡土墙
锚定式挡土墙图
按照墙体材料，挡土墙可分为：钢筋混凝土挡土墙、混凝土挡土墙、石砌挡土墙、钢板挡土墙等。根据墙体刚度的不同，挡土墙又可分为柔性挡土墙和刚性挡土墙两类。柔性挡土墙是指墙体的刚度不大，在土压力作用下墙体本身会产生变形的挡土墙，如支撑墙，板桩墙，锚定板挡土墙等；刚性挡土墙是指墙体本身刚度较大，在土压力作用下墙体基本不变形或变形很小的挡土墙，如用砖、石、混凝土、钢筋混凝土等材料建筑的重力式挡土墙，悬臂式挡土墙，扶臂式挡土墙等。按照结构形式，挡土墙可分为：加筋土挡土墙、锚定式挡土墙、重力式挡土墙、薄壁式挡土墙等。
2 挡土墙没计
2.1 基础资料的收集
在进行挡土墙设计时，需收集相关资料，包括路线平面图、纵断面图、横断面图、地震勘探报告、地质水文资料、构造物一览表、总体设计资料等。
2.2 选取设计参数
2.2.1 墙背填料的物理力学性质对于山岭重丘二、三级公路的挡土墙设计，当缺乏试验数据时，填料的计算内摩擦角及容重可参照下表1和2选用。
2.2.2 基底摩擦系数。基底摩擦系数µ应依据土质、基地粗糙程度和排水条件来确定。
2.2.3 墙背摩擦角。填土与墙背问的摩擦角δ应根据墙背的排水条件及粗糙程度确定。
2.2.4 建筑材料的容重。根据有关设计规范选取。
2.2.5 砌体和砼的容许应力和设计强度。根据有关设计规范选取。
2.2.6 地基允许承载力。地基允许承载力可按照《公路设计手册•路基》及有关设计规范规定选取。
2.3 挡土墙的选型
2.3.1 挡土墙材料的选择。挡土墙的材料以石料为主，石料宜采用质地均匀、不易风化、结构密实且无裂缝的硬质石料。其抗压强度不小于30 MPa，并且表面应干净，不能粘有油质和泥土。尽量选用较大的条状片石砌筑。片石应具有两个大致平行的面，其厚度不小于0.15 m，长度和宽度不小于厚度的1.5倍，质量约30 kg。用作镶面的片石，一般选择尺寸较大，表面平整的材料。砌筑挡土墙用的砂浆标号应按挡土墙部位、类别和用途选用，具体参见JTG 1361．2005公路圬工桥混凝土规范，宜采用中砂或粗砂。在墙高超过5rn或石料强度较低时，可在挡土墙的中部设置厚度不小于0.5 m的浆砌水平层，以增加墙体的稳定性。挡土墙的建设应遵循就地取材的原则，在有石料的地区。应尽可能的采用水泥砂浆砌片石砌筑。水泥砂浆标号，一般地区及寒冷地区采用7.5号；浸水地区及严寒地区采用M10号。片石的极限抗压强度均不得低于30 MPa。对于浸水和潮湿地区的石砌主体土程，石料的软化系数应不低于0．8，在严寒地区尚应满足抗冻试验的要求。在缺乏石料的地区一般采用C15号混凝土或片石混凝土；严寒地区采用C20号混凝土或片石混凝土。另外在挡土墙高大于10 m时一般宜采用晓O混凝土现浇挡墙比较合适。
2.3.2 确定合理的截面形式。截面形式的选择应根据挡土墙结构类型和特点分析，当墙高
(a)垂直
(b)俯斜
(c)仰斜
常见重力式挡±墙形式图
2.4 土压力的确定
土压力是指墙后填土由于它的作用于填土表面的荷载或自重对墙背所产生的侧向压力。根据挡土墙的移动情况，土压力可分为主动土压力(Ea) 、静止土压力(Eo)和被动土压力(Ep)。其计算公式为：
2.5 挡土墙的稳定验算及强度验算
在拟定墙身断面形式及尺寸之后，应对墙的稳定及强度进行验算。挡土墙的验算方法包括两种：一种是总安全系数的容许应力法，另一种是采用分项安全系数的极限状态法。当今国内大多采用容许应力法设计挡土墙。
2.5.1 墙身截面强度验算。通常选取一、两个截面进行墙身截面强度验算。验算截面可选在基础底面1/2墙高处或上下墙交界处等。墙身截面强度验算包括法向应力和剪应力的验算。剪应力包括斜剪应力和水平剪应力两种，重力式挡土墙只验算水平剪应力，而衡重式挡土墙还需进行斜截面剪应力的验算。
2.5.2 倾覆稳定验算.挡土墙绕墙趾的倾覆稳定系数Ko应不小于1.5。计算公式为：
式中：及--Ey对墙趾O点的力臂(m)，Zy--Ex对墙趾O点的力臂(m)，Zw--W对墙趾O点的力臂(m)。
2.5.3 基底应力及偏心验算。基底的合力偏心距e。计算公式为：
在软弱岩石地基上，e≤B/5；在不易风化的岩石地基上e≤B/4；在土质地基上，e≤B/6。当e≤B/6时．墙趾和墙踵处的法向压应力为：
式中[σ]--地基土修正后的容许承载力(KPa)
式中[σ]一地基土的容许承载力(KPa)，K1--地基土容许承载力随基础宽度的修正系数，rl--地基土的天然容重当e>B/6时，基底出现拉应力，考虑到一般情况下地基与基础间不能承受拉力。故不计拉力而按应力重分布计算基底最大拉应力：
若出现负偏心．则上式的Zn改为(B-Zn)。
2.5.4 滑动稳定验。挡土墙沿基底的滑动稳定系数Kc应不小于1.3。计算公式为：
式中：W--挡土墙白重，衡重式时，包括衡重台上的土重(KN)。Ex，Ey--主动土压力的水平和垂直分力(KN)，f--基底摩擦系数。
设计中，为增加挡土墙的抗滑稳定性，常将基底做成向内倾斜．以增大滑动稳定系数。基底斜坡坡度一般不超过1:5。
3 措施
3.1 挡土墙的基础加固处理
挡土墙的使用寿命受基础处理的影响。大部分挡土墙的损害主要由基础问题造成的。挡土墙设计有三个重要指标：抗倾覆、基底承载力、抗滑移。一般挡土墙设计时对于基底承载力都有要求，为减少基底压应力，增加抗倾覆的稳定性，在墙趾处伸出一个台阶，以拓宽基底。墙趾台阶的宽度一般不小于20厘米，台阶高宽比可采用2:1或3:2。因为表土常为松土，所以当基础埋置深度基底层为土层时，基础埋置深度不应小于1 米，并在基底夯碎石和砂砾石作垫层。若基底为风化岩层时，应将其全部清除并应加挖0.15--0．25 米；若基底为基本岩层时，则挡土墙基础人岩层的尺寸满足JTG D30-2004公路路基设计规范要求即可；若基底土壤为较弱土层时，则应根据实际情况将基础尺寸加宽、加深，采用换土桩基等加固。
3.2 伸缩缝与沉降缝的处理
由于地基不均匀，沉降时易引起墙身开裂。为避免这种情况的产生，应按地基性质和墙高的变异，设置沉降缝。并且，为了减少圬工砌体因温度变化和收缩硬化作用而产生裂缝，需设置伸缩缝。挡土墙的伸缩缝和沉降缝需设置在一起。每隔lO米―15米应设置一道，缝宽2厘米-3厘米，自墙顶做至基底，缝内宜用具有弹性的材料进行填塞。沿墙的外、内、顶三侧填塞，填塞深度应不小于15厘米。
3.3 排水处理
在进行挡土墙设计之前，应该对挡土墙后地面有无排水设施，地表水的排除是否通畅等进行了解。还需查明地下水和地表水的情况，若挡墙后为山坡，则最好在适当位置设置截水沟，及时排除地表水。此外，还应该查明地下水的情况。地下水可软化挡土墙地基，降低抗滑能力和承载能力，且事后不易处理。特别对建于遇水容易软化岩层(如泥岩，粉砂岩等)上的高挡墙，必须做好基底防护措施，确保其不被地下水侵蚀破坏。一般在墙身布置适当数量的泄水孔以促使墙后积水排出。墙比较高时，可在墙上部加设泄水孔。泄水孔采用10厘米×10厘米的方孔或圆孔。孔眼间距2 米至3米，上下排泄水孔错开设置，最下排泄水孔应高出地面约30厘米。浸水挡土墙主要泄水孔高度应高出墙外侧设计水位30厘米。并且若墙后填料为透水性较差的土质时，应在墙背设置连续反滤层，以加速土体中水分的排除。
4 结论
综上所述，挡土墙是建筑工程的组成部分之一。在挡土墙的设计时，首先，应进行详细地勘测，确定构造物的形式与尺寸。其次，选取合理的设计参数、挡土墙选型，合适的理论计算土压力，并对挡土墙进行截面强度和稳定性方面的验算，采取合理、可行的措施对挡土墙进行设计，以保证挡土墙的安全性。
参考文献：
[1]张文彬．国家建筑标准设计图集――挡土墙[M]．北京：中
国建筑标准设计研究院，2004．
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[3]刘晓军．重力式挡土墙可靠度分析模型的建立与算例[J]．
[4]迭．会路挡土墙设计[M]．北京：人民交通出版社，1999．
山西建筑，2008，34(4)：149．150．
[5]王秀丽．基础工程[M]．重庆：重庆大学出版社，2004．
篇2
1).王文河(1964―)，男，山东蓬莱市人，工程师，从事土建设计研究。
2).杨玉鹏(1962―)，男，黑龙江呼兰人，工程师，从事土建设计研究。
（【摘要】山区场地坡度大，适合建造房屋地段有限，由于场地平整、回填形成地势高差，因此为防止水土流失以及确保建筑物基础稳定，挡土墙的应用显得尤为重要，其设计和施工，将直接影响到工程的经济效益和安全。多年来，在工程设计和施工实践中，我们总结出几种设计和施工的方法，供同行借鉴和参考。
【关键词】抗剪强度；倾覆稳定；沉降缝；后浇带；
1、挡土墙的分类
通长以刚性较大的墙体支撑填土和物料并保证其稳定的结构称为挡土墙。按断面的几何形状及其受力特点，常见的挡土墙形式可分为：重力式、悬臂式、扶壁式、锚杆式等支挡结构。按材料可分成：木质、砖砌、石砌、混凝土及钢筋砼等结构。
2、挡土墙的设计基本原则
为保证挡土墙的安全正常使用，必须满足承载力极限状态和正常使用极限状态的设计要求，对其需进行如下计算：
（1）挡土墙承载能力极限状态的计算，其内容有整体稳定性计算和抗倾覆稳定验算；
（2）挡土墙的正常使用极限状态计算，是对其变形、抗裂度及裂缝宽度进行计算。
