挡土墙设计手册及规范.docx

1、挡土墙设计手册及规范挡土墙设计手册及规范 ICS93.160 P 59 SL 中华人民共和国水利行业标准 SL3792007 水工挡土墙设计规范 Design specification for hydraulic retaining wall 20070511发布 20070811实施 中华人民共和国水利部发布 前言水利部水利水电规划设计管理局水规局科 20011号“关于下达 2001年度水利水电勘测设计技术标准制定、修订项目计划及主编单位的通知”将水工挡土墙设计规范 (以下简称“本规范” )列为水利行业标准的制定标准项目，并指定由江苏省水利勘测设计研究院负责编制。据此，编制本规范。本规范共

2、 8章 19节 159条和 3个附录，其主要技术内容包括：总则、术语、级别划分与设计标准、工程布置、荷载、稳定计算、结构计算和地基处理等。本规范是我国首次编制的水工挡土墙设计规范。在编制过程中，总结了国内水工挡土墙的主要设计方法，参考了有关工程实践经验和科学研究成果，经多方面征求意见，并反复讨论和修改后，由本规范主持机构审定。本规范的强制性条款有： 3.2.2、3.2.7、3.2.8、3.2.10、3.2.11、3.2.12、3.2.13、3.2.14、6.3.1、6.6.3、 6.3.4，并以黑体字标识。本规范批准部门：中华人民共和国水利部本规范主持机构：水利部水利水电规划设计总院本规范解释

3、单位：水利部水利水电规划设计总院本规范主编单位：江苏省水利勘测设计研究院有限公司本规范出版、发行单位：中国水利水电出版社本规范主要起草人：张平易陈登毅许宗喜宦国胜顾美娟何定恩本规范审查会议技术负责人：关志诚本规范体例格式审查人：窦以松目 次 1 总 则 (1) 2 术语 (2) 3 级别划分与设计标准 (3) 3.1 级别划分(3) 3.2 设计标准(3) 4 工程布置 (5) 4.1 一般规定(5) 4.2 结构布置(5) 4.3 防渗与排水布置(7) 5 荷载 (9) 5.1 荷载分类及组合(9) 5.2 荷载计算 (10) 6 稳定计算(11) 6.1 一般规定 (11) 6.2 抗渗稳

4、定计算 (11) 6.3 抗滑稳定计算 (11) 6.4 抗倾覆稳定计算 (14) 6.5 抗浮稳定计算 (15) 6.6 地基整体稳定计算 (15) 6.7 地基沉降计算 (15) 7 结构计算(17) 7.1 一般规定 (17) 7.2 结构应力分析 (18) 8 地基处理(19) 8.1 一般规定 (19) 8.2 岩石地基处理 (19) 8.3 土质地基处理 (19) 附录 土压力计算 (24) 附录 挡土墙稳定计算 (33) 附录 挡土墙结构计算 (39) 本规范用词说明 (45) 条文说明 (46) 1 总则 1.0.1为适应水利水电工程建设需要，统一水工挡土墙的设计标准和技术要求

5、，提高水工挡土墙设计水平，做到安全可靠、经济合理，制定本规范。 1.0.2本规范适用于 13级水工建筑物中的挡土墙以及独立布置的 14级水工挡土墙设计。4、5级水工建筑物中的挡土墙以及独立布置的 5级水工挡土墙设计可参照使用。本规范不适用于临时性挡土墙设计。对于有特殊要求的水工挡土墙设计，以及采用新型结构或受力复杂的挡土墙设计，应进行专门研究。 1.0.3 水工挡土墙设计选用的基本资料应正确可靠，满足设计要求。 1.0.4水工挡土墙设计应从实际出发，广泛吸取工程实践经验，积极采用新结构、新材料、新技术、新工艺。 1.0.5 水工挡土墙设计引用的标准都有可能修订，应积极研究采用新版本的可能性。本

