【整理】挡土墙的设计步骤

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。【2017年整理】挡土墙的设计步骤挡土墙的设计步骤挡土墙的设计步骤一、确定墙高二、墙上荷载（主动土压力、墙上移动荷载、振动系数）三、墙体型式四、墙底基底承载力五、计算1）抗倾覆计算（主动土压力+移动荷载*振动系数）2）抗滑动计算（同上 ）3）墙身水平截面强度验算4）墙身垂直截面变位计算（截面应力校核）六、设计1、根据具体情况，通过技术和经济比较，确定墙址位置； 2、测绘墙址处的纵向地面线，核对路基横断面图，收集墙址处的地质和水文等资料； 3、选择墙后填料，确定填料的物理力学计算参数和地基计算参数； 4、

2、进行挡土墙断面型式、构造和材料设计，确定有关计算参数； 5、进行挡土墙的纵向布置； 6、用计算法或套用标准图确定挡土墙的断面尺寸； 7、绘制挡土墙立面、横断面和平面图。 挡土墙墙身抗弯强度计算：1 按弹性计算；2 砌体为脆性材料，抗拉能力很差；3 应考虑竖向压力产生的压应力与弯曲拉应力的叠加；4 受拉一侧外缘真实应力=N/A-M/W，小于砌体抗拉能力既是安全的。第一节 概述能够保持结构物两侧的土体、物料有一定高差的结构称为支挡结构。支承路堤填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳，而承受侧向土压力的建筑物称为挡土墙。支挡结构在各种土建工程中得到广泛的应用，如铁路、公路工程中可以用于支承路堤或路堑

3、边坡、隧道洞口、支承桥台台后填土，以减少土石方量和占地面积，防止水流冲刷路基，并经常用于整治坍方、滑坡等路基病害；水利、港湾工程中支挡河岸及水闸的岸墙；民用与工业建筑中的地下连续墙等。随着大量土木工程在地形复杂地区的兴建，支挡结构愈加显得重要。支挡结构的设计将直接影响到工程的经济效益及安全。挡土墙各部位的名称如图10-1所示，墙身靠填土（或山体）一侧称为墙背，大部分外露的一侧称为墙面（或墙胸），墙的顶面部分称为墙顶，墙的底面部分称为墙底，墙背与墙底的交线称为墙踵，墙面与墙底的交线称为墙趾。墙背与竖直面的夹角称为墙背倾角，一般用表示，墙踵到墙顶的垂直距离称为墙高，用H表示。挡土墙的类型划分方法很

4、多，根据墙体自身的刚度可将其分为柔性挡土墙和刚性挡土墙；根据挡土墙的结构形式可将其分为重力式（包括衡重式）挡土墙和轻型挡土墙；根据挡土墙在路基横断面上的位置可分为：路堑挡土墙、路肩挡土墙、路堤挡土墙、山坡挡土墙、抗滑挡土墙、站台挡土墙等；根据建筑材料可分为石、混凝土及钢筋混凝土挡土墙等；根据所处的环境条件可分为一般地区挡土墙、浸水地区挡土墙与地震地区挡土墙等。由于一些地区石料丰富，使得石砌重力式和衡重式挡土墙得到广泛应用。为适应不同地区的条件和发展新技术的需要，逐步发展了各种形式的挡土墙，如：悬臂式、扶臂式、板桩式、锚杆式、锚定板式、竖向预应力锚杆式、加筋土式和土钉式等新型挡土墙。随着生产和技

5、术的不断发展，今后还将会有一些新的结构形式不断图10挡土墙各部分名称路基在遇到下列情况时可考虑修建挡土墙：(1) 陡坡地段； (2) 岩石风化的路堑边坡地段；(3) 为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑地段；(4) 可能产生坍方、滑坡的不良地质地段；(5) 高填方地段；(6) 水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路基地段；(7) 为节约用地、减少拆迁或少占农田的地段；(8) 为保护重要建筑物、生态环境或其他特殊需要的地段。在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，例如，采用路堤或路肩挡土墙时，常与栈桥或填方等方案进行比较；采用路堑或山坡挡土墙时，常与隧道、明洞或刷缓边坡等方案作比较，

6、以求工程技术经济合理。第二节 重力式挡土墙一、概述重力式挡土墙是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，它是我国目前最常用的一种挡土墙形式。重力式挡土墙多用浆砌片（块）石砌筑，缺乏石料地区有时可用混凝土预制块作为砌体，也可直接用混凝土浇筑，一般不配钢筋或只在局部范围配置少量钢筋。这种挡土墙形式简单、施工方便，可就地取材、适应性强，因而应用广泛。由于重力式挡土墙依靠自身重力来维持平衡稳定，因此墙身断面大，圬工数量也大，在软弱地基上修建时往往受到承载力的限制。如果墙过高，材料耗费多，因而亦不经济。当地基较好，墙高不大，且当地又有石料时，一般优先选用重力式挡土墙。重力式挡土墙，当墙背只有单一坡度

7、时，称为直线形墙背；若多于一个坡度，则称为折线形墙背。直线形墙背可做成俯斜、仰斜、垂直三种，墙背向外侧倾斜时称为俯斜，墙背向填土一侧倾斜时称为仰斜，墙背垂直时称为垂直；折线形墙背有凸形折线墙背和衡重式墙背两种，如图10-2所示。 a) 俯斜 b) 仰斜 c) 垂直 d) 凸形 e) 衡重式 图10-2 重力式挡土墙墙背形式仰斜墙背所受的土压力较小，用于路堑墙时墙背与开挖面边坡较贴合，因而开挖量和回填量均较小，但墙后填土不易压实，不便施工。当墙趾处地面横坡较陡时，采用仰斜墙背将使墙身增高，断面增大，如图10-3所示，所以仰斜墙背适用于路堑墙及墙趾处地面平坦的路肩墙或路堤墙。俯斜墙背所受土压力较大