设计时应认真分析地形、地质、填土性质、荷载条件，当地的材料供应及现场地区技术经济各种条件，确定挡土墙结构类型及截面尺寸。
应保证挡土墙结构设计符合相应规范、条例的要求。
在设计中应使挡土墙与环境协调，满足环保要求。
3、土压力的基本概念
（1）静止土压力
若挡土墙具有足够的刚度，且建立在坚实的地基上（如基岩），墙体在墙后土体的推力作用下，不产生任何移动或转动，则墙后土体处于弹性平衡状态。这时作用在墙背上的土压力成为静止土压力E0(见图a)。
（2）主动土压力
若墙基可以变形，墙在土压力作用下向背离填土方向移动或绕墙根转动时，墙后土体因侧面所受限制的放松而有下滑的趋势。为阻止其下滑，土体潜在滑动面上剪应力增加，从而使作用在墙背上的土压力减少。当墙的移动或转动达到某一数量时，滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度，墙后土体达到主动极限状态，形成滑动AC，这时作用在墙上的推力达到最小值，称为主动土压力Ea(见图b)。
（3）被动土压力
当墙在外力作用下向着填土方向移动或转动时（如桥台），墙后土体受到挤压，有向墙后移动的趋势。为阻止其向后滑移，土体内剪应力反向增加，作用在墙背上的土压力增大。直到墙的移动量足够大时，滑动面上的剪应力又等于抗剪强度，墙后土体达到被动极限状态，土体发生向上滑动，滑动面为曲面AC，这时作用在墙上的土抗力达到最大值，称为被动土压力Ep(见图C)。
土压力的计算理论主要有古典的郎肯(Rankine,1857)理论和库伦(Coulomb,1776)理论。经多年总结实践，结果表明：在相同条件下，主动土压力小于静止土压力，而静止土压力又小于被动土压力，Ea< E0< Ep。
1）、郎肯主动土压力和被动土压力计算公式：
2）、库伦主动土压力和被动土压力计算公式：
可见，当墙后填土有水时，土压力部分将减少(E’a1+2< Ea)，但计入水压力后，总压力将增大(E’a> Ea)，而且水位越高，总压力越大。所以，为保证挡土墙的安全，设计时应考虑墙后的排水。
【例5-2】钢筋砼挡土墙，墙背填土与墙前地面高差为2.4m，墙后填土表面水平，上有均布标准荷载Pk=10kN/m2,填土的标准重度Υt=17 kN/m2，内摩擦角φ=30°，墙背垂直光滑，试进行墙体倾覆稳定验算。
【解】
1）、土压力计算(采用郎肯公式)
Ka= tan2(45°―φ/2)= tan2(45°―30°/2)=0.333
地面活荷载Pk的作用，采用换算土柱高H0=Pk/Υt，地面处水平压力，qa=Υt H0 Ka=17X10/17X1/3=3.33 kN/m2，悬臂底B点水平压力
qb=Υt(10/17+3)X0.333=20.33 kN/m2
底板底C点水平压力
qc=Υt(10/17+3+0.25)X0.333=21.75 kN/m2
土压力合力
Ea1= qaH=3.33X3.25=10.83 kN/m，zf1=3.25/2=1.625m
Ea2=(qc―qa)H=(21.75―3.33)X3.25=29.93kN/m，
zf2=1/3X3.25=1.08m
2）、竖向荷载计算
（1）立板自重(钢筋混凝土标准重度Υc=25 kN/m3)
G1k=(0.15+0.25)/2X3X25=15 kN/m，x1=0.55m(算式略)
（2）底板自重
G2k=11.56kN/m(算式略)，x2=1.07m(算式略)
（3）填土重
G3k=17X3X1.6=81.60kN/m，x3=0.65+0.80=1.45m
（4）地面均布荷载总重
G4k=10X1.6=16kN/m，x4=1.45m
3）、抗倾覆稳定
稳定力矩
M2k= G1kx1+ G2kx2+ G3kx3+ G4kx4
=15X0.55+11.56X1.07+81.6X1.45+16X1.45
=162.14kNm/m
倾覆力矩
Mqk= Ea1 zf1+ Ea2 zf2
=10.8X1.625+29.9X1.08=49.84kNm/m
Kl= M2k/ Mqk=162.14/49.84=3.25>1.6 [稳定]
6、挡土墙的构造规定
1）重力式挡土墙，墙面与墙背的坡度，一般采用1:0.2~1:0.3；毛石挡土墙，墙顶宽度不宜小于0.4m；钢筋砼墙顶宽度不宜小于0.2m。
2）沿墙长度方向每个10~20m及与其它建筑物连接处应设置伸缩缝。由于墙高不同，墙底纵向坡度大，回填料不同，或地基的压缩性不同，各段挡土墙可能会发生不同的变形，应设置沉降缝。伸缩缝与沉降缝可合并设置，缝宽为0.02~0.03m，缝内填塞沥青麻丝。
3）沿墙高和长度方向应设置泄水孔，按上下、左右每隔2~3m交错设置，泄水孔一般用5cmx10cm，10cmx10cm，15cmx20cm的矩形孔或直径为10cm的圆孔。最下一排泄水孔应高于地面0.3m；而在浸水地区挡土墙的最下一排泄水孔应在常水位以上0.3m，泄水孔后侧应有反滤层，泄水孔应有向外倾斜5%的坡度。
4）为防止水渗流到填土中，除上述泄水孔外，还经常采用地表排水，填土外的截水沟，填土表面做不透水层，排水沟等措施排除地表水。为防止地下水浸入，在填土层下修建盲沟及集水管，以收集和排除地下水。
根据多年施工实践，挡土墙的排水设计是极为重要部分，许多支挡结构失效都与墙后排水不畅有关。设计及施工人员必须给予足够的重视。
6、结语
1）毛石挡土墙，在山区应用十分广泛，特别是矿石开采产生大量的废石，经济实惠、就地取材、施工方便；但当墙体过高、地基土承载力变化过大、地下水位过高以及河道等地段，毛石挡土墙受伸缩、沉降和浸泡多种因素的影响，使用受到限制。
2）钢筋混凝土挡土墙，适用在石料缺乏地区、地基土承载力变化较大以及河道地段。不受承载力变化、伸缩、沉降以及水流浸泡和冲刷等影响，由于墙体配有受力钢筋，截面减小、抗裂抗渗性能好、整体性能和强度高等特点；在我们矿业公司普遍应用。但挡土墙长度超过20m，结构要求不设沉降及伸缩缝时，必须按施工规范设置后浇带。防止结构产生收缩变形裂缝，影响结构的正常使用。
参考文献
[1]砌体结构设计规范.北京：中国建筑工业出版社，2007
[2]混凝土结构设计规范中国建筑工业出版社，2007
[3] 刘增荣. 土力学[M] 上海：同济大学出版社，2005
篇3
摘要：本文从加筋土挡墙的作用机理和特点优势出发,介绍了加筋土挡土墙内部和外部稳定性的验算方法，并通过实例运用摩擦加筋理论对某公路加筋土挡土墙工程进行了设计计算。
关键词：加筋土 挡墙 计算
1 加筋土挡土墙的定义
加筋土是在土中加入加筋材料（或称筋带）的一种复合土，在土中加入加筋材料可以显著提高土体的抗剪强度，增加土体工程的稳定性。加筋土挡墙就是一种应用加筋土的原理，通过水平、相间、成层地布置在填料中的拉筋与填料之间的摩擦力来稳定边坡土体的支挡结构。
2 加筋土挡土墙的特点及优点
加筋土挡土墙的优越性主要有：
（1）施工方便。加筋土挡墙的组成部分均可以预制，除需压实机械外，施工时不需配置其他机械，易于掌握。同时可缩短工期节省劳力。
（2）加筋土结构是柔性结构，能适应地基较大的变形。
（3）投资省。加筋土挡墙面板薄，基础尺寸小，与重力式挡墙相比造价减少20%～60%以上。挡土墙高度越大，节省资金越多。
（4）抗震性好。加筋土挡墙所独有的柔性结构能吸收地震的能量，故具有比刚性结构物优越的抗震性能。
（5）造型美观。墙面板形式可以根据需要、受力特点选用各种设计造型，并使之拼装成造型美观的建筑物，改善道路景观。
3 加筋土挡土墙设计及计算的内容
加筋土挡墙设计计算的内容有内部稳定性分析、外部稳定性分析以及加筋土挡墙材料选择与构件设计。由于加筋土的特点外部失稳而致结构破坏的情况很少发生，因此加筋土挡墙设计的重点是内部稳定性分析，特别是拉筋拉力的计算。
内部稳定性分析包括拉筋的拉力计算、拉筋强度验算，以及拉筋长度（包括锚固长度和活动区长度）的确定，以确保拉筋在最大拉力作用下不被拉断或不被拔出。
外部稳定性分析包括整体稳定性分析、滑移稳定性分析、倾覆稳定性分析、基底应力验算与沉降计算等。
4 加筋土挡土墙的设计计算
4.1基本设计资料
（1）墙高H＝7.0m，基础埋深h＝1.0m，挡墙分段长度l=10m。路基宽40cm，两侧布置。
（2）墙后采用石灰土回填，容重取用γ=18KN/m3。墙后填料的物理参数应根据土质试验确定。本次设计未提供具体数值。根据《公路路基设计规范》取值：=30°。
（3）抗滑稳定系数KC≥1.3，倾覆稳定系数K0≥1.5，滑动摩擦系数＝0.4。
（4）面板采用C25水泥混凝土预制，面板长0.42m，宽0.4m，厚0.2m。
（5）筋带采用钢塑聚丙烯土工带，带宽0.018m，厚0.001m。容许应力[σj]=50Mpa，筋带间距Sx=0.4m，Sy=0.42m。视摩擦系数f=0.3。
（6）筋带容许应力提高系数：1.0。筋带抗拔安全系数Kb=2.0
（7）路基进行水泥搅拌桩深层处理，地基容许承载力[σ0]=200Mpa。
4.2内部稳定性验算
（1）筋带受力计算
①荷载等代土层厚度h0计算
根据《公路路基设计规范》车辆荷载取均布荷载q=13.75KN/。
h0==0.764m
②土压力系数计算
墙后填土主动土压力系数Ka=tan2(45°-/2))=0.333
墙后填土静止土压力系数Kj=1-sin=0.5
