【重力式挡土墙优化设计-以某挡土墙工程为例12000字（论文）】

[7]，且该地区属于山区，有较多的毛石材料，砌筑材料可因地制宜就地取材，填土选用中砂，无地下水。综合考虑安全、经济、施工难易程度，决定采用重力式挡土墙，取高度H=8m进行截面设计和验算。表5-1墙背摩擦角δ挡土墙背粗糙度及填土排水情况δ墙背平滑，排水不良0墙背粗糙，排水良好∅墙背很粗糙，排水良好∅

表5-2材料标准重度表材料种类重度（kn/m材料种类重度（kn/m钢筋混凝土25.0砌块体18素混凝土或片石混凝土24沥青混凝土24浆砌块石或料石23.0泥结碎石21干砌块石或料石21.0现根据实际场地，已知挡土墙墙高H=8m，墙后填土为粘性土，重度γ=18kN/m3，土的粘聚力c=31kN/m，内摩擦角∅=25°，由表5-1可得，土对墙的摩擦角取δ=10°，垂直式挡土墙（ε=0°初定挡土墙断面尺寸：设计挡土墙顶宽为1m，底宽为5m，则挡土墙自重G为：W=土压力计算：根据实际情况应用库仑理论，计算作用于挡土墙上的主动土压力。根据∅=25°，δ=10°，P==264.96kN/m土压力的竖向分布为PayP==90.62土压力的水平分力为PaxP=264.96=260.93抗滑移稳定验算：墙底对地基黏土的摩擦系数μ，由表4-1查的μ=0.4，则抗滑移稳定安全系数KKs因安全系数不够，现将挡土墙的底宽加大，将底宽5m增大为6m，则挡土墙自重G为G=修改尺寸后抗滑移稳定安全系数为：Ks继续将加大挡土墙尺寸，将底宽6m增大为7m，则挡土墙自重G为G修改尺寸后抗滑移稳定安全系数为：Ks多次增大尺寸均不满足抗滑移稳定安全要求，为节省工程量，不能再继续增大挡土墙尺寸，为满足设计要求，在初选的尺寸基础上，现选用摩擦系数较大的软质岩石（μ=0.4~0.6）或表面粗糙的硬质岩石（μKs当μ=0.Ks在修改挡土墙尺寸底宽为6m的基础上，增加挡土墙基底对基础的摩擦系数，选用摩擦系数较大的软质岩石（μ=0.4~0.6修改摩擦系数后抗滑移稳定安全系数为：Ks=当μ=0.Ks=在修改挡土墙尺寸底宽为7m的基础上，取μ=0.Ks当μ=0.Ks在修改挡土墙尺寸底宽为7m的基础上，增加挡土墙基底对基础的摩擦系数，选用摩擦系数较大的软质岩石（μ=0.4~0.6修改摩擦系数后抗滑移稳定安全系数为：Ks当μ=0.Ks俯斜式挡土墙（ε=10°初定挡土墙断面尺寸：设计挡土墙顶宽为1m，底宽为5m，则挡土墙自重G为：W=土压力计算：根据实际情况应用库仑理论，计算作用于挡土墙上的主动土压力。根据∅=25°，δ=10°，P==305.28kN/m土压力的竖向分布为PayP==104.41土压力的水平分力为PaxP=305.28=286.87抗滑移稳定验算：墙底对地基黏土的摩擦系数μ，由表4-1查的μ=0.4，则抗滑移稳定安全系数KKs因安全系数不够，现将挡土墙的底宽加大，将底宽5m增大为6m，则挡土墙自重G为G=修改尺寸后抗滑移稳定安全系数为：Ks继续将加大挡土墙尺寸，将底宽6m增大为7m，则挡土墙自重G为G修改尺寸后抗滑移稳定安全系数为：Ks多次增大尺寸均不满足抗滑移稳定安全要求，为节省工程量，不能再继续增大挡土墙尺寸，为满足设计要求，在初选的尺寸基础上，现选用摩擦系数较大的软质岩石（μ=0.4~0.6）或表面粗糙的硬质岩石（μKs当μ=0.Ks在修改挡土墙尺寸底宽为6m的基础上，增加挡土墙基底对基础的摩擦系数，选用摩擦系数较大的软质岩石（μ=0.4~0.6Ks当μ=0.Ks在修改挡土墙尺寸底宽为7m的基础上，增加挡土墙基底对基础的摩擦系数，选用摩擦系数较大的软质岩石（μ=0.4~0.6Ks当μ=0.Ks仰斜式挡土墙（ε=−10°初定挡土墙断面尺寸：设计挡土墙顶宽为1m，底宽为5m，则挡土墙自重G为：W=土压力计算：根据实际情况应用库仑理论，计算作用于挡土墙上的主动土压力。