论文部分内容阅读
摘要：随着时间的推移，挡土墙在日常工程中已被广泛使用，并不断涌现新的工艺工法。本文透过对挡土墙型式的选择、材料的选择、回填土的选择以及设计计算要点和影响挡土墙稳定的个别因素进行了分析，以期对同类工程设计提供一定的参考。
关键词：挡土墙；选型；尺寸；验算；材料选择；回填土；排水措施
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
一、挡土墙材料的选择
1.1石料
挡土墙材料主要为石料，石料应经过挑选，采用结构密实、质地均匀、不易风化且无裂缝的硬质石料。其抗压强度不小于30 MPa，同时表面要于净，不能粘有泥土或油质。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0.15 m，宽度及长度不小于厚度的1.5倍，质量约30 kg。用作镶面的片石，可选择表面较平整，尺寸较大者，并应稍加修整。挡土墙的修建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。水泥砂浆标号在一般地区及寒冷地区采用M7.5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时一般宜采用混凝土现浇挡墙较为合适。
1.2砂浆
浆砌挡土墙的墙顶，可用5号砂浆抹平，厚2cm，并在墙顶外缘线留出10cm的帽沿；或顶层较大块石料砌筑，而后勾平缝。干砌挡土墙的墙顶，50cm厚度内，用2.5号砂浆砌筑，以利稳定。砌筑挡土墙用的砂浆标号应按挡土墙类别、部位及用途选用，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5 rn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。
1.3理想的回填土
卵石、砾石、粗砂、中砂的内摩擦角φ大，主动土压力系数小，则作用在挡土墙上的主动土压力小。上述粗粒土为挡土墙后理想的回填土。
二、挡土墙的稳定性验算
2.1作用在挡土墙上的诸力
（1） 土压力
挡土墙是最常用的支挡结构物。土体作用在挡土墙上的压力称为土压力。土压力的计算是挡土墙的重要依据。可以说这也是挡土墙的主要荷载。根据挡土墙的位移来确定土压力的种类，应用相应的公式计算。通常墙向前位移，墙背作用主动土压力Pa。
若挡土墙基础有一定埋深，则埋深部分前趾上因整个挡土墙前移而受挤压，故对墙体作用着被动士压力Pp，但在挡土墻设计中有时因基坑开挖松动而忽略不计，使结果偏于安全。
（2）基底反力
挡土墙基底反力可分解为竖向的法向分力和水平分力两部分。为简化计算，法向分力与偏心受压基底反力相同，呈梯形分布，合力用∑V表示，作用在梯形的重心。基底反力的水平分力用∑H表示，如图1所示。
图1挡土墙基底受力图
2.2抗滑稳定验算
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，基底摩擦力抵抗挡土墙滑移的能力。挡土墙的抗滑移稳定性分析如图2所示。
图2 挡土墙抗滑移稳定验算
(1)将作用在挡土墙上的土压力Pa分解为两个分力；
(2)水平分力Pax为使挡土墙滑动的力，Pax=Pacos(δ+ε)；
(3)竖向分力Pay和墙自重W引起的摩擦力为抗滑力，Pay=Pasin(δ+ε)；
(4)抗滑力与滑动力的比值，称为抗滑稳定安全系数，记为Ks；
(5)抗滑稳定验算公式：
式中：Ks-抗滑稳定安全系数；
Pax-主动土压力的水平分力，KN/m；
Pay-主动土压力的竖向分力，KN/m；
μ-基底摩擦系数，由试验测定或参考规范确定。
(6)若抗滑稳定性验算结果不满足要求，则应采取以下的措施来解决：
①修改挡土墙的断面尺寸，通常加大底宽，增加墙自重以增大抗滑力；
②在挡土墙基底铺砂、碎石垫层，提高摩擦系数，增大抗滑力；
③在挡土墙基底做成逆坡，利用滑动面上部分反力抗滑；
④在软土地基上，抗滑稳定安全系数较小，采取其他方法无效或不经济时，可在挡土墙踵后面加钢筋混凝土拖板。利用拖板上的填土重量增大抗滑力。拖板和挡土墙之间用钢筋连接。
2.3抗倾覆稳定验算
挡土墙的抗倾覆稳定性是指抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力。挡土墙的抗倾覆稳定性分析如图3所示。
