设计条件：

双向四车道设计车速为80km/h的一级公路某横断面，设计荷载公路－级，拟设一段路肩挡土墙（重力式挡土墙墙身材料采用7.5号砂浆，25号片石；衡重式挡土墙墙身材料采用10号砂浆，50号片石；悬臂式挡土墙墙身材料采用C30钢筋混凝土）。

路基填土（砂性土）高度为4m，基底为饱和的砂性土地基，基底摩擦系f=0.4，地基承载力130 KPa，墙身分段长度为10m。回填土为砂类土，内摩擦角φ=35°，墙背与填土间的摩擦角17.5°，容重为γ=18kN/m3。广州市抗震设防烈度为7度（0.1g），只采取抗震构造措施，计算不考虑地震作用。

Q:

1.墙底摩擦系数取值及其影响？

2.地基土内摩擦系数取值及其影响？

3.墙后填土内摩擦角取值及其影响？

4.主动土压力受什么影响？

5.地基承载力特征值提高系数（含墙趾值提高系数、墙踵值提高系数、平均提高系数）如何选定？

6.不均匀沉降是什么原因导致？参数如何体现？

7.不同类型挡土墙的适用性如何？

挡土墙的设计与验算（以极限状态设计的分项系数法进行设计）:

(1) 进行车辆荷载换算；

(2) 利用有关设计手册中的相应公式，计算主动土压力，求出土压力的大小、方向及作用点；

(3) 设计挡土墙截面：先拟定墙身尺寸，然后进行：

 抗滑稳定性计算；

 抗倾覆稳定性验算；

 基底应力验算；

 截面应力验算；

 挡土墙截面尺寸的调整与选取。

(4) 画出选用的挡土墙横断面图，整理计算书等有关设计文件。

一、挡土墙形式的选择：

    选择原则：

     (1)用途、高度与重要性；

     (2)地形、地质条件；

     (3)就地取材、经济、安全。

    1.重力式挡土墙(gravity bulkhead)

　   　靠自重保持稳定，适用于H< 5m 的低墙。  

　   　材料：块石、砖、素砼(plain concret)。

　   　优点：结构简单、施工方便、可就地取材，应用较广。

　   　缺点：工程量大，沉降大。

    2．悬臂式挡土墙(cantilever retaining wall)：

　   　靠墙踵悬臂以上的土重维持稳定，墙内钢筋受拉力。  

　   　适用性：重要工程；H>5米 ；地基质量差(墙轻)；缺石料等。

    3．扶壁式挡土墙(buttress retaining wall) ：

　   　扶壁：间距—0.8～1.0H, 其作用—增加抗弯性能，保持挡土墙整体性。

　   　材料：钢筋混凝土(reinforced concrete)

　   　应用：H>10米场所。

　   　优点：工程量小；

　   　缺点：技术复杂、费钢材。

　4．锚杆式挡土墙(bolt retaining wall)：

　   　组成：预制钢筋混凝土立柱、墙面、钢拉杆

　   　适用：重要工程，墙高已达H＝27米 。

　   　材料：钢筋混凝土、钢材。

　   　优点：结构轻、柔性大、工程量少、造价低、施工方便。

　   　缺点：技术复杂。

　5. 加筋土挡土墙(reinforced fill wall)

　   　组成：面板(faceplate)、筋带、填料(filling)三部分。

　   　优点：(1)充分利用材料性能和土与筋带的共同作用；

 挡墙结构轻巧，便于现场预制(precast)、拼装施工快；

            (3)能抗寒，抗地震；

 造价低，可节省25～60% (与重力式比)

　   　常用拉筋材料：钢筋混凝土、镀锌铁皮、扁钢和土工合成材料等。

　   　评价：锚杆式挡土墙利用锚定板的被动土压力来平衡主动压力，比加筋挡土墙靠金属与土之间的摩擦力来平衡土压力要优越。

二、挡土墙初定尺寸

　　以常用的重力式、悬臂式和扶壁式挡土墙为例，研究挡土墙型式选定后，初定其尺寸。

1．挡土墙的高度H

　　通常挡土墙的高度是由任务要求确定的，即使墙后被支挡的填土呈水平时为墙顶的高程。有时，对长度很大的挡土墙，也可使墙顶低于填土顶面，而用斜坡连接，以节省工程量。

2．挡土墙的顶宽

　　挡土墙的顶宽为构造要求确定，以保证挡土墙呈整体性，具有足够的强度。对于砌石重力式挡土墙，顶宽应大于0.5m，即2块块石加砂浆。对素混凝土重力式挡墙顶宽也不应小于0.5m。至干钢筋混凝土悬臂式或扶壁式挡土墙顶宽不小于300mm。