土压力系数Ki与各层筋带到加筋体顶面高度相关。
③筋带拉力计算
筋带所受拉力计算表（垂直应力均匀分布法）
（2）筋带断面面积计算
结构重要性系数，本工程为一级公路，γ0=1.05。
筋带材料抗拉性能分项系数γf=1.25。
筋带断面面积计算表
（3）筋带长度计算及抗拔力验算
初步拟定筋带等长，长度为L=7.0m，大于0.8H=5.6m。
活动区下部高度：Hx=0.3Htan(45+/2)=3.637m
活动区上不高度：Hs=H- Hx=3.363m
筋带活动区长度:hi＜HSL0i=0.3H
HS＜hi≤Hx L0i= (H-hi)/tan(45+/2)
筋带锚固区长度：Lai=L- L0i
筋带的抗拔力计算：Tpi=2（γhi+γh0）Ai Lai
筋带的抗拔安全验算：Kb≤
筋带长度及抗拔稳定系数计算表
（4）根据抗拔稳定系数对筋带设置进行调整
1、2两层筋带抗拔安全系数小于2，不满足要求，需对这两层设置的筋带数量进行调整。将这两层筋带根数调整为8根，筋带面积144，抗拔安全系数1层为2.133，2层为3.249，满足要求。
（5）面板厚度计算
C25混凝土抗弯拉应力Rl=1.23Mpa
混凝土抗弯拉容许应力〔Rl〕=0.7Rl=0.861 Mpa
面板最大剪力Q==35.838KN
面板最大弯矩M=QSx2/L=0.79
面板厚度：C==11.73cm
初拟面板厚度20cm符合要求。
4.3外部稳定性验算
（1）基底垂直应力计算
①基底竖向力计算
W=L(H+h0)γ==1118.02KN
②土压力计算
加筋体墙背顶点应力：σA=γh0tan2 (45°-/2)=4.583Mpa
加筋体墙背底点应力：σB=γ(H+h0)tan2 (45°-/2) =46.583Mpa
土压力计算：E=σA（H+ h0）+σB（H+ h0）/2=216.418KN
③各力对基底重心的力矩
竖向力的力矩：MN=0
水平力的力矩：ME= E (H+h0)/3=560.086KN・m
④基底应力计算
=87.242Mpa
=192.26Mpa
小于地基容许承载力满足要求。
（2）基底抗滑稳定性验算
基底竖向力的合力（不考虑车辆荷载）：N’= LH γ=8×7×18=1008KN
基底水平力的合力：F=E=216.418KN
抗滑稳定系数==2.329＞1.3
抗滑稳定性满足要求。
（3）基底抗倾覆稳定性验算
竖向力对墙趾的力矩：MN=WL/2=4472 KN・m
水平力对墙趾的力矩：ME=E(H+h0)/3=560.083 KN・m
抗倾覆稳定系数==7.985＞1.5
抗倾覆稳定性满足要求。
6 结语
篇4
关键词：重力式挡土墙；回填土；土压力
在厂区、道路、河道等土建工程中，往往会遇到上下地面高差较大的情况，当不能采取放坡处理或为了节约用地时，通常采用挡土墙结构来支挡。而重力式挡土墙是实际工程中应用得较多的一种形式。重力式挡土墙可分为三种不同的形式，仰斜式、直立式和俯斜式。而普遍情况，选择直立式挡土墙作为支挡结构的应用最多。
1 直立式挡土墙
直立式挡土墙是依靠墙体自重抵抗土压力的一种挡土墙形式，其自身截面较大，一般由块石与砂浆砌筑而成。因为能够就地取材而且结构形式简单、施工技术比较成熟等优点，直立式挡土墙在土建工程中通常被广泛采用。当然由于挡土墙的开挖土方和自身体积都较大，其施工周期也会比较长。当挡土高度不超过6m、地质情况良好、周围没有相邻的构建筑物时，适合采用直立式挡土墙。直立式挡土墙的顶宽大于500mm，底宽约为墙高的1/3。为了减少墙身自重和增加墙体的抗倾覆的能力，地面以下部分可做成台阶式。挡土墙底可做成逆坡或在基底设置混凝土凸榫来增大墙底的抗滑能力。墙底埋深必须大于500mm。
2 挡土墙墙身材料
挡土墙墙身材料通常选择块石。主要有花岗岩、砂岩、石灰岩等；泥质砾岩不宜用作石料。（1）块石的石料要求新鲜、完整。风化和有裂缝的石料禁止使用。也不能使用软化的岩石。对石料外形应力求规整。（2）胶结材料采用水泥砂浆、混合砂浆，小石子砂浆。砂浆的性能要求与水工砂浆相同；对所用砂和小石子的要求与水工混凝土相同。砌体常用的水泥砂浆的标号有M2.5、M5、M7.5、M10等。在水泥砂浆中加入小石子为小石子水泥砂浆。小石子的粒径一般不超过2cm。小石子砂浆主要用于石料形状不规则的较大砌体。与水泥砂浆相比，采用小石子砂浆可节约水泥和砂的用量，提高砌体强度。
3 挡土墙背后填土的选择
直立式挡土墙的背后填土应尽量选用抗剪强度高和透水性强的砾石、砂土或石屑。如采用人工填土回填，则最好采用颗粒状材料，这种土的抗剪强度与水无关。当采用粘性土作为回填土时，应注意排水。因为在寒冷的气候下黏性土会发生冻结，从而使土压力比设计中通常采用数值要大好几倍，不利于排水。所以黏性土中宜适当掺入砂砾和碎石。墙后填土不得选用膨胀土，淤泥质粘土和耕植土。对于重要的挡土墙的填料内摩擦角，可以通过试验取得。
4 挡土墙的施工
直立式挡土墙一般采用明挖法施工，当基底为软弱土层时，可采用换填基础或桩基础。挡土墙墙身采用块石砌筑。块石宜分层砌筑且与里层砌块咬接成一体，上下交错排列。较大的块石宜宽面朝下，块石与块石间以砂浆隔开。砌体中的片石应大小搭配，咬紧密实并配有小石块，用作挤浆填缝。（1）浆砌块石应平砌，每层石料高度应做到基本齐平。（2）料石砌筑每层镶面料石均应事先按要求配好石料，再用铺浆法顺序砌筑。（3）基础在软弱土层地段时，不宜全长贯通，应采用跳槽办法开挖，以防治上部失稳。当基底软弱且墙身又超过一定高度时，可在墙趾伸出一台阶，以拓宽基础。当地层为淤泥土或杂填土等，可采用砂砾、碎石等材料换填或者采用碎石桩、粉喷桩等方法处理。当岩层有空隙裂缝时，可以灌注水泥砂浆。基坑底面开挖宽度应比设计尺寸各边宽0.5m，并保持一定开挖边坡度。
5 构造要求
当挡土墙下地基为软弱土层时，可采用砂砾、碎石或灰土等质量较好的材料换填，提高承载力和地基变形能力。为了满足排水要求，应该对于浆砌块石直立式挡土墙设置一排泄水孔。当墙较高时，可在墙上部加设几排泄水孔。泄水孔采用圆孔，孔直径大小约为10cm。孔眼间距2m，泄水孔呈梅花状布置。在墙后做宽约500的碎石滤水层，便于排水。同时在墙顶和墙底标高处宜铺设黏土防水层，墙顶防水层可减少地表水渗入填土中，墙底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降低。直立式挡土墙应该每隔10m～15m设置一道沉降缝与伸缩缝，缝宽3cm。沉降缝与伸缩缝的设置是为了避免不均匀沉降导致墙身开裂。挡土墙的沉降缝和伸缩缝通常设置在一起，自墙顶做至基底，缝内宜用沥青麻丝填塞，沿墙的内、外填塞，填塞深度不小于20cm。由于直立式挡土墙所受土压力较大，所以为了满足抗倾覆和抗滑移的要求。墙身材料一定要采用高强度的材料砌筑。
6 算例分析
选取一个直立式挡土墙。挡土高度3m，墙后填土为水平地面，地面堆载取10kN/m抗震设防烈度取6度，地下水较低或稳定，场地类别2类。填料内摩擦角=30。基底抹茶系数=30。地基承载力q=200kPa
墙高H=3.0m，顶宽B=0.6m，面坡度n=1：0.15，墙趾台阶b1=0.4m、h1=0.600（m），墙底坡率v=0.2：1，基底摩擦系数q=0.300。
（1）挡土墙滑动稳定性验算
基底倾斜角度=11.3°，Wn=64.7kN，En=14.6kN，Wt=12.6kN，Et=26.6kN，滑移力=13.6kN，抗滑力=23.8kN，Kc=1.74>1.3满足要求。
（2）挡土墙倾覆稳定性验算
相对于墙趾点墙身重力力臂Zw=0.87m，相对于墙趾点Ey力臂，Zx=1.36m，Zy=0.82m，倾覆力矩W1=23.7kNm，抗倾覆力矩W2=70.5kNm。
K=2.97>1.6满足要求。
（3）墙底截面强度验算
墙身面积A=2.7m 重量G=61.8kN，相对于截面外边缘，墙身重力力臂Zw=0.88m，Ey的力臂Zx=1.36m，Ex的力臂Zy=0.819m，法向应力检算：竖向力=70.9kN，弯矩=42.9kNm。
相对于验算截面外边缘的力臂Zn=0.61m，截面宽度B=1.360m偏心距e1=0.075
（4）整体稳定验算
圆心：-0.25，-0.5；半径=2.8m，安全系数=1.665总的下滑力F1=63.9kN，总的抗滑力F2=106.5kN，土体部分下滑力F3=63.9kN，土体部分抗滑力F4=106.5kN，整体稳定：1.665>1.25满足要求。
当在同等条件下选择图集时：挡土墙选用（04J008）P48的路肩墙，选用型号分别为ZJB4。墙身高：4m，墙顶宽：1.56m，面坡倾斜坡度：1：0.15，墙趾台阶b1：0.4m；h1：0.6m，墙底倾斜坡率：0.2：1。挡土墙墙身截面面积为7.09m。设计挡土墙截面面积为2.837m，远小于选用图集的挡土墙的截面面积。
7 结束语
设计人员在设计挡土墙的过程中，不能一味的追求选用图集，在考虑重力式挡土墙设计要点时，应对方案进行技术经济比较，分析其技术的可行性及造价的合理性，避免造成不必要的浪费。在满足使用功能和安全性的情况下，通过计算与图集进行对比分析。才能设计出更符合实际工程的挡土墙。
参考文献
[1]郑宽新.浅析挡土墙设计要点[J].中国水运，2010（4）.