8、，其墙身断面较仰斜墙背时要大，通常在地面横坡陡峻时，利用陡直的墙面，以减小墙高。俯斜墙背可做成台阶形，以增加墙背与填土之间的摩擦力。垂直墙背的特点介于仰斜和俯斜墙背之间。凸形折线墙背系由仰斜墙背演变而来，上部俯斜、下部仰斜，以减小上部断面尺寸，多用于路堑墙，也可用于路肩墙。衡重式墙背在上下墙之间设有衡重台，利用衡重台上填土的重力使全墙重心后移，增加了墙身的稳定。由于采用陡直的墙面，且下墙采用仰斜墙 图10地面横坡对墙高的影响背，因而可以减小墙身高度，减少开挖工作量。适用于山区地形陡峻处的路肩墙和路堤墙，也可用于路堑墙。二、重力式挡土墙的构造重力式挡土墙的构造必须满足强度与稳定性的要求，同时应考

9、虑就地取材，经济合理、施工养护的方便与安全。1.墙身构造重力式挡土墙的仰斜墙背坡度一般采用1:0.25，不宜缓于1:0.30；俯斜墙背坡度一般为1:0.251:0.40，衡重式或凸折式挡土墙下墙墙背坡度多采用1:0.251:0.30仰斜，上墙墙背坡度受墙身强度控制，根据上墙高度，采用1:0.251:0.45俯斜，如图6-4所示。墙面一般为直线形，其坡度应与墙背坡度相协调。同时还应考虑墙趾处的地面横坡，在地面横向倾斜时，墙面坡度影响挡土墙的高度，横向坡度愈大影响愈大。因此，地面横坡较陡时，墙面坡度一般为1:0.051:0.20，矮墙时也可采用直立；地面横坡平缓时，墙面可适当放缓，但一般不缓于1:

10、0.35。图10-4 挡土墙墙背和墙面坡度仰斜式挡土墙墙面一般与墙背坡度一致或缓于墙背坡度；衡重式挡土墙墙面坡度采用1:0.05，所以在地面横坡较大的山区，采用衡重式挡土墙较经济。衡重式挡土墙上墙与下墙的高度之比，一般采用4:6较为经济合理。对一处挡土墙而言，其断面形式不宜变化过多，以免造成施工困难，并且应当注意不要影响挡土墙的外观。混凝土块和石砌体挡土墙的墙顶宽度一般不应小于0.5m，混凝土墙顶宽度不应小于0.4m。路肩挡土墙墙顶应以粗料石或C15混凝土做帽石，其厚度不得小于0.4m，宽度不小于0.6m，突出墙外的飞檐宽应为0.1m。如不做帽石或为路堤墙和路堑墙，应选用大块片石置于墙顶并用砂

11、浆抹平。 在有石料的地区，重力式挡土墙应尽可能采用浆砌片石砌筑，片石的极限抗压强度不得低于30MPa。在一般地区及寒冷地区，采用M7.5水泥砂浆；在浸水地区及严寒地区，采用M10水泥砂浆。在缺乏石料的地区，重力式挡土墙可用C15混凝土或片石混凝土建造；在严寒地区采用C20混凝土或片石混凝土。为保证列车正常运行、线路养护及行人的安全，路肩挡土墙在一定条件下，应设置防护栏杆。为避免因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，根据地基地质条件的变化和墙高、墙身断面的变化情况需设置沉降缝。在平曲线地段，挡土墙可按折线形布置，并在转折处以沉降缝断开。为防止圬工砌体因收缩硬化和温度变化而产生裂缝应设置伸缩缝。设计中一

12、般将沉降缝和伸缩缝合并设置，沿线路方向每隔1025m设置一道，如图10-5所示。缝宽为23cm，自墙顶做到基底。缝内沿墙的内、外、顶三边填塞沥青麻筋或沥青木板，塞入深度不小于0.2 m，当墙背为岩石路堑或填石路堤时，可设置空缝。图10-5 沉降缝与伸缩缝2.排水设施挡土墙排水设施的作用在于疏干墙后土体中的水和防止地表水下渗后积水，以免墙后积水致使墙身承受额外的静水压力；减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力；消除粘性土填料浸水后的膨胀压力。挡土墙的排水措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后土体或地基，地面排水措施有：（1）设置地面排水沟，截引地表水；（2）夯实回填土

13、顶面和地表松土，防止雨水和地面水下渗，必要时可设铺砌层；（3）路堑挡土墙趾前的边沟应予以铺砌加固，以防止边沟水渗入基础。墙身排水主要是为了排除墙后积水，通常在墙身的适当高度处布置一排或数排泄水孔，如图10-6所示。泄水孔的尺寸可视泄水量的大小分别采用0.05m0.1m、0.1m0.1m、0.15m0.2m的方孔或直径为0.05m0.1m的圆孔。孔眼间距一般为23m，干旱地区可予增大，多雨地区则可减小。浸水挡土墙则为1.01.5m，孔眼应上下左右交错设置。最下一排泄水孔的出水口应高出地面0.3m；如为路堑挡土墙，应高出边沟水位0.3m；浸水挡土墙则应高出常水位0.3m。泄水孔的进水口部分应设置粗

