挡土墙设计 石家庄铁道大学 二级公路设计 杨文虎

7.1 概述

7.1.1 挡土墙的用途

挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体边坡稳定的建筑物。在公路工程中，广泛应用与支撑路堤或路堑边坡、隧道洞口、桥梁两端及河流岸壁。为收缩坡脚，节约带路用地，减少填方量，本设计中设计了一段挡土墙。

7.1.2 挡土墙的类型

按挡土墙的位置不同分为：路堑挡墙、路堤挡墙、路肩挡墙和山坡挡墙。 按挡土墙的结构形式不同，分为：重力式、半重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、锚杆式、拱式、锚定板式等。

7.2 挡土墙的构造与布置

7.2.1 挡土墙的构造

挡土墙的构造必须满足强度和稳定性的要求，同时考虑就地取材、结构合理、断面经济、施工养护方便与安全。常用的重力式挡土墙，一般由墙身、基础、排水设施和沉降、伸缩缝等几部分组成 7.2.1.1 墙身

挡土墙靠近回填土的一面称为墙背，暴露在外侧的一面称为墙面或墙胸，墙的顶面称为墙顶，底面称基地。挡土墙的底部，称为基础或基脚，根据需要可与墙身分开建造，也可整体建造成为墙身的一部分。基底的外侧前缘部分称为墙趾，基底的内侧后缘部分称为墙踵。 7.2.1.2 基础

基础设计的主要内容包括基础形式的选择和基础埋置深度的确定。挡土墙通常采用浅基础，只有在特殊情况下，才使用桩基。绝大多数挡土墙的基础直接设置在天然地基上。地基埋置深度取决于地质条件、水文情况、冻结深度、临近建筑物的基础影

响等。

7.2.1.3 排水设施

挡土墙的排水处理是否得当，直接影响到挡土墙的安全及使用效果。挡土墙应设置排水设施，以疏干墙后坡料的水分，防止地表水下渗造成墙后积水，使墙身承受额外的静水压力；消除黏性土填料因含水率增加而产生的膨胀压力；减小季节性冰冻地区填料的冻胀压力。挡土墙的排水设施通常由地面排水和墙身排水两部分组成。地面排水，主要是防止地表水渗入墙背填料或地基。因此，可设置排水沟，以截留地表水。夯实回填土顶面和地表松土，以减少雨水和地面水下渗，必要时应加设铺砌，采取封闭处理。为防止地表水渗入地基，可夯实墙前回填土及加固边沟等。墙身排水，主要是为了迅速排除墙后积水。 7.2.1.4 沉降缝与伸缩缝

为防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，应根据地基地质条件及墙高、墙身断面的变化情况，设置沉降缝。为了减少圬工砌体因硬化收缩和温度变化作用而产生的裂缝，须设置伸缩缝。

7.2.2 挡土墙的布置

挡土墙的布置是挡土墙设计的一个重要内容，通常是在路基横断面图和墙趾纵断面图上进行。主要内容是挡土墙位置的选定和纵向布置。当路肩墙与路堤墙的墙高或截面圬工数量相近、基础情况相似时，应优先选用路肩墙，按路基宽布置挡土墙位置，因为路肩挡土墙可充分收缩坡脚，减少填方和占地。若路堤墙的高度或圬工数量比路肩墙显著降低，而且基础可靠时，宜选用路堤墙，并作经济比较后确定墙的位置。

7.3 挡土墙计算

7.3.1 计算资料

1）墙身构造：拟采用浆砌片石重力式路堤挡土墙，墙高5m，填土高度a=2m，填土边坡1：1.5，墙背俯斜，倾角=18°26′(1:0.33)，墙身分段长度10m，初拟墙顶1m，墙底宽3.5m。

2）车辆荷载：计算荷载，汽车-20级；演算荷载，挂车-100。

320kN/m3）填料：容重，计算内摩擦角=35°，填料与墙背的摩擦角=3/2。 4）地基情况：容许承载力=400MPa，基底摩擦系数f=0.5。

322kN/ma5）墙身材料：5号水泥砂浆砌片石，毛体积密度，容许压应力

a1250MPa，容许切应力175kPa。

7.3.2 计算步骤

7.3.2.1 车辆荷载换算 1）求破裂棱体宽度L0。

假设破裂面交与荷载内，35°+18°26′+17°30′=70° 56′,求不计车辆荷载作用时的破裂棱体宽L0

Aab2h0(bd)H(H2a2h0)tan

(Ha)(Ha2h0)235(522)tan18.430.18 2(52)=

tantan(cottan)(tanA)

=tan70.93(cot35tan70.93)(tan70.930.180.531

arctan0.53127.97=27°58′ L0(Ha)tanHtanb

=（5+2）×0.531+5×0.531-3=3.372m 求纵向分布长度 一辆重车的扩散长度为：

B=5.6+(H+2a)tan30°=5.6+(5+2×2)tan30°=10.80m大于挡土墙分段长度,取计算长度B=10.80m。纵向布置一辆重车，总重力为300kN。

