挡土墙稳定性验算.docx

1、挡土墙稳定性验算纬地挡土墙设计系统（DQDesign v.10） 挡土墙系统是一套在Windows状态下的AutoCAD2000版上运行的计算绘图系统，集验算、计算、设计和绘图于一体。 （1）、系统用户界面友好（基于Windows应有程序界面），交互式数据输入（采用对话框模式），使用方便、灵活。（2）、数据输入时给予规范规定的相关数据提示，免去用户翻阅规范的繁琐。（3）、系统以中交第二公路勘察设计研究院主编的公路挡土墙设计与施工技术规范为技术蓝本。（4）、系统在开发过程中，由规范主要撰稿人和专业人员担任技术指导和顾问，力求软件的应用更为广泛，软件对各种情况下的挡墙处理更为妥贴。一、计算模块 本

2、模块用于用户对新规范的条文规定还不太熟悉，拟定挡墙的断面尺寸缺少经验时，由软件自动计算确定挡土墙断面尺寸的情况。软件根据用户输入的墙高、墙面坡度，少数几何尺寸及必要的地基与路基参数按截面强度、基底应力和偏心距、滑动稳定和倾覆稳定 四个控制条件进行计算，以一定步长调整基底倾斜角、基础宽高、挡墙背坡和墙顶宽等几何尺寸，在同时满足四项控制条件下，自动寻找一个圬工体积最小的断面尺寸,计算完毕后向用户提供一个经济但又能满足规范要求的临界断面尺寸供选择使用。二、验算模块 本模块适用于有一定设计经验的挡土墙设计工程师，挡墙断面尺寸由用户拟定或者用于验算既有挡土墙的安全性。软件对用户输入的挡土墙断面数据按截面

3、强度、基底应力和偏心距、滑动稳定和倾覆稳定四个控制条件进行验算，当某项验算中出现不符合规范规定情形时，软件将给予明确提示并征询用户验算是否继续，验算完毕，软件提供相应的修改数据，否则则直接打印出验算中断时的结果。验算完毕可查看完整的验算过程，并可打印出来进行查阅。三、设计绘图模块 本模块运行与AutoCAD2000下，进入AutoCAD2000后，单击挡土墙子菜单项弹出相应的数据输入对话框，完成相应的数据输入。如果单击子菜单项，断面，则进入断面设计，根据路线资料，路基资料和各个断面数据自动生成挡墙路段路基横断面，用户只需确定挡墙形式，程序自动按用户给定的步长生成挡墙断面尺寸和各种步长情况下的断

4、面图，最后推荐一个体积最省的断面尺寸及所在位置给用户，用户还可根据实际需要调整该断面及位置。如果用户除了输入挡墙形式外，还输入了填土高度，此时程序认为挡墙位置已定，则马上算出此时满足各种要求的断面尺寸来。确定所有断面尺寸以后单击子菜单项。立面即进入立面设计，程序根据路线资料和断面数据绘出挡墙墙址纵向地面线控制点连线、墙顶连线、路基边沿线连线和基础线，同时生成一工具条，通过工具条用户可以根据规范规定、地面线变化、地质资料交互式确定挡土墙起始桩号、分段长度和基础分级长度和级数。立面图确定后单击子菜单项。平面进入平面设计，程序根据路线平面设计资料，挡土墙尺寸及分级分段资料，绘出挡土墙平面布置图。最后

5、，绘制分段挡土墙尺寸表和工程数量表。整个设计绘图过程简单明了、快捷且方便，即使有不同设计习惯的单位，用本软件也能很好地完成设计任务。沿海地区挡土墙的设计与稳定计算日期：2006-08-18 来源： 作者：佚名 字体：大 中 小1基本情况近年来，沿海地区修建，复建了较多的排水、防潮闸及橡胶坝等挡水建筑物。在运用过程中，出现质量问题较多的是建筑物两岸及上下游的挡土墙。在对22座建筑物的统计中，有20的挡土墙出现不同程度的沉降、滑坡、断裂、倾斜现象。其主要原因是：1地质条件差，地震及其余震时常出现，地基沉降比较严重。海陆交互相地质经2000年复测沉降值达011m。2设计断面不合理，安全系数偏低。3设

