重力式挡墙：防治措施技术手册

问题54：土质边坡重力式挡墙高度不小于5 m时，主动土压力未乘以增大系数，土压力计算偏于不安全。

【原因分析】违反《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第11.2.1条和《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）第6.7.3条关于主动土压力增大系数的规定。

【处理措施】土压力是土与挡土结构之间相互作用的结果，其大小不仅与挡土墙的高度、填土的性质有关，而且与挡土墙的刚度和位移有关。墙背填土要达到极限状态，挡土结构必须达到一定的位移量，主动土压力才能发挥作用。对松散土体，位移需达到0.002H～0.01H；对密实土体，位移需达到0.000 5H～0.005H（H为挡墙高度）。当挡土结构达不到位移值时，土压力实际是介于主动土压力与静止土压力间的某一值。

对于高大挡土结构来说，在破坏统计中，大量挡土墙多为爆突式破坏（如图23.5所示），采用古典土压力理论计算的结果偏小，土压力的分布有较大的偏差且通常也不允许出现达到极限状态时的位移值，高大挡土墙垮塌后果比较严重，设计时应更加慎重。因此，《建筑边坡工程技术规范》与《建筑地基基础设计规范》推荐在土压力计算式中计入增大系数。挡土墙高度为5～8 m时，主动土压力增大系数宜取1.1，挡土墙高度大于8 m时，主动土压力增大系数宜取1.2。

图23.5　墙体变形与土压力

1—测试曲线；2—静止土压力；3—主动土压力；4—计算曲线

问题55：重力式挡墙抗滑移稳定性系数小于1.3、抗倾覆稳定性系数小于1.6，不满足抗滑移抗倾覆稳定要求；墙底做成逆坡时，土质大于1∶10，岩质大于1∶5，容易引起挡墙失稳破坏。

【原因分析】违反《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第11.2.3条、第11.2.4条关于重力式挡墙抗滑移抗倾覆稳定性验算和《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）第6.7.4条关于重力式挡墙基底逆坡构造要求的规定。

【处理措施】①重力式挡墙本身必须有足够的整体稳定性，其中包括不产生墙身沿基底的滑移破坏，不产生墙身绕墙趾倾覆破坏。因此，抗滑移与抗倾覆稳定性验算是重力式挡墙设计中的关键。尽管计算上通常受抗滑移验算控制，但大量工程实际表明，倾覆破坏的可能性大于滑移破坏。因此，应保证重力式挡墙抗滑移稳定性系数Fs≥1.3，抗倾覆稳定性系数Ft≥1.6。

当抗滑移稳定性不满足要求时，可采取以下措施使抗滑移稳定性满足要求：

a.增大挡墙断面尺寸，即通过增加挡墙自重增加抗滑力。但单纯扩大断面尺寸收效不大，因自重只能发挥与摩擦系数乘积后的效率，不经济。

b.墙底做成逆坡，即增加抗滑力、减小滑动力。但基底倾斜不宜过大，若倾斜过大将导致墙踵陷入地基中，使保持挡墙墙身的整体性变得困难，也会导致基底下和墙趾前的土体发生剪切破坏或地基挤出破坏。根据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第11.3.2条规定，土质不宜大于1∶10，岩质不宜大于1∶5。此时，除验算沿基底滑动稳定外，尚应验算沿地基土层的水平剪切应力，并不使之超过允许值。工程上采用沿基底面水平方向地基土抗剪强度的滑移稳定系数Kc2≥1.3考虑。倾斜基底示意图如图23.6所示。

图23.6　倾斜基底示意图

式中　Kc2——沿基底面水平方向地基土抗剪强度的滑移稳定系数；

W——挡土墙的自重重力，kN／m；

Ex——挡土墙承受的土压力在水平方向的分力，kN／m；

Ey——挡土墙承受的土压力在竖直方向的分力，kN／m；

f4——倾斜基础底下地基土的摩擦系数，取值参考《公路设计手册路基（第二版）》表3-3-3；

B4——倾斜基础地下三角形图楔体的宽度，m；

h4——倾斜基础地下三角形图楔体的高度，m；

γ——倾斜基础地下三角形图楔体的容重，kN／m3。

c.换填垫层，即增加墙底摩擦系数。关于摩擦系数的取值，应参照地勘报告，若无地勘建议值，各规范有相应的参考取值，但需注意各规范间取值有差异。

d.基底设置凸榫，增加抗滑力。需明确被动土压力发挥的程度与验算凸榫的抗剪承载力。被动土压力的发挥较主动土压力发挥时需要的位移大15～50倍，而挡土墙通常不允许出现如此大的位移。针对该点，《铁路路基支挡结构设计规范》（TB 10025—2006）条文说明第5.2.6条规定，设置凸榫前，抗滑移稳定安全系数应达到1.1，设置凸榫后抗滑移稳定安全系数应≥1.3。黄求顺等提出最大限度只能取静止土压力。因此，选用凸榫参与抗滑移稳定性计算时，需特别注意凸榫前被动土压力的取值。