计算等代均布土层厚度

车轮中心距路基边缘0.5m，L0=3.372m，重车在破裂棱体内能布置一辆。

h0GBL03000.412m

10.803.37220验算荷载，挂车-100，h0=0.8m，布置在路基全宽。 7.3.2.2 主动土压力计算

设计荷载的计算：

A2320.412(30.75)5(52220.412)0.330.130

(52)(5220.412)tantan70.93(cot35tan70.93)(tan70.930.130)0.56 arctan0.5629.24=29°14′

破裂棱体宽度L0(52)0.5650.5633.72m

荷载外缘至墙踵的距离bdb0Htan20.758.550.339.6m，大于破裂棱体宽度，破裂面仍交于荷载内，与原假定相符，所以选用公式正确。

Kh1cos()cos(29.2435)(tantan)(0.560.33)0.393

sin()sin(29.2470.93)batan320.562.11m

tantan0.560.33d0.75h20.84m

tantan0.560.33h3Hh1h252.110.842.05m

K11E2hhh2a222.1120.4122.05(11)0231(1)1.699 2H2H525H511H2KK120520.3931.699166.9kN 22ExEcos()166.9cos(18.4317.5)135.1kN

EyEsin()166.9sin(18.4317.5)97.9kN

土压力作用点

Ha(Hh1)2h0h3(3h32H) Zx233HK152(52.11)20.4122.05(32.0525)1.78m =23351.699ZyBZxtan3.51.780.332.91m

验算荷载的计算

A2320.835(52220.8)0.330.111

(52)(5220.8)tantan70.93(cot35tan70.93)(tan70.930.111)0.574

arctan0.5629.86=29°51′

破裂棱体宽度L0(52)0.57450.3332.668m，破裂面交于荷载内。

Kh1cos()cos(29.8635)(tantan)(0.5740.33)0.391

sin()sin(29.8670.93)batan320.5742.049m

tantan0.5740.33h20

h3Hh1h252.04902.951m

K11E2hhh2a222.04920.82.951(11)0231(1)1.825 2H2H525H511H2KK120520.3911.825178.39kN 22ExEcos()178.39cos(18.4317.5)144.45kN

EyEsin()178.39sin(18.4317.5)104.68kN

土压力作用点：

Ha(Hh1)2h0h3(3h32H) Zx233HK152(52.049)20.82.591(32.59125)1.73m =23351.825ZyBZxtan3.51.730.332.93m

比较设计荷载和验算荷载结果可知，验算荷载时的土压力较大，而且主动土压力的作用点与计算荷载时的相近，故墙身断面尺寸应由验算荷载（挂车-100）控制。应当注意是，一般情况下，墙身断面尺寸是由验算荷载控制，还是由计算荷载控制不易直接判别，应通过计算决定。 7.3.2.3 稳定性验算

一般情况下，挡土墙的抗倾覆稳定性较易满足，墙身断面尺寸主要由抗滑动稳定性和基地承载力来控制。故选择基底倾斜1:5(011.31)

1)计算墙身重W及力臂Zw( 取墙长1m计)

WaA1a(bB2Bh1H)1

213.53.5(3.55)22(5)220.55kN

22由力矩平衡原理得

bBb1Bb1Bh1BWZWb1H1H(b1)a

2232313.513.513.513.5155(1)22262.17 22323因而ZW1.19m

2)抗滑稳定性验算

Kc[Wcos0Esin(0)]f

Ecos(0)Wsin0262.17cos11.31178.39sin(18.4317.511.31)0.5

178.39cos(18.4317.511.31)262.17sin11.31=2.78﹥Kc=1.3 满足要求 3)抗倾覆稳定性验算 K0WZWEyZyEx(Zxh1)220.551.19104.682.93

144.45(1.730.7)=3.83﹥K01.5 4)基底应力与偏心距验算

NWcos0Esin(0)388.05kN

ZNWZWEyZyEx(Zxh1)N

220.551.19104.682.93144.45(1.730.7)1.08m

388.05B3.5Be0ZN1.080.67﹥0.58m 不满足要求

226将墙趾加宽成宽0.4m，高0.6m的台阶后再进行验算： 220.551.19104.682.93144.45(1.730.70.08)ZN1.26m

388.053.96B3.5Be0ZN1.260.49﹤0.58m 满足要求。

2261N6e388.0560.49(1)(1)174.5kPa BB3.93.9N6e388.0560.492(1)(1)24.5kPa

BB3.93.91、2均小于1.25a1.2512501562.5kPa 满足要求

5）墙身应力验算

由于墙背为直线，最大应力降接近基底处，从基底应力验算可知，其基底应力与偏心距均可满足要求，墙身截面应力也能满足墙身材料的要求，故可不作验算。

通过上述验算，决定采用的断面尺寸为：墙顶宽1m，墙底宽3.9m，墙趾加宽台阶高0.6m，宽0.4m。