3．挡土墙的底宽

　　挡土墙的底宽由整体稳定性确定。初定挡土墙底宽B=0.5H～0.7H，挡土墙底面为卵石、碎石时取小值；墙底为粘性土时取高值。

　　挡土墙尺寸初定后，经挡土墙抗滑稳定与抗倾覆稳定验算。若安全系数过大，则适当减小墙的底宽；反之，安全系数太小，则适当加大墙的底宽或采取其它措施。保证挡土墙既安全又经济。

三、挡土墙的验算(checking computations) ：

　　内容：抗滑稳定、抗倾覆(overturn)、承载力三方面

　　1、作用在挡土墙上的力：  

     (1)墙身自重W，作用于挡土墙的重心；

     (2)主动土压力，作用于挡土墙墙背；

     (3)被动土压力，作用于挡土墙前，设计中不考虑；

     (4)基底反力：SV —垂直分力；SH —水平分力。

　　2．抗滑稳定验算：

    滑动力：Pax=Pacos(δ+ε), 

     抗滑力：(Pay+W)μ

                            Pay=Pasin(δ+ε) 

　  式中 　μ—基底摩擦系数。

　  要求：抗滑力/滑动力=Ks>=1.3

悬臂式挡土墙：墙踵(wall heel)以上的土计入墙自重，再进行验算。

    如达不到要求：

    (1)加大W，即增大断面尺寸；

    (2)加大μ ，即墙底做砂石垫层；

    (3)加大抗滑力，做逆坡；

    (4)对软土地基，其他方法都不经济或无效，

       加拖板：  

     拖板与墙踵之间用钢筋连接，拖板上土重W’可加大抗滑力。

           3、抗倾覆稳定验算

    要求：

     如果达不到要求：

     (1)加大底宽，从而加大W；

     (2)加大a，墙趾加长；

     (3)做卸荷台。在卸荷如以上的压力不能传到下面，故减少了主动土压力。

     4、地基承载力验算

    与偏心受压相同，应同时满足：    

     (1/2)(δmax+δmin)<=f            

                 smax<=1.2f       

式中 f——承载力标准值。

四、 墙后回填土的选择

    1．理想的回填土

    卵石(scree)、砾石(gravel)、粗砂、中砂的内摩擦角大，主动土压力系数小侧作用在挡土墙上的主动土压力小，使墙节省工程量保持稳定性。无疑，上述粗粒土为挡土墙后理想的回填土。

    2．可用的回填土

    细砂、粉砂(silt)、含水量接近最优含水量的粉土、粉质粘土和低塑性粘土为可用的回填土，如当地无粗粒土，外运不经济，就地取材(use local materials)。

    3．不能用的回填土

    凡软粘土、成块的硬粘土、膨胀土(expand soil)和耕植土，因性质不稳定，在冬季冰冻时或雨季(rainy season)吸水膨胀都将产生额外的上压力，对挡土墙的稳定性产生不利影响，故不能用作墙后的回填土。

五、墙后排水措施

　　1．无排水措施的危害

    在挡土墙建成使用期间，如遇暴雨，使填土的重度增加，内摩擦角减小，土的强度降低，导致填土对墙的土压力增大，同时墙后积水，增加水压力。若遇软弱地基，则因土压力增大造成挡土墙的破坏。

　    2．排水措施的部位与构造

    （1）截水沟(catchwater)  凡挡土墙后有较大的面积或挡山坡，则应在填土顶面、离挡土墙适当的距离设截水沟，把坡上、外部径流截断排除。截水沟的剖面尺寸要根据暴雨集水面积计算确定，并应用混凝土衬砌(liner)。截水沟纵向设适当坡度。截水沟出口应远离挡土墙。

    （2）泄水孔  若已渗入墙后填土中的水，则应将其迅速排出，通常在挡土墙的下部设置泄水孔。当墙高H>12m时，可在墙的中部加一排泄水孔，一般泄水孔的直径为5cm～10cm，间距为2～3m。泄水孔应高于墙前水位，以免倒灌。此外，在泄水孔人口处，应用易渗的粗粒材料做反滤层，并在泄水孔入口下方铺设(pave)粘土夯实层，防止积水渗入地基不利于墙的稳定性。同时，墙前亦应做散水、排水沟或粘土夯实(tamp)隔水层，避免墙前水渗入地基(groundwork)。下载本文