图3 挡土墙抗倾覆稳定验算
(1)抗倾覆稳定验算以墙趾O点取力矩进行计算(参见图3)；
(2)主动土压力的水平分力Pax乘以力臂h为使墙倾覆的力矩；
(3)主动土压力的竖向分力Pay乘以力臂b与墙自重W乘以力臂之和为抗倾覆力矩；
(4)抗倾覆力矩与倾覆力矩之比值称为抗倾覆稳定安全系数，记以Kt；
(5)抗倾覆稳定验算公式：
式中：Kt-抗倾覆稳定安全系数；
a，b，h-分别为W，Pay，Pax对O点的力臂，m。
(6)若倾覆稳定性验算结果不满足要求，则应采取以下的措施来解决：
①修改挡土墙尺寸，如加大墙底宽，增大墙自重，以增大抗倾覆力矩。这一方法要增加较多的工程量，通常并不经济；
②伸长墙前趾，增加混凝土工程量不多，但需增加钢筋用量；
③将墙背做成仰斜，可减小土压力，但施工不方便；
④做卸荷台，位于挡土墙竖向墙背上，形如牛腿。卸荷台以上的土压力，不能传到卸荷台以下。土压力呈两个小三角形，因而减小了总的土压力，使倾覆力矩减小。
三、结论
从上文挡土墙各个章节的介绍，可以得出以下：挡土墙类型多种多样，每种类型都有其优点、缺点以及特色，结合挡土墙的选型原则与根据现场地理环境的合适程度，即可选取得到适宜的挡土墙类型。挡土墙的尺寸主要有高度、顶宽以及底宽三个部分组成。当选取的挡土墙类型不同时，其具体尺寸要求也有所不同，透过对其三者的最大值以及最小值的认识，对挡土墙设计很大的帮助。作用在挡土墙上的大致有三种力，第一为墙身自重，第二为土压力，第三为基底反力。这三种力直接影响了挡土墙的构造。透过抗滑稳定与抗倾覆稳定的验算，最终确定挡土墙的尺寸。挡土墙材料大多数有石料以及砂浆组成，部分也会涉及到钢筋混凝土。毛石大多数选用大块方石，而砂浆则采用5号和2.5号为主。作为设计人员，要了解到卵石、砾石、粗砂、中砂等粗粒土为挡土墙墙后的理想回填土。就是墙后排水措施的选取，虽看上去排水措施只是挡土墙的附属设施，但细节决定成败，假如排水措施选取和施工工艺过于粗糙，不负责任，则很可能是危及整个挡土墙的使用寿命。这里特别提到挡土墙设计中应充分考虑排水材料中的管径、管距、管的材料和管的坡度，这些都是应当注意的事项。
参考文献
[1] 水工挡土墙设计规范.中华人民共和国水利部.2007年5月11日
[2] 公路工程管理与实务.2009年版.中国建筑工业出版社.2009年2月
关键词：挡土墙；选型；尺寸；验算；材料选择；回填土；排水措施
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
一、挡土墙材料的选择
1.1石料
挡土墙材料主要为石料，石料应经过挑选，采用结构密实、质地均匀、不易风化且无裂缝的硬质石料。其抗压强度不小于30 MPa，同时表面要于净，不能粘有泥土或油质。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0.15 m，宽度及长度不小于厚度的1.5倍，质量约30 kg。用作镶面的片石，可选择表面较平整，尺寸较大者，并应稍加修整。挡土墙的修建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。水泥砂浆标号在一般地区及寒冷地区采用M7.5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时一般宜采用混凝土现浇挡墙较为合适。
1.2砂浆
浆砌挡土墙的墙顶，可用5号砂浆抹平，厚2cm，并在墙顶外缘线留出10cm的帽沿；或顶层较大块石料砌筑，而后勾平缝。干砌挡土墙的墙顶，50cm厚度内，用2.5号砂浆砌筑，以利稳定。砌筑挡土墙用的砂浆标号应按挡土墙类别、部位及用途选用，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5 rn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。
1.3理想的回填土
卵石、砾石、粗砂、中砂的内摩擦角φ大，主动土压力系数小，则作用在挡土墙上的主动土压力小。上述粗粒土为挡土墙后理想的回填土。
二、挡土墙的稳定性验算
2.1作用在挡土墙上的诸力
（1） 土压力
挡土墙是最常用的支挡结构物。土体作用在挡土墙上的压力称为土压力。土压力的计算是挡土墙的重要依据。可以说这也是挡土墙的主要荷载。根据挡土墙的位移来确定土压力的种类，应用相应的公式计算。通常墙向前位移，墙背作用主动土压力Pa。