14、粒料反滤层，以防孔道淤塞。泄水孔应有向外倾斜的坡度。在特殊情况下，墙后填土采用全封闭防水，一般不设泄水孔。干砌挡土墙可不设泄水孔。 图10挡土墙泻水孔及反滤层若墙后填土的透水性不良或可能发生冻胀，应在最低一排泄水孔至墙顶以下0.5m的高度范围内，填筑不小于0.3m厚的砂加卵石或土工合成材料反滤层。既可减轻冻胀力对墙的影响，又可防止墙后产生静水压力，同时起反滤作用。反滤层的顶部与下部应设置隔水层。3.防水层为防止水渗入墙身形成冻害及水对墙身的腐蚀，在严寒地区或有浸水作用时，时常在临水面涂以防水层：（1）石砌挡土墙,先抹一层5水泥砂浆(2cm厚),再涂以热沥青(23mm)；（2）混凝土挡土墙,涂抹

15、两层热沥青(23mm)；（3） 钢筋混凝土挡土墙，常用石棉沥青及沥青浸制麻布各两层防护，或者加厚混凝土保护层；一般情况下可不设防水层，但片石砌筑挡土墙需用水泥砂浆抹成平缝。4.基础埋置深度挡土墙一般采用明挖基础。当地基为松软土层时，可采用加宽基础、换填或桩基础。水下基础挖基有困难时，可采用桩基础或沉井基础。基础埋置深度应按地基的性质、承载力的要求、冻胀的影响、地形和水文地质等条件确定。挡土墙基础置于土质地基上时，其基础埋深应符合下列要求：（1）基础埋置深度不小于1m。当有冻结且冻结深度小于或等于时，应在冻结线以下不小于0.25m（不冻胀土除外）；当冻结深度超过1m时，可在冻结线下0.25m内换

16、填弱冻胀土或不冻胀土，但埋置深度不小于1.25m。不冻胀土层（例如碎石、卵石、中砂或粗砂等）中的基础，埋置深度可不受冻深的限制；（2）受水流冲刷时，基础应埋置在冲刷线以下不小于1m；（3）路堑挡土墙基础底面应在路肩以下不小于1m，并应低于侧沟砌体底面不小于0.2m。挡土墙基础置于硬质岩石地基上时，应置于风化层以下。当风化层较厚，难以全部清除时，可根据地基的风化程度及其相应的承载力将基底埋于风化层中。置于软质岩石地基上时，埋置深度不小于1m。挡土墙基础置于斜坡地面时，其趾部埋入深度和距地面的水平距离应符合表10-1的要求。表10-1斜坡地面墙趾埋入的最小尺寸（m）三、重力式挡土墙的布置挡土墙的布

17、置是挡土墙设计的一个重要内容，通常在路基横断面图和墙址纵断面图上进行。布置前应现场核对路基横断面图，不满足要求时应补测，并测绘墙址处的纵断面图，收集墙址处的地质和水文等资料。 1.挡土墙位置的选定（1）路堑挡土墙的位置通常设置在路基的侧沟边。山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处，墙的高度应保证设墙后墙顶以上边坡稳定。（2）路肩挡土墙因可充分收缩坡脚，大量减少填方和占地，当路肩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。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。必要时应作技术经济比较以确定墙的位置。（3）当路基两侧同时设置路肩和路堑挡土墙时，一般应

18、先施工路肩墙，以免在施工时破坏路堑墙的基础。同时要求过路肩墙墙踵与水平面成f角的平面不得伸入到路堑墙的基底面以下，否则应加深路堑墙的基础，或将两者设计成一个整体结构。（4）沿河路堤设置挡土墙时，应结合河流的水文、地质情况以及河道工程来布置，注意应保证墙后水流顺畅，不致挤压河道而引起局部冲刷。（5）滑坡地段的抗滑挡土墙，应结合地形、地质条件，滑面的部位、滑坡推力，以及其它工程，如：抗滑桩、减载、排水等综合考虑；（6）带拦截落石作用的挡土墙，应按落石范围、规模、弹跳轨迹等进行考虑；（7）受其它建筑物如：房屋、公路、桥涵、隧道等控制的挡土墙，在满足特定的要求下，尚需考虑技术经济条件；2.纵向布置纵向

19、布置在墙址纵断面图上进行，布置后绘成挡土墙正面图，布置的内容有：（1）确定挡土墙的起讫点和墙长，选择挡土墙与路基或其它结构物的衔接方式。路肩挡土墙端部可嵌入石质路堑中，或采用锥坡与路堤衔接；当路肩挡土墙、路堤挡土墙兼设时，其衔结处可设斜墙或端墙；与桥台连接时，为防止墙后回填土从桥台尾端与挡土墙连接处的空隙中溜出，需在台尾与挡土墙之间设置隔墙及接头墙。路堑挡土墙在隧道洞口应结合隧道洞门、翼墙的设置情况平顺衔接；与路堑边坡衔接时，一般将墙高逐渐降低至2m以下，使边坡坡脚不致伸入边沟内，有时也可用横向端墙连接。（2）按地基、地形及墙身断面变化情况进行分段，确定伸缩缝和沉降缝的位置。当墙身位于弧形地段

20、，例如桥头锥体坡脚，因受力后容易出现竖向裂缝，宜缩短伸缩缝间距，或考虑其它措施。（3）布置各挡土墙的基础。墙址地面有纵坡时，挡土墙的基底宜做成不大于5%的纵坡。但地基为岩石时，为减少开挖，可沿纵向做成台阶。台阶尺寸应随纵坡大小而定，但其高宽比不宜大于1:2。（4）布置泄水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸等。此外，在布置图上应注明各特征断面的桩号，以及墙顶、基础、顶面、基底、冲刷线、冰冻线、常水位或设计洪水位的标高等。3.横向布置横向布置选择在墙高最大处、墙身断面或基础形式有变异处。根据墙型、墙高、地基及填土的物理力学指标等设计资料，进行挡土墙设计或套用标准图，确定墙身断面、基础形式和埋置深度，布