6、计阶段对施工质量及关键环节规范不足。因此，选择合理的设计方案和严格的稳定计算是保证挡土墙安全运用的关键。2挡土墙设计（1）挡土墙的形式工程中基本采用重力式挡土墙，它具有墙背粗糙地基牢，稳定斜坡推力小的特点。墙背倾斜又分为3种形式：直立、前倾、后倾。如图1中的（a）、（b）、（c）所示。（2）挡土墙设计特点沿海地区地基大部分呈流塑状态，以上3种结构型式很难满足设计规范要求。经过实践，我们选择了薄壁变异式挡土墙，如图1中的（d）所示，即在原重力式挡土墙的基础上，减小壁厚，加大基础面积。这样不仅减小了自身重量，还具有安全稳定减少工程投资的特点。3薄壁变异式挡土墙的结构及稳定计算（1）墙体自重计算简图

7、如图2所示。其中W墙体自重W墙体自重加上墙后土的重量（2）墙侧向土压力 水平地震作用下的总土压力P： P=（1KhCuCatg）P（1） 式中“”和“ ”号分别对应于主、被动土压力 Cu综合影响系数，取14Ca地震动土压力系数，查系数表得475Kh水平向地震系数，与设计烈度有关，7以下取01，8、9度分 另取02和04 P静力土压力 P=12rH2Ka（2） 式中r 土的容重 H 挡土墙的总高度 Ka静土压力系数。通过试验求得松砂土为04密砂土为07， 粘土为05，也可用近似公式计算Ka=1 sin（3） 式中填土的内摩擦角 P作用在基底以上12H（矩形）或13H（三角形），作用方向与水平方向

8、夹角为： =O（4） 式中挡土墙背连线与竖直墙的夹角 O墙背面与土之间的内摩擦角，竖直混凝土墙背面 O=1312（3）挡土墙抗倾覆抗滑动计算 采用规范公式： 式中b 基底倾覆与墙体形心水平距离 a 基底倾覆点与土压力作用点距离 Ex、Ey 土压力的水平、竖直分力 h 土压力形心作用点与基底垂直距离 挡土墙基底摩擦系数 采用上述公式要考虑设计、施工、使用阶段分别计算，取最不利阶段值。 （4）挡土墙基底应力计算 式中A墙底面积； W墙底面积对墙底垂直方向轴的面积矩W=bL2b（8） MO最大变矩 MO=12qL2（9） 式中q荷载 L集中荷载作用点与转动点之距 （5）挡土墙最薄弱断面强度计算 取墙

9、趾最不利断面，按钢筋混凝土结构设计规范（TJ1074）公式Mmax=12qL2AO=KMbh2ORW进行强度配筋计算（强度计算略）。4挡土墙的稳定计算实例 （1）基本参数，见图2。 墙后无粘性土的容重=18tm3，内摩擦角O=30，粉土地基取摩擦系数=028，Ka=07。 （2）墙侧向土压力大小、方向、作用点1静土压力P=17035tm；2侧向土压力P1=18203tm（主动土压力）；作用点高度h=1252=26m；a=134tg44347=469m；=4413 1=54（与水平面夹角）。 （3）抗倾覆、稳定计算 由以上公式求得：Ex=107tm，Ey=1473tm，W=1298t（取单位长度

10、），W1=5705t。挡土墙面积F=5193m2，重心距b为2087m。 Kq=34515满足规范要求。 Kh=188135满足设计要求。5计算过程中应注意的问题及处理方法 （1）薄壁变异式挡土墙抗滑稳定计算时，会出现小于允许值的现象，此时应检查是否加上了墙背契形土的重量。 （2）当地基应力值偏大时，也可采取拉锚锁定的方式，减小水平推力。具体做法是：在墙体H2高度处设拉锚筋与填土侧的锚块连接，锚块尺寸为1507502m，取上下两个摩擦面，摩擦系数为02，锚块上填土厚度为20m，则每个锚块可增加20t的摩擦阻力，有效地改善了地基应力值和抗滑的问题。 （3）设计阶段对施工阶段的工程质量提出具体要求