若挡土墙基础有一定埋深，则埋深部分前趾上因整个挡土墙前移而受挤压，故对墙体作用着被动士压力Pp，但在挡土墻设计中有时因基坑开挖松动而忽略不计，使结果偏于安全。
（2）基底反力
挡土墙基底反力可分解为竖向的法向分力和水平分力两部分。为简化计算，法向分力与偏心受压基底反力相同，呈梯形分布，合力用∑V表示，作用在梯形的重心。基底反力的水平分力用∑H表示，如图1所示。
图1挡土墙基底受力图
2.2抗滑稳定验算
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，基底摩擦力抵抗挡土墙滑移的能力。挡土墙的抗滑移稳定性分析如图2所示。
图2 挡土墙抗滑移稳定验算
(1)将作用在挡土墙上的土压力Pa分解为两个分力；
(2)水平分力Pax为使挡土墙滑动的力，Pax=Pacos(δ+ε)；
(3)竖向分力Pay和墙自重W引起的摩擦力为抗滑力，Pay=Pasin(δ+ε)；
(4)抗滑力与滑动力的比值，称为抗滑稳定安全系数，记为Ks；
(5)抗滑稳定验算公式：
式中：Ks-抗滑稳定安全系数；
Pax-主动土压力的水平分力，KN/m；
Pay-主动土压力的竖向分力，KN/m；
μ-基底摩擦系数，由试验测定或参考规范确定。
(6)若抗滑稳定性验算结果不满足要求，则应采取以下的措施来解决：
①修改挡土墙的断面尺寸，通常加大底宽，增加墙自重以增大抗滑力；
②在挡土墙基底铺砂、碎石垫层，提高摩擦系数，增大抗滑力；
③在挡土墙基底做成逆坡，利用滑动面上部分反力抗滑；
④在软土地基上，抗滑稳定安全系数较小，采取其他方法无效或不经济时，可在挡土墙踵后面加钢筋混凝土拖板。利用拖板上的填土重量增大抗滑力。拖板和挡土墙之间用钢筋连接。
2.3抗倾覆稳定验算
挡土墙的抗倾覆稳定性是指抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力。挡土墙的抗倾覆稳定性分析如图3所示。
图3 挡土墙抗倾覆稳定验算
(1)抗倾覆稳定验算以墙趾O点取力矩进行计算(参见图3)；
(2)主动土压力的水平分力Pax乘以力臂h为使墙倾覆的力矩；
(3)主动土压力的竖向分力Pay乘以力臂b与墙自重W乘以力臂之和为抗倾覆力矩；
(4)抗倾覆力矩与倾覆力矩之比值称为抗倾覆稳定安全系数，记以Kt；
(5)抗倾覆稳定验算公式：
式中：Kt-抗倾覆稳定安全系数；
a，b，h-分别为W，Pay，Pax对O点的力臂，m。
(6)若倾覆稳定性验算结果不满足要求，则应采取以下的措施来解决：
①修改挡土墙尺寸，如加大墙底宽，增大墙自重，以增大抗倾覆力矩。这一方法要增加较多的工程量，通常并不经济；
②伸长墙前趾，增加混凝土工程量不多，但需增加钢筋用量；
③将墙背做成仰斜，可减小土压力，但施工不方便；
④做卸荷台，位于挡土墙竖向墙背上，形如牛腿。卸荷台以上的土压力，不能传到卸荷台以下。土压力呈两个小三角形，因而减小了总的土压力，使倾覆力矩减小。
三、结论
从上文挡土墙各个章节的介绍，可以得出以下：挡土墙类型多种多样，每种类型都有其优点、缺点以及特色，结合挡土墙的选型原则与根据现场地理环境的合适程度，即可选取得到适宜的挡土墙类型。挡土墙的尺寸主要有高度、顶宽以及底宽三个部分组成。当选取的挡土墙类型不同时，其具体尺寸要求也有所不同，透过对其三者的最大值以及最小值的认识，对挡土墙设计很大的帮助。作用在挡土墙上的大致有三种力，第一为墙身自重，第二为土压力，第三为基底反力。这三种力直接影响了挡土墙的构造。透过抗滑稳定与抗倾覆稳定的验算，最终确定挡土墙的尺寸。挡土墙材料大多数有石料以及砂浆组成，部分也会涉及到钢筋混凝土。毛石大多数选用大块方石，而砂浆则采用5号和2.5号为主。作为设计人员，要了解到卵石、砾石、粗砂、中砂等粗粒土为挡土墙墙后的理想回填土。就是墙后排水措施的选取，虽看上去排水措施只是挡土墙的附属设施，但细节决定成败，假如排水措施选取和施工工艺过于粗糙，不负责任，则很可能是危及整个挡土墙的使用寿命。这里特别提到挡土墙设计中应充分考虑排水材料中的管径、管距、管的材料和管的坡度，这些都是应当注意的事项。
参考文献
[1] 水工挡土墙设计规范.中华人民共和国水利部.2007年5月11日
[2] 公路工程管理与实务.2009年版.中国建筑工业出版社.2009年2月