21、置排水设施等，并绘制挡土墙横断面图。4.平面布置对于个别复杂的挡土墙，如高、长的沿河挡土墙和曲线挡土墙，除了纵、横向布置外，还应进行平面布置，绘制平面图，标明挡土墙与线路的平面位置及附近地貌和地物等情况，特别是与挡土墙有干扰的建筑物的情况。沿河挡土墙还应绘出河道及水流方向、其它防护与加固工程等。在以上设计图中，还应标写简要说明。必要时可另编设计说明书，说明选用挡土墙方案的理由，选用挡土墙结构类型和设计参数的依据，对材料和施工的要求及注意事项，主要工程数量等。如采用标准图，应注明其编号。 四、重力式挡土墙的设计计算挡土墙是用来承受土体侧压力的构造物，它应具有足够的强度和稳定性。挡土墙可能的破坏形

22、式有：滑移、倾覆、不均匀沉陷和墙身断裂等。因此挡土墙的设计应保证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。这就要求在拟定墙身断面形式及尺寸之后，对上述几方面进行检算。挡土墙验算方法有两种：一是采用总安全系数的容许应力法；二是采用分项安全系数的极限状态法，以下主要介绍容许应力验算法，对于极限状态法可参阅相关资料。（一）作用在挡土墙上的力系作用在挡土墙上的力系，根据荷载性质及发生概率分为主要力系、附加力系和特殊力系。一般情况下挡土墙只考虑主要力系的影响。在浸水和地震等特殊情况下，尚应考虑附加力和特殊力的作用。主要力系是指经常

23、作用在挡土墙上的力，如图10-7所示，它包括：（1）由填土自重和列车轨道荷载引起的主动土压力，可分解为水平土压力和垂直土压力； （2）墙身自重G；（3）墙前土体作用于墙面上的被动土压力；（4）墙顶上的有效荷载；（5）墙背与第二破裂面之间的有效荷载Wr；（6）基底法向反力R及摩擦力T；（7）常水位时的静水压力与浮力墙前被动土压力一般不予考虑，当基础埋置较深(如大于1.5m)，且地层稳定，不受水流冲刷或扰动破坏时才予考虑。由于挡土墙前后土体相互作用，而达到被动状态所需的位移量大于达到主动状态的位移量，故墙后土体处于主动状态时，墙前土体难以达到被动状态，因此墙前的被动抗力要比计算公式的被动土压力为小

24、，目前尚无可靠的计算方法，根据经验，并为安全起见，一般取1/3的计算被动土压力值作为墙前的被动抗力。附加力系是指偶然发生的或发生概率很小的力，包括：（1）设计水位的静水压力和浮力；（2）水位退落时的动水压力；（3）波浪冲击力；（4）冻胀压力和冰压力；（5）温度变化的影响力。特殊力系是指暂时的或属于灾害性的，发生几率极小的力，包括：（1）地震荷载；（2）施工及临时荷载，如起吊机、人群、堆载等；（3）水流漂浮物的撞击力。挡土墙设计时，对于单线铁路应按有列车荷载与无列车荷载进行检算；双线铁路及站场内的挡土墙，除按轨道上均有列车荷载进行检算外，尚应按邻近挡土墙的一线、二线有列车荷载与无列车荷载等组合进

25、行检算，并取不利的荷载组合进行设计。冰压力和冻胀力不与波浪压力同时计算,洪水和地震不同时考虑。（二）挡土墙稳定性检算对于重力式挡土墙，墙的稳定性往往是设计中的控制因素。挡土墙的稳定性包括抗滑稳定性与抗倾覆稳定性两方面。1.抗滑稳定性检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，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力，用抗滑稳定系数表示，即作用于挡土墙最大可能的抗滑力与实际滑动力之比，如图10-8所示。一般情况下，有： （10-1）式中：N 作用于基底的上的总垂直力，即挡土墙墙身自重G、墙背主动土压力的竖直分力 、墙顶上的有效荷载及墙背与第二破裂面之间的有效荷载之和，其值为： 墙背主动土压力的

26、总水平分力；f 基底摩擦系数，其数值可通过现场试验确定，如无试验值，按表10-5采用。 沿基底抗滑稳定系数不应小于1.3，考虑附加力系时，不小于1.2。但设计墙高大于1215m时，应注意适当加大值，以保证挡土墙的抗滑稳定性。当挡土墙抗倾覆稳定性已满足而受抗滑稳定性控制时，可采用设置倾斜基底的方法以增加挡土墙的抗滑稳定性。基底倾斜度，一般地基不大于1:5；浸水地基，当 f0.5时，不宜设置倾斜基底；当0.5 f0.10时，倾斜基底不大于1:10；当 f0.10时，倾斜基底不大于1:5；岩质地基不大于1:3。设置倾斜基底的方法，是保持墙胸高度不变，而使墙踵下降一个高度h,如图10-9所示，从而使基

27、底具有向内倾斜的逆坡。与水平基底相比，可减小滑动力，增大抗滑力，增强挡土墙的抗滑稳定性。需要注意的是，由于墙踵下降了h，计算土压力时墙高也应增加了h，即计算墙高为： ，由图10-9可知，（10-2）图10-8 滑动稳定性检算 图10-9 倾斜基底若将竖直方向的力和水平方向的力分别按倾斜基底的法线方向和切线方向分解,则倾斜基底法向力为：（10-3）切向力为：（10-4）式中： 基底倾角，即基底与水平面的夹角。由公式（10-1）可知，设置倾斜基底后挡土墙的滑动稳定系数为：（10-5）由公式（10-5）可以看出，由于设置了倾斜基底，明显地增大了抗滑稳定系数，而且基底倾角 越大，越有利于抗滑稳定性。应