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关键词 抗滑键；挡土墙；设计
中图分类号 TU476 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)051-0124-02
在山区的支挡结构当中，带抗滑键的挡土墙经常被利用到了锚固的岩体当中。抗滑键可以采用单桩或者是群桩两种方式，而成桩的形式一般都采用钻孔的方式予以实现。但是，在软岩也可以采用挖孔的成桩方式。而埋设的抗滑键深度也不大，通常深度在4 m~6 m之间。当前这种带支挡结构的抗滑键挡土墙运用较为广泛，尤其是对于那些需要考虑到水平载荷的承载桩存在的载荷-变位关系、挡土墙后土体压力的分布特点以及整个挡土墙系统所发生的变形协调关系等。而目前对于这种带抗滑键的挡土墙的设计工作研究不够深入，因此有必要对之进行系统而详细的分析，得到并总结出一个带抗滑键的挡土墙设计的几个基本程序。
1 带抗滑键的挡土墙
图1是一个典型的带抗滑键挡土墙体，其中的抗滑键是一个锚固与岩体当中的钢筋混凝土桩。挡土墙与抗滑键之间属于完全的刚性连接，且挡土墙本身的刚度也较大，可以将之视为完全的刚体。在设计的过程中忽略了挡土墙之前的那一薄层墙前填土带来的压力。
图1 带抗滑键的挡土墙典型结构
根据带抗滑键挡土墙在工作过程中的受力情况，对之进行受力分解（如图2所示），并结合变形协调的关系，得到如下的关系式。
H=Ea-F
M=Eah-Ge
M1=M
H1=H
U1=U
θ1=θ
在上式当中，H1—挡土墙底部承受的总体水平推力；
M1—挡土墙底部承受的总体水平弯矩；
Ea—作用在挡土墙的总体土压力；
h—总体土压力与其作用点之间的距离；
F—墙体底部承受的压力；
G—分析段墙体承受的总体重量；
e—抗滑键承轴心与墙体承重中心的距离。
而H和M分别表示土体作用在抗滑键桩部顶端的推力与弯矩；U1、θ1 和U、θ分别表示挡土墙底部水平的位移、转角以及抗滑键桩部顶端水平的位移、转角。
2 挡土墙体后部压力分布的非线性表示
挡土墙体后部承受的压力E与挡土墙之间的位移S存在非线性关系，该关系可以用图3来进行表示。在具体的工程实践当中，挡土墙后部土体压力与结构之间的整移存在着非线性的关系，可以采用双曲线公式来进行表达。
图3 土体压力—位移之间的非线性关系
在进行挡土墙体后部压力的分析过程中，可以分为挡土墙结构发生与土体相分离的位移以及挡土墙结构发生朝向土移的位移两种情况，这里不作具体分析和表述。
3 挡土墙后土体压力的计算
图4表示的是挡土墙土体压力分布情况。假设挡土墙的实际最大位移要比主动土体压力所需要的位移量要小。而在实际的工程实践当中，这种假设也是与锚固岩体当中的抗滑键挡土墙是相符的，假设完全合理。
结合图4，根据具体的受力分析，可以用下式来进行计算
分析：
这样，可以利用上式计算出在挡土墙之后的土体的总体压力以及对应的作用点位置，进而能够计算出H和M值。由于挡土墙体之后所采用的填土可以是粘性土也可以是砂石土，因此在计算的过程中为了方便，可以只考虑墙后是砂石土的情况，而对于实际情况当中的粘性土也可以采用相同的方式计算出来。
在实际的计算过程中，还应该对处于水平载荷作用下，根据
图4 墙体土体压力计算图示
桩体的性质，包括柔性桩、刚性桩以及中等柔性桩几种情况，对桩体的载荷—位移关系式。由于篇幅所限，这里不作详细叙述，直接给出对应的计算公式。
柔性桩：
刚性桩：
中等柔性桩，应该将实际的桩土模量比代入到柔性桩计算
公式，取实际的深径比代入刚性桩计算公式，分别进行计算。
4 挡墙综合设计分析
通过上面对挡土墙体的变形协调关系、后部压力的非线性表示以及后部土体压力的计算公式的推导，得到了挡土墙体后部土体压力的分布情况以及计算公式。同时，抗滑键在水平载荷以及弯矩的综合作用下桩部顶端的载荷-变形关系的解析表达式子。下面对带抗滑键挡土墙体设计的步骤进行总结。
1）以岩体的具体物理参数以及所设置的抗滑键参数作为依据，根据得到的相关公式来对桩体的刚度进行判断，确定是柔性桩、刚性桩还是属于中等柔性桩。
2）根据上面判断得到的结构，并利用对应的公式计算出抗滑键桩顶部的水平位移U以及转角θ。
3）以挡土墙的具体物理参数以及墙体填料的物理力学性能指标为依据，根据对应的公式计算得到抗滑键桩部顶端所承受的剪切应力以及所承受的弯矩，最后得到桩体底部的摩擦阻力。
4）根据第2）、3）两步中得到的方程式就可以得到在载荷作用下抗滑键的水平位移、转角以及作用于其顶部的水平剪切力与弯矩。
5）根据上一步得到的土体压力来对挡土墙进行设计，将获得的作用力直接作用于抗滑键的顶端，对之进行计算，获得相关的设计参数。
6）在进行设计的过程中，假若挡土墙的使用区域位于高级别的地震多发区域，而且挡土墙的高度在4 m以上时，这时还应该根据相关的规范对之进行地震校验。
参考文献
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关键词：挡土墙；人工辅助；程序开发；设计效率
Abstract: retaining wall in the resettlement project plays an important role, the paper first pointed out the limitations of the existing design methods, through the analysis of research on this basis, the development of a data transformation, retaining walls of the structure size calculation, drawing three procedures through the application overview of the actual case, show a retaining wall artificial aided design systems engineering amount calculated accurate, complete information of the cross-sectional design, the plot high efficiency, a larger value.Keywords: retaining walls; artificial; program development; design efficiency
中图分类号： TU476+.4 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1前言
随着水电站建设的蓬勃发展，移民安置问题成为了比较突出的经济和社会问题，考虑移民的可持续发展，移民安置工程的具有一定的特殊性，大多采用生产安置的方式对移民进行集中安置，因此移民安置点大多选址在具有坡度的山腰或山地上，安置点内部或周边原地面衔接处常常出现局部高差，需要进行防护措施处理。挡土墙由于其施工简单，经济合理，适用条件广，且能有效地与原有构筑物形成统一协调的景观效果，因而在移民安置工程中应用广泛，具有重要的研究意义。
2挡土墙已有辅助设计程序的局限性
目前在业界使用且能对挡土墙进行结构尺寸进行分析计算、自动生成CAD图及汇总工程量的挡土墙设计软件只有《挡墙大师》，该软件是针对公路挡土墙的特点进行开发的，其特点如下：
挡土墙控制轴线始终以公路轴线为控制参数，设计时必须录入公路相关信息；
挡土墙设计荷载均以公路设计荷载为标准；
设计界面采用分步录入设计参数方式；
每次只能设计一条挡土墙。
由于软件开发时考虑使用环境及使用对象不同，《挡墙大师》在移民工程设计中应用时其局限性充分显现出来，主要表现在以下几方面：
移民工程中设置的挡土墙大部分与公路无关联，为了使用该软件往往需虚拟一条公路进行设计；
移民工程中设置的挡土墙设计荷载大部分与公路荷载无关系，而与地面建筑荷载相关联，设计时需进行荷载换算；
设计时不能批量录入数据，批量进行设计；
如有方案变化，需重新按软件编排的顺序进行数据录入。
《挡墙大师》以上的局限性使得在进行挡土墙设计时效率大幅降低。众所周知，移民工程设计周期往往十分紧迫且方案变化频繁，能开发一个适合高效进行移民工程挡土墙设计的软件是设计工程师们梦寐以求的事情。
3挡土墙人工辅助设计系统的程序开发
人工辅助设计系统目的在于辅助，其辅助包含两个层面的意义，一是根据已知的安全截面和挡土墙的沿线高度变化过程，计算特定桩号的挡土墙截面，并汇总工程量；二是将计算所得的截面信息和工程量信息按标准方式在图纸上实现批量化输出。
针对挡土墙人工辅助设计系统的模型构想，目前已经开发出了数据转化、挡土墙（包括衡重挡土墙、仰斜挡土墙、俯斜挡土墙）以及绘图三套程序，其中核心计算程序采用FORTRAN语言进行编写，并辅以LISP语言，实现挡土墙的辅助设计。
3.1 数据转化程序
数据转化程序作用是建立挡土墙高度的标准化输入。挡土墙的具体高度是根据原地形或者场平设计高程以及挡土墙具置利用剖面法所得的高差而定的，本程序拟实现从图纸数据转化为程序输入标准化数据的功能。挡土墙的高度信息包括桩号、墙顶高程、墙底高程三个要素，通过这三个要素便可确定每个桩号的具体墙高，因此，桩号起点、终点以及墙高突变处的信息输入是重点，中间墙高连续变化处可通过插值得出。
图4.1图4.2图4.3
图4.1，4.2，4.3为墙高突变处的三种典型形式，包括墙顶坡度变化、墙底坡度变化以及墙顶墙底高程突变，三种形式的任意一种或是多种情况组合，都是墙高突变处，是墙高输入的重点，需对其桩号和墙顶墙底高程明确，才能全面的反应墙高信息。
3.2 挡土墙墙身结构尺寸计算程序
挡土墙墙身结构尺寸计算程序是人工辅助设计系统的核心部分，主要是根据输入的挡土墙高度数据以及分析所得的挡土墙安全截面信息，采用插值的计算方法计算具体桩号处挡土墙的设计截面，并根据已知截面计算各项工程量。