6、规范引用的标准主要有：建筑地基基础设计规范 (GB500072002)；防洪标准 (GB 5020194)；水利水电工程地质勘察规范 (GB 5028799)；建筑边坡工程技术规范 (GB 503302002)；浆砌石坝设计规范 (SL 252006)。水利水电工程土工合成材料应用技术标准 (SL/T 22598)；水利水电工程等级划分及洪水标准 (SL 2522000)；水利水电工程岩石试验规程 (SL 2642001)；水闸设计规范 (SL 2652001)；水工钢筋混凝土结构设计规范 (SDJ 2078)；城市防洪工程设计规范 (CJJ 5092)； 1.0.6水工挡土墙设计除应符合本规

7、范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。2.0.1 水工挡土墙 hydraulic retaining wall水利水电工程中的承受土压力、防止土体塌滑的挡土建筑物。 2.0.2 岸墙 side wall 修建在河岸或与水工建筑物相连接，用以挡土的建筑物。 2.0.3 翼墙 wing wall 修建在水工建筑物上、下游两侧，用以引导水流并兼有挡土及侧向防渗作用的建筑物。 2.0.4 重力式挡土墙 gravity retaining wall由墙身和底板构成的、主要依靠自身重量维持稳定的挡土建筑物。 2.0.5 半重力式挡土墙 semigravity retaining wall 为减少圬工砌筑量

8、而将墙背建造为折线型的重力式挡土建筑物。 2.0.6 衡重式挡土墙 shelf retaining wall 墙背设有衡重台 (减荷台)的重力式挡土建筑物。 2.0.7 悬臂式挡土墙 cantilever retaining wall由底板及固定在底板上的悬臂式直墙构成的，主要依靠底板上的填土重量维持稳定的挡土建筑物。 2.0.8 扶壁式挡土墙 (扶垛式挡土墙) counterfort retaining wall 由底板及固定在底板上的直墙和扶壁构成的，主要依靠底板上的填土重量维持稳定的挡土建筑物。 2.0.9 空箱式挡土墙 chamber retaining wall 由底板、顶板及立墙组

9、成空箱状的，依靠箱内填土或充水的重量维持稳定的挡土建筑物。 2.0.10板桩式挡土墙 sheet-pile retaining wall利用板桩挡土，依靠自身锚固力或设帽梁、拉杆及固定在可靠地基上的锚碇墙维持稳定的挡土建筑物。 2.0.11锚杆式挡土墙 anchor retaining wall 利用板肋式、格构式或排桩式墙身结构挡土，依靠固定在岩石或可靠地基上的锚杆维持稳定的挡土建筑物。 2.0.12加筋式挡土墙 reinforced retaining wall 利用较薄的墙身结构挡土，依靠墙后布置的土工合成材料减少土压力以维持稳定的挡土建筑物。 2.0.13前趾 foretoe 为调整挡

10、土建筑物重心，其底板向墙前挑出一定长度的部分。2 术语 3 级别划分与设计标准 3.1 级别划分 3.1.1水工建筑物中的挡土墙应根据所属水工建筑物级别，按表 3.1.1确定。表 3.1.1 水工建筑物的挡土墙级别划分注：1、主要建筑物中的挡土墙是指一旦失事将直接危及所属水工建筑物安全或严重影响工程效益的挡土墙； 2、次要建筑物中的挡土墙是指失事后不致直接危及所属水工建筑物安全或对工程效益影响不大并易于修复的挡土墙。 3.1.2独立布置的水工挡土墙应根据其重要性按 GB50201-94及 SL252-2000的有关规定划分级别。 3.1.3 城市防洪工程中水工挡土墙的级别，应按 CJJ 509

11、2的规定确定。、 3.1.4 位于防洪 (挡潮)堤上具有直接防洪 (挡潮)作用的水工挡土墙，其级别不应低于所属防洪 (挡潮)堤的级别。 3.1.5 采用实践经验较少的新型结构的 24级水工挡土墙，经论证后可提高一级设计。但洪水标准不提高。 3.1.6 与两个及两个以上不同级别建筑物相关的水工挡土墙，可按较高级别建筑物定级。 3.2 设计标准 3.2.1 水工挡土墙的洪水标准应与所属水工建筑物的洪水标准一致。 3.2.2 不允许漫顶的水工挡土墙墙前有挡水或泄水要求时，墙顶的安全加高值不应小于表 3.2.2规定的下限值。表 3.2.2 水工挡土墙墙顶安全加高下限值 (m) 3.2.3 城市防洪工程