28、当指出，除验算沿基底的抗滑稳定性外，尚应验算沿墙踵水平面上的抗滑稳定性，以免挡土墙连同地基土体一起滑动。因此，基底的倾斜度不宜过大。增加抗滑稳定性的另一种办法是采用凸榫基础，如图10-10所示，凸榫基础是在基础底面设置一个与基础连成整体的榫状凸块，利用榫前土体所产生的被动土压力以增加挡土墙抗滑稳定性。增加抗滑稳定性的措施还有：改善地基，例如在粘性土地基上夯嵌碎石，以增加基底摩擦系数；改变墙身断面形式等。但单纯的扩大断面尺寸收效不大，而且也不经济。2.抗倾覆稳定性检算挡土墙的抗倾覆稳定性是指它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力，用抗倾覆稳定系数 表示，其值为对墙趾的稳定力矩之和与倾覆力矩之和的比值

29、，如图10-11所示，表达式为：（10-6）式中： 稳定力系对墙趾的总力矩图10-10 凸榫基础 倾覆力系对墙趾的总力矩（10-7）（10-8）一般情况下，抗倾覆稳定性系数不应小于1.5，考虑附加力时，不应小于1.3。当墙高大于1215m时，应注意加大 值，以保证挡土墙的倾覆稳定性。当抗滑稳定性满足要求，挡土墙受抗倾覆稳定性控制时，可展宽墙趾，如图10-12所示，在墙趾处展宽基础可以增大稳定力矩的力臂，是增强抗倾覆稳定性的常用方法。但在地面横坡较陡处，会由此引起墙高的增加。展宽部分b一般用与墙身相同的材料砌筑，不宜过宽。重力式挡土墙b不宜大于墙高的10%；衡重式挡土墙b不宜大于墙高的5%。基础

30、展宽可分级设置成台阶基础，每级的宽度和高度关系应符合刚性角（即基 图10-11 倾覆稳定性检算 图10-12 展宽墙趾础台阶的斜向连线与竖直线的夹角）的要求，对于石砌圬工不大于35；对于混凝土圬工不大于45，如超过时，则应采用钢筋混凝土基础板。增加抗倾覆稳定性的措施还有：改变墙背或墙面的坡度以减少土压力或增加稳定力臂；改变墙身形式，如改用衡重式、墙后增设卸荷平台或卸荷板。（三）挡土墙基底应力及合力偏心距检算为了保证挡土墙的基底应力不超过地基的容许承载力，应进行基底应力检算。为了使挡土墙墙型结构合理和避免发生显著的不均匀沉陷，还应控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。如图10-13所示，若作用于基底

31、合力的法向分力为N，它对墙趾的力臂为，则有：（10-9）合力偏心距e为：（10-10）基底合力的偏心距，土质地基不应大于B/10，岩石地基不应大于B/4 。基底两边缘点，即趾部和踵部的法向压应力、分别为：（10-11）式中：M 各力对中性轴的力矩之和，M=N e；W 基底截面模量，对单位延米的挡土墙，；A 基底截面面积，对单位延米的挡土墙，A=B。基底压应力不得大于地基容许承载力，当考虑主要力系和附加力系组合时，地基承载力可提高20% 。当按主要力系计算时，墙踵的基底压应力可超过地基的容许承载力，一般地区最大不超过30% 。图10-13 基底应力及合力偏心距检算图式 图10-14 基底应力重分

32、布 当eB/10时，基底墙踵将出现拉应力，对于一般地基与基础间是不能承受拉力的，这时按无拉应力的平衡条件重新分配压应力，重新分配的压应力合力作用在距墙趾为的三角形应力图的形心上，该应力图一边长为3 。如图10-14所示，基底应力图形将由虚线图形变为实线图形。根据力的平衡条件，有：故基底最大压应力为：（10-12）基底压应力或偏心距过大时，可采取加宽墙趾或扩大基础的办法予以调整，也可采用换填地基土以提高其承载力；调整墙背坡度或断面形式以减少合力偏心距等措施。（四）挡土墙墙身截面强度检算通常，选取一、两个墙身截面进行检算,检算截面可选在基础顶面（襟边以上截面）、1/2墙高处、上下墙（凸形及衡重式墙

33、）交界处等，如图10-15所示。 墙身截面强度检算包括法向应力和剪应力检算。（1）法向应力及偏心距检算如图10-16所示，若检算截面-的强度，从土压力强度分布图中可得到截面-以上的土压力 和以及该截面以上的墙身自重，截面的宽度为 ，则： 图10-15 墙身检算截面的选择 （10-13）（10-14）对于墙身截面偏心距的要求，在只考虑主要力系时，考虑主要力系加附加力系时， ，以保证墙型的合理性。截面两端边缘的法向应力为：（10-15）对于截面两端边缘的法向应力的要求，在只考虑主要力系时，最大压应力和最大拉应力不得超过圬工的容许应力。当考虑附加力系时，容许应力可提高30%。（2）剪应力检算剪应力分