为了减少分析的工作量，安全截面针对不同墙高的挡墙仅间隔地确定了其顶宽、台宽、底宽等信息，而挡墙的高度变化是连续的，设计需明确每个桩号处所对应墙高的具体截面。为了解决此矛盾，挡土墙程序采用插值的方式，以墙顶宽作为控制要素（挡墙顶宽是影响其外观的重要因素），进而根据面坡、背坡等数据，确定挡土墙的设计截面。设计截面确定以后，对挡土墙进行分段，以输入数据中挡墙墙高突变处为分段节点，以每段挡墙取其平均截面作为基准截面，计算各项工程量，并汇总得到整条挡墙的工程量。
3.3 绘图程序
绘图程序是根据挡土墙程序所计算的成果，实现计算数据转化为标准的图纸数据输出，提高设计工作的效率。其输出包括以下几个方面：
1.立面图。挡土墙立面图的输出是数据输入的逆向过程，最主要的任务是实现其输出的标准化，减少设计出图的工作。主要包括施工缝的标识、桩号的标注、墙底墙顶高程的标注以及相关的尺寸标注。
2.挡墙截面信息表。截面是挡墙设计涵盖信息量最大的部分，采用表格的形式在设计图上进行明确，采用分段的形式进行输出，以施工缝设置处和挡墙墙高突变处作为输出的分段节点。
3.工程量表。挡土墙的工程量涉及项目繁多，也采用表格形式在设计图上进行明确，方便施工过程中复核和计列工程量。
4.挡墙典型截面图。挡墙典型截面图主要包括挡墙的形式、栏杆设置、垫层设置、排水管设置、填土示意、墙面坡、墙背坡、墙底坡以及临时开挖边坡等内容，成块输出，减少设计出图的工作量。
4应用案例
本文以某集镇作为案例，介绍采用人工辅助设计系统设计挡土墙的过程。
1.分析规划场地竖向以及原状地面高程，布置挡墙，并剖出剖面草图。
图5.1
如图5.1所示，集镇房屋设计高程与原地面存在局部高差，由于红线限制以及原地面的坡度影响，采用挡土墙进行防护。进行挡墙布置后，剖出场平与原地面的相对高程关系剖面图。根据原地面高程确定墙底高程线，考虑挡土墙埋深后根据场平高程线确定挡墙墙底线，如图5.2所示。
图5.2
2.定位挡土墙始点、终点以及墙高突变点，提取相关点坐标。
如图5.3所示，对挡土墙始点、终点以及墙高突变点处进行标识（竖直线所示位置），并以挡土墙始点墙底处为坐标原点（1号点），提取各点的坐标（图中数字标识处各点的坐标）。
图5.3
3.运行数据转换程序，实现计算数据的标准化输入。
各点的坐标，x值对应桩号，y值对应相对高差，完全地涵盖了挡墙的墙高信息，通过转化能够与计算程序接口，实现标准化输入。
4.选择挡墙形式，分析安全截面。
本例中原地形高于场平高程，且后方为山坡，采用仰斜式挡土墙。根据地质和荷载条件，间隔地分析不同墙高的安全截面，将安全截面作为程序计算的边界条件，为下一步计算提供依据。
5.运行挡土墙墙身结构尺寸计算程序，计算设计截面和工程量。
挡土墙程序计算是在后台进行，能够根据输出的需要生成临时的计算结果文件，为下一步标准化输出做准备。
6.运行绘图程序，输出成果。
图5.4表示了程序输出图形的基本效果，其中工程量表格和截面参数表格放大后如图5.5和图5.6所示，图纸深度能够达到基本的设计要求，大大减少了工作量。
图5.4
图5.5
图5.6
7.图纸修饰。
对输出的图纸进行排版整理，检查并修改细节，使设计图纸满足出图要求。
篇7
关键词：山区公路挡土墙设计土压力库伦理论稳定截面强度措施
1前言
公路挡土墙是用来支承路基填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的一种构造物。在路基工程中，挡土墙可用以稳定路堤和路堑边坡，减少土石方工程量和占地面积，防止水流冲刷路基，并经常用于整治坍方、滑坡等路基病害。
挡土墙的形式多种多样，按其结构特点，可分为：石砌重力式、石砌衡重式、加筋土轻型式、砼半重力式、钢筋砼悬臂式和扶壁式、柱板式、锚杆式、锚定板式及垛式等类型；按其中路基横断面上的位置，又可分：路肩墙、路堤墙及路堑墙；按所处的环境条件，又可分为：一般地区挡墙、浸水地区挡土墙及地震地区挡土墙。考虑挡土墙设计方案时，应与其他工程方案进行技术经济比较，分析其技术的可行性、可靠性及经济的合理性，然后才确定设计方案，并根据实际情况进行挡土墙的选型。
在山区公路中，由于地形条件更为复杂，地势更为陡峭，因此，挡土墙的应用更为广泛。近几年来，笔者参加了二十多段、共三百多公里的山区公路（二、三级）的设计，主要负责路基防护工程，特别是挡土墙的设计，对山区公路挡土墙的设计积累了一定的经验与体会，在此提出，仅供同类工程设计时参考。
2挡土墙设计的基础资料及设计参数
2.1基础资料
挡土墙设计时，必须具备以下资料：路线平面图、纵断面图、横断面图，地质资料（包括工程地质勘察报告、工程物探报告），地震勘探报告，水文资料，总体设计资料及构造物一览表等。
2.2设计参数的选取
2.2.1墙背填料的物理力学性质对于山岭重丘二、三级公路的挡土墙设计，当缺乏试验数据时，填料的计算内摩擦角及容重可参照表1及表2选用：
表1填料内摩擦角ψ参考值
土的种类
块石
大卵石、碎石类土
小卵石、砾石、粗砂、石屑
中、细砂、砂质土
粉砂
粘土
内摩擦角（°）
45
40
35
30
26
14-21
表2填料标准容重
土的种类
砾石、碎石、砾质土
砂、砂质土
粉土、粘性土
（ωl<50%）
石灰土
（石灰10%）
粉煤灰
容重（KN/m3）
20
19
18
18
15
2.2.2墙背摩擦角填土与墙背间的摩擦角δ应根据墙背的粗糙程度及排水条件确定。山区公路中，对于浆砌片石墙体、排水条件良好，均可采用δ=ψ/2。
2.2.3基底摩擦系数基底摩擦系数μ应依据基底粗糙程度、排水条件和土质确定。
2.2.4地基容许承载力地基容许承载力可按照《公路设计手册·路基》及有关设计规范规定选取。
2.2.5建筑材料的容重根据有关设计规范规定选取。
2.2.6砌体的容许应力和设计强度根据有关设计规范规定选取。
2.2.7砼的容许应力和设计强度根据有关设计规范规定选取。
3挡土墙的选型
3.1材料选择
浆砌片石挡土墙取材容易，施工简便，适用范围比较广泛。山区公路中，石料资源较为丰富，在挡土墙高≤10米时，因地制宜，采用浆砌片石砌筑，可以较好地满足经济、安全方面的要求。
3.2截面形式选择
根据挡土墙结构类型及其特点分析，当墙高＜5时，采用重力式挡土墙，可以发挥其形式简单，施工方便的优势。同时，由于山区公路地面横坡比较陡峭，若采用仰斜式挡土墙，会过多增加墙高，断面增大，造成浪费，采用俯斜式挡土墙会比较经济合理。一般在路堑墙、墙趾处地面平缓的路肩墙或路堤墙等情况下，才考虑采用仰斜式挡土墙。当墙高≥5且地基条件较好时，采用衡重式挡土墙，可以有效地减小截面，节省材料。
3.3位置选择
在挖方边坡比较陡峭时，采用路堑挡土墙，可以降低边坡高度，减少山坡开挖，避免破坏山体平衡；在地质条件不良情况下，还可以支挡可能坍滑的山坡土体。
对于采用路肩挡土墙或路堤挡土墙，应结合具体条件考虑，必要时应作技术经济比较。因为路堤挡土墙承受荷载较大，受力条件较为不利，截面尺寸也较大，所以录路堤墙与路肩墙的墙高或截面污工数量较为接近，基础情况相仿时，采用路肩墙比较有利。
4土压力的计算
挡土墙设计的经济合理，关键是正确地计算土压力，确定土压力的大小、方向与分布。土压力计算是一个十分复杂的问题，它涉及墙身、填土与地基三者之间的共同作用。计算土压力的理论和方法很多。由于库伦理论概念清析，计算简单，适用范围较广，可适用不同墙背坡度和粗糙度、不同墙后填土表面形状和荷载作用情况下的主动土压力计算，且一般情况下计算结果均能满足工程要求，因此库伦理论和公式是目前应用最广的土压力计算方法。
4.1库伦主动土压力计算公式及计算简图
主动土压力计算公式：
Eα=1/2γH2Ka
式中：Eα——主动土压力(KN)，γ——土的容重（KN/m3），H——挡土墙高(m)，Ka——库伦主动土压力系数。
《公路设计手册·路基》中，以库伦理论为基础，按墙后填土表面的形状和车辆荷载分布情况的不同，推导出各种情况下的主动土压力计算公式，设计时可根据实际情况查表计算。
4.2第二破裂面土压力的计算
在挡土墙设计中，当墙背或假想墙背的倾角α1或α’1大于第二破裂面的倾角αi，或作用于墙背或假想墙背的土压力对墙背法线的倾角δ’小于或等于墙背摩擦角δ时，就会出现第二破裂面，这种情况下，应按破裂面出现的位置来求算土压力。
对于一般常用的俯仰式挡土墙，不会出现第二破裂面，对于衡重台较宽的衡重式挡土墙，则较易出现第二破裂面。各种边界条件的第二破裂面主动土压力计算公式详见《公路设计手册·路基》。
因此设计过程中，应先采用试算的方法，判别第一破裂面出现的位置，计算破裂角，并根据计算所得的第二破裂面倾角判断是否会出现第二破裂面，然后再选用合适的公式计算主动土压力。
5挡土墙的稳定验算及强度验算
挡土墙的设计应保证其在自重和外荷载作用下不发生全墙的滑动和倾覆，并保证墙身截面有足够的强度、基底应力小于地基承载力和偏心距不超过容许值。因此在拟定墙身断面形式及尺寸之后，应进行墙的稳定及强度验算。挡墙的验算方法有二种：一种是采用分项安全系数的极限状态法，另一种是总安全系数的容许应力法。目前国内多数应用容许应力法设计挡土墙。下面是采用容许应力法进行挡土墙验算的简介。
5.1滑动稳定验算
挡土墙沿基底的滑动稳定系数Kc应不小于1.3。计算公式为：
Kc=（W+Ey）f/Ex
式中：W——挡土墙自重，衡重式时，包括衡重台上的土重(KN)，Ex，Ey——主动土压力的水平和垂直分力（KN），f——基底摩擦系数。
设计中，为增加挡土墙的抗滑稳定性，常将基底做成向内倾斜，以增大滑动稳定系数。基底斜坡坡度一般不超过1:5。
5.2倾覆稳定验算
挡土墙绕墙趾的倾覆稳定系数Ko应不小于1.5。计算公式为：
Ko=（WZw+EyZx）/（ExZy）
式中：Zx——Ey对墙趾O点的力臂(m)，Zy——Ex对墙趾O点的力臂(m)，Zw——W对墙趾O点的力臂(m)。