根据∅=25°，δ=15°，P==288kN/m土压力的竖向分布为PayP==25.1土压力的水平分力为PaxP=305.28=286.9抗滑移稳定验算：墙底对地基黏土的摩擦系数μ，由表4-1查的μ=0.4，则抗滑移稳定安全系数KKs因安全系数不够，现将挡土墙的底宽加大，将底宽5m增大为6m，则挡土墙自重G为G=修改尺寸后抗滑移稳定安全系数为：Ks继续将加大挡土墙尺寸，将底宽6m增大为7m，则挡土墙自重G为G修改尺寸后抗滑移稳定安全系数为：Ks同理，多次增大尺寸均不满足抗滑移稳定安全要求，为节省工程量，不能再继续增大挡土墙尺寸，为满足设计要求，在初选的尺寸基础上，现选用摩擦系数较大的软质岩石（μ=0.4~0.6）或表面粗糙的硬质岩石（μKs当μ=0.Ks在修改挡土墙尺寸底宽为6m的基础上，增加挡土墙基底对基础的摩擦系数，选用摩擦系数较大的软质岩石（μ=0.4~0.6Ks当μ=0.Ks在修改挡土墙尺寸底宽为7m的基础上，增加挡土墙基底对基础的摩擦系数，选用摩擦系数较大的软质岩石（μ=0.4~0.6Ks当μ=0.Ks本处小结，在验算抗滑移稳定安全，当初选尺寸及各参数计算结果满足安全系数，且远远大于安全系数时，为节省工程量，可适当降低挡土墙的底宽；当计算结果不满足安全系数时，我们可选择加大挡土墙的底宽或选用摩擦系数较大的软质岩石或表面粗糙的硬质岩石垫在基底以增大摩擦的办法，但不能盲目增大挡土墙尺寸，需在节省工程的基础下，当增大尺寸不能满足要求时，可选择在基底垫摩擦系数较大的材料增大摩擦。表5-3抗滑移稳定安全系数分析表改变挡土墙断面尺寸、摩擦系数μ与Ks的关系（ε=μ底宽（m）抗滑移稳定安全系数Ks（K5670.40.981.131.270.51.231.401.900.61.481.691.91改变挡土墙断面尺寸、摩擦系数μ与Ks的关系（ε=1μ底宽（m）抗滑移稳定安全系数Ks（K5670.40.921.041.170.51.141.311.460.61.371.571.76改变挡土墙断面尺寸、摩擦系数μ与Ks的关系（εμ底宽（m）抗滑移稳定安全系数Ks（K5670.40.810.941.060.51.011.171.330.61.211.401.59由表5-3可知，控制变量改变挡土墙断面尺寸、摩擦系数μ与Ks的关系，当墙背垂直（ε=0°），μ=0.4，抗滑移稳定安全系数Ks随着挡土墙尺寸底宽的增大而增大，分别为0.98、1.13、1.27，但均不满足设计要求的Ks>1.3。当μ=0.5时，挡土墙底宽为5m、6m、7m，抗滑移稳定安全系数Ks为1.23、1.40、1.90，此时，底宽为6m以上时，抗滑移稳定安全系数Ks已满足设计要求。当μ=0.6时，抗滑移稳定安全系数Ks分别为1.48、1.69、1.91，挡土墙高度为5m已满足设计要求。当墙背倾斜角为ε=10°，μ=0.4时，底宽依次增大为5m、6m、7m，抗滑移稳定安全系数Ks分别为0.92、1.04、1.17，均不满足抗滑移稳定安全验算条件。当μ=0.5时，随着底宽的增大，抗滑移稳定安全系数也依次增大，分别为1.14、1.31、1.46，且当底宽为6m时，抗滑移稳定安全系数Ks为1.31，,已满足抗滑移稳定安全验算。当μ=0.6时，抗滑移稳定安全系数Ks依次为1.7、1.57、1.76，此条件下，初始设计的底宽下，抗滑移稳定安全系数已满足要求。当墙背倾斜角为故从经济、安全等条件综合考虑，对垂直式挡土墙，最终确定挡土墙尺寸为顶宽1m,底宽6m，且需要在基底垫一层摩擦系数μ=0.5的软质岩石。