34、水平剪应力和斜剪应力两种。重力式挡土墙只检算水平剪应力，而衡重式挡土墙还需进行斜截面剪应力的检算，如图10-15中的截面。水平方向剪应力检算：如图10-16，对-截面的水平剪应力进行检算时，剪切面上的水平剪切力等于-截面以上墙身所受水平土压力 ,则：（10-16）式中： 圬工的容许剪应力（kPa）。当墙身受拉力出现裂缝时，应折减裂缝区的面积。斜截面剪应力验算：如图10-17所示，设衡重式挡土墙上墙底面沿倾斜方向AB被剪裂，图106容许应力法墙身截面检算剪裂面与水平面成角，剪裂面上的作用力是竖直分力N和水平分力T，则：（10-17） 式中： 上墙土压力的水平分力（KN）； 上墙土压力的竖直分力（

35、KN）； 上墙圬工重力（KN）； ABC的圬工重力（KN）。当角不同时，AB面上的剪应力也不同，故是的函数，即：（10-18）式中： 剪裂面AB上的切力（KN）； 图1017斜截面剪应力验算l 剪裂面的长度（m）。(10-19)式中： 圬土的容重（）（10-20）将式（10-19）、式（10-20）代入式（10-18），并令整理得：（10-21）对式（10-21）微分，令 ，整理得：（10-22）式中： 由式（10-22）解出角，代入式（10-21）即可求得AB斜截面的最大剪应力。如，说明斜截面抗剪强度满足要求。五、挡土墙常用设计参数1墙背土的物理力学指标挡土墙背后填料的物理力学指标，最好根据

36、试验确定。无试验指标时，可参照表10-2的数据选用。表10-2 墙背填料的物理力学指标路堑挡土墙，墙背后地层的物理力学指标，在无不良地质情况下，习惯上多参考天然坡角及路堑边坡设计数据综合确定，也可参照表10-3的数据选用。表10-3 路堑边坡物理力学指标 2土与墙背的摩擦角 土与墙背的摩擦角应根据墙背的粗糙程度和排水条件确定，可按表10-4所列数值采用。3基底与地层间的摩擦系数基底与地层间的摩擦系数，根据基底粗糙程度、排水条件和土质而定，无试验资料时，可采用表10-5所列数值。表10-4 土与墙背间的摩擦角4建筑材料的强度等级及容许应力重力式挡土墙墙身材料一般采用石砌体、片石混凝土或混凝土。其

37、强度等级及适用范围按表10-6采用。石砌体的容许应力按表10-7采用。混凝土的容许应力按表10-8采用。表10-5 基底与地层间的摩擦系数表10-6 重力式挡土墙材料强度等级与适用范围表10-7 石砌体的容许应力（MPa）表10-8 混凝土的容许应力（MPa）第三节 加筋土挡土墙一、概述加筋土挡土墙是利用加筋土技术修建的一种轻型支挡结构物，是由墙面板、拉筋、填料三部分组成的复合结构物，如图6-19所示。它依靠填料与拉筋之间的摩擦力作用，平衡填料作用于墙面上的水平土压力，使之形成整体，抵抗其后部填料产生的土压力。现代加筋土的概念和设计理论是20世纪60年代法国工程师Henri Vidal 首创的

38、。根据他的设计理论于1965年在法国普拉聂尔斯（Prageres）成功修建了一座公路加筋土挡土墙，该项工程立刻引起了世界工程界的浓厚兴趣，引起了世界各国的重视，得到很高评价。国外誉之为仅次于钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土的又一次发明。以后，世界各国普遍开展了加筋土技术的研究和工程试验。图1019加筋挡土墙组成示意图 日本对加筋土技术的研究和应用也比较早。1967年日本将该技术正式公布为“补强土工法”，并在许多公路、城市道路、边坡等工程中广泛应用。在西班牙，1971年建造了第一座加筋土挡墙，随后的发展和推广应用也相当快。美国1972年修 建加州39号公路时开始使用，联邦公路局专门有班子从事有关研究

39、和应用工作，其推广应用和研究开发也相当快。其它许多国家也先后使用和推广了加筋土技术，加筋土工程已从加筋土挡墙发展应用到桥台、护岸、堤坝、建筑物基础、铁路路堤、码头、防波堤、水库、尾矿坝、储仓及核设施、军用设施等多个领域。加筋土技术在我国发展和应用是在70年代末才开始的，从理论研究、模型试验和现场试验到机理分析，都取得了有益的成果。19781979年云南煤矿设计院在田坝矿区建成了3座仅24m高的试验性加筋土挡墙，这也是我国的第一座加筋土挡墙。1980年又在该矿区建成了一座长57m、高8.3m加筋土挡墙，建成后使用效果良好。该工程的成功引起了我国土木建筑行业的工程技术人员很大的兴趣，随后在公路、铁

40、路、水运、煤炭、林业、水利、城建等行业和部门迅速发展和推广应用。铁路系统于1980年在淮南的铁路枢纽内修建了第一座铁路加筋土挡土墙。目前我国规模最大的加筋土工程，也是目前世界上规模最大的加筋土工程为重庆长江滨江路工程，长约6km，加筋土挡墙墙面积约，墙最高处达33m。铁路系统在广通大理铁路上成功修建了总墙高为33m的加筋土挡土墙。加筋土结构作为一种新颖的完整结构物，在土工合成材料的应用领域占有较为重要的地位，有关的国际国内学会在加筋土技术的研究和推广应用方面也异常活跃，全国各行业部门的许多工程技术人员也均看好加筋土技术，并在工程实践中不断地研究和探索。由于加筋土在技术上的优越性、显著的经济性和