②当抗倾覆稳定性不满足要求时，可采取以下措施使抗倾覆稳定性满足要求：

a.增大挡墙断面尺寸，即增加挡墙自重。

b.增长墙趾，即在墙趾处加宽基础以增大自重力臂，增加抗倾覆力矩。该方法较好，但在地面横坡度较陡处，将引起墙高的增加。

c.改变墙背做法，以减小土压力或增大自重力臂。如在直立墙背上做卸荷台，改用衡重式等措施。

问题56：挡墙墙身选用强度偏低的材料、或石料与砂浆强度不匹配、或挡墙强度验算不满足要求，可能造成挡墙墙身破坏。

【原因分析】违反《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第11.2.6条关于重力式挡墙结构强度计算、第11.3.1条关于重力式挡墙材料选取的规定。

【处理措施】《建筑边坡工程技术规范》第11.3.1条对挡墙的材料有明确规定，包括可使用浆砌块石、条石、毛石混凝土或素混凝土；块石、条石的强度等级不应低于MU30，砂浆强度等级不应低于M5.0；混凝土强度等级不应低于C15。

挡墙图集《挡土墙（重力式衡重式悬臂式）》（17J 008）根据挡墙高度，安全等级、抗震烈度，是否严寒地区等因素，对挡墙的墙身材料做了明确规定，详细内容参见图集第10页表5。

挡墙墙身强度验算通常采用容许应力法，包括法向应力验算、剪应力验算等。根据挡墙材料不同，容许应力取值不同。鉴于目前我国各部门的结构设计标准有一定的差异，现行规范要求的构筑物强度指标不同，应根据挡墙的性质采用相应的规范。砌块材料强度与混凝土强度指标可参考《铁路路基支挡结构设计规范》（TB 10025—2006）第3.1节，《公路设计手册路基（第二版）》表3-3-21、表3-3-22，《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61—2005）第3.3条。

问题57：挡墙基础处理不当，引起挡墙基础失稳破坏。如挡墙直接修筑在天然地基上时，地基承载力不满足要求，基底合力偏心距不满足要求；采用墙趾台阶扩展基底时，台阶截面高宽比过小，引起墙趾剪切破坏；采用钢筋混凝土底板时，截面及配筋不满足要求；采用换填地基时，软弱下卧层未进行验算。

【原因分析】违反《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第11.2.6条关于重力式挡墙的地基承载力的规定。

【处理措施】①直接砌筑在天然地基上，地基承载力应满足《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）第5.2节要求。当荷载过大时，可采取下述方式改善基底压力。

a.当地基较弱，地形平坦，而墙身又超过一定高度时，为了减少基底压力（同时也可增加倾覆的稳定性），可在墙趾处伸出一台阶，以拓宽基底。墙趾台阶的宽度，视基底应力需减小的程度而定，但不得小于20 cm。台阶的高宽比（hj／bj），可采用3∶2或2∶1，如图23.7所示。

b.若基底应力超出地基容许承载力过多而需加宽很多时，为避免台阶过高，可采用钢筋混凝土底板（如图23.8所示），且需验算底板抗弯承载力，底板高度需验算抗剪与抗拉承载力。

图23.7　墙趾台阶示意图(www.xing528.com)

图23.8　扩展基础示意图

c.地基为软弱土层（如淤泥质土、杂填土等）时，可用砂砾、碎石、矿渣或灰土等质量较好的材料换填，以扩展基底压应力。换填材料的选取、换填垫层厚度、换填垫层宽度、换填压实标准等应满足《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2012）第4.2节要求，同时，应验算软弱下卧层的承载力。

②基底压应力合力偏心距e应根据工程性质，满足规范《铁路路基支挡结构设计规范》（TB 10025—2006）第3.3.7条规定、《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61—2005）表H.0.3-5规定；满足《公路设计手册路基（第二版）》表3-3-1中土质地基e≤B／6、软弱岩石地基e≤B／5、不易风化的坚硬岩石地基e≤B／4的规定。当偏心距过大时，可采取加宽墙趾的办法予以调整。在地面横坡较陡处，为避免增加墙身高度，可采用调整墙背坡度或断面形式以减小偏心距。

