重力式擋土墻及衡重式擋土墻

1、重力式擋土墻重力式擋土墻，指的是依靠墻身自重抵抗土體側(cè)壓力的擋土墻。重力式擋土墻可用塊石、片石、混凝土預(yù)制塊作為砌體，或采用片石混凝土、混凝土進(jìn)行整體澆筑。半重力式擋土墻可采用混凝土或少筋混凝土澆筑。重力式擋土墻可用石砌或混凝土建成，一般都做成簡單的梯形。它的優(yōu)點(diǎn)是就地取材，施工方便，經(jīng)濟(jì)效果好。所以，重力式擋土墻在我國鐵路、公路、水利、港灣、礦山等工程中得到廣泛的應(yīng)用。常見的重力式擋土墻高度一般在56 m以下，大多采用結(jié)構(gòu)簡單的梯形截面形式，對于超高重力式擋土墻（一般指6m以上的擋墻）即有半重力式、衡重力式等多種形式，如何科學(xué)地、合理地選擇擋土墻的結(jié)構(gòu)形式，是擋土墻技術(shù)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。由于

2、重力式擋土墻靠自重維持平衡穩(wěn)定，因此，體積、重量都大，在軟弱地基上修建往往受到承載力的限制。如果墻太高，它耗費(fèi)材料多，也不經(jīng)濟(jì)。當(dāng)?shù)鼗^好，擋土墻高度不大，本地又有可用石料時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先選用重力式擋土墻。重力式擋土墻一般不配鋼筋或只在局部范圍內(nèi)配以少量的鋼筋，墻高在6m以下，地層穩(wěn)定、開挖土石方時(shí)不會危及相鄰建筑物安全的地段，其經(jīng)濟(jì)效益明顯。重力式擋土墻的尺寸隨墻型和墻高而變。重力式擋土墻墻面胸坡和墻背的背坡一般選用1：0.21：0.3，仰斜墻背坡度愈緩，土壓力愈小。但為避免施工困難及本身的穩(wěn)定，墻背坡不小于1：0.25，墻面盡量與墻背平行。對于垂直墻，當(dāng)?shù)孛嫫露容^陡時(shí)，墻面坡度可有1：0.05

3、1：0.2，對于中、高擋土墻，地形平坦時(shí)，墻面坡度可較緩，但不宜緩于1：0.4。采用混凝土塊和石砌體的擋土墻，墻頂寬不宜小于0.4m；整體灌注的混凝土擋土墻，墻頂寬不應(yīng)小于0.2m；鋼筋混凝土擋土墻，墻頂不應(yīng)小于0.2m。通常頂寬約為H12，而墻底寬約為（0.50.7）H，應(yīng)根據(jù)計(jì)算最后決定墻底寬。當(dāng)墻身高度超過一定限度時(shí)，基底壓應(yīng)力往往是控制截面尺寸的重要因素。為了使地基壓應(yīng)力不超過地基承載力，可在墻底加設(shè)墻趾臺階。加設(shè)墻趾臺階時(shí)擋土墻抗傾覆穩(wěn)定也有利。墻趾的高度與寬度比，應(yīng)按圬工（砌體）的剛性角確定，要求墻趾臺階連線與豎直線之間的夾角（圖63），對于石砌圬工不大于35°，對于混凝

4、土圬工不大于45°。一般墻趾的寬度不大于墻高的二十分之一，也不應(yīng)小于0.1m。墻趾高應(yīng)按剛性角定，但不宜小于0.4m。墻體材料：擋土墻墻身及基礎(chǔ)，采用混凝土不低于C15，采用砌石、石料的抗壓強(qiáng)度一般不小于MU30，寒冷及地震區(qū)，石料的重度不小于20kN/m3，經(jīng)25次凍融循環(huán)，應(yīng)無明顯破損。擋土墻高小于6m砂漿采用M5；超過6m高時(shí)宜采用M7.5，在寒冷及地震地區(qū)應(yīng)選用M10。1 常見重力式擋墻的墻背與墻正面結(jié)構(gòu)形態(tài)1.1 擋土墻墻背結(jié)構(gòu)形態(tài)重力式擋土墻可按墻背的坡度分為仰斜式、垂直式與俯斜式3種形式。擋土墻土壓力計(jì)算是一個(gè)復(fù)雜的課題，目前工程上應(yīng)用較多的有庫倫理論和朗肯理論，但郎肯