对俯斜式挡土墙，最终确定挡土墙尺寸为顶宽1m,底宽5m，在基底垫一层摩擦系数μ=0.6表面粗糙的硬质岩石。对仰斜式挡土墙，最终确定挡土墙尺寸为顶宽1m,底宽6m，在基底垫一层摩擦系数μ=0.6表面粗糙的硬质岩石。抗倾覆验算通过比较表5-3数据，在条件改变相同的下，垂直式挡土墙、俯斜式挡土墙满足抗滑移稳定的结果更多，而仰斜式只有三种，为节省工程量及简化后续计算，现选用最经济的挡土墙断面尺寸来进行抗倾覆验算。当墙背垂直ε=0°时，最终确定挡土墙尺寸为顶宽1m,底宽6m，且需要在基底垫一层摩擦系数求出作用在挡土墙上诸力对挡土墙墙趾的力臂：自重G的力臂为a：a=Payb=3.65mPax根基公式，可得抗倾覆稳定安全系数KtKt当墙背倾斜角为ε=10°时，当墙背倾斜角ε=10°时，最终确定挡土墙尺寸为顶宽1m,底宽5m，在基底垫一层摩擦系数求出作用在挡土墙上诸力对挡土墙墙趾的力臂：自重G的力臂为a：a=Payb=4.53mPax根基公式，可得抗倾覆稳定安全系数KtKt当墙背倾斜角为ε=−10°时，最终确定挡土墙尺寸为顶宽1m,底宽6m，在基底垫一层摩擦系数μ=0.6表面粗糙的硬质岩石，W求出作用在挡土墙上诸力对挡土墙墙趾的力臂：自重G的力臂为a：a=Payb=3.75mPax根基公式，可得抗倾覆稳定安全系数KtKt通过修改过尺寸以及在基底垫摩擦系数更大的材料，此时的抗滑移稳定安全系数和抗倾覆稳定安全系数都已满足要求，且对于重力式挡土墙来说，通常抗滑移稳定满足要求时，抗倾覆稳定也能满足要求。地基承载力验算垂直式挡土墙：求作用在基础底面上总的竖向力N：N=W+求合力作用点与墙前趾点的距离x：x==偏心距e：e=基底边缘应力：P根据要求，基底边缘应力应满足①12（σmax1=σ173.86kpa俯斜式挡土墙ε=1求作用在基础底面上总的竖向力N：N=W+求合力作用点与墙前趾点的距离x：x=W偏心距e：e=基底边缘应力：P=根据要求，基底边缘应力应满足①12（σmax1=σ157.4kpa仰斜式挡土墙ε=−1求作用在基础底面上总的竖向力N：N=W+求合力作用点与墙前趾点的距离x：x===2.04m偏心距e：e=基底边缘应力：P根据要求，基底边缘应力应满足①12（σmax1=σ1.2从上表数据得出，在同一底宽条件下，随着摩擦系数μ的增大，抗滑移稳定安全系数Ks也随之增大。相对于增加挡土墙尺寸来改善抗滑移稳定安全系数的办法，增大基底摩擦系数μ挡土墙尺寸设计挡土墙的顶宽、底宽，对于砌石重力式挡土墙，顶宽不宜小于400mm；对于素混凝土重力式挡土墙顶宽不宜小于200mm。挡土墙的底宽由整体稳定性确定，初定挡土墙底宽B≈0.5~0.7H，挡土墙底面为卵石、碎石时取最小值，墙底为粘性土时取最大值。设计重力式挡土墙尺寸如下表所示：表5-4挡土墙最终尺寸表墙高H底宽顶宽基底摩擦系数μ垂直式8m610.5俯斜式8m510.6仰斜式8m6106综合考虑，在同一条件下，需要满足抗滑移稳定验算，仰斜式的工程量较大，对于俯斜式挡土墙，墙后填土能够与挡土墙紧贴，不会影响施工和质量，考虑到今后对挡土墙前面土地的使用，故在垂直式、俯斜式，在本工程中，应优先选用俯斜式挡土墙。挡土墙平、立、剖图5-1垂直式三维实体图图5-1垂直式三维实体图图图5-2垂直式三维正视图图图5-3垂直式二维正视图图图5-4垂直式三维侧视图图图5-5垂直式二维侧视图俯斜式挡土墙图图5-6俯斜式三维实体图图图5-7俯斜式三维正视图仰斜式挡土墙图图5-8俯斜式二维正视图图图5-9俯斜式三维侧视图图图5-10俯斜式二维侧视图仰斜式挡土墙图图5-11仰斜式三维实体图图图5-12仰斜式三维正视图图图5-13仰斜式二维正视图图图5-14仰斜式三维侧视图图图5-15仰斜式二维侧视图墙后排水措施挡土墙排水设施是指为了疏干墙后土体水分，防止地面水下渗，防止墙后积水形成静水压力，消除粘性土填料侵水后的膨胀压力而设置的排水措施。