5.3基底应力及偏心验算
基底的合力偏心距e。计算公式为：
e=B/2-Zn=B/2-（WZw+EyZx-ExZy）/（W+Ey）
在土质地基上，e≤B/6；在软弱岩石地基上，e≤B/5；在不易风化的岩石地基上，e≤B/4。
当e≤B/6时，墙趾和墙踵处的法向压应力为：
σ1,2=（W+Ey）（1±6e/B）/B≤[σ]
式中，[σ]——地基土修正后的容许承载力（KPa）
[σ]=[σo]+K1γ1（B-2）
式中，[σo]——地基土的容许承载力（KPa），K1——地基土容许承载力随基础宽度的修正系数，γ1——地基土的天然容重（KN/m3）。
当e>B/6时，基底出现拉应力，考虑到一般情况下地基与基础间不能承受拉力，故不计拉力而按应力重分布计算基底最大拉应力：
σ1=2（W+Ey）/3Zn≤[σ]
若出现负偏心，则上式的Zn改为（B-Zn）。
5.4墙身截面强度验算
通常选取一、两个截面进行验算。验算截面可选在基础底面、1/2墙高处或上下墙交界处等。
墙身截面强度验算包括法向应力和剪应力的验算。剪应力包括水平剪应力和斜剪应力两种，重力式挡土墙只验算水平剪应力，而衡重式挡土墙还需进行斜截面剪应力的验算。
6采取措施
完成了挡土墙截面设计及稳定、强度验算之后，必须采取必要的措施，以保证挡土墙的安全性。
6.1基础加固措施
6.1.1为减少基底压应力，增加抗倾覆的稳定性，在墙趾处伸出一台阶，以拓宽基底。墙趾台阶的宽度不小于20cm，台阶高宽比可采用3:2或2:1。
6.1.2地基为软弱土层时，可用砂砾、碎石、矿渣或灰土等质量较好的材料换填，以扩散基底压应力，满足设计要求。
6.2排水措施
对于浆砌石挡土墙，应在墙前地面以上设置一排泄水孔。墙较高时，可在墙上部加设泄水孔。泄水孔采用10×10cm的方孔或圆孔，孔眼间距2~3米，上下排泄水孔错开设置。泄水孔进水口应设置反滤材料。
6.3沉降缝与伸缩缝的设置
为避免地基不均匀沉降引起墙身开裂，需按墙高和地基性质的变异，设置沉降缝，同时，为了减少圬工砌体因收缩硬化和温度化作用而产生裂缝，需设置伸缩缝。挡土墙的沉降缝和伸缩缝设置在一起，每隔10~15m设置一道，缝宽2~3cm，自墙顶做至基底，缝内宜用沥青麻絮、沥青竹绒或涂以沥青的木板等具有弹性的材料，沿墙的内、外、顶三侧填塞，填塞深度不小于15cm。
6.4墙顶与路面的衔接
当墙顶宽大于土路肩宽度时，挡土墙侵入土路肩部分应预留出相当于路面结构厚度部分以铺筑路面。
6.5车辆安全行驶保障措施
对于路肩墙，其墙顶面以下50cm采用C20砼浇筑，并预埋钢筋，在其上设置防撞栏或防撞墙。
7材料要求
7.1石料须经过挑选，质地均匀，无裂缝，不易风化。
7.2石料的抗压强度应不低于30MPa。
7.3尽量采用较大的石料砌筑，块石应大致方正，其厚度不小于15cm，宽度和长度相应为厚度的1.5~2.0倍和1.5~3.0倍。
7.4采用7.5号砂浆砌筑，10号砂浆勾缝。
8设计体会
8.1设计参数的选取
因用于计算主动土压力的库伦理论较适用于砂性土，而对于粘性土的压力计算会存在一定的误差，所以对于以粘性土做填料的挡土墙计算，设计参数如填料的内摩擦角等的取值应相对保守。由于库伦理论是一种简化的土压力计算方法，所以对于以砂性土做填料的挡土墙，设计参数也应根据实际情况取相对保守值。
8.2安全系数的选取
对墙高≥6m的挡土墙，实际设计时建议将安全系数提高20%，以保证其安全性。
8.3墙面坡的选取
出于美观和施工方便的考虑，一段挡土墙通常都采用一个墙面坡。对于山区公路挡土墙，采用较陡的墙面坡，可有效减小墙高，节省材料。一般情况下，重力式挡土墙（俯倾式）、衡重式挡土墙墙面坡取1:0.05，仰斜式挡土墙的墙面坡取1:0.25，均能满足设计要求。
8.4墙背坡的选取
仰斜式挡土墙的墙背坡一般不超过1:0.3，具体结合开挖的临时边坡选取。
俯斜式挡土墙的墙背坡一般取1:0.2，随着墙高增加，墙顶宽度相应增大。
对于衡重式路肩挡土墙，当墙高≤8m时，上墙背坡取1:0.25，墙高＞8m而≤10m时，上墙背坡取1:0.3；下墙背坡取1:0.25。若为路堤墙，则上墙背坡应相应加大。
8.5设计控制重点
对于俯斜式挡土墙，由于所受土压力较大，所以设计时应注意其稳定和抗倾覆的验算。对于衡重式挡土墙，一般较容易满足稳定要求，墙身断面的强度成为挡土墙设计中主要的控制指标，所以一定要采用高强度的材料砌筑。
篇8
关键词：减压式挡土墙 优化设计 风险决策研究 黄壁庄水库
1 问题与思路
1.1 问题的提出
为建设黄壁庄水库副坝防渗墙，拟在副坝下游侧桩号2+000和3+750处的压坡平台上兴建2座产量200m3/h的大型混凝土生产系统，该系统含2个长×宽×高为60×60×8.4m一次储量7000m3的储料场和2座2×1.5m3的强制式机组的拌和楼见图1。由于副坝是整个水库工程存在隐患最多的部位，水库主管单位对在压坡平台上兴建工程严加限制：一不得深挖；二不得宽挖。保证在除险加固完成前副坝的安全度汛。在地形条件受限制的情况下，如何确保储料场按计划完成，关键在挡土墙设计。
如何在众多形式的挡土墙中选择一种适合现场条件的档土墙结构是当前必须研究的课题。档土墙作为一般拦土结构物，常用在闸坝的翼墙和渡槽、倒虹吸的进出口边墙及其他路堤挡土部位等。对这类工程的优化设计问题往往易被忽视。我们的实践表明，各类挡土墙的技术经济效益有着相当大的差别。本项研究，从工程实际出发，意图在如减压式挡土墙、重力式挡土墙、悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙等四种结构中进行双向优选，即进行本类的优选设计和各类之间的优选比较，最后确定一种技术、经济状况最优、现场适应性最好的挡土墙方案用于本工程。现将研究过程介绍如下。
1.2 课题研究思路
该课题的研究思路分三步的研究思路。
第一步，首先确定方案比选的统一标准。过去人们的观点认为挡土墙形状各异，结构不同，各有优缺点，要比较相当困难。实际上任何形式的挡土墙功能都是挡土拦土，因此研究认为，它们的正常挡土状态就应当是一个统一标准，而这个正常的挡土状态正是现行的规范状态，在规范状态下这些参与比选的各类挡土墙是处在同一个设计水平上，因而可以比较。
第二步，确定优化设计的风险决策方法。众所周知，任何挡土墙的稳定性特征值都是挡土墙背填土物理力学特性的函数，同时又受地基结构特性的约束；对于挡土墙的经济造价，又与结构特征相关的工程量及市场物价相关的分析单价密不可分。显然，这些都是描述挡土墙特征的随机变量。鉴于挡土墙具有上述特点，因此可以认为每类挡土墙也是离散随机变量，采用数学期望准则和优势比较准则完全能够将含离散随机变量的各个方案进行优劣比较，按照定义，离散随机变量的一切可能值Xi与对应的概率P（ζ=Xi）的乘积之和称为数学期望，记为Mζ。如果随机变量只取得有限个值：X1、X2、X3、……Xi，而取得这些值的概率分别是P（x1）、P（x2）、P（x3）……P（xi）则
Mζ=X1P（x1）+X2P（x2）+X3P（x3）……XiP（xi）
运用到风险决策中来，以Mζ值最小为最优方案。
优势比较准则实际是将方案的技术效益或造价进行比较。当方案Ⅰ的随机变量S1、S2、S3、……Si与方案Ⅱ的随机变量S1、S2、S3、……Si对应相减，其值为“0”或“+”值，则方案Ⅰ有优势；若相减后其值为“0”“0”“+”“-”或“0”“0”“-”“-”，则方案Ⅰ不存在优势。
第三步，选取拟比较的能反映方案特性的随机变量可能值。研究认为，方案的规范状态，挡土墙的墙基应力，墙基对围岩的扰动度参数——挡土墙的宽高比B/H和相对避扰度、工程造价及相对效益A等值，基本能描述挡土墙的特征，而且这些变量在分析过程中都能一一取得。故以它们作为研究比较的随机变量是合理的。
第四步，搜索各类挡土墙的规范状态并按数学期望准则和优势比较准则分别考核各个待选方案。选出最优秀方案。
转贴于 2 各类挡土墙的设计指标
2.1 确定计算挡土墙的土压力理论
目前计算土压力的理论有多种，而各种理论又用各自不同的假设分析方法来求算土压力。根据初步筛选，除减压式挡土墙外，其余重力式挡土墙，悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙背墙顶与墙踵连线倾角均大于临界角εer，本工程εer=45-ψ/2。尽管一些方案的墙背可能出现第二滑裂面，尽管采用的计算公式可能出现误差，为方便起见确定统一采用郎肯主动土压力理论来计算各类挡土墙的主动±压力。初步分析估算，计算误差不会导致大方案比较结果出现错位。
有关郎肯主动土压力计算公式详见图2。
2.2 现行规范（SD133-84）指标与现场地质的物理力学特性。
现行规范（SD133-84）指标与现场地质的物理力学特性见表1。
2.3 四种挡土墙的现行规范状态的计算成果
根据前述2.1和2.2节确定的数学模型和物理力学指标，无论用手算方式还是计算机搜索都可得到现行规范状态下的挡土墙计算成果。详见图2、表2和表3。
表2中的“GF”是“规范”二字的汉语拼音缩写；“围岩相对避扰度”意思指“围岩避免扰动的相对程度”，此相对值越大表明围岩受扰动越小，反之则越大。
3 挡土墙优化设计的风险决策
3.1 按数学期望准则的风险决策
采用数学期望准则风险决策之前先将表2中的第（2）项和第（5）项、表3中的第（12）项集中到表4来，并认为表中所有随机变量X1、X2、X3的概率P（x1）、P（x2）、P（x3）值均为0.333，则可算出a、b、c、d各方案的数学期望Mζ值，详见表4。
由表4可见，减压式挡土墙Mζ值较小，而悬臂式挡土墙的Mζ值较大。比较结果表明，减压式挡土墙在这四种挡土墙方案中为最优方案。
3.2 按优势比较准则的风险决策
在进行优势比较准则决策之前，先将表2中的第（3）项第（6）项和表5中的第（13）项集列成表5并进行优势比较。详见表5。
