第五节 重力式挡土墙设计与验算

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

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

K表示，即作用于挡土墙的抗滑力与实际下滑力之比。

c

图8-12 挡土墙的抗滑动稳定

[]]

[c x

x c K E f

E G K ≥+=

(8-4)

式中：G ——挡土墙的自重（KN ）；

x E 、y E ——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

（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0α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(0α≤11︒10′）；对岩石地基，不陡于1:3(0α≤16︒42′）。

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

0K 表示。

][0o y

x x

y G

K Z E Z E GZ

K ≥+=

（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。

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

当挡土墙的设计墙高大于12～15 m 时，应注意加大c K 、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：

Y

x x y G

N E G Z E E GZ

B Z B e +-+-

=

-=

2

2

0 （8-6）

2.基底压应力σ应按下列公式计算：

6B

e ≤时，][61)61(,21σσ≤⎪⎭

⎫

⎝⎛±+=±=B e A E G B e

A N y （8-7） 位于岩石地基上的挡土墙

6

B e >

时，02

=σ （8-8）

012

e B -=

α （8-9）

式中：1σ――挡土墙趾部的压应力（kPa ）； 2σ――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（m 2

）。 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[]0σ；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[]0σ＞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。