问题58：挡墙基础埋深取值考虑不全面。如基础埋深未从排水沟底起算；斜坡上的重力式挡墙未注明襟边宽度与前趾埋深。

【原因分析】违反《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第11.3.5条、第11.3.6条和挡墙图集《挡土墙（重力式衡重式悬臂式）》（17J 008）第5.4条关于重力式挡墙基础埋置深度与位于斜坡地面的重力式挡墙埋置深度的规定。

【处理措施】为保证挡土墙的稳定性，重力式挡墙的基础埋置深度应根据地基稳定性、地基承载力、地基性质、冻胀影响、地形和水文地质条件以及岩石风化程度等因素确定。

①在一般土质地基中，在保证开挖的基底面土质密实、且稳定性和承载力均满足后，其埋置深度不宜小于0.8 m，墙趾顶部的土层厚度不小于0.2 m。《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第11.3.5条规定，基础最小埋置深度不宜小于0.5 m，应视具体情况而定。在岩质地基中，基础最小埋置深度不宜小于0.3 m。基础埋置深度应从坡脚排水沟底起算。

②受水流冲刷时，在墙前地基受水冲刷段，如未采取专门的防冲刷措施，应将基础埋到冲刷线以下，以免基底和墙趾前的土层被水淘蚀。《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）第5.4.3条规定基础埋深在冲刷线下不小于1.0 m，埋深应从预计冲刷底面起算。

③受冻胀影响时，基础埋置深度应处于冻胀线以下不小于0.25 m，以防止地基因冻融而破坏。需将基础埋在季节性冻埋线以上时，基础埋置深度可根据行业标准《冻土地区建筑地基基础设计规范》（JGJ 118—2011）附录C的规定经计算确定。

④位于斜坡地面的重力式挡墙，其墙趾最小埋入深度和距斜坡面的最小水平距离应符合《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）表11.3.6要求。为防地基剪切破坏，图纸中应注明襟边宽度与埋深。

⑤位于不良土质地基、覆盖土层下为倾斜基岩地基及斜坡上的挡土墙，应对挡土墙地基及填土的整体稳定性进行验算，其稳定性系数不应小于1.25（《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）附录F第7条）。

问题59：选用重力式挡墙图集时，若现状条件与标准图使用条件不符，未进行必要的复核计算和对标准图作局部修改，就直接采用；或未注明图集页码、挡墙高度H取值错误、未考虑墙顶边坡高度hp≤H或0.5H的限值。

【原因分析】违反图集《挡土墙（重力式衡重式悬臂式）》（17J 008）第10.1.7条关于路堤墙高度的规定。

【处理措施】当现状条件与标准图使用条件不符时，应按现状实际条件对标准图做必要的修改复核，不能盲目直接选用标准图。

重力式挡墙图集中H＝h＋h埋深＋hn＋hj（其中H为挡墙的总高度），如图23.9所示。

图23.9　挡墙高度示意图

hp为墙顶边坡高度，对路堤的墙顶边坡高度，重力式按hp≤H设计，衡重式、悬臂式按hp≤0.5H设计。超出挡墙图集规定的范围时，应自行设计，不能选用图集挡墙截面。当选用图集时，应注明页码与挡墙编号。

问题60：重力式挡墙未设置伸缩缝或沉降缝，伸缩缝或沉降缝位置、宽度、构造措施等不满足要求。

【原因分析】违反《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第11.3.7条关于重力式挡墙伸缩缝的规定。

【处理措施】变形缝是适应结构变形而采取的一种措施，在挡土墙结构中，变形缝包括沉降缝和伸缩缝两种。工程中，沉降缝和伸缩缝常结合在一起设置，不设变形缝或设置变形缝的位置、距离不当，常会造成挡土墙的破坏，影响挡墙的正常使用。

为减少圬工砌体或混凝土挡墙因收缩硬化和温度变化作用而产生裂缝，当重力式挡墙长度超出一定范围、挡墙高度突变、与其他建（构）筑物连接处应设置伸缩缝。同时为避免地基不均匀沉降而引起墙身开裂，需在墙体断面突变处、墙高变化处、墙上作用荷载突变处、地基岩土性状变化处等设置沉降缝。

变形缝自墙顶做到基底，缝宽宜为20～30 mm。对条石、块石挡墙，缝间距宜为20～25 mm；对混凝土挡墙，缝间距宜为10～15 mm。缝中应填塞沥青麻筋或其他有弹性的防水材料，填塞深度不应小于150 mm（冻土地区不小于200 mm）。

