挡土墙设计的基础资料及设计参数

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1、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、役半重力式、钢筋碇悬臂式和扶壁式、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

2、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、横断而图，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

3、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填料内摩擦角小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填料标准容重土的种类砾石、碎石、 砾质土砂、砂质土粉土、粘性 土(3K50%)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6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8=甲/2。2.2.3 基底摩擦系数 基底摩擦系数

4、u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 役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W10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V5时，采用重力式挡土墙，可以 发

5、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35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

6、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：Ea=l/2yH2K

7、a式中：Ea主动土压力(KN), Y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a 1或a，i大于第二破裂面的倾角a 1,或作用于墙背或假想墙背的土压力对墙背法线的倾角8，小于或等于墙背摩擦角 b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

8、出现第二破裂面。各种边界条件的第二破裂而主动土压力计算公 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而，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

9、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：zxEy对墙趾O点的力臂(m), ZyEx对墙趾O点的力臂(m), Zw

10、W对墙趾O点的力臂(m)o5.3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，eWB/6；在软弱岩石地基上，eWB/5；在不易风化的岩石地基 上，eWB/4当eWB/6时，墙趾和墙踵处的法向压应力为：6,2= (W+Ey) (l6e/B) ,BWg式中，司地基土修正后的容许承载力(KPa)a= Oo+K1Yi(B-2)式中，g。 地基土的容许承载力(KPa), Ki 地基土容许承载力随基 础宽度的修正系数，Yi地基土的天然容重(KN/nF)。当eB/6时，基底出现拉应力，考虑到一般情况下地基与基础间不

11、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：6=2 （W十Ey） /3ZnWo若出现负偏心，则上式的Zn改为（B-Zii）。5.4墙身截面强度验算通常选取一、两个截面进行验算。验算截而可选在基础底面、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

12、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10X 10cm的方孔或圆孔，孔眼间距23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，为了减少埒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10-1511

13、1设置一道，缝宽23cm,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、夕卜、顶三侧填塞，填塞深度不小于15cnio6.4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位浇筑，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1.52.0倍和1.

14、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36m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

15、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L0.2,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W8m时，上墙背坡取1:0.25,墙高8m而WlOin 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

16、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。9结束语公路挡土墙是路基防护工程的重要组成部分。在山区公路中，挡土墙的应用更 为广泛。挡土墙设计时，应进行详细地调查、勘测，确定构造物的形式与尺寸，运 用合适的理论计算土压力，并进行稳定性和截面强度方面的验算，采取合理、可行 的措施，以保证挡土墙的安全性。表1的珀米 心石大卵石、碎?卵tl?中、细砂、如外虹+的种类 块石匕来工 石、粗砂、以任工 粉砂粘土右类土 石屑 砂质土户?擦角45403530（） 26表2填料标准容重粉土、粘性d.+右灰土土的种类碎石、砂、砂质土粉煤灰砾质土r wmo/、（石灰 10%）（col5

17、O%）容重(KN/m3)2019181815山体滑坡的防治,可从以下几方面结合进行。3.1减重减重就是在滑坡后缘挖除一定数量的滑体而使滑坡稳定下来。它适用于推动式 滑坡，并且滑床上陡下缓，滑坡后缘及两侧的地层稳定的情况。滑坡减重只能减少滑 体的下滑力，不能改变其下滑的趋势，因此，减重常与其他整治措施配合使用。该路段 滑坡体的坡度大约为1 ： 1.26,现把该路段的路堑边坡1 : 0.76改为1 ： 1和1 : 1.25, 除下边坡采用1 ： 1以外，其余均采用1 : 1.25,#且每8 m设置2 m宽的平台。路堑边 坡确定之后，可分别验算现滑动面的稳定性（采用残余强度或相应的C争残、敝争残 值

18、,C #残=14 kPa硼歹残=0,r=20.4 kN/m3）以及现路堑边坡土体的稳定性。求出最 危险滑动圆弧的圆心和滑动面,采用极限强度t极相应的C极、f极的取值，根据韶关 地区粉质粘性土取其平均值为C=26.5 kPa, f =15.8,r=19.4 kN/m3,验算过程请参 阅有关的书籍。3.2支挡工程该滑坡路段采用的支挡工程为抗滑挡土墙。挡土墙的基础须埋入完整岩层内不 小于0.5 m,或者埋入稳定坚实的土层内不小于2m,并置于可能向下发展的滑面以下， 即应考虑到设置抗滑挡墙后由于滑体受阻，滑面可能向下延伸，该抗滑挡土墙采用片 石役浇筑，墙背回填0.5 m宽的砂砾，使之形成一纵向渗沟,以

19、减少墙背的土压力，并人 为地使粗颗粒靠近墙背，并且对挡墙泄水孔的设置应引起足够的重视,防止堵塞泄水 孔。另外,路基边沟应和挡墙一起浇筑，以防地表水下渗。抗滑挡土墙的优点是山体 破坏少，稳定滑坡收效快。挡土墙的断面尺寸可分别根据现滑而从残存滑体的薄弱部 分剪出时的推力以及现修改边坡在各种不利因素下的滑坡推力来确定（计算方法 略）。3.3排水路基范围内的排水系统通过截水沟、平台水沟、边坡的排水，以及纵向边沟和路 拱横坡收集路基范围内的雨水,再通过边沟或涵洞把水尽快引出路基以外，使路基范 围内的土体保持相对的干燥状态。1）截水沟:应设在滑坡可能发展的边界5 m以外，收集滑坡体以外或路基以外的 地表水，应予拦截引离,采用浆砌片石铺砌。2）坡面平台沟:采用浆砌片石加固，收集每层的坡面水，通过纵向排水，把水尽快 汇集、引入到截水沟中，其作用是分层拦截地表水，避免由于汇水面积过大而引起的 边坡冲刷破坏。3）坡面的防护:对路堑边坡的绿化工程是配合地表排水的一项有效措施，特别对 渗水严重的粘性土滑坡和浅层滑坡效果显著。喷草子不受季节性的影响，边坡面草可滞缓坡面径流流速，防止冲刷，减少下渗，避免坡面泥土淤塞沟槽。4）对下边坡采用人字架型浆砌片石骨架加喷草子来稳定路堑边坡。