11、：1基础开挖后要及时填筑，以免因地基回弹产生负面影响。2墙背侧反滤层及排水口要保证其体积及粒径要求，防止土、料混合使用。3混凝土钢筋保护层和混凝土标号应满足抗冻、抗渗的要求，以免因断面较小、受冻融影响腐蚀损坏。6结语 薄壁变异式挡土墙结构是在重力式挡土墙的基础上因地制宜发展而来的，实际工程中，可采取联合的结构形式，其计算方法基本相同。对于多地震带的地区，只要在地基应力允许的条件下，应尽量扩大抗滑计算值。唐山市黑沿子防潮闸挡土墙采用薄壁变异式结构，经过5年的运用未出现任何问题。实践证明，薄壁变异式挡土墙具有抗倾、抗滑、平衡地基应力值、降低工程造价的特点，值得在沿海地区推广应用。 连拱空箱式挡土墙

12、结构形式的探讨 【提要】连拱空箱式挡土墙是一种适用于在软土地基上建造高挡墙的新型结构。它在墙身部位采用了拱型和T型结构，受力明确，各种筑墙材料能够充分发挥其力学特性，做到既合理又经济。本文首先对软土地基上常见的各类挡土墙进行简要的适用性分析，并举连拱空箱式挡土墙实例进行稳定验算，而后将验算结果与在同等条件下（即挡土高度和设计参数均一致）的钢筋混凝土扶壁式挡墙计算实例进行对比，结果证明：连拱空箱式挡土墙在软弱地基上的适应性远胜于钢筋混凝土扶壁式挡墙。此外：它造价低廉、筑墙材料多样化以及一旦发生事故可进行有效的补救都是其独到之处。 【关键词】 连拱空箱式挡土墙 1 前言 苏州市地处长江下游冲积平原

13、，地貌形态上属河流堆积地貌区。地基土质以亚粘土和粘土为主，地下水位高，一般地基承载力约在120180(KPa) ，最大也不超过240(KPa)。在软弱地基上砌筑高挡墙不外乎有两种选择：其一、采用桩基础或其它加固地基措施。其二、选择合理的挡墙结构。本文的探讨范围仅限于后者。此外，就挡墙外形而言，又可分为挡墙外墙面垂直或仰斜两种。在同等挡土条件下采用外墙面垂直的挡墙基底反力大，且稳定性亦较差，而外墙面仰斜的则要好得多（这也要看仰斜角的大小）。因此在公路挡土墙中普遍采用的是外墙面仰斜的挡土墙。但是用于城市道路的挡土墙却是以外墙面垂直型居多，这是因为：其一、该型式挡墙占地面积小，可节约宝贵的城市用地。

14、其二、外墙面垂直的挡墙在外观上与周围城市建筑物更显得和谐统一。 本文所讨论的挡土墙均系指建造在软土地基上且外墙面为垂直的挡土墙。2 常见挡墙类型的适用性分析2.1 重力式挡墙 对于挡土高度不超过5米的路基挡墙，重力式挡墙常为首选结构。该挡墙形式最为简洁，便于施工，缺点是基底应力不平衡，靠前趾部位的基底应力远大于靠后踵的基底应力。当挡土高度超过5米，重力式挡墙的前趾基底应力有可能超过地基容许承载力，不得已可选用构造稍复杂的衡重式挡墙。2.2 衡重式挡墙 衡重式挡墙的最大优点是可利用下墙的衡重平台迫使墙身整体重心后移，使得基底应力趋于平衡，这样可适当提高挡土高度。但从另一方面来看：衡重式挡墙的构造

15、形式又限制了挡墙基底宽度不可能做得很大（与重力式挡墙相比），因此就扩散挡墙基底应力而言，衡重式挡墙反不如重力式挡墙。所以采用衡重式挡土墙能够提高的挡土高度也是比较有限的。2.3 钢筋混凝土扶壁式挡墙 可进一步提高挡墙砌筑高度，但挡墙底板必须有足够的宽度，特别在前齿部位。否则基底应力仍很大（见下述两种挡墙稳定验算的对比结果）。该挡土墙耗钢量大，造价颇高；而且墙体均为立模现浇，施工不易。2.4 加筋土挡墙 是一种能适应软土地基砌筑高挡墙的理想结构。它使原本作为挡墙外荷载的墙后填料转化为墙体结构的一部分无疑是一种创造性的突破。加筋土挡墙造价低廉具有良好的经济效益，而且它的装配式构件十分有利于快速施工

