挡土墙

第六章 重力式挡土墙设计

在道路工程中，重力式挡土墙是一种比较常见的支挡结构形式，在一般地区、浸水地区和地震地区的路肩、路堤和路堑等部位，均可采用。重力式挡土墙墙身的各部分见下图。

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图6.1 重力式挡土墙各部分名称

重力式挡土墙墙身的材料采用混凝土或片石混凝土。由于重力式挡土墙主要依靠自身重量抵抗土体和外荷载产生的土压力来维持自身稳定，因此墙体断面尺寸较大，圬工量大，导致自身重量大，在软弱地基上修建时会因承载力不够而受到限制。

6.1 重力式挡土墙的构造

重力式挡土墙主要依靠自身重量抵抗土体和外荷载产生的土压力，因而其构造必须具有足够的整体稳定性和结构强度。在设计中，不但要求结构合理、断面经济外，还应考虑当地材料来源、施工养护方便与安全等因素。

（1）墙身结构

重力式挡土墙的断面形式有多种，墙胸一般均为平面，而墙背主要根据地形条件及挡土墙所设位置，可做成仰斜、垂直、俯斜、凸凹折线和衡重式等形式。断面形式的选择主要从结构经济、开挖回填量以及稳定性等方面考虑。如其他条件相同的情况下，仰斜墙背所受的土压力最小，断面较经济；且仰斜墙背的倾斜方向与开挖的、回填边坡方向一致，开挖回填量较小。若当地面横坡较陡时，采用仰斜墙背将使墙高增大，断面尺寸加大，此时宜采用俯斜墙背，利用垂直的墙面，以减少墙高。但其所承受的土压力较仰斜墙背大，故俯斜墙背可设计成台阶

形，以增加墙背与填料之间的摩擦力，提高墙体的整体稳定性。

重力式挡土墙的墙胸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。墙胸坡度将直接影响墙体的高度，地面横坡较陡时，墙面坡度一般采用1：0.05~1：0.20，也可保持直立，以利于争取高度；在地面横坡平缓地带，一般采用1：0.2~1：0.3，最缓不宜低于1：0.4，衡重式墙一般采用陡直的墙胸。

重力式挡土墙的顶面宽度一般设计为H/12左右（H为挡土墙的垂直强高），采用混凝土整体灌注时，顶宽不应小于0.4m;采用砌体时，顶宽不应小于0.5；采用钢筋混凝土材料时，顶宽不应小于0.2m。路肩挡土墙墙顶应设置帽石，其材料可采用C15混凝土或粗石料，厚度不小于0.4m，宽度不小于0.6m，突出墙身的飞檐宽度应为0.1m。

（2）沉降缝与伸缩缝

为避免因地基的不均匀沉降而引起的墙身开裂，须按地质条件的变化和墙高、墙身断面的变化情况设置沉降缝。同时为防止圬工砌体因收缩硬化和温度的变化而产生裂缝，还应设置伸缩缝。在设计时，一般将沉降缝和伸缩缝合并设置，沿线路方向每隔10~20m，以及与其他建筑物衔接处，设置一道，缝宽2~3cm，缝内沿墙内、外顶三边填塞沥青麻筋或沥青木板，填塞深度不小于0.2 m。

（3）排水设施

为疏松墙后土体，防止地表水渗而导致墙后积水而形成静水压力，或减少寒冷地区回填土的冻胀压力等，重力式挡土墙应设置排水设施，通常由地面排水和墙身排水两部分组成。地面排水设施主要是防止地表水渗入墙后土体或地基；墙身的排水设施主要是为了疏排墙后积水。

地面排水设施主要包括：①设置地面排水沟，引排地面水；②夯实回填土顶面和地面松土，防止雨水及地表水下渗，必要时可加设铺砌；③对路堑挡墙墙趾前的侧沟应予以铺砌加固，以防侧沟水渗入基础。

墙身的排水设施通常是在墙身的适当高度处布置一排或多排向墙外坡度不应小于4%的泄水孔，一般采用孔口尺寸为5cm10cm、10cm10cm、

15cm20cm的方孔，或直径为5cm10cm的圆孔。孔眼间距为23cm左右，呈梅花形交错布置。最下一排泄水孔应高出地面或侧沟水位0.3 m。为防止水分渗入地基，最下排泄水孔的进口侧下部应铺设隔水层。

为防止泄水孔淤塞，应在泄水孔进口侧设置厚度不小于0.3 m的粗粒料反滤层（如粗砂、卵石、碎石等），如下图所示。当墙背回填土渗水性不良或可能发生冻胀时，应在最低一排泄水孔至墙顶以下0.5 m的范围内，填筑高度不小于0.3 m的砂卵石层。

>0.3m 图6.2 排水设施

6.2 重力式挡土墙的设计计算

重力式挡土墙的设计主要包括以下内容：

（1）应根据现场的实际情况，进行挡土墙的墙体材料、墙体形式和基础埋置深度的选择，然后初步拟定墙身各部位的结构尺寸；

（2）计算作用于挡土墙的荷载，其中包括土压力的计算；

（3）检算在各种荷载的组合力系作用下，挡土墙沿基底的滑动稳定性、绕基础趾部转动的倾覆稳定性和基底的压应力及墙身截面强度验算。

当基底以下存在软弱土层时，尚应检验该土层的滑动稳定性。在地基承载力小于挡土墙的基底应力的情况下，应采取工程措施，对挡土墙基础或地基进行处理。以满足全墙的稳定性要求。

