衡重式擋土墻

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壓力的擋土墻。重力式擋土墻可用

塊石、片石、混凝土預制塊作為砌體，或采用片石混凝土、混凝土進行整體澆筑。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。它的優點是就地取材，施工方便，經濟效果好。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用。

常見的重力式擋土墻高度一般在5?6m以下，大多采用結構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，

如何科學地、合理地選擇擋土墻的結構形式，是擋土墻技術中的一項重要內容。

由于重力式擋土墻靠自重維持平衡穩定，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，它耗費材料多，也不經濟。當地基較好，擋土

墻高度不大，本地又有可用石料時，應當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配以少量的鋼筋，墻高在6m以下，

地層穩定、開挖土石方時不會危及相鄰建筑物安全的地段，其經濟效益明顯。

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1:0.2?1:0.3，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

定，墻背坡不小于1:0.25,墻面盡量與墻背平行。

對于垂直墻，當地面坡度較陡時，墻面坡度可有1:0.05-1:0.2，對于中、

高擋土墻，地形平坦時，墻面坡度可較緩，但不宜緩于1:04

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，墻頂寬不應小于0.2m;鋼筋混凝土擋土墻，墻頂不應小于0.2m。通常頂寬約

為H/12,而墻底寬約為（0.5?0.7）H，應根據計算最后決定墻底寬。

當墻身高度超過一定限度時，基底壓應力往往是控制截面尺寸的重要因素。

為了使地基壓應力不超過地基承載力，可在墻底加設墻趾臺階。加設墻趾臺階時擋土墻抗

傾覆穩定也有利。墻趾的高度與寬度比，應按圬工（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B（圖6-3）,對于石砌圬工不大于35°,對于混凝土圬工不

大于45°。一般墻趾的寬度不大于墻高的二十分之一，也不應小于0.1m。墻趾高應按

剛性角定，但不宜小于0.4m。

墻體材料：擋土墻墻身及基礎，采用混凝土不低于C15，采用砌石、石料的抗壓強

度一般不小于MU30,寒冷及地震區，石料的重度不小于20kN/m3，經25次凍融循環，應

無明顯破損。擋土墻高小于6m砂漿采用M5;超過6m高時宜采用M7.5,在寒冷及地震地

區應選用M10。

1常見重力式擋墻的墻背與墻正面結構形態

1.1擋土墻墻背結構形態

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

壓力計算是一個復雜的課題，目前工程上應用較多的有庫倫理論和朗肯理論，但郎肯理論

假定墻背和填土間沒有摩擦力，即設墻摩擦角d=0,計算得出的

主動土壓力偏大，設計偏于保守，可以認為朗肯理論是庫倫理論中的一種特例。庫倫理

論揭示了擋墻內各種受力因素的規律，即墻摩擦角、墻背仰斜角及填土表面傾角越小，

產生的主動壓力越小，反之，主動土壓力就越大。據此可知仰斜式墻背所產生的主動壓力

最小，俯斜式最大，垂直式介于兩者之間。當然，不能單憑主動土壓力的大小來選擇擋墻

形式，需要結合工程實際情況來綜合考慮。如擋土墻建造時需要挖方，因仰斜式墻背

可與開挖臨時邊坡結合，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。

在水利工程中，由于有一些特定條件（如水流等）的限制，實際運用中常采用俯斜式

擋墻，并且一般把擋土墻的下部做成底板形式，底板有利于其穩定性，從而可相應減小擋

土墻的結構尺寸，達到經濟、適用的目的。1.2擋土墻的正面結構形態

擋土墻就正面形態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中的擋土墻是以外墻面

垂直居多，這是因為：

①墻面垂直形式擋土墻占地面積小，節約寶貴的城市用地，相對來講更經濟；

②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一；

③在水閘、船閘閘室岸墻以及其他一些水利工程中，由于設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構形式及其適用性

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，并在強度不夠的地方配置鋼筋，

可進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定性，其耗鋼量比較

大、造價較高，而且其墻體均為立模現澆，裝模難度大，施工不易，因此工程實際中

較少使用。

2.2衡重式擋土墻

衡重式擋土墻的最大優點是可利用衡重平臺上的填土重、迫使墻身整體重心后移，

使基底應力趨于均衡，增加了墻身的穩定性、這樣可適當提高擋土的高度，但從另一方

面來講，衡重式擋墻的構造形式又限制了其基底不可能做得很大，因此就擴散擋墻基底

應力而言，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用。

可以說在墻背為填方的超高擋土墻中，這是一種非常經濟和適用的擋土墻。1996年，

湛江市重點建設工程之一的市區20萬t/d供水工程，其泵站廠區建于一山坡處，最高

填土超過8m,需建長達100m高8.5m的擋土墻。經過多個方案比較后，采用了帶卸荷

板形式的重力式擋土墻，此擋土墻建成至今已運行7年多,使用效果非常好

3重力式擋土墻的構造措施

擋土墻的構造措施對其質量有舉足輕重的影響，絕對不可掉以輕心，現實中有些擋

土墻的計算方法并無差錯，砌筑方法又遵規守法，可是一旦雨季來后，就出現擋土墻

失穩，甚至崩塌事故，原因是忽視了擋土墻構造措施的規定。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數量的泄水孔，使墻后積水或地下

水易于排出，墻后泄水孔進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置沉降縫，同時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，需要設置伸縮縫。通常將這兩種縫結合在一起，每隔15N25

m設一道，縫寬約20mm,內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，施工時要慎重選定回填土容量、內摩擦角以及回填土