挡土墙的排水设施通常内地面排水和墙身排水两部分组成。地面排水可设置地面排水沟，引排地面水;夯实回填土顶面和地面松土，防止雨水和地面水下渗，必要时可加设铺砌;对路堑挡土墙墙趾前的边沟应予以铺砌加固，以防止边沟水渗入基础。构造和防、排水设施构造：重力式挡土墙每间隔10~15m设置一道变形缝，变形缝宽度为20~30mm。缝内沿墙的内、外、顶三边填塞沥青麻筋或涂沥青木板，塞入深度不宜小于150mm（冻土地区不小于200mm）。挡土墙墙顶用大于M7.5级的水泥砂浆抹平，厚度不小于防、排水设施墙内排水：（如图下图A型、B型、C型所示）：图5-1A型图5-1A型图5-1B型图5-1C型需要注意注：根据地表水汇集、墙背填料透水性能及有无地下水等情况，选择A、B和C三种类型之一，或综合其特点后灵活选用。C型为成品排水垫反滤层做法，可根据需要选用。泄水孔，通常在挡土墙的下部设置泄水孔，一般泄水孔孔径5~10cm左右，间距2~根据《建筑边坡技术规范》GB-50330-2013第16.2节中坡面排水的相关规定，坡面排水应符合：建筑边坡坡面排水设施应包括截水沟、排水沟、跌水与急流槽等，应结合地形和天然水系进行布设，并作好进出水口的位置选择。应采取措施防止截排水沟出现堵塞、溢流渗漏、淤积、冲刷和冻结等现象。各类坡面排水设施设置的位置、数量和断面尺寸应根据地形条件、降雨强度、历时、分区汇水面积、坡面径流量和坡体内渗出的水量等因素计算分析确定。各类坡面排水沟顶应高出沟内设计水面200mm以上。详细如下：坡顶截水沟宜结合地形进行布设，且距挖方边坡坡口或潜在塌滑区后缘不应小于5m，填方边坡上侧的截水沟距填方坡脚的距离不宜小于2m；在多雨地区可设道或多道截水沟。需将截水沟、边坡附近低洼处汇集的水引向边坡范围以外时，应设置排水沟;截、

排水沟的底宽和顶宽不宜小于500mm，可采用梯形断面或矩形断面，其沟底纵坡不宜小于0.3%。截、

排水沟需进行防渗处理;砌筑砂浆强度等级不应低于M7.5，块石、片石强度等级不应低于MU30，现浇混凝土或预制混凝土强度等级不应低于C20；

当

截、排水沟出水口处的坡面坡度大于10%、水头高差大于1.

0m时，可设置跌水和急流槽将水流引出坡体或引入排水系统。挡土墙基础埋置深度据《建筑边坡技术规范》GB-50330-2013第11.3.6节的规定，挡土墙埋置深度如下表所示：表5-5斜坡地面墙趾最小埋深与距离斜坡地面的最小水平距离地基情况最小埋置深度（m）距离斜坡地面的最小水平距离（m）硬质岩石0.600.60~1.50软质岩石1.001.50~3.00土质1.003.00总结在验算抗滑移稳定性时，若不满足设计要求，通常可以采取以下措施来解决修改挡土墙的断面尺寸，加大底宽，增加挡土墙的自重以增大抗滑力；在挡土墙的基底铺砂、碎石垫层等来提高摩擦系数μ值，以增大抗滑力；将挡土墙基地做成逆坡，利用滑动面上部分反力抵抗滑力，若图（）所示；在地基情况较差的软土地基上，此时通过增大挡土墙断面尺寸或增大基底摩擦系数的办法已不能解决抗滑力不足的情况，且盲目增大挡土墙尺寸户造成工程量增大，不经济，故采取在挡土墙踵后面加钢筋会凝土托板，利用托板上填土的重量来增大抗滑力，即悬臂式挡土墙，这样挡土墙的体积更小。也可在挡土墙踵后做成托板的同时，再加上扶壁，在利用托板增加抗滑力的同时，有扶壁的加持，使得挡土墙结构更轻，且柔性大、工程量小、造价低、施工方便。