衡重式挡土墙

重力式挡土墙

重力式挡土墙，指的是依靠墙身自重抵抗土体侧压力的挡土墙。重力式挡土墙可用

块石、片石、混凝土预制块作为砌体，或采用片石混凝土、混凝土进行整体浇筑。半重力

式挡土墙可采用混凝土或少筋混凝土浇筑。重力式挡土墙可用石砌或混凝土建成，一般都

做成简单的梯形。它的优点是就地取材，施工方便，经济效果好。所以，重力式挡土墙在

我国铁路、公路、水利、港湾、矿山等工程中得到广泛的应用。

常见的重力式挡土墙高度一般在5〜6m以下，大多采用结构简单的梯形截面形式，

对于超高重力式挡土墙（一般指6m以上的挡墙）即有半重力式、衡重力式等多种形式，

如何科学地、合理地选择挡土墙的结构形式，是挡土墙技术中的一项重要内容。

由于重力式挡土墙靠自重维持平衡稳定，因此，体积、重量都大，在软弱地基上修

建往往受到承载力的限制。如果墙太高，它耗费材料多，也不经济。当地基较好，挡土

墙高度不大，本地又有可用石料时，应当首先选用重力式挡土墙。

重力式挡土墙一般不配钢筋或只在局部范围内配以少量的钢筋，墙高在6m以下，

地层稳定、开挖土石方时不会危及相邻建筑物安全的地段，其经济效益明显。

重力式挡土墙的尺寸随墙型和墙高而变。重力式挡土墙墙面胸坡和墙背的背坡一般

选用1:0.2〜1:0.3，仰斜墙背坡度愈缓，土压力愈小。但为避免施工困难及本身的稳

定，墙背坡不小于1:0.25,墙面尽量与墙背平行。

对于垂直墙，当地面坡度较陡时，墙面坡度可有1:0.05-1:0.2，对于中、

高挡土墙，地形平坦时，墙面坡度可较缓，但不宜缓于1:04

采用混凝土块和石砌体的挡土墙，墙顶宽不宜小于0.4m；整体灌注的混凝

土挡土墙，墙顶宽不应小于0.2m;钢筋混凝土挡土墙，墙顶不应小于0.2m。通常顶宽约

为H/12,而墙底宽约为（0.5〜0.7）H，应根据计算最后决定墙底宽。

当墙身高度超过一定限度时，基底压应力往往是控制截面尺寸的重要因素。

为了使地基压应力不超过地基承载力，可在墙底加设墙趾台阶。加设墙趾台阶时挡土墙抗

倾覆稳定也有利。墙趾的高度与宽度比，应按圬工（砌体）的刚性角确定，要求墙趾台阶

连线与竖直线之间的夹角B（图6-3）,对于石砌圬工不大于35°,对于混凝土圬工不

大于45°。一般墙趾的宽度不大于墙高的二十分之一，也不应小于0.1m。墙趾高应按

刚性角定，但不宜小于0.4m。

墙体材料：挡土墙墙身及基础，采用混凝土不低于C15，采用砌石、石料的抗压强

度一般不小于MU30,寒冷及地震区，石料的重度不小于20kN/m3，经25次冻融循环，应

无明显破损。挡土墙高小于6m砂浆采用M5;超过6m高时宜采用M7.5,在寒冷及地震地

区应选用M10。

1常见重力式挡墙的墙背与墙正面结构形态

1.1挡土墙墙背结构形态

重力式挡土墙可按墙背的坡度分为仰斜式、垂直式与俯斜式3种形式。挡土墙土

压力计算是一个复杂的课题，目前工程上应用较多的有库伦理论和朗肯理论，但郎肯理论

假定墙背和填土间没有摩擦力，即设墙摩擦角d=0,计算得出的

主动土压力偏大，设计偏于保守，可以认为朗肯理论是库伦理论中的一种特例。库伦理

论揭示了挡墙内各种受力因素的规律，即墙摩擦角、墙背仰斜角及填土表面倾角越小，

产生的主动压力越小，反之，主动土压力就越大。据此可知仰斜式墙背所产生的主动压力

最小，俯斜式最大，垂直式介于两者之间。当然，不能单凭主动土压力的大小来选择挡墙

形式，需要结合工程实际情况来综合考虑。如挡土墙建造时需要挖方，因仰斜式墙背

可与开挖临时边坡结合，施工方便，而俯斜式须在墙背回填土，因此仰斜式比较合

理；反之，如墙背需回填土则宜采用俯斜式和垂直式，使填土易于夯实。