5、理論假定墻背和填土間沒有摩擦力，即設(shè)墻摩擦角d=0，計(jì)算得出的主動土壓力偏大，設(shè)計(jì)偏于保守，可以認(rèn)為朗肯理論是庫倫理論中的一種特例。庫倫理論揭示了擋墻內(nèi)各種受力因素的規(guī)律，即墻摩擦角、墻背仰斜角及填土表面傾角越小，產(chǎn)生的主動壓力越小，反之，主動土壓力就越大。據(jù)此可知仰斜式墻背所產(chǎn)生的主動壓力最小，俯斜式最大，垂直式介于兩者之間。當(dāng)然，不能單憑主動土壓力的大小來選擇擋墻形式，需要結(jié)合工程實(shí)際情況來綜合考慮。如擋土墻建造時(shí)需要挖方，因仰斜式墻背可與開挖臨時(shí)邊坡結(jié)合，施工方便，而俯斜式須在墻背回填土，因此仰斜式比較合理；反之，如墻背需回填土則宜采用俯斜式和垂直式，使填土易于夯實(shí)。在水利工程中，由于有

6、一些特定條件（如水流等）的限制，實(shí)際運(yùn)用中常采用俯斜式擋墻，并且一般把擋土墻的下部做成底板形式，底板有利于其穩(wěn)定性，從而可相應(yīng)減小擋土墻的結(jié)構(gòu)尺寸，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、適用的目的。1.2擋土墻的正面結(jié)構(gòu)形態(tài)擋土墻就正面形態(tài)而言可分為擋墻外墻垂直與仰斜兩種。在同等條件下，采用外墻面垂直的擋墻基底壓力大，穩(wěn)定性較差，而外墻面仰斜的則要好些。因此在公路擋土墻中普遍采用的是外墻面仰斜的擋土墻。但是用于城市市政建設(shè)中的擋土墻是以外墻面垂直居多，這是因?yàn)椋簤γ娲怪毙问綋跬翂φ嫉孛娣e小，節(jié)約寶貴的城市用地，相對來講更經(jīng)濟(jì)；外墻面垂直的擋墻在外觀上與周圍城市建筑物更顯得和諧統(tǒng)一；在水閘、船閘閘室岸墻以及其他一些水利工程

7、中，由于設(shè)置閘門或水流等條件的限制，擋土墻外墻面必須做成垂直形式。2 超高重力式擋土墻的結(jié)構(gòu)形式及其適用性2.1 半重式擋土墻半重力式擋土墻墻身截面較小，常用混凝土建造，并在強(qiáng)度不夠的地方配置鋼筋，可進(jìn)一步提高擋土墻的高度，但其底板需要有足夠的寬度來滿足穩(wěn)定性，其耗鋼量比較大、造價(jià)較高，而且其墻體均為立?，F(xiàn)澆，裝模難度大，施工不易，因此工程實(shí)際中較少使用。2.2衡重式擋土墻衡重式擋土墻的最大優(yōu)點(diǎn)是可利用衡重平臺上的填土重、迫使墻身整體重心后移，使基底應(yīng)力趨于均衡，增加了墻身的穩(wěn)定性、這樣可適當(dāng)提高擋土的高度，但從另一方面來講，衡重式擋墻的構(gòu)造形式又限制了其基底不可能做得很大，因此就擴(kuò)散擋墻基底