41、广泛的适用性，加筋土技术获得了国内外更多的青睐。为适应加筋土技术的推广应用，世界上许多国家先后制定并颁发了有关加筋土工程的设计、施工规范和标准，或设计施工指南等。二、加筋土挡土墙的类型1、加筋土挡土墙按其断面外轮廓形式，一般分为：(1) 单面式加筋土挡土墙（图10-20）： （a）路肩式加筋挡土墙（b）路堤式加筋挡土墙图1020单面式加筋挡土墙(2) 双面式加筋土挡土墙，双面式中又分分离式、交错式加筋土挡土墙（图10-21）： （a）分离式（b）交错式图1021双面式加筋挡土墙(3) 台阶式加筋土挡土墙（图10-22）：（a）（b） 图1022台阶式加筋挡土墙2、加筋土挡土墙按其断面结构形式，

42、一般分为矩形、正梯形、倒梯形和锯齿形，见图10-23。3、加筋土挡土墙按拉筋的形式可分为条带式加筋土挡土墙（拉筋为条带式，每一层不满铺拉筋）和满铺式加筋挡土墙（每一层连续满铺土工格栅或土工织物拉筋）。 （a）矩形（b）正梯形（c）倒梯形（d）锯齿形图1023加筋结构断面形式 三、加筋土挡土墙的应用范围加筋土挡土墙一般应用于地形较为平坦且宽敞的填方路段上，适用于一般地区的路肩墙，在挖方路段或地形陡峭的山坡，由于不利与布置拉筋，一般不宜使用。滑坡和崩坍等工程地质不良地段由于地质条件复杂，土压力变化较大，可能导致墙面板受力不均产生相互错位，而且这种地段修筑加筋土挡土墙挖方量也比较大，故应慎重采用。加

43、筋土挡土墙高度级干线不宜大于10。四、加筋土挡墙的优缺点 1优点（1）组成加筋土挡土墙的墙面板和拉筋可以预先制作，在现场用机械（或人工）分层填筑。这种装配式的方法，施工简便、快速，并且节省劳力和缩短工期。（2）加筋土挡土墙是柔性结构物，能够适应地基轻微的变形。在软弱的地基上修筑时，由于拉筋在填筑过程中逐层埋设，所以，因填土引起的地基变形对加筋土挡土墙的稳定性影响比对其它结构物小，地基的处理也较简便。（3）加筋土挡土墙具有一定的柔性，抗振动性强，因此，它也是一种很好的抗振结构物。（4）加筋土挡土墙节约占地，造型美观。由于墙面板可以垂直砌筑，可以大量减少占地。挡土墙的总体布设和墙面板的形式图案可根

44、据周围环境特点和需要进行设计。（5）加筋土挡土墙造价比较低。与钢筋混凝土挡土墙相比，可减少造价一半左右；与石砌重力式挡土墙相比，也可节约20%以上。而且，加筋土挡土墙造价的节省随墙高的增加而愈加显著，因此它具有良好的经济效益。2缺点(1)挡墙背后需要充足的空间，以获得足够的墙宽来保证内部和外部稳定性。(2) 对于钢材加筋的锈蚀、用作暴露面层的土工合成材料在紫外线照射下的变质，以及填土中聚酯类加筋材料的老化等问题，需要制定合适的设计标准。(3) 由于目前加筋土系统的设计和施工经验仍不成熟，故规范尚需进一步完善。五、加筋土挡土墙的作用机理在工程实践中，我们知道松散的砂土可堆成具有天然休止角的砂堆，

45、粘性土体可开挖出一定高度的垂直坡面。如果在砂土中分层埋设水平向的加筋材料，则这种由砂土和加筋材料形成的筋土复合体就可保持一定的高度和直立状态而不塌成斜坡，它与粘性土体相类似。这表明砂土加筋后所形成的复合体的力学性能和稳定性比未加筋前有所改善和提高。为了弄清砂土加筋后复合体强度和稳定性提高的原因，维达尔等人分别进行了三轴试验和现场试验测试，提出了各种假说来解释和阐述筋土之间的相互作用机理。根据迄今为止的研究结果，筋一土间相互作用的基本原理大致可归纳为两大类：一是摩擦加筋原理，二是准粘聚力原理（或摩尔库伦理论）。（一）摩擦加筋原理根据加筋土复合体中筋一土之间的基本构造,我们在加筋体中取出一微段来分

46、析。如图10-24所示,微元体长为dl,拉筋左截面受力为,右截面受力为,压住拉筋的法向应力为,略去筋带重量和微元体土体重量,设拉筋与土粒之间的摩擦系数为f,b为筋带宽度。由于土的水平推力在该微元段拉筋中所引起的拉力为dT,dT= - 。设dF为土粒与拉筋在该微元段上产生的总摩擦力， 图1024磨擦加筋原理则有dF=2fbdl (10-23) 根据对该微元体的受力分析，可知 如果 dFdT (10-24)则筋一土之间就不会产生相互错动，换句话说，土的水平推力被筋一土之间的摩擦力所克服，微元体保持稳定，反之则不能保持稳定。从式(10-23)和式(10-24)可知，拉筋材料要满足两点：一是表面要粗糙

47、，能使筋一土之间产生足够的摩擦力；二是要有足够的强度和弹性模量，前者保证在筋一土之间产生错动前拉筋不被拉出，后者保证拉筋的变形与土体的变形大致相同。在加筋土挡墙中，墙体由于受土体的推力产生破坏时(暂将加筋土体看成无筋土体)，依据朗金理论，沿主动破裂面BC将墙体分为主动区和稳定区，见图10-25。下滑土棱体ABC自重产生的水平推力对每一层拉筋形成拉力，欲将拉筋从土中拔出，而稳定区土体与筋带的摩擦阻力阻止拉筋被拔出。如果每一层拉筋与土体的摩擦阻力均能抵抗相应的土推力，财整个墙体就不会出现BC滑动面，加筋土体的内部稳定就有保证。设每层筋带所受的土体的水平推力为T，那么(10-25)式中： 压住拉筋的