在水利工程中，由于有一些特定条件（如水流等）的限制，实际运用中常采用俯斜式

挡墙，并且一般把挡土墙的下部做成底板形式，底板有利于其稳定性，从而可相应减小挡

土墙的结构尺寸，达到经济、适用的目的。1.2挡土墙的正面结构形态

挡土墙就正面形态而言可分为挡墙外墙垂直与仰斜两种。在同等条件下，采用外墙

面垂直的挡墙基底压力大，稳定性较差，而外墙面仰斜的则要好些。因此在公路挡土

墙中普遍采用的是外墙面仰斜的挡土墙。但是用于城市市政建设中的挡土墙是以外墙面

垂直居多，这是因为：

①墙面垂直形式挡土墙占地面积小，节约宝贵的城市用地，相对来讲更经济；

②外墙面垂直的挡墙在外观上与周围城市建筑物更显得和谐统一；

③在水闸、船闸闸室岸墙以及其他一些水利工程中，由于设置闸门或水流等条件

的限制，挡土墙外墙面必须做成垂直形式。

2超高重力式挡土墙的结构形式及其适用性

2.1半重式挡土墙

半重力式挡土墙墙身截面较小，常用混凝土建造，并在强度不够的地方配置钢筋，

可进一步提高挡土墙的高度，但其底板需要有足够的宽度来满足稳定性，其耗钢量比较

大、造价较高，而且其墙体均为立模现浇，装模难度大，施工不易，因此工程实际中

较少使用。

2.2衡重式挡土墙

衡重式挡土墙的最大优点是可利用衡重平台上的填土重、迫使墙身整体重心后移，

使基底应力趋于均衡，增加了墙身的稳定性、这样可适当提高挡土的高度，但从另一方

面来讲，衡重式挡墙的构造形式又限制了其基底不可能做得很大，因此就扩散挡墙基底

应力而言，衡重式挡土墙反而不如其他形式的挡土墙，其提高挡土的高度也是比较有限

的。

2.3带卸荷板的重力式挡土墙

带卸荷板的重力式挡墙，既可以利用卸荷板上的填土重来迫使墙整体重心后移使基

底压力趋于均衡，又在很大程度上减小了土体对挡墙的主动土压力，如能科学地、合理

地使用，可大大地提升挡墙的高度，因此在港口工程中此种挡土墙得到广泛的应用。

可以说在墙背为填方的超高挡土墙中，这是一种非常经济和适用的挡土墙。1996年，

湛江市重点建设工程之一的市区20万t/d供水工程，其泵站厂区建于一山坡处，最高

填土超过8m,需建长达100m高8.5m的挡土墙。经过多个方案比较后，采用了带卸荷

板形式的重力式挡土墙，此挡土墙建成至今已运行7年多,使用效果非常好

3重力式挡土墙的构造措施

挡土墙的构造措施对其质量有举足轻重的影响，绝对不可掉以轻心，现实中有些挡

土墙的计算方法并无差错，砌筑方法又遵规守法，可是一旦雨季来后，就出现挡土墙

失稳，甚至崩塌事故，原因是忽视了挡土墙构造措施的规定。在挡土墙前无水的情况

为了降低挡土墙墙后的水压力，通常在墙身布置适当数量的泄水孔，使墙后积水或地下

水易于排出，墙后泄水孔进口位置要求做反滤体，以免淤塞。另外，由于墙高、墙后土

压力以及地基压缩性的差异必须设置沉降缝，同时为避免因混凝土及砖石砌体的收缩与温

度变化等作用引起的破裂，需要设置伸缩缝。通常将这两种缝结合在一起，每隔15N25

m设一道，缝宽约20mm,内填沥青油毛毡或嵌入沥青砂板等材料用以防止墙后填料流失。

对高度较高或特别重要的挡土墙，施工时要慎重选定回填土容量、内摩擦角以及回填土

的含水量。为了防止墙后积水渗入基础，应在最低泄水孔下部设粘土层并夯实，同样

为了防止墙前积水渗入基础，应将墙前回填土分层夯实。在靠近挡土墙处不宜采用大型

机械碾压，可用人工分层夯实，以免机械碾压时对墙体产生不利影响。只有这样，才能

确保挡土墙的工程质量。

挡土墙设计

1重力式挡土墙的一般形式及常用结构尺寸

①重力式挡上墙主要依靠墙体自重，来保持墙体在土压力作用下的稳定。因体积和

