重力支护结构设计主要涉及的内容一般包含抗滑移稳定性计算、抗倾覆稳定性计算、墙身截面结构强度计算，以此来确定墙体的几何尺寸及对墙体材料强度的要求。具体设计时，一般按以下步骤进行：根据开挖深度要求和场地工程与水文地质条件，结合经验和构造要求初步确定墙宽和嵌固深度；由稳定性验算和截面承载力验算确定墙宽、墙深及墙体强度；进行平面和竖向布置；细化施工要求及绘制施工图。
墙体主要受力有墙前被动侧水、土压力，墙后主动侧水、土压力，墙体底部抗滑移阻力，墙身自重等（图5-26），在上述作用下，进行抗滑移稳定性计算、抗倾覆稳定性计算、墙身截面结构强度计算。
图5-26 重力式挡土墙设计计算示意图
1.抗滑移稳定性计算
通过建立墙体水平方向的力平衡方程，并考虑一定的安全系数，可以得到墙体抗滑移稳定性计算公式：
式中：Ksl——抗滑移稳定性安全系数，其值不应小于1.2；
Eak、Epk——作用在水泥土墙上的主动土压力、被动土压力标准值（kN/m）；
G——水泥土墙的自重（kN/m）；
um——水泥土墙底面上的水压力（kPa）；
c、φ——水泥土墙底面下土层的黏聚力（kPa）、内摩擦角（°）；
B——水泥土墙的底面宽度（m）。
当水泥土墙底面在地下水位以下，墙前墙后具有水头差时，近似按平均水位计算地下水浮力。水泥土墙底面上的水压力um为
式中：hwa——基坑外侧水泥土墙底处的水头高度（m）；
hwp——基坑内侧水泥土墙底处的水头高度（m）。
在地下水位以上时，取um=0。
2.抗倾覆稳定性计算
以墙前墙趾为原点取矩，建立力矩平衡方程，可以得到墙体抗倾覆稳定性计算公式为：
式中：Kov——抗倾覆稳定性安全系数，其值不应小于1.3；(www.xing528.com)
aa——水泥土墙外侧主动土压力合力作用点至墙趾的竖向距离（m）；
ap——水泥土墙内侧被动土压力合力作用点至墙趾的竖向距离（m）；
aG——水泥土墙自重与墙底水压力合力作用点至墙趾的水平距离（m）。
3.墙身结构强度计算
在抗滑移和抗倾覆计算中将水泥土墙体视作刚性体，实际上，墙体自身在不同截面处的拉、压应力及剪切应力可能超过水泥土强度。因此，在满足抗滑移和抗倾覆要求后，还需进行墙体正截面的抗拉、抗压及抗剪切计算。计算截面一般取基坑底面、主动与被动土压力相等处以及墙体截面突变处。
墙体截面抗压承载力应满足下式要求：
墙体截面抗拉承载力应满足下式要求：
墙体截面抗剪断承载力应满足下式要求：
式中：Mk，i——水泥土墙验算截面的弯矩设计值（kN·m/m）；
B——验算截面处水泥土墙的宽度（m）；
γcs——水泥土墙的重度（kN/m3）；
z——验算截面至水泥土墙顶的垂直距离（m）；
fcs——水泥土开挖龄期时的轴心抗压强度设计值（kPa）；
Eak，i，Epk，i——分别为验算截面以上的主动土压力标准值、被动土压力标准值（kN/m）；
Gi——验算截面以上的墙体自重（kN/m）；
μ——墙体材料的抗剪断系数，取μ=0.4～0.5。
在上述设计计算中，涉及到的关键计算参数有水泥土的轴心抗压强度设计值fcs以及水泥土的重度γcs。水泥土的轴心抗压强度与多种因素有关，如场地土质条件、水泥掺入比、水泥强度等级及施工工艺等，其强度可以通过试验获得，而水泥土的抗拉强度及抗剪强度测试要求较高，主要通过经验公式利用轴心抗压强度换算得到。同样，掺入水泥后形成的水泥土的重度主要与被加固土体性质、水泥掺入比及所用的水泥浆有关。大量试验表明，一般情况下，水泥的掺入对土体的天然重度影响不大，加固后形成的水泥土较被加固的天然土体重度增加1%～3%。除墙体截面抗压承载力计算外，上述计算中水泥土的重量增加对安全性提高均有利，因此，设计过程中可直接取土体的天然重度进行设计。
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