12、中水工挡土墙的洪水标准及安全加高值，应按 CJJ 5092的规定确定。 3.2.4 水工挡土墙的抗震设计应与所属水工建筑物的抗震设计标准相协调。 3.2.5 对于砌石挡土墙，其结构构件强度安全系数应按 SL 252006的规定采用。 3.2.6 混凝土及钢筋混凝土挡土墙结构构件强度安全系数，钢筋混凝土挡土墙结构构件的抗裂安全系数以及昀大裂缝宽度的允许值，应按 SDJ 2078的规定采用。 3.2.7 沿挡土墙基底面的抗滑稳定安全系数不应小于表 3.2.7规定的允许值。表 3.2.7 挡土墙抗滑稳定安全系数的允许值注：特殊组合适用于施工情况及校核洪水位情况，特殊组合适用于地震情况。 3.2.8

13、当土质地基上的挡土墙沿软弱土体整体滑动时，按瑞典圆弧法或折线滑动法计算的抗滑稳定安全系数不应小于表 3.2.7规定的允许值。 3.2.9 岩石地基上挡土墙沿软弱结构面整体滑动，当按公式 (6.3.6)计算的稳定安全系数允许值，可根据工程实践经验按表 3.2.7中相应规定的允许值降低采用。 3.2.10设有锚碇墙的板桩式挡土墙，其锚碇墙抗滑稳定安全系数不应小于表 3.2.10规定的允许值。表 3.2.10 锚碇墙抗滑稳定安全系数的允许值3.2.11对于加筋式挡土墙，不论其级别，基本荷载组合条件下的抗滑稳定安全系数不应小于 1.40，特殊荷载组合条件下的抗滑稳定安全系数不应小于 1.30。 3.2

14、.12土质地基上挡土墙的抗倾覆安全系数不应小于表 3.2.12规定的允许值。表 3.2.12 土质地基上挡土墙抗倾覆安全系数的允许值3.2.13岩石地基上 13级水工挡土墙，在基本荷载组合条件下，抗倾覆安全系数不应小于 1.50，4级水工挡土墙抗倾覆安全系数不应小于 1.40；在特殊荷载组合条件下，不论挡土墙的级别，抗倾覆安全系数不应小于 1.30。 3.2.14对于空箱式挡土墙，不论其级别和地基条件，基本荷载组合条件下的抗浮稳定安全系数不应小于 1.10，特殊荷载组合条件下的抗浮稳定安全系数不应小于 1.05。4 工程布置 4.1 一般规定 4.1.1 水工挡土墙布置应根据工程所在地的地形、

15、地质、水流等条件以及所属水工建筑物的总体布置、功能、特点、运用要求等确定，做到紧凑合理、协调美观。 4.1.2 水工挡土墙按其所在位置、功能要求可分为岸墙、翼墙和挡墙等类型。 4.1.3 水工挡土墙按其受力条件可采用重力式、半重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、空箱式、板桩式、锚杆式或加筋式等断面结构型式。 4.2 结构布置 4.2.1 用作岸墙的挡土墙，宜采用直线式布置；根据工程需要，也可采用直线与圆弧 (椭圆弧)组合的布置型式。 4.2.2 用作翼墙的挡土墙，可采用圆弧 (椭圆弧)式、直线与圆弧(椭圆弧)组合式、曲线式、折线式、扭曲面式等型式。 4.2.3 其它工程类型的挡土墙，可按所属工程的

16、总体布置要求，选用合适的平面布置型式。 4.2.4 土质地基上挡土墙的结构型式，可根据地质条件、挡土高度和建筑材料等，经技术经济比较确定： 1在中等坚实地基上，挡土高度在 8m以下时，宜采用重力式、半重力式或悬臂式结构；挡土高度在 6m以上时，可采用扶壁式结构；当挡土高度较大、且地基条件不能满足上述结构型式要求时，可采用空箱式或空箱与扶壁组合式结构。 2在松软地基上，宜采用空箱式结构，也可采用板桩式结构。当采用板桩式挡土墙时，可根据土质条件和施工方法选用打入式或现浇式(地下连续墙)墙体，并可根据稳定要求选用无锚碇墙或有锚碇墙的结构。 3在坚实地基和人工加固地基上，挡土墙的结构型式可不受挡土高度