的含水量。為了防止墻后積水滲入基礎，應在最低泄水孔下部設粘土層并夯實，同樣

為了防止墻前積水滲入基礎，應將墻前回填土分層夯實。在靠近擋土墻處不宜采用大型

機械碾壓，可用人工分層夯實，以免機械碾壓時對墻體產生不利影響。只有這樣，才能

確保擋土墻的工程質量。

擋土墻設計

1重力式擋土墻的一般形式及常用結構尺寸

①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。根據墻背的坡度分成仰斜式、垂直式及

俯斜式。這3種形式中，仰斜式及垂直式受力條件較好，但實際應用要根據具體條件擬

定。比如墻背要與開挖的臨時邊坡相結合．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1/2左右?墻預寬度按構造確定,

一般為30cm—50cm。

b.垂直式擋土墻，墻面坡度可采用20:1~5:1

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

墻背應保持平行．

d.擋土墻基礎，墻基伸入地面下80cm?100cm.這樣對平面滑移及防沖有一定保障．

2應用假定斷面的基本設計理論從重力式擋土墻的受力分析

看，擋土墻設計主要考慮下列3種情況需要滿足：

①基礎滿足基上壓應力，合力作用點不超出底寬中心1/3。重力式擋土墻

一般均屬于偏心受壓，故截面強度應按偏心受壓構件進行驗算：通常選擇一兩個控制

性斷面進行墻身應力和偏心距驗算，如墻身底部、二分之一墻高和斷面形狀突變處。

1.法向應力驗算

如圖2-5-17所示，斷面1—1為驗算截面。若截面以上墻背受的主動土壓

力為Ei，其水平與

忒中：H}一斷面I—】處墻身寬度,⑷

九---------分劉為驗律斷面的最大-與杲小法向應力，kPa；

山」一垢工題體的容許斥力應力上FK按現荷《公路磚石圧混艇土橋涵沒計規范》的規定釆用.

匕切應力醴尊

1一1斷面上的切應力為:

(2-5-30)

成中：［r}一埒工砌體的存許切應力4F叭按有

關規范采用"

當墻身斷面出現拉應力時.應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力遠小

于其容許值，可不進行這方面的驗算②滿足傾倒安全性，如圖2擋土墻的傾斜，以繞A點可能性為最

大，土壓

力E對A點的力矩為主動旋轉力矩ME，所有垂直力（G1G2為擋墻自重.G3為墻背豎直上方堆土重量）對A

點的力矩總和MG為反抗旋轉力矩，只要反抗旋

轉力矩MG大于主動旋轉力矩ME，則墻不致傾倒

血*k

S2-5-16館心竝謝的縣底也

2-5-17閑対唏面鬱屮訃翼

-跖兀耆牛廠抵紅（2-5-

2H）

重直分力分別為此覦面以卜的墻直為叭，這時作用丁浙面M的合力停心矩心拘;

jJ峙％］土竽）啞曲（2-5-29）

斯面兩邊絳的決向應力為：

LI

X

+

A

式

M

o

③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G對基礎底面產生的摩擦阻力R大于E，則墻不致滑移

(2-5-23)

(2-5-24I

基電過力廿巾宙F12-5-13合丿J的倔心距0按下式

時鵲-陰撈

式中：龍弭F——穩定力殺對增趾的穩定力矩上NW

Y逐一覆』系對搐趾的創覆力矩,kN?叫瓦、

比""分別為E、E、對ifi趾前力臂m：

J——埴砲即時墟趾的力骨，眄

［居J—容許的RMSfe定性系數,對于荷載紐合l［Ao］=k5i荷載組合II-IVS匚餌荷載組

合￥為1.20

當屆＜［心］時，表明檔土端的抗額覆稔定愕不足.此時+可考慮采用下列措施、以增加抗

傾耗樓宦性’

趾用卩在墻趾辿加寬基礎，以塔大力臂"但寺墻曲前地面

橫坡較陡時,會因加寬墻趾而使墻埼增加°

巴咸緩城面坡度』丄增加力件:」亂改陡埔背圾度，以減小土莊力。

4一墻閉誼置衡巫臺，增加城傾艘』矩。

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

心羽為切，按力姮平衡總理對計算V對確趾O的力晉

WZ^+EZ.—

在偏右荷載作用下，基底的最大應力和品小邁力為,

(2-5-26^

<2-5-25)

棊底合力垂宜于搖底面的分力丄E

作用丁】當上堀匕的蟲甲力和豎向力討就;世蘆心的彎

矩丄Nm；基礎底面的面積亠空.對Iin畏擋土墻而肓卅=

叭叢底寬度伽;

早礎底面的戦面抗抵矩,n/，吩寺嘰

一般地區苗檔土鉗h作用于端上的力系有：

1.擋土端自螢歴位T鋼上的恒忽

2.作用于若背h的屯動土壓力（包括墻后填村破壞棱體丄的荷載h?碁底的

袪向反力及摩阻/幾

各種力的取舍，應根據描土墻所處的具皐工作條件?按區水利的組件杵為蛙

計的依據‘

（一J抗滑動穩足件驗算

如圖2-5-14所示，在主動上.斥力的水平分力A,件用下*便檔十.墻向外-黔

動"抵抗滑動的是基礎底面與地基之間的摩阻力m抗滑力與滑功力葩比0稱為抗滑

穩定系數,用K貶示，在?般情況了：

札二（2?542）

式中：W——擋土墻白重上N*

E,、E,——主動土壓力的術平苒垂直分力*kN;

f—華B?底面（坊丄［與地基土之間的障按系數「町通過現場試驗確定■

習無實測資料時"T參考表?只3選用i

「眼1——容許的抗滑動穩定系數,對于荷載組臺「IV為1?久荷戴組合V為】2