48、法向应力； l 筋带长度； f 拉筋与土粒间的摩擦系数； b 拉筋筋带宽度； 拉筋在稳定区的长度。式(10-25)为判定加筋体稳定与否的必要条件。这一点为我们在工程中的实际计算提供了思路。按上述的摩擦加筋原理分析，拉筋的工作类似于通过筋带结构钳固在稳定土体中，所以，稳定区又称为锚固区，拉筋在稳定区的长度Lb：称为锚固段长度或有效长度。摩擦加筋原理由于概念明确、简单，在加筋土挡墙的足尺试验中得到较好的验证。因此，在加筋土的实际工程中，特别是加筋土挡墙工程中得到较广泛的应用。但是， 图1025加筋挡土墙的受力分析摩擦加筋原理忽略了筋带在力作用下的变形，也未考虑土是非连续介质、具有各向异性的特点。所

49、以，对高模量的加筋材料，如金属加筋材料比较适用，对加筋材料模量较小、相对变形较大的合成材料(如塑料带等)，其结果则是比较近似的。(二)准粘聚力原理加筋土结构可看作是各向异性的复合材料，一般情况下拉筋的弹性模量远远大于填土的弹性模量，拉筋与填土共同工作，外测强度包括了填土的抗剪力、填土与拉筋的摩阻力和拉筋的抗拉力的共同作用，使得加筋土的强度明显提高。这一点在加筋砂圆柱土样与未加筋砂圆柱土样三轴对比试验中得到验证。 砂土试样在单轴压力下受到压密，土样侧向在侧压力作用下发生侧向应变。如在土中布置了拉筋，由于拉筋对土体的摩擦阻力，当土体受到垂直应力作用时，在拉筋中将产生一个轴向力，起着限制土体侧向变形

50、的作用，相当于在土中增加了一个对侧压力的反力，使土的强度提高了。根据维达尔等人的试验，加筋土的强度与土的抗剪强度、土和拉筋间的摩擦系数、拉筋的抗拉强度、拉筋数量等有关。加筋土在受力变形过程中可能出现拉筋抗拉极限状态、拉筋与填土间摩擦厂粘着极限状态以及填土抗剪极限状态。加筋土的强度分析主要针对前两种，第三种只有当拉筋与填土的弹性模量相近时才会出现。加筋砂样比无筋砂样强度提高，可根据库仑理论和摩尔破坏准则来加以解释。根据库仑理论，土的极限强度为(10-26)式中： 土的极限抗剪强度；土体上受到的正应力；c 土的粘聚力； 土的内摩擦角。 当c=0时为砂土，c0时为粘性土。设为土样破坏时的最大主应力，

51、为土样侧面的最小主应力。根据土样破坏时土样的摩尔圆与土样的库仑强度线相切的条件，可得(10-27)在三轴对比试验中，如果未加筋砂土样在、作用下达到极限平衡见图10-26，保持不变，则加筋砂在相同应力状态下未破坏，而是增至时才达到极限破坏状态，（如摩尔圆c)所示。砂样在加筋前后的 值不变，加筋后土的强度提高了，它应有一条新的强度线来反映这些关系。图1027无筋砂及加筋砂强度曲线比较未加筋砂和加筋砂试验的极限平衡条件，加筋砂多了一项由 引起的强度增加，或者说承载力增加。从三轴对比试验的结果来看(见图10-27)，加筋砂与未加筋砂的强度线几乎完全平行，说明加筋前后砂样的值基本不变，但加筋砂的强度曲线

52、不通过 坐标原点，而与纵坐相截，其截距 ，相当于式(10-27)中的c。因此，加筋砂土力学性能的改善是由于新的复合土体具有某种“粘聚力”的缘故。砂土本身是没有这个“粘聚力”的，而是砂土加筋后的结果。在试验中对加筋砂样施加的侧向力为，而实际上砂样受到的侧压力是，而正是由于砂与拉筋间的摩阻而产生的，但在最后结果的表述中却被“c”所代替。事实上它不是粘聚力，而应是加筋土的强度增量。为表述方便，将这个“粘聚力”称为“准粘聚力”或“似粘聚力”，它反映了加筋土这个复合体本身的材料特性。 将 看作加筋土的强度增量，用该原理不但可分析加筋砂的工作机理，同样可用来分析粘土类加筋土。的推导如下：把加筋砂的三轴试验

53、当作无筋砂试验，相应的用代替，当其达到极限平衡状态时，有(10-28)由式(10-27)和式(10-28)，可得（10-29）由上式得(10-30)为等效应力增量，它是由加筋砂土体中的拉筋产生的，无法直接测得，可表示为(10-31)取三轴试样破裂时的土体为脱离体(见图10-28)，作用在脱离体上的作用力有：轴向应力(破坏时为)、水平应力、拉筋拉力T、破裂面上填土的反作用力R。破裂时R与破裂面的夹角为 ，破裂面与水平面的夹角为。设A为试件的截面积，为每层拉筋单位宽度加筋土中拉筋的抗拉力，为加筋土体中拉筋层的竖向间距，根据脱离体的静力平衡条件，有(10-32)图1028加筋脱离体力平衡图其中 ，故（10-33）在破裂面上切向应力及法向应力之间的关系式可表示为（10-34)比较式(10-34)和式(10-26)，可得(10-35) 六、加筋土挡土墙材料与构造设计加筋土挡土墙的组成材料应根据具体条件与设计要求合理选用各组成部分的材料，并进行构件设计。（一）填料填料是加筋体的主体材料，由它与拉筋产生摩擦力。其基本要求是：（1）易于填筑与压实；（2）能与拉筋