8、應(yīng)力而言，衡重式擋土墻反而不如其他形式的擋土墻，其提高擋土的高度也是比較有限的。2.3 帶卸荷板的重力式擋土墻帶卸荷板的重力式擋墻，既可以利用卸荷板上的填土重來迫使墻整體重心后移使基底壓力趨于均衡，又在很大程度上減小了土體對擋墻的主動土壓力，如能科學(xué)地、合理地使用，可大大地提升擋墻的高度，因此在港口工程中此種擋土墻得到廣泛的應(yīng)用。可以說在墻背為填方的超高擋土墻中，這是一種非常經(jīng)濟(jì)和適用的擋土墻。1996年，湛江市重點(diǎn)建設(shè)工程之一的市區(qū)20萬t/d供水工程，其泵站廠區(qū)建于一山坡處，最高填土超過8m，需建長達(dá)100 m、高8.5 m的擋土墻。經(jīng)過多個(gè)方案比較后，采用了帶卸荷板形式的重力式擋土墻，此

9、擋土墻建成至今已運(yùn)行7年多，使用效果非常好。3重力式擋土墻的構(gòu)造措施擋土墻的構(gòu)造措施對其質(zhì)量有舉足輕重的影響，絕對不可掉以輕心，現(xiàn)實(shí)中有些擋土墻的計(jì)算方法并無差錯(cuò)，砌筑方法又遵規(guī)守法，可是一旦雨季來后，就出現(xiàn)擋土墻失穩(wěn)，甚至崩塌事故，原因是忽視了擋土墻構(gòu)造措施的規(guī)定。在擋土墻前無水的情況為了降低擋土墻墻后的水壓力，通常在墻身布置適當(dāng)數(shù)量的泄水孔，使墻后積水或地下水易于排出，墻后泄水孔進(jìn)口位置要求做反濾體，以免淤塞。另外，由于墻高、墻后土壓力以及地基壓縮性的差異必須設(shè)置沉降縫，同時(shí)為避免因混凝土及磚石砌體的收縮與溫度變化等作用引起的破裂，需要設(shè)置伸縮縫。通常將這兩種縫結(jié)合在一起，每隔15N25

10、m設(shè)一道，縫寬約20 mm，內(nèi)填瀝青油毛氈或嵌入瀝青砂板等材料用以防止墻后填料流失。對高度較高或特別重要的擋土墻，施工時(shí)要慎重選定回填土容量、內(nèi)摩擦角以及回填土的含水量。為了防止墻后積水滲入基礎(chǔ)，應(yīng)在最低泄水孔下部設(shè)粘土層并夯實(shí)，同樣為了防止墻前積水滲入基礎(chǔ)，應(yīng)將墻前回填土分層夯實(shí)。在靠近擋土墻處不宜采用大型機(jī)械碾壓，可用人工分層夯實(shí)，以免機(jī)械碾壓時(shí)對墻體產(chǎn)生不利影響。只有這樣，才能確保擋土墻的工程質(zhì)量。擋土墻設(shè)計(jì)1 重力式擋土墻的一般形式及常用結(jié)構(gòu)尺寸重力式擋上墻主要依靠墻體自重，來保持墻體在土壓力作用下的穩(wěn)定。因體積和自重較大，不宜修筑太高，一般不超過5m為宜。根據(jù)墻背的坡度分成仰斜式、垂

11、直式及俯斜式。這3種形式中，仰斜式及垂直式受力條件較好，但實(shí)際應(yīng)用要根據(jù)具體條件擬定。比如墻背要與開挖的臨時(shí)邊坡相結(jié)合宜采用仰斜式擋土墻；若墻背需填土，用地緊張，宜采用俯斜式較好。 a俯斜式擋土墻，墻底寬約為墻高的12左右墻預(yù)寬度按構(gòu)造確定，一般為30cm50cm。b.垂直式擋土墻，墻面坡度可采用20:15:1 c仰斜式擋土墻，墻背坡度愈緩，土壓力愈小，但墻背不宜緩于4:1墻面與墻背應(yīng)保持平行 d擋土墻基礎(chǔ)，墻基伸入地面下80cm100cm這樣對平面滑移及防沖有一定保障2 應(yīng)用假定斷面的基本設(shè)計(jì)理論從重力式擋土墻的受力分析看，擋土墻設(shè)計(jì)主要考慮下列3種情況需要滿足： 基礎(chǔ)滿足基上壓應(yīng)力，合力作