17、的限制，但应考虑材料特性的约束条件。 4 在稳定的地基上建造挡土建筑物时，可采用加筋式挡土墙结构。加筋式挡土墙的墙面宜采用带企口的预制混凝土块砌筑，但应妥善处理好墙面结构的防渗或导滤问题，并可根据墙后填土的潜在破坏面的形状选用刚性筋式或柔性筋式，前者采用加筋带或刚性大的土工格栅，后者采用土工织物。 5 8度及 8度以上地震区的挡土墙不宜采用砌石结构。 4.2.5 岩石地基上挡土墙结构型式应考虑地基及材料特性的约束条件。 4.2.6 不允许越浪的挡土墙的墙顶高程应按以下规定确定：1 不应低于所属水工建筑物正常挡水位 (或昀高挡水位 )加波浪计算高度与相应安全加高值之和； 2 当墙前泄水时，其墙顶

18、高程不应低于设计洪水位 (或校核洪水位)与相应安全加高值之和； 3 软弱地基上挡土墙墙顶高程的确定，还应考虑地基沉降的影响。 4.2.7挡土墙的墙顶宽度应根据墙体建筑材料和填土高度合理确定。混凝土或钢筋混凝土挡土墙的墙顶宽度不应小于 0.3m，砌石挡土墙的墙顶宽度不宜小于 0.5m；墙后填土不到顶时，墙顶宽度宜适当放宽。 4.2.8 挡土墙底板的埋置深度应根据地形、地质、水流冲刷条件，以及结构稳定和地基整体稳定要求等确定。 1当挡土墙墙前有可能被水流冲刷的土质地基，挡土墙墙趾埋深宜为计算冲刷深度以下 0.5 1.0m，否则应采取可靠的防冲措施。 2对于土质地基，挡土墙底板顶面不应高于墙前地面高

19、程；对于无底板的挡土墙，其墙趾埋深宜为墙前地面以下 0.51.0m。 4.2.9 当挡土墙布置在沿墙长方向的纵向坡上时，其底部可按阶梯形分段布置。每个台阶长度不应小于 2.0m，相邻台阶高差不宜大于 2.0m。挡土墙除应满足墙趾埋深的要求外，还应满足挡土墙纵向稳定的要求。 4.2.10挡土墙的底板厚度应根据结构强度要求等确定。 1 混凝土或钢筋混凝土挡土墙的底板厚度不宜小于 0.3m，砌石挡土墙的底板厚度不宜小于 0.5m，采用桩基础时底板宜加厚； 2 底板的前趾伸出长度及厚度应根据结构稳定要求等确定。 3 土质地基上的挡土墙底板底部宜设置齿墙，齿墙深度可采用 0.51.0m。 4.2.11挡

20、土墙的迎水面可采用垂直或略向后倾的结构型式。 4.2.12重力式、半重力式挡土墙墙底宽度和半重力式挡土墙背坡折点处的墙身宽度应根据结构强度要求等确定。 4.2.13衡重式挡土墙尺寸应根据结构稳定和地基强度要求等确定。衡重台可设置在 0.40.5倍墙高处。 4.2.14悬臂式挡土墙墙体及底板截面厚度应根据结构强度要求等确定。 4.2.15扶壁式挡土墙扶壁宜为等厚度，扶壁坡比可根据挡土墙的结构稳定要求等确定。墙体与扶壁、墙体与底板之间宜设贴角。扶壁间距可根据平面布置分析确定，墙体及扶壁的截面厚度应根据结构强度要求确定。 4.2.16空箱式挡土墙墙体宜采用等厚度的结构型式，其水平截面的布置及尺寸应根