将表5中各个随机变量相互比较发现，减压式挡土墙对其他三类挡土墙比较均得到“0”“0”“+”“+”，表明减压式挡土墙方案比较优秀，为首选方案。重力式挡土墙和扶臂式挡土墙方案对悬臂式挡土墙，比较结果也显示“0”“0”“+”“+”，表明该两者也有一定优势，可作为备选方案。
总之，无论采用数学期望准则还是采用优势比较准则分别对减压式挡土墙，重力式挡土墙、悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙进行分析，结果基本一致。在规范状态下，减压式挡土墙方案对围岩土扰动较小、较好地适应现场受限制的地形条件、工程量及造价较低，是被考核的四个挡土墙方案最具优势者。
4 减压式挡土墙在黄壁庄水库除险加固工程混凝土生产系统中的应用。
4.1 减压式挡土墙设计应注意事项
混凝土标号应为C20以上。进行配筋计算时宜取安全系数K≥1.4。并且墙底不得有虚土。
4.2 减压式挡土墙的施工
注意墙体分段施工程序：先浇筑Ⅰ墙基底板——Ⅱ垂直墙体下半部分——Ⅲ减压平台以下的土方回填夯实——Ⅳ浇筑减压平台——Ⅴ浇筑垂直墙体上半部——Ⅵ减压平台以上回填。
4.3 减压式挡土墙应用效果
在储料场的两端，总长4×40m=160m，墙高8.4m，墙基宽2.51m的减压式挡土墙于1998年11月建成投入运用。当储料7000m3时，减压平台以上储料高度h＞4m，墙顶变形2mm，墙基变形为0，运行正常。此种结构应用在储料场工程，减压平台可以代替部分混凝土硬化地面的工程量，一举两得，技术和经济效益明显。
5 结语
本项研究采用数学期望准则和优势比较准则对不同类型挡土墙方案进行风险决策获得满意的效果，使工程实际中提出的问题得到解决，是对挡土墙结构优化设计的有益尝试。
减压式挡土墙是本项风险决策研究比选的出的优秀挡土墙方案。在黄壁庄水库工程应用结果表明，它的挡土效果与其他重力式挡土墙、悬臂挡土墙和扶壁式挡土墙相当，而工程造价仅为其他三类挡土墙的57%—81%、对围岩的扰动影响仅为其他三类挡土墙的41%—44%，对受限制的土基条件适应性较好，技术和经济效益明显。宜作闸坝翼墙及一般渠系建筑物进出口过渡段工程的选择方案。
参考文献
[1]武汉水利电力学院.土力学及岩石力学[M].北京：水利电力出版社，1979.
篇9
关键词: 扶壁式挡土墙；结构设计；优点
中图分类号：TU318文献标识码： A
在我国目前来看由于挡土墙具有结构灵活，减少土石方，增加建筑面积等优点，这使挡土墙在实际工程中的应用越来越广泛。在对挡土墙采用一些处理措施后，还能减少地下水和雨水对边坡的侵蚀作用，有利于边坡的稳定。
一、扶壁式挡土墙的优点
钢筋混凝土扶壁式挡土墙是一种新型挡土支护结构，它沿墙长方向，在悬臂式挡墙的基础上，每隔一定距离加设扶壁而成，通过扶壁的连接，立板和墙踵板能够形成一个受力的整体结构，而扶壁的存在，能大大的提高挡土墙的刚度和整体性，并且扶壁能分担相当一部分的土压力，从而达到减小立板的变形的目的。与其他类型的挡土墙支护结构相比，钢筋混凝土扶壁式挡土墙具有以下优点：
（1）挡土墙可用高度范围较大，适用范围广。钢筋混凝土扶壁式挡土墙能很好地利用材料的物理力学性能，充分发挥钢筋的抗拉性能和混凝土的抗压性能，挡土墙高度可以做的很高。通过调整扶壁式挡土墙墙趾板的悬臂长度，可以调整挡土墙的底板的地基反力，使地基反力呈近似均匀分布，较大限度地减小挡土墙基底反力的数值，从而达到充分利用地基承载性能的目的，使挡土墙能克服地基承载力较低的问题，进而得到广泛的应用。
（2）与重力式挡土墙相比，采用扶壁式挡土墙能节省大量石料和人工，环境效益也较好。
（3）施工速度快，能较大幅度的提高施工速度。扶壁式挡土墙工程的主要工程是钢筋绑扎和混凝土浇注，不像其他类型的挡土墙在施工时，挡土墙墙身施工和填土的回填需要同时交叉进行，施工技术较成熟，能采用机械化施工，从而大大的缩短工期。
（4）施工可靠度较高，工程质量容易控制。在我国，钢筋混凝土工程的施工应用的已经非常广泛，施工技术也很成熟，施工质量一般也能得到保证，施工过程也相对简单，国内的施工队伍一般较好地完成。而其他类型挡土墙施工工艺相对比较复杂，对施工人员的技术要求较高。
图 1扶壁式挡土墙示意图
二、扶壁式挡土墙的结构设计
1工程概况
根据工程勘察报告得知，本工程扶壁式挡土墙所在位置的地层从上往下分别为：
（1）粉质粘土，褐色，软塑，含大量有机质及植物根系，韧性中等，分布连续，层厚 10.5～12.0m。
（2）中砂，局部分布，黄褐色，稍密，稍湿，主要成分为石英、长石，上部为细砂，厚度为 0.5~0.8m，含砾砂和卵石，粘粒含量在 5%左右。层厚 2.5~4.10m。
（3）花岗岩，肉红色―灰色，粗粒结构，块状结构，岩心呈短，柱长一般5~15mm，主要矿物以石英长石为主，节理裂隙不发育，湿，中风化。勘察时，此层未穿透。
（4）填土物理参数如下:内摩擦角 φ=35°，重度 γ=19kN/m3，填土与墙背间的内摩擦角可取 17.5°。
2扶壁式挡土墙的墙身配筋设计方法及构造要求
扶壁式挡土墙是由立板板、墙踵板、墙趾板和扶壁四部分组成。在进行配筋设计和裂缝开展宽度验算前，首先要确定各构件的内力，然后根据内力计算结果进行配筋设计，配筋设计完成后，根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中的规定进行裂缝宽度验算。在进行内力计算时，应将土压力作为永久荷载来考虑。在进行地基承载力验算时，作用在结构上的荷载应取荷载效应的基本组合，对应的永久荷载效应的分项系数取 1.35。在进行裂缝宽度验算时，作用在结构上的荷载应选取荷载效应的标准组合，另外考虑到长期作用的影响，对结构刚度应进行一定的折减。
1）立板的设计
扶壁处立板的外伸长度，宜符合悬臂端支座处的弯矩与立板的跨中弯矩相等的原则，一般可取 0.35 倍的扶壁净距。在进行立板内力计算时，一般将其简化为连续板或者一边自由、三边固定的板。如果立板的高度/立板间距大于 2 时，立板可以按单向连续板进行计算，但必须考虑底板的约束作用。根据工程经验，在实际工程设计中，通常可先将立板划分成多个水平连续板带，然后再进行内力计算，这时，将扶壁视作水平连续板带的支座。
2）扶壁的设计
扶壁的作用是与立板形成一整体结构共同承受侧向土压力，然后将所受到的侧向土压力传递给底板。扶壁可以简化为 T 形截面梁进行配筋设计，将扶壁视为T 形梁的腹板，将扶壁两边部分立板视为 T 形梁的翼缘。对扶壁进行配筋设计时，主要考虑的是弯矩和剪力，通常认为，扶壁的根部处的弯矩和剪力为最大。
3）踵板的设计
墙踵板一般也可以按一边自由、三边固定的板或按连续板进行计算，将扶壁视作墙踵板的支座。墙踵板厚应根据计算确定，板厚不应小于 200mm。墙踵板在地基反力和填土的共同作用下，所受外力作用方向一般为竖直向下。
考虑到墙踵板的受力特性，对于平行于立板方向钢筋，墙踵板应双向设置受力钢筋，板上部受拉钢筋应按墙踵板所受最大正弯矩进行配筋设计，一般应通长设置，如需截断，则应在扶壁中心线附近截断，墙踵板下部受拉钢筋一般应按支座最大负弯矩进行配筋计算，同时，也可仅在扶壁两边各 0.25 范围内设置。对于垂直于挡土墙立板方向配筋，可仅在墙踵板的板顶配置水平受力钢筋，具体配筋参数由立板与墙踵板交点处的弯矩确定，墙踵板受力钢筋伸入立板深度不应小于钢筋的锚固长度，如有需要，钢筋可在墙踵板 1/2 位置处截断。其它位置应按构造设置分布钢筋。
4）趾板的设计
在进行墙趾板设计时，可以将其简化为悬臂板进行内力分析，墙踵板在地基反力和填土的共同作用下，所受外力作用方向一般为竖直向下。在进行趾板内力计算时，一般都取单位宽度趾板进行受力分析。
考虑到墙趾板的受力特性，墙趾板的受力钢筋一般设置在趾板下部，方向为垂直于立板方向。具体配筋参数由单位宽度趾板的最大弯矩确定，受力钢筋伸入立板深度不应小于钢筋的最小锚固长度，如果要截断，一般可将钢筋在趾板 1/2位置处截断一半。其它配筋应符合构造要求。
5）钢筋混凝土桩的设计
（1） 桩配筋要求
a.对于端承桩，受力钢筋宜通长配置；
b.对于水平荷载作用下的摩擦型桩，受力钢筋长度长度宜采用 4.0/α（α 为桩水平变形系数）；对于承受较大的竖向荷载的摩擦端承桩，受力钢筋宜沿桩身分段配筋，桩身局部配筋需加密；对承受负摩阻力和滑坡推力的的钢筋混凝土桩，受力钢筋宜应通长配置；
c.对于抗拔桩，受力钢筋宜应通长配置；如果由于地震作用或者膨胀作用而导致桩承受拔力，需要配置抗拉筋，抗拉筋可以通常配置，也可以局部配置；
d.对于受水平荷载的桩,主筋应采用 HRB335 或 HRB400 型号钢筋，直径不宜小于 10mm，根数不宜小于 8 根；对于抗压桩和抗拔桩主筋直径不宜小于 10mm，根数不宜小于 6 根；纵向主筋应沿桩身周边均匀布置，其净距不应小于 60mm,并尽量减少钢筋接头；
e.箍筋宜采用 HPB235 型号钢筋，直径为 6~8mm,,每 200~300mm 设置一道,并宜采用螺旋式箍筋；如果桩基承受的水平荷载比较大或者受地震作用影响，桩顶 3~5 桩径范围内的箍筋应适当进行加密；如果钢筋笼长度超过 4m，钢筋笼应每隔 2m 设置一道直径为 12~18mm 的 HRB335 或 HRB400 型号钢筋作为焊接加劲箍筋。
（2） 桩身混凝土及保护层厚度要求
a.桩身混凝土标号不得低于 C15；如果在水下灌注混凝土，混凝土标号不得低于 C20；如果采用预制桩，混凝土标号不得低于 C30;
b.钢筋混凝土桩主筋的混凝土保护层厚度一般不应小于 35mm；对于水下灌注的混凝土桩，混凝土保护层厚度一般不得小于 50mm。
结论
就目前情况看，现有理论缺乏实际工程数据的支持，其适用性还需要进一步的探讨。同时，我们也需进一步的完善桩基扶壁式挡土墙的内力计算理论。
参考文献
[1]李家兴,赵振兴.水力学[M].南京:河海大学出版社,2001:40一80.