自重较大，不宜修筑太高，一般不超过5m为宜。根据墙背的坡度分成仰斜式、垂直式及

俯斜式。这3种形式中，仰斜式及垂直式受力条件较好，但实际应用要根据具体条件拟

定。比如墙背要与开挖的临时边坡相结合．宜采用仰斜式挡土墙；若墙背需填土，用地

紧张，宜采用俯斜式较好

a俯斜式挡土墙，墙底宽约为墙高的1/2左右•墙预宽度按构造确定,

一般为30cm—50cm。

b.垂直式挡土墙，墙面坡度可采用20:1~5:1

c.仰斜式挡土

墙，墙背坡度愈缓，土压力愈小，但墙背不宜缓于4:1•墙面与

墙背应保持平行．

d.挡土墙基础，墙基伸入地面下80cm〜100cm.这样对平面滑移及防冲有一定保障．

2应用假定断面的基本设计理论从重力式挡土墙的受力分析

看，挡土墙设计主要考虑下列3种情况需要满足：

①基础满足基上压应力，合力作用点不超出底宽中心1/3。重力式挡土墙

一般均属于偏心受压，故截面强度应按偏心受压构件进行验算：通常选择一两个控制

性断面进行墙身应力和偏心距验算，如墙身底部、二分之一墙高和断面形状突变处。

1.法向应力验算

如图2-5-17所示，断面1—1为验算截面。若截面以上墙背受的主动土压

力为Ei，其水平与

忒中：H}一断面I—】处墙身宽度,⑷

九---------分劉为验律断面的最大-与杲小法向应力，kPa；

山」一垢工题体的容许斥力应力上FK按现荷《公路砖石圧混艇土桥涵没计规范》的规定釆用.

匕切应力醴尊

1一1断面上的切应力为:

(2-5-30)

成中：［r}一埒工砌体的存许切应力4F叭按有

关规范采用"

当墙身断面出现拉应力时.应考虑裂缝对受剪面积的折减。一般情况下，由于墙身截面的切应力远小

于其容许值，可不进行这方面的验算②满足倾倒安全性，如图2挡土墙的倾斜，以绕A点可能性为最

大，土压

力E对A点的力矩为主动旋转力矩ME，所有垂直力（G1G2为挡墙自重.G3为墙背竖直上方堆土重量）对A

点的力矩总和MG为反抗旋转力矩，只要反抗旋

转力矩MG大于主动旋转力矩ME，则墙不致倾倒

血*k

S2-5-16馆心竝谢的县底也

2-5-17闲対唏面鬱屮讣翼

-跖兀耆牛厂抵红（2-5-

2H）

重直分力分别为此觎面以卜的墙直为叭，这时作用丁浙面M的合力停心矩心拘;

jJ峙％］土竽）啞曲（2-5-29）

斯面两边绦的决向应力为：

LI

X

+

A

式

M

o

③满足滑移安全性，如图2•水平力E的作用，可使墙滑移，只要所有垂直

力G对基础底面产生的摩擦阻力R大于E，则墙不致滑移

(2-5-23)

(2-5-24I

基电过力廿巾宙F12-5-13合丿J的倔心距0按下式

时鵲-陰捞

式中：龙弭F——稳定力杀对增趾的稳定力矩上NW

Y逐一覆』系对搐趾的创覆力矩,kN・叫瓦、

比""分别为E、E、对ifi趾前力臂m：

J——埴砲即时墟趾的力骨，眄

［居J—容许的RMSfe定性系数,对于荷载纽合l［Ao］=k5i荷載组合II-IVS匚餌荷载组

合¥为1.20

当届＜［心］时，表明档土端的抗额覆稔定愕不足.此时+可考虑采用下列措施、以增加抗

倾耗楼宦性’

趾用卩在墙趾辿加寬基础，以塔大力臂"但寺墙曲前地面

横坡较陡时,会因加宽墻趾而使墙埼增加°

巴咸缓城面坡度』丄增加力件:」乱改陡埔背圾度，以减小土庄力。

4一墙閉谊置衡巫台，增加城倾艘』矩。

(P0基底应力及侷心跆验算由2-5-15可知’作曲于基底的垂直力肯/V=W+E^基底合力前倔

心羽为切，按力姮平衡总理对计算V对确趾O的力晉

WZ^+EZ.—

在偏右荷载作用下，基底的最大应力和品小迈力为,

(2-5-26^

<2-5-25)