16、。尽管加筋土挡墙有诸多优点，但在我苏南城市用得还不多，主要原因是：城市道路敷设地下管线多，与挡墙筋带形成垂直交叉互有干扰。此外，万一今后路面开挖维修管道会影响到挡土墙的安全。3 连拱空箱挡土墙计算实例3.1 设计参数及实例图 为使连拱空箱挡土墙可与同等条件下的钢筋混凝土扶壁式挡土墙进行比较，在本计算实例中连拱空箱挡土墙的高度、底板宽度以及其它设计参数均（除若干需补充的项目外）取自“文献1.”（第808页）钢筋混凝土扶壁式挡土墙计算实例，如下： 挡墙墙高H10(m)，墙底宽B5.33(m)，墙前覆土深度h1(m) 墙背填料容重018(KN/m3)，水泥混凝土容重125(KN/m3) 浆砌块石容重

17、223(KN/m3)，预制盖板容重320(KN/m3) 内摩擦角35，外摩擦角/2，墙背倾角0 基底摩阻系数f0.4 墙后活载：汽车超20级（见“文献1.”换算土层高度h00.59m） 抗滑动和抗倾覆稳定系数：Kc 1.3，Km 1.5 连拱空箱挡土墙计算实例如下图1所示：3.2 墙体自重计算 取标准计算单元3.8(m)（见图1B），求挡墙各部位的自重力，以及对前趾O点（见图1A）的重力矩。见表1： 墙体自重合力作用点位置：Z16365.86/1929.873.299(m) 单位宽度（沿墙纵向1米）墙体平均自重力：W1929.87/3.8507.86(KN) 注：“文献1.”（第811页）钢筋

18、混凝土扶壁式挡墙自重力 N974.34(KN)比本例连拱空箱式挡土墙大了近一倍。 3.3 墙背土压力计算 土压力作用面及基底滑动面（见图1C）和（图2），补充设计参数如下： 墙背高 HH0.710.7(m) （计入齿坎高） 基底计算宽度 BB0.15.23(m) （偏保守取值） 基底滑动面倾角 0arctg（0.7/5.23）7.623345 其余设计参数同前，以下按库仑公式计算土压力：3.6 墙体结构受力分析 墙后土压力作用在预制水泥砼无铰拱上并传递至隔墙，在一个标准计算单元内：拱座、隔墙和前墙组合成一个垂直安置的T型梁，该T型梁下端固定，上端自由，钢筋配置在拱座内并延伸至齿坎（见图1C），

19、拱座为现浇水泥砼。前墙因仅受压应力而无拉应力力（或者很小），故可采用浆砌块石或其它砌块，而不必考虑配筋。 底板结构计算和配筋可参照钢筋砼扶壁式挡墙。限于篇幅，墙体配筋计算及其它结构计算均省略。3.7 局部构造（1）管线布置。因城市道路管线多，预制盖板的设置高度必须考虑到管线的安放位置。一般邮电、通讯电缆可安放在预制盖板上，其余如煤气、自来水等可利用隔墙作支墩，与预制盖板并列或置于盖板以下。（2）泄水孔和通风孔。泄水孔用于排出空箱内积水，不必多言。通风孔有两个作用：其一、若空箱内有煤气管道穿过，可及时排出可能因管道泄漏产生的可燃气体。其二、若是该挡墙用作河驳岸，则可始终保持河水位与空箱内水位一致

20、，避免因河水位变化造成空箱内、外水位落差。因为：当空箱内水位高于河道水位时，驳岸自重力增加，地基可能因为超载导致驳岸不安全；而当空箱内水位低于河道水位时，空箱内形成浮托气囊，同样可能导致驳岸失稳。（3）检修通道。考虑检修通道的目的是便于在挡墙竣工后可进入空箱内进行观察和维修，如：拱波是否有损坏，墙体是否有裂缝或不均匀沉降，以及管道是否漏水漏气等。拱波在预制时需预埋爬梯钢筋（见图B），这样在检修时只需揭开拱波顶端预制盖板即可顺爬梯进入空箱内。（4）预制构件。城市道路路基挡墙一般位于人行道部位较多，预制盖板上部主要是人行道路面及少量覆土，人行活载较小。若经计算允许，可直接购买（或预定）现成的建筑预