6.3 重力式挡土墙的设计资料

2路肩挡土墙墙高H=5m，墙后填土17kN/m3，350，，墙身

3为M7.5浆砌片石圬工，墙与地基土之间的摩擦系数为f0.4，地基为粘性土质，容许承载力为土200kN/m2，墙身圬工重度圬22kN/m3，墙身截面

圬1300kPa，圬210kPa。作用在挡土墙上的外荷载如图下所示，初始拟

定尺寸也如图所示。

6.4 重力式挡土墙的计算

图6.3 墙身断面尺寸图

（1）求破裂角： 根据已知条件得：

arctan0.2514°02′

（因为仰斜墙背，故取负值） 35°+23°20′-14°02′=44°18′假设破裂面交于荷载分布范围以外，按公式计算得：

1A0H22（6.1）

式中： A0—边界条件系数； H—挡土墙高度，m。

代入数据得： A0

1212H512.5 22B0（6.2）

12Htanl0h02

式中： B0—边界条件系数； H—挡土墙高度，m； l0—等代荷载宽度，m； h0—等代荷载高度，m。

B0

12Htanl0h021520.253.53.4 28.775tantan

tancottanB0/A08.7750.97591.42810.9759

12.50.97590.97590.81150.1644则9020'

计算结果显然与假设不符合。故重新假定破裂面交于荷载分布范围内，按公式计算得：

1 A0HH2h0

2（6.3）

式中符号意义同前。

11 A0HH2h05523.429.5

221B0HH2h0tandh02（6.4）

式中符号意义同前。

B01HH2h0tandh0215523.40.250.153.4 27.885tantan0.97590.7529tancottanB0/A07.8850.97591.42810.9759

12.5 36058'

校核假定：Htan50.75293.76m

Htand50.250.151.4m

Htandl050.250.153.54.9m

HtandHtanHtandl0

故破裂面交于荷载分布范围内，与假设符合。

（2）求土压力系数a、土压力EaEax，Eay及土压力作用点Zx，Zy

atantan

cossincos36058'350 0.75290.250'0'sin365844180.1575式中，a计算使用的tan值，是通过前面试算后确定的。

EaA0tanB0cossin0.3096 0.9884

1729.50.75297.88576.28kN/mExEacos76.28cos23020'14002'75.28kN/m

EyEasin76.28sin23020'14002'12.33kN/m

'h1d0.150.3m

tantan0.75290.25h2Hh150.304.70m

2H33h0h25333.44.702Zx2.05m3H22h0h235223.44.70

ZyBZxtan1.452.050.251.96m

图6.4 墙身断面尺寸图

如上图所示，墙重G为：

G1.45522159.5kN/m 先进行抗滑稳定验算，由公式得：

KcGEf159.512.330.40.9131.3yEx75.28

所以不能满足抗滑要求，需重新拟定挡土墙尺寸。

取墙顶宽为2m，胸坡坡度为1：0.3，墙背坡度为1：0.25，墙高不变，如图6.5所示。

（3）检验内容如下：

1）抗滑稳定验算：

5 G2.02.2522233.75kN/m

2233.7512.330.41.3081.3 （满足）

Kc75.282）抗倾覆稳定验算： 根据公式，其中

111.25GZG2251.550.751.50.3751.2552.25420.52kN/m223 K0GZGEyZyEPZPEXZX420.5212.332.76（满足） 2.951.5

75.282.05

图6.5 新拟定的墙身断面图

3）合力偏心距验算： ZN eMMNy0420.51612.332.7675.282.051.22m

233.7512.33BZN1.1251.220.0950（合力在中心线右侧） 2B e0.0950.375（满足）

6

maxminN6e246.0860.095137.041kN/m2土200kN/m21BB2.252.2581.70

4）挡土墙墙身H/2截面强度验算： 如图6.6所示，取H/2截面。 ①法向应力为：

B'2.02.50.30.252.125m

' HH26.7kPa

H1'H'h20H20.028.3828.40kN/m Ea222''Eacos28.40cos23020'14002'28.03kN/m Ex'' EyEasin28.40sin23020'14002'4.59kN/m



' Zx20.022.22.58.38231.02m 28.40

图6.6 墙身H/2截面简图

''Zy2.125Zxtan2.38m

G'

2.1252.02.52.2113.44kN/m 22.5'G'ZG0.52.12522.50.25222.50.1251.00.2522

2 159.13kN/m

'ZN'''''G'ZGEyZyExZx

GE''y159.134.592.3828.031.02113.444.591.20mB'1.25'eZN1.200.140（合力在中心线右侧）

22'e'0.140.3B'0.638m（满足）



maxminN6e'1''BB4.59113.4460.141

2.1252.12533.60圬1300kN/m277.48'

②剪应力为：

T B'‘EB''x28.0313.19kN/m2圬210kN/m2（满2.125足）

因此，所拟定的挡土墙尺寸满足各种要求。