棊底合力垂宜于搖底面的分力丄E

作用丁】当上堀匕的虫甲力和竖向力討就;世蘆心的弯

矩丄Nm；基础底面的面积亠空.对Iin畏挡土墙而肓卅=

叭丛底宽度伽;

早础底面的戦面抗抵矩,n/，吩寺叽

一般地区苗档土钳h作用于端上的力系有：

1.挡土端自萤歴位T鋼上的恒忽

2.作用于若背h的屯动土压力（包括墙后填村破坏棱体丄的荷载h•碁底的

袪向反力及摩阻/几

各种力的取舍，应根据描土墙所处的具皐工作条件•按區水利的组件杵为蛙

计的依据‘

（一J抗滑动稳足件验算

如图2-5-14所示，在主动上.斥力的水平分力A,件用下*便档十.墻向外-黔

动"抵抗滑动的是基础底面与地基之间的摩阻力m抗滑力与滑功力葩比0称为抗滑

稳定系数,用K貶示，在•般情况了：

札二（2・542）

式中：W——挡土墙白重上N*

E,、E,——主动土压力的术平苒垂直分力*kN;

f—華B«底面（坊丄［与地基土之间的障按系数「町通过现场试验确定■

習无实测资料时"T参考表・只3选用i

「眼1——容许的抗滑动稳定系数,对于荷載组台「IV为1•久荷戴组合V为】2

碁底岸摊乘数崔

2-5-3

/世星土名耶

_・

ttFkh

fl.25陟英上04(1

OJO05<)

半干莊状枣0.30-0-400.4-0.6

轻亜粘上fl.J0-O.4C連就朴打0.6-0.7

3假定断面的简易验算方法及举例

3.1验算公式

①基土压应力6N^（de）小于基础的安全载重

其中：N——垂直总力刀G;

d――墙底宽度。

合力作用点与底脚中心线的偏心距e<-6（即作用点要在核心3分点内）

②倾倒安全率MG/ME1.5（通常取1.5可以，取2.0足够）

③滑移安全率R/E1.5>1.5

3.2应用举例（假定断面的数据如图3）

已知：土壤容重a.=1750kg/m3浆砌块石容重b=2400kg/m3土壤的天然坡角

33o。土壤的安全载重=2kg/cm2

验算如下：

土压力：E1ah2tan(45°

2)64.5KN

土压力作用点对A点的垂直距离.

L=1/3xh=1.667m

则主动旋转力矩：

MEEg_=64.5X1.667=107.5kN-m

G=3.0X0.9X2.40=64.8kN

G2=0.5X4.1X2.40=49.2kN

G3=1/2x2.1X4.1X2.40=103.3kN

G4=1/2x2.1X4.1X1.75=75.3kN

G5=0.2x4.1X1.75=14.35kN

刀G=306.95kN

对A点的力矩：

MG1G1X1.5=97.2kNgm

MG2G2X0.45=22.1kNgm

MG3G3X1.40=144.6kNgm

MG4G4X2.1=158.2kNgm

MG5G5X2.9=41.6kN-m

MG=463.7kN-m

合力离A点的垂直距离：

XMX/G=（463.7-107.5片306.95=1.16m

合力作用点的偏心距：

e=1.50-1.16=0.34

基上压应力：

卑津e）=171.432.7kN/m2<200kN/m2（土壤的安全载重）d2

6

倾倒安全率：MG/ME=463.7/107.5=4.31>2

滑移安全率：R/E=nN/E=0.5X306.95/64.5=2.38>1.5

其中摩擦系数n=0.5，以上假定断面经验算完全合格。

4重力式挡土墙应用假定断面设计的一般步骤

综上所述，重力式挡土墙断面设计的一般步骤为：

①根据施工现场的实际情况•比如墙背的坡度以及实际用地与施工难度等,选定

挡土墙形式.

②根据现场实地测量数据，参照选定形式所常用的结构尺寸，拟定断面尺寸.

③验算杭倾覆抗滑稳定性及地基承载力

④根据验算结果，调整断面尺寸或采取措施•如稳定验算达不到完全系数，可采用

以下措施：加宽墙的底板．增加底板上的填土：将底将下面做成锯齿形，提高抗滑能

力：增加墙后的排水措施，减少对墙身的倾向水压力：墙后填充松散或容重较小的上

料。另外，当天然地基承载力不足时．应采用人工地基。

⑤根据调整后的断面尺寸，重新验算直到断面合格。

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