21、应力空心楼板，既方便又经济。 拱波的预制可挖出凹型地模，按计算宽度分块间隔先浇筑第一批拱波，待初凝后填充间隔浇筑第二批，非常方便。 隔墙和前墙的取材具有多样性：如采用水泥砼砌块或砖砌体等。必须注意的是隔墙部位的砌块应上下错缝砌筑，这样可避免在土压力作用下形成通缝剪切。4 连拱空箱式挡土墙的优越性4.1 挡土墙自重力可调范围大 在挡墙外形尺寸基本选定的情况下，挡墙的自重力可通过以下几种方法进行调整：改变箱内填料高度、改变隔墙或前墙厚度、改变墙体砌筑材料或改变相邻隔墙间距等。挡土墙自重力的可调性意义很大：墙体过重固然对抗滑稳定有利，但却不能适用于软土地基。再比较一下上述两种挡墙实例的验算结果：尽管

22、采用的土压力计算公式有所不同，计算得两个主动土压力值却非常接近，然而两种挡墙的自重力或前趾基底应力都要相差近一倍。挡墙设计的合理思路应该是：首先从墙体构造上应尽可能增加稳定因素，如基底做成向后倾斜或加齿坎等增加抗滑力；使墙体重心后移增加抗倾力矩，然后在满足稳定的前提下尽可能地减轻墙体自重力，使之与软土地基相适应。这对于实体挡墙来说，减轻自重十分不易，而对于连拱空箱式挡土墙却是可行的。4.2 挡墙失稳后的补救 通常挡土墙在失稳后是很难补救的，而连拱空箱式挡土墙则是例外。挡墙从失稳到破坏一般不会在瞬间发生，顷刻崩溃，总是有一段时间上的持续过程，这就为采取补救措施争取了时间。当发现挡墙有倾覆或滑动位

23、移后，立即揭开预制盖板，向空箱内加入压重填料，以增加抗倾覆力矩和增大基底摩阻力来恢复挡墙的稳定。当然，这种补救措施应该是在地基承载力容许的前提下才能奏效，否则另当别论。 向空箱内加入压重填料应避免填料可能对前墙产生的较大侧向力，方法有：在填料间分层放置加筋带（其原理同加筋土挡墙）。或者在填料中掺入水泥、石灰等凝固剂。 压重填料应在相邻空箱内同时放，或控制加入量轮流放，绝对不能加足一个箱体后再加下一个，这样做将导致挡墙纵向基底应力不平衡和底板承受非正常的扭曲变形。4.3 施工较简便和经济效益好 连拱空箱式挡土墙虽然构造较复杂些，但是施工操作还是比较简单的。如前墙和隔墙均为垂直墙，相对比俯斜或仰斜

24、面墙好做。拱波预制也不必很讲究外观和尺寸的精度。只有底板和拱座需立模现浇并扎钢筋较复杂些。 按我市当前行情测算连拱空箱式挡土墙比扶壁式挡墙节省经费约20，不过这里没有考虑地基加固经费，对于软土地基而言，扶壁式挡墙还应计入地基加固费用。5. 结束语（1）连拱空箱式挡土墙主要适用于建造高挡墙，对于较矮的挡墙还是以构造尽可能简单为好。（2）设计连拱空箱式挡土墙必须着重考虑基底的抗滑构造，只有增强了基础的抗滑性才有可能减轻墙体自重力，经济效益也越好。（3）拱座的配筋还不成熟，现有的配筋理论是针对钢筋与水泥混凝土的组合作用。对于钢筋与浆砌片石的组合作用、钢筋与砖砌体的组合作用是否存在某种变异尚不清楚，有

25、待于进一步实验论证。 如有不当之处，恳请专家、同行批评指正。6参考文献交通部第二公路勘察设计院公路设计手册路基（第二版）人民交通出版社1996年5月。 公路路基设计规范（JTJ 01386）1986年。注：本文刊登在公路1997年第6期。山区公路挡土墙设计浅析-作者： 来源： 发表时间：2006-08-24 浏览次数：1775 字号：大 中 小 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

26、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

27、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（）454035302614-21表2 填料标准

28、容重土的种类砾石、碎石、砾质土砂、砂质土粉土、粘性土（l50%）石灰土（石灰10%）粉煤灰容重（KN/m3）20191818152.2.2 墙背摩擦角 填土与墙背间的摩擦角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=/2。2.2.3 基底摩擦系数 基底摩擦系数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

29、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