21、据结构稳定和强度要求等确定。墙体与墙体、墙体与底板之间宜设贴角。空箱式挡土墙的前墙留有进水孔时，前墙上部应留有足够面积的排气孔。4.2.17板桩式挡土墙的厚度应根据结构稳定、强度及耐久性要求等确定。钢板桩的昀小厚度不宜小于 12mm，钢筋混凝土板桩的昀小厚度不宜小于 0.3m，板桩的宽度及搭接型式可根据施工工艺条件等确定。板桩式墙体结构除应考虑自身稳定外，还应采取防止墙后土体由墙体接缝中流失的措施。地下连续墙墙体的昀小厚度不宜小于 0.4m。对于有锚碇墙的板桩式挡土墙结构，拉杆中部应设置可施加预紧力的装置，拉杆和预紧装置宜采用高强度钢材。钢制构件还应考虑在使用周期内可能引起的腐蚀量。 4.2.

22、18锚杆式挡土墙尺寸除应满足强度、刚度和抗裂要求外，还应满足挡墙立柱基础、锚杆钻孔锚固和防腐蚀要求。挡墙立柱间距不宜大于 8m；预应力锚杆自由段长度不应小于 5m，且应超过潜在滑裂面；锚杆的锚固段长度由计算确定。 4.2.19加筋式挡土墙的墙体及其基础的断面、以及加筋材料和长度应根据作用于墙上的各项荷载分别按墙体外部稳定性和筋材内部稳定性试算确定。对于有刚性墙面的结构，墙体基础宜采用预制混凝土结构，其宽度不应小于 0.3m，厚度不应小于 0.2m，埋深不应小于 0.6m。面板宜采用预制钢筋混凝土结构，厚度不宜小于 0.15m。筋材长度不应小于墙高的 0.7倍，且不应短于 2.5m；当墙顶以上有

23、超载时，加筋材料长度不应短于墙高的 0.8倍。采用的加筋材料除应满足结构稳定性要求外，还应考虑耐久性要求。 4.2.20采用组合式结构时，应按上述各条规定综合考虑结构的强度、稳定及耐久性要求。采用新型或特殊的结构型式应经技术论证确定。 4.2.21挡土墙的分段长度应根据结构和地基条件以及材料特性确定。对于钢筋混凝土挡土墙，当建筑在坚实或中等坚实的土质地基上时，其分段长度不宜大于 20m；当建筑在或岩石地基上时，其分段长度不宜大于 15m。对于混凝土结构、砌石或混凝土砌体结构的挡土墙，以及建筑在松软土质地基上的钢筋混凝土挡土墙，其分段长度应适当减短。 4.2.22采用沉井基础的挡土墙分段长度应与

24、沉井尺寸协调，且应考虑材料特性的约束条件。 4.2.23挡土墙与所属水工建筑物、挡土墙与挡土墙之间应留有永久缝 (伸缩沉降缝 )，永久缝的缝宽可采用 1025mm。永久缝缝间应铺贴沥青油毡或其他柔性材料。有防渗要求的永久缝内还应设止水。 4.2.24挡土墙的安全监测应与所属水工建筑物一并考虑， 1、2级水工挡土墙宜设沉降、位移等监测项目。 4.3 防渗与排水布置 4.3.1当建筑物总体布置要求设防渗与排水时，挡土墙的防渗与排水可按本规范 4.3.34.3.8条的规定布置。 4.3.2 挡土墙的防渗与排水布置应根据地基条件和墙前、墙后水位差等因素，结合所属水工建筑物的总体布置要求分析确定。 4.

25、3.3对透水地基，且墙前、墙后水位差较大时，挡土墙底板下宜设置垂直防渗体，墙前渗流出逸处应满足反滤要求。 4.3.4当地基下卧层为相对透水层时，尚应验算墙前覆盖土层的抗浮稳定性。必要时可采取相应的排水措施。 4.3.5岩石地基上的挡土墙，可根据防渗需要在挡土墙底板高水位侧设置水泥灌浆帷幕。 4.3.6 采用砌石材料或混凝土预制块修建的挡土墙，其墙体应采取有效的防渗措施。 4.3.7当挡土墙墙前无水或水位较低而墙后水位较高时，可在墙体内埋设一定数量的排水管。排水管可沿墙体高度方向分排布置，排水管间距不宜大于 3.0m。排水管宜采用直径 5080mm的管材，从墙后至墙前应设不小于 3的纵坡，排水管