12、用點(diǎn)不超出底寬中心1/3。重力式擋土墻一般均屬于偏心受壓，故截面強(qiáng)度應(yīng)按偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算：通常選擇一兩個(gè)控制性斷面進(jìn)行墻身應(yīng)力和偏心距驗(yàn)算，如墻身底部、二分之一墻高和斷面形狀突變處。 1.法向應(yīng)力驗(yàn)算如圖2-5-17所示，斷面11為驗(yàn)算截面。若截面以上墻背受的主動土壓力為E1，其水平與當(dāng)墻身斷面出現(xiàn)拉應(yīng)力時(shí)應(yīng)考慮裂縫對受剪面積的折減。一般情況下，由于墻身截面的切應(yīng)力遠(yuǎn)小于其容許值，可不進(jìn)行這方面的驗(yàn)算。滿足傾倒安全性，如圖2擋土墻的傾斜，以繞A點(diǎn)可能性為最大，土壓力E對A點(diǎn)的力矩為主動旋轉(zhuǎn)力矩，所有垂直力（為擋墻自重G3為墻背豎直上方堆土重量）對A點(diǎn)的力矩總和為反抗旋轉(zhuǎn)力矩，只要反抗旋轉(zhuǎn)力

13、矩大于主動旋轉(zhuǎn)力矩，則墻不致傾倒。滿足滑移安全性，如圖2水平力E的作用，可使墻滑移，只要所有垂直力對基礎(chǔ)底面產(chǎn)生的摩擦阻力R大于E，則墻不致滑移。3 假定斷面的簡易驗(yàn)算方法及舉例3.1驗(yàn)算公式基土壓應(yīng)力小于基礎(chǔ)的安全載重。其中：N垂直總力G;d墻底寬度。合力作用點(diǎn)與底腳中心線的偏心距e<（即作用點(diǎn)要在核心3分點(diǎn)內(nèi)）。傾倒安全率（通常取1.5可以，取2.0足夠）?；瓢踩?gt;1.5。3.2應(yīng)用舉例（假定斷面的數(shù)據(jù)如圖3） 已知：土壤容重.=1750kgm3漿砌塊石容重=2400kg/m3土壤的天然坡角。土壤的安全載重=2kg/cm2驗(yàn)算如下： 土壓力： 土壓力作用點(diǎn)對A點(diǎn)的垂直距離

14、L= 1/3×h=1.667m 則主動旋轉(zhuǎn)力矩： =64.5×1.667=107.5kN -m =3.0×0.9×2.40=64.8kN =0.5×4.1×2.40=49.2kN = 1/2×2.1×4.1×2.40=103.3kN = 1/2×2.1×4.1×1.75=75.3kN =0.2×4.1×1.75=14.35kN G=306.95kN 對A點(diǎn)的力矩： ×1.5=97.2 ×0.45=22.1 ×1.40=144.

15、6 ×2.1=158.2 ×2.9=41.6 kN -m =463.7 kN -m合力離A點(diǎn)的垂直距離：=(463.7-107.5)÷306.95=1.16m合力作用點(diǎn)的偏心距：e=1.50-1.16=0.34< d,/6=0.5m(作用點(diǎn)在核心3分點(diǎn)內(nèi))基上壓應(yīng)力：= 171.9÷ 32.7kN/m2<200 kN/m2（土壤的安全載重） 傾倒安全率：=463.7/107.5 =4.31>2 滑移安全率：R/E= nN/E=0.5×306.95/64.5=2.38>1.5 其中摩擦系數(shù)n=0.5，以上假定斷面經(jīng)驗(yàn)算完全合格。4重力式擋土墻應(yīng)用假定斷面設(shè)計(jì)的一般步驟綜上所述，重力式擋土墻斷面設(shè)計(jì)的一般步驟為：根據(jù)