重力式擋土墻設計

文/湯威 廣東省建院施工圖審查中心 廣東廣州 510000

重力式擋土墻是以擋土墻自身重力來維持擋土墻在土壓力作用下的穩定。它是我國目前最常用的一種擋土結構。重力式擋土墻可用石砌或混凝土建筑，一般都是建成簡單的梯形構造。

重力式擋土墻可用塊石、片石、混凝土預制塊作為砌體，或采用片石混凝土、混凝土進行整體澆筑。半重力式擋土墻可采用混凝土或少筋混凝土澆筑。重力式擋土墻是就地取材方便、施工方便、經濟效益明顯。重力式擋土墻在我國鐵路、道路、水利、港灣、礦山等工程中廣泛應用。

重力式擋土墻可根據其墻背的坡度分為仰斜、俯斜、直立三種類型。

1.按土壓力理論，仰斜墻背的主動土壓力最小，而俯斜墻背的主動土壓力最大，垂直墻背位于兩者之間。

2.如擋土墻修建時需要開挖，因仰斜墻背可與開挖的臨時邊坡相結合，而俯斜墻背后需要回填土，因此，對于支擋挖方工程的邊坡，以仰斜墻背為好。反之，如果是填方工程，則宜用俯斜墻背或垂直墻背，以便填土易夯實。

3.當墻前原有地形比較平坦，用仰斜墻比較合理；若原有地形較陡，用仰斜墻會使墻身增高很多，此時宜采用垂直墻或俯斜墻

重力式擋土墻的尺寸隨墻型和墻高而變。重力式擋土墻墻面胸坡和墻背的背坡一般選用1：0.2～1：0.3，仰斜墻背坡度愈緩，土壓力愈小。但為避免施工困難及本身的穩定，墻背坡不小于1：0.25，墻面盡量與墻背平行。

墻體材料：擋土墻墻身及基礎，采用混凝土不低于C15，采用砌石、石料的抗壓強度一般不小于MU30。

工程實例：廣州市某垃圾填埋場由于邊坡開挖，為減少土方和高邊坡的開挖，在坡腳處設一重力式擋土墻。資料為：擋土墻高3.5m，設置水平基底，為方便計算，擋土墻取單位長L=1m計算，墻頂寬為b1=0.5m，墻背坡比為1：0.5，墻面坡比為1：0.2，地基深h=1m，面坡墻趾寬為b＇=0.5m，背坡墻趾寬為b"=0.5m，基礎底寬為B=3.95m。

依據相關資料：漿砌石重度γ=22KN/m3，邊坡土重度γ土=16KN/m3，內摩擦角Φ=33°。地基與基底的摩擦系數μ=0.4，墻背與填土間的摩擦角為Φ=22°。

Ka=cos2(φ-ε)/ cos2εcos(ε+δ)[1+ √ sin(φ+δ)sin(φ-β)/ cos(ε+δ)cos(ε-β)]2-- ①

Ea=1/2＊γ土H2--②

式中：

Ea——作用在擋土墻上的主動土壓力（kN/m）,其作用點距基底h′（土壓力圖形的形心距基底的距離）。

H——擋土墻墻身高(m)。

γ土——墻后土的重度（kN/m3）。

β——擋土墻墻后填土表面坡角（°）。

ε——擋土墻墻背面與鉛直面的夾角（°）

φ——擋土墻墻后回填土的內摩擦角（°）

δ——擋土墻墻后回填土對墻背的摩擦角（°）

由已知條件可得：

γ土=16 kN/m3β=26.5651°

ε=26.5651° φ =33°

δ=22° H=3.5m

將相關數據代入①②式中，可得：

Ka=0.99 Ea=98KN/m

則土壓力的水平和垂直分力分別為：

水平分力

Eax=Eacos(ε+δ)=9 8 X cos(26.5651°+22°)=64.85 (KN/m)

垂直分力

Eay=Easin(ε+δ)=9 8 Xsin(26.5651°+22°)=73.47(KN/m)

主動土壓力的作用點距基底距離為：h′=1/3H+h=2.17m。

則水平分力Ex距基底左下部豎直距離為：2.17m。

垂直分力Ey距基底左下部水平距離為：2.17m。

擋土墻自重：

G=γ(b1+b2)XHX1/2XL=22X(0.5+2.95)X3.95X1/2X1=219.725(KN/m)

重力力矩的計算：

MGI=1/2X0.2H2LγX0.97=1/2X0.2X3.52X 1X22X0.97=26.05(KN·m)

MGII=b1XHXγX1.45=0.5X3.5x22x1.45=55.825(KN·m)

MGIII=1/2X0.5H2γX2.28=1/2X0.5X3.52X 22X2.28=153.84(KN·m)

MGIV=B h γ X 1.9 7 5=3.9 5 X1X22X1.975=171.63(KN·m)

MG= MGI+ MGII+ MGIII+ MGIV=26.05+55.82 5+153.84+171.63=407.35(KN·m)

MEX=2.17XEax=2.17X64.85=140.72(KN·m)

MEy=2.87 XEay

=2.87 X73.47=210.86(KN·m)

則抗傾覆力矩ΣMy=MG+ MEy

=407.35+210.86=618.21(KN·m)

傾覆力矩ΣMx= MEX=140.72(KN·m)

當|e|≤B/6時

Pmax=（Eay+G）（1+6e/B)/(BL)----③

Pmin= (Eay+G）（1-6e/B)/(BL)----④

根據資料得e=B/2-Zn

其 中 Zn=(ΣMy-ΣMx)/(G+Eay)=(618.21-140.72）/(219.725+73.47)=1.629

則e=0.346＜B/6

將相關數據代入③④式中，可得：

Pmax=113.238(KPa)

Pmin=35.215(KPa)

Pmax/ Pmin≈3 符合擋土墻基底應力最大值與最小值之比的允許值。

穩定性驗算--抗滑穩定性和抗傾覆穩定性驗算

①抗滑穩定性驗算

基底抗滑力與滑動力之比稱為抗滑安全系數Ks。為保證擋土墻抗滑穩定性，Ks應滿足下式：Ks=(G+Eay)ч/ Eax ≥ 1.3。

數據可得Ks=1.8＞1.3 可知擋土墻滿足抗滑穩定性的要求。

②抗傾覆穩定性驗算

抗傾覆力矩與傾覆力矩之比稱為抗傾覆安全系數Kt。為保證擋土墻抗傾覆穩定性，Kt應滿足下式：Kt=ΣMy/ ΣMx≥1.6。

數據可得Kt=4.39＞1.6 可知擋土墻滿足抗傾覆穩定性的要求。

結語：

重力式擋土墻具有就地取材方便、施工方便、經濟效益明顯的一種結構。適合在各類建筑工程中廣泛應用。