重力式挡土墙的设计优化

1）一般规定

《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）对重力式挡土墙设计的一般规定如下：

①采用重力式挡墙时，土质边坡高度宜不大于10 m，岩质边坡高度宜不大于12 m。

②对变形有严格要求或开挖土石方可能危及边坡稳定的边坡，不宜采用重力式挡墙，开挖土石方危及相邻建筑物安全的边坡不应采用重力式挡墙。

③重力式挡墙类型应根据使用要求、地形、地质及施工条件综合考虑确定。对岩质边坡和挖方形成的土质边坡，宜采用仰斜式挡墙；高度较大的土质边坡，宜采用衡重式或仰斜式挡墙。

2）设计计算

重力式挡土墙的设计计算主要包括挡土墙土压力的计算、挡土墙抗滑移和抗倾覆稳定性验算、挡土墙截面强度验算、挡土墙基底应力及地基强度验算等。

（1）挡土墙土压力的计算

重力式挡墙侧向土压力的作用可采用郎肯和库仑土压力理论计算，并根据墙高乘以相应的系数值。土质边坡采用重力式挡土墙高度不小于5 m时，主动土压力宜按《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第6.2条计算的主动土压力值乘以增大系数确定。挡墙高度5~8 m时，增大系数宜取1.1；挡土墙增大系数大于8 m时，宜取1.2。

（2）挡土墙抗滑移和抗倾覆稳定性验算

重力式挡土墙应进行抗滑移和抗倾覆稳定性验算。当挡墙地基软弱、有软弱结构面或位于边坡坡顶时，还应按下面公式进行地基稳定性验算。

重力式挡墙的抗滑移稳定性应验算为（见图5.9）

式中　Ea——每延米主动土压力合力，kN/m；

　　　Fs——─挡墙抗滑移稳定系数；

　　　G——挡墙每延米自重，kN/m；

　　　α0——挡墙底面倾角，（°）；

　　　δ——墙背与岩土的摩擦角，（°），可按表5.15选用；

　　　μ——挡墙底与地基岩土体的摩擦系数，宜由实验确定，也可按表5.16选用。

表5.15　土对挡土墙墙背的摩擦角δ

表5.16　岩土与挡墙底面摩擦系数μ

续表

图5.9　挡土墙抗滑移稳定性验算

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图5.10　挡土墙抗倾覆稳定性验算

重力式挡墙的抗倾覆稳定性应验算为（见图5.10）

式中　Eax，Eaz——挡墙土压力在x方向和z方向的分量，kN/m；

　　　Ft——挡墙抗倾覆稳定系数；

　　　b——挡墙底面水平投影宽度，m；

　　　x0——挡墙中心到墙趾的水平距离，m；

　　　z——岩土压力作用点到墙踵的竖直距离，m。

地震工况时，重力式挡土墙的抗滑移稳定系数应不小于1.1，抗倾覆稳定性系数应不小于

1.3。

抗滑移稳定性和抗倾覆稳定性验算是重力式挡土墙设计中十分重要的一环，上式应得到满足。当抗滑移稳定性不满足要求时，可采取增大挡墙断面尺寸、墙底做成逆坡、换土做沙石垫层等措施，使抗滑移稳定性满足要求。当抗倾覆稳定性不满足要求时，可采取增大挡墙断面尺寸、增长墙趾或改变墙背做法（如在直立墙背上做卸荷台）等措施，使抗倾覆稳定性满足要求。

（3）挡土墙截面强度验算

为保证墙身的安全可靠，要求挡土墙墙身具有足够的强度。设计时，应对墙身强度进行验算。验算的内容包括偏心受压承载力验算和弯曲（受剪）承载力验算。一般可取1~2个控制截面进行强度验算，其具体计算应符合现行国家有关标准的规定。

（4）挡土墙基底应力及地基强度验算

重力式挡土墙的基底应力、合力偏心距及地基强度验算与抗滑挡土墙的验算相同，挡土墙的刚度一般较大，基底应力可按直线分布，按偏心受压公式计算。对矩形墙底，可计算为

式中　σmax/min——基底最大和最小压力，kPa；

　　　B——墙底宽度，m；

　　　Vk——作用在基底面上的竖向合力标准值，kN；

　　　e——作用在基底面上的合力标准值作用点的偏心距，m，e=B/2-ξ；一般对岩石地基，e≤B/6；对土质地基，e≤B/4；

　　　ξ——合力作用点距墙前趾的距离，m，即

　　　MR，M0——竖向合力标准值和倾覆力标准值对墙底面前趾的稳定力矩和倾覆力矩，kN·m。

当ξ≤B/3时，σmin将出现负值，即产生拉应力。但墙底和地基之间不可能承受拉应力，此时基底应力将出现重分布。根据基底应力的合力和作用在挡土墙上的竖向力合力相平衡的条件，得

设计时，要求基底最大应力应小于地基承载力，即

式中　σγ——地基承载力设计值，kPa。