26、后应设级配良好的滤层及集水良好的集、排水体。 4.3.8挡土墙墙后填土面应设置排水良好的地表排水设施。5 荷载 5.1 荷载分类及组合 5.1.1作用在挡土墙上的荷载可分为基本荷载和特殊荷载两类。 1基本荷载主要有下列各项： 1)挡土墙结构及其底板以上填料和永久设备的自重； 2)挡土墙墙后填土破裂体范围内的车辆、人群等附加荷载； 3)相应于正常挡水位、设计洪水位或墙后正常地下水位情况下的土压力； 4) 相应于正常挡水位、设计洪水位或墙后正常地下水位情况下的水重、静水压力和扬压力； 5)淤沙压力； 6)相应于正常运行水位、设计洪水位情况下的风浪压力； 7)冰压力； 8)土的冻胀力。 2特殊荷载主

27、要有下列各项： 一 )相应于校核洪水位或墙后地下高水位情况下的土压力； 一 )相应于校核洪水位或墙后地下高水位情况下的水重、静水压力和扬压力； 一 )相应于校核洪水位情况下的风浪压力； 一 )地震荷载； 一 )其他出现机会较少的荷载等。 一 5.1.2 应将可能同时作用的各种荷载进行组合。荷载组合可分为基本组合和特殊组合两类。可按表 一 5.1.2的规定采用。墙前有水位降落时，还应按特殊荷载组合计算此种不利工况。表 5.1.2 荷载组合表5.2 荷载计算 5.2.1挡土墙结构及其上部填料的自重应按其几何尺寸及材料重度计算确定。永久性设备应采用铭牌重量。 5.2.2作用在挡土墙墙后填土破裂体范围

28、内的车辆、人群等附加荷载，可按国家现行的有关标准的规定确定。 5.2.3作用在挡土墙上的土压力应根据墙后填土性质、挡土高度、填土内的地下水位、填土顶面坡角及超荷载等计算确定。对于有向外侧移动或转动趋势的挡土墙，可按主动土压力计算；对于沉井基础、板桩和锚碇墙结构的土抗力，可按被动土压力计算。土压力计算公式见附录。 5.2.4作用在挡土墙底板上的水重应按其实际体积及水的重度计算确定。多泥沙河流上的挡土墙还应考虑含沙量对水的重度的影响。 5.2.5作用在挡土墙上的静水压力应根据挡土墙不同运用情况时的墙前、墙后水位组合条件计算确定。多泥沙河流上的挡土墙还应考虑含沙量对水的重度的影响。 5.2.6作用在

29、挡土墙基底面的扬压力应根据地基类别、防渗与排水布置及墙前、墙后水位组合条件计算确定。 5.2.7作用在挡土墙上的淤沙压力应根据墙前可能淤积的厚度及泥沙重度等计算确定。 5.2.8 作用在挡土墙上的风浪压力，应根据墙前风向、风速、风区长度 (吹程)、风区内的平均水深以及墙前实际波态的判别等，按国家现行有关标准的规定计算确定。 5.2.9作用在挡土墙上的冰压力、土的冻胀力、地震荷载以及其它荷载，可按国家现行有关标准的规定计算确定。施工过程中各个阶段的临时荷载应根据工程实际情况确定。6 稳定计算 6.1 一般规定 6.1.1水工挡土墙的稳定计算应根据地基情况、结构特点及施工条件进行计算。在各种运用情况下，挡土墙地基应能满足承载力、稳定和变形的要求。 6.1.2土质地基上挡土墙的计算应根据地基土和填料土的常规物理力学性质试验指标进行。地基土的专门试验项目应根据工程具体情况确定。 6.1.3地基土的剪切试验方法可按 SL 2652001的规定选用。基岩物理力学性质指标的试验方法可按 SL 2642001的规定选用。 6.1.4 挡土墙墙后填料土应根据防渗排水要求及土料来源等因素，综合选用抗剪强度指标较高的土料。