[2] 《水工挡土墙设计规范》（SL 379-2007）
篇10
【关键词】变电站；挡土墙设计；计算方法；重力式挡土墙；衡重式挡土墙
衡重式挡土墙和重力式挡土墙是两种比较常见的挡土墙支护方式。笔者在本文中，以衡重式挡土墙和重力式挡土墙研究对象，分析了它们的结构特点，并在此基础上探讨了衡重式挡土墙和重力式挡土墙的设计问题，同时对设计当中的计算方法也进行了阐述。
一、挡土墙基本概述
挡土墙通常是保证构建于高差较大、起伏不平等非平坦开阔地带的变电站工程质量的施工措施之一。挡土墙的结构类型相对比较多，但是比较常见的挡土墙结构类型主要包括以下几种：衡重式挡土墙、重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、锚定板式挡土墙、锚杆式挡土墙、桩板式挡土墙、土钉式挡土墙、竖向预应力锚杆式挡土墙、加筋土式挡土墙以及扶壁式挡土墙等。挡土墙的结构类型不同，其适合的地貌特征、工程项目也就不同，具体需要确定在变电站当中使用何种挡土墙，需要综合考虑以下因素：当地环境、水文地质、挡土墙用途、施工经验、技术经济条件、施工工艺、施工材料尤其是墙址地形。
利用挡土墙，在设计和建设变电站工程时，我们不仅能够在最大程度上降低工程的占地面积、减少变电站的征地面积，同时也可以有效减少挖方施工量，尽可能维持填方和挖方的平衡。为了更好地掌握挡土墙的功能，我们需要对其有比较深入的了解。挡土墙主要包括墙背、墙顶、墙底、墙踵和墙趾等共五个部分，其中，墙背主要是指挡土墙的墙身主体备依靠山体或者填土一侧的工作侧；墙顶主要是挡土墙的顶面部分；墙底主要是指挡土墙的底面部分；墙踵主要是指挡土墙的墙背和墙底之间的交线部位；墙趾主要是指挡土墙的墙面和墙底之间的交线部分。
为了挡土墙设计计算的方便，我们需要了解以下内容：（1）墙背倾角（用 表示），主要是指挡土墙的墙背和竖直面之间形成的夹角；（2）墙高（用 表示），主要是指挡土墙的墙踵到墙顶的垂直距离；（3）地面倾角（用 表示）；（4）墙背摩擦角（用 表示），主要是指挡土墙的墙背和山体或者填土之间的摩擦角；（5）施工中常用 表示挡土墙的单位墙高和挡土墙长度之间的比。
二、重力式挡土墙的设计与计算分析
（一）重力式挡土墙的设计
重力式挡土墙具有结构形式简单、能够就地取材、工程适应范围广、施工容易等优点，获得了广泛地应用，是目前一种最为常见的挡土墙结构形式。重力式挡土墙所需要的砌体既可以选用混凝土预制块，也可以选用当地石料，甚至能够利用混凝土进行现场浇注。根据不同的墙背倾角，我们通常将重力式挡土墙划分为以下三种：俯斜重力式挡土墙、仰斜重力式挡土墙与竖直重力式挡土墙。在设计变电站挡土墙所需类型时，应该注意，俯斜重力式挡土墙和竖直重力式挡土墙适合在填方边坡工程中应用，而仰斜重力式挡土墙则适合在挖方边坡工程当中应用。需要注意的是，单纯根据主动土的压力大小这一个指标，建议采用的重力式挡土墙结构类型优先等级（从优至劣）依次为：仰斜重力式挡土墙竖直重力式挡土墙俯斜重力式挡土墙。另外，仰斜重力式挡土墙虽然墙背承受的土压力相对比较大，但是后续的填土压实施工难度较大，然而相对俯斜重力式挡土墙可以节省约1/2左右的施工材料；俯斜重力式挡土墙的墙背承受的土压力相对比较小，但是它的墙身断面要大于仰斜重力式挡土墙。
重力式挡土墙所采用的填料应该具有良好的透水性、稳定性以及抗剪强度，如果不能够满足以上要求，则非常容易导致重力式挡土墙出现吸水膨胀或者冬季冰胀现象，影响了重力式挡土墙的稳定性，所以选择碎石、砾石或者砂类土作为填料，并进行填夯处理。如果不得已要采用透水性差的粘性土，则应该加入一定比例的碎石、砾石或者砂类土进行调兑。
设计重力式挡土墙时需要注意，墙背坡度通常采用1：0.25仰斜，仰斜重力式挡土墙的墙背坡度建议不要缓于1：03，俯斜重力式挡土墙的墙背坡度建议保持在1：0.25至1：0.4的范围之内。
（二）重力式挡土墙的计算
第一，规范推荐按平面滑裂面假设，计算主动土压力，是库仑土压力的一种改进方法。
图1 重力式挡土墙主动土压力计算简图
如图1所示，我们可以得到下述公式：
（2）
在上述公式当中， 表示墙背与水平面的夹角（单位：°）； 表示填土表面与水平面的夹角（单位：°）； 表示墙背与填土之间的摩擦角（单位：°）； 表示填土的内摩擦角（单位：°）； 表示填土的粘聚力（单位：kN/m2）。
填料的内摩擦角愈大，主动土压力就愈小；而填料的容重愈大，主动土压力就愈大。当挡土墙条件符合朗肯或库仑条件时，可以按照朗肯或库仑土压力理论计算主动土压力。
第二，抗滑移稳定性计算。
图2 重力式挡土墙抗滑移稳定性计算简图
当抗滑移稳定验算不满足时，可以采取以下构造措施以满足抗滑移的要求。第一，在基底做向内倾斜的逆坡，但倾斜坡度不宜过大，以免墙趾前的土体发生剪切破坏。对于土质地基，基底逆坡坡度不宜大于1：10，对于岩质地基，基底逆坡坡度不宜大于1：5。第二，当挡土墙基底摩擦系数较小时，可以在基底夯填一层150毫米后砾砂或级配碎石，以提高基底摩擦系数。
三、衡重式挡土墙的设计与计算分析
（一）衡重式挡土墙的设计
当挡土墙墙身较高时，可以采用衡重式挡土墙，衡重式墙背在上下墙间设有衡重台，利用衡重台上填土的重力使全墙重心后移，增加了墙身的稳定。因采用陡直的墙面，且下墙采用仰斜墙背，因而可以减小墙身高度，减少开挖工作量，在材料用量上比重力式少。
衡重式挡土墙下墙墙背坡度多采用1：0.25至1：0.3仰斜，上墙墙背坡度受墙身强度控制，根据上墙高度，采用1：0.25至1：0.45俯斜。衡重式挡土墙墙面坡度采用1：0.05，衡重式挡土墙上墙与下墙高度之比，一般采用4：6较为经济合理。
（二）衡重式挡土墙的计算
图3 衡重式挡土墙计算简图
如图3所示，计算上墙的土压力时，可以不考虑下墙的影响，可以采用上述的土压力计算公式进行计算。下墙的土压力计算较为复杂，多采用简化的计算方法，可以采用延长墙背法进行计算。AE为上墙墙背， BC为下墙墙背。先将上墙视为独立的墙背，用一般的方法求出主动土压力E1，土压应力分布图形为abc。计算下墙土压力时，首先延长下墙墙背CB，交填土表面于D点；以DC为假想墙背，用一般库伦土压力理论求算假想墙背的土压力，其土压应力分布图形为de；f截取其中与下墙相应的部分，即hefg，其合力即为下墙吐压力E2。
四、结束语
电力行业的快速发展促使得变电站工程数量不断增多，变电站工程的选址和施工问题也相应地增加不少。因为我国地域广阔、地形复杂、现有变电站的地理位置以及周围建筑群的影响，不是所有的变电站都可以建设在平坦开阔的地方。所以，建造于非平坦开阔地带的变电站工程在开工之后，会有较多的挖方施工，形成高度各异的填土边坡，为了确保变电站工程的绝对安全，需要对这些填土边坡进行必要的处理，例如，防护、加固或者支挡等。但是施工人员为了降低填土边坡的占地和开挖施工量问题，通常会采用挡土墙进行支护。合理的设计和计算是确保挡土墙发挥其作用的先决条件，在本文中，通过分析和探讨衡重式挡土墙和重力式挡土墙的设计和计算问题，希望能够为类似工程提供借鉴。
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