通过比较上述计算结果，为满足设计的抗滑移稳定要求，这里使用了三种方法进行计算，一是通过增大挡土墙的底宽，但抗滑移稳定安全并没有得到良好的改善，且为了节省工程量及节省材料，不能再盲目的增大挡土墙尺寸，故该种方法在实际应用中不提倡使用。二是通过在基底垫一层摩擦系数较大的材质，改善挡土墙对基底摩擦力不足的情况，提高摩擦力。三是在增大挡土墙断面尺寸的同时，再选择一种摩擦系数较大的材质垫在底层。通过比较三种方法，第一种方法受到挡土墙施工工程量的限制，考虑到绿色经济的问题，当适当增大底宽抗滑移稳定还不能满足设计要求时，不再提倡使用。对于第三种方法，增大断面尺寸的同时再用一种摩擦系数较大的垫层，这样相对第二种方法，工程量可能有所增加，但结合数据对比及重力式挡土墙的工作特点，并且在地基土状况比较差的情况下，这样的方法更稳定安全。第二种方法，仅在挡土墙基底垫上摩擦系数较大的材质，也能改善抗滑移稳定不能满足要求的情况，在三种方法中，是相对经济的解决办法，但在实际中，综合挡土墙的工作特点，选择改变尺寸和基地摩擦系数的办法更为安全。在对比扶壁式挡土墙、悬臂式挡土墙的特点后，这里地基情况较好，不必做成悬臂式或扶壁式也能满足设计使用要求，且该工程在山区中，道路交通不便，多以毛石为主，可就地取材，通过计算对比后，选择合适的挡土墙尺寸及垫层，能够满足设计要求，最终采用重力式挡土墙。在验算抗倾覆稳定性时，若验算结果不满足设计要求，可通过以下方式解决修改挡土墙断面尺寸，加大挡土墙底宽增大自重来增大抗倾覆力矩；伸长挡土墙的前趾，混凝土用量和钢筋用量增加；将墙背做成仰斜，减小土压力，但施工复杂、不方便；这里选择修改挡土墙的挡土墙的断面尺寸，增大自重的办法，在解决抗滑移稳定性验算后，选择较为经济的断面尺寸，在进行抗倾覆稳定性验算。在对比伸长墙前趾的办法，不仅节省了混凝土的用量，还节省了钢筋的用量。而对于将墙背做成仰斜的型式，施工复杂、且不方便。根据抗滑移稳定性验算、抗倾覆稳定性验算，综合考虑经济、安全、施工难易程度，最终昌宁共浴挡土墙工程选择重力式挡土墙更符合实际情况。可选用垂直式挡土墙、俯斜式挡土墙、俯斜时挡土墙进行设计。挡土墙设计的核心在挡土墙设计中，无论从初始的选型，还是在具体设计或施工中都必须遵守安全、经济、合理的原则。故综上所述，首先，必须充分掌握设计场地的水文地质情况，包括它的地形地貌，有无地下水等，还需要勘察来确定该地的土壤重度γ，内摩擦角φ，粘聚力c，地基承载力情况等条件。只有确定这些条件，才能准确地计算出作用在挡土墙上的土压力，验算其抗滑移稳定安全性、抗倾覆稳定安全性、地基承载力。应根据实际情况，选用合理的挡土墙剖面型式，以重力式挡土墙为例，包括垂直时、仰斜式、俯斜式，通过对比计算结果及施工难易程度，仰斜式施工难度较大，表5-3中，在同一条件下，需要满足抗滑移稳定验算，仰斜式的工程量较大，对于俯斜式挡土墙，墙后填土能够与挡土墙紧贴，不会影响施工和质量，考虑到今后对挡土墙前面土地的使用，而俯斜式挡土墙的墙面是垂直的，故在垂直式、俯斜式，应优先选用俯斜式挡土墙。确定合理的挡土墙尺寸也很重要，包括高度、底宽、顶宽，以重力式挡土墙为例，它的适用高度是不超过8m，在计算中，为满足设计要求，通过修改挡土墙尺寸加大挡土墙底宽增大自重来增大抗倾覆力矩和抗滑移力，为节省工程量，不能盲目的增大，当到达一定程度后，需要提高摩擦系数μ值来改善抗滑力不足的情况。良好的排水设施和合理的构造设计，为了疏干墙后土体水分，防止地面水下渗，防止墙后积水形成静水压力，消除粘性土填料侵水后的膨胀压力，设置良好的排水设施至关重要，主要包括地面排水和墙身排水两种。另外为解决挡土墙因不均匀沉降导致的整体坍塌，需要设置变形缝，包括伸缩缝、沉降缝。参考文献王莉玲.谈重力式挡土墙设计[J].山西建筑,2019,45(08):