问题61：当重力式挡墙基底纵坡坡度大于5%时，基底未设计成台阶式。无重力式挡墙滤水层、泄水孔等构造措施。

【原因分析】违反《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第11.3.3条和图集《挡土墙（重力式衡重式悬臂式）》（17J 008）第5.2条关于重力式挡墙基底纵坡的规定；违反《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第11.3.9条关于挡墙防渗与泄水布置的规定。

【处理措施】重力式挡墙基底纵坡坡度不宜大于5%，当大于5%时，应在纵向将基础做成台阶式，且最下一级台阶宽不宜小于1.0 m。台阶的尺寸随地形变动，但其高宽比不宜大于1∶2，如图23.10所示。

图23.10　挡墙立面示意图

重力式挡墙的纵向布置，还应包括泄水孔位置、数量、间距和尺寸等。挡墙的防渗与泄水布置，应根据地形、地质、环境、水体来源及填料等因素分析确定。为防止墙后水对挡墙产生压力，应及时排除墙后积水或降低墙后水位，这对减少土压力有积极意义。排除墙后积水的方法是在墙身设置泄水孔，泄水孔眼的水平间距和竖直间距均为2～3 m，泄水孔应向外做5%坡度，以利于水的下泄。孔眼有圆形和方形，一般圆孔直径为50 mm、100 mm、150 mm，方孔尺寸为50 mm×100 mm、100 mm×100 mm、100 mm×150 mm，以ϕ100 mm和100 mm×100 mm的孔眼最为常见。泄水孔上下层宜错开布置，即整个墙面为梅花形布孔，最低一排泄水孔应高于墙前地面不小于200 mm，当墙前有水时，最低一排泄水孔应高于墙前水位，通常情况下，墙前水位总是低于墙后水位。如果墙后渗流量大，应加大泄水孔尺寸或加密孔眼，必要时采取顺挡土墙轴线方向的排水措施。

挡土墙是长期使用的构筑物，为确保墙后泄水孔通畅和不被堵塞，孔的进口必须设置级配碎石反滤层。为防止墙后积水下渗地基，造成墙体破坏，墙后应设置黏土隔水层。黏土隔水层应设在最低一排泄水孔处，以阻挡墙后积水下渗基础的途径并利于孔眼前水的排泄，具体可参考图集《挡土墙（重力式衡重式悬臂式）》（17J 008）第17页防排水措施。

问题62：未明确墙背填料设计参数（如回填材料性质、内摩擦角、分层厚度、压实系数、检测等要求），或参数取值不合理，可能造成实际填土参数达不到设计参数的取值，有较大安全隐患。

【原因分析】违反《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第11.3.8条关于挡墙填料的规定。

【处理措施】填土的材料、密实度与均匀性都影响填土内摩擦角的大小，而填土的内摩擦角将直接影响土压力的大小，同时也影响到土压力沿墙面的分布。因此，必须对墙后填土的材料性质、内摩擦角、密实度等提出明确要求，并与计算假设的填土参数相一致，才能保证计算土压力与实际相符。

①针对墙后填料的材料性质，《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第11.3.8条中规定，优先选用抗剪强度高和透水性较强的填料。当采用黏性土做填料时，宜掺入适量的砂砾或碎石。不应采用淤泥质土、根植土、膨胀性黏土等软弱有害的岩土体。

②针对填料的内摩擦角，《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）附录H规定，应进行墙后填料的土质试验，确定填料的物理力学指标，当缺乏可靠试验数据时，可采用表H.0.1-4。

③针对填土的密实度，《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第11.4.3条中规定，应分层夯实，且密实度应满足设计要求。

问题63：未明确重力式挡墙后缘岩土体的临时开挖坡率值，容易造成墙后岩土体失稳，或土压力与计算模型不一致，存在安全隐患。

【原因分析】违反重力式挡墙设计中对安全施工的要求。

【处理措施】对于土质边坡，重力式挡墙施工需开挖墙后土体，此时土体的坡率值应根据稳定性计算来确定。应确保施工期间临时开挖边坡的稳定性，边坡安全系数应满足《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）表5.3.2临时边坡安全系数的要求。

对于岩质边坡，重力式挡墙墙后岩体的开挖，不仅应满足临时边坡安全系数的要求，还应满足岩体开挖后不形成有限范围内填土的主动土压力超过设计计算的主动土压力。因此，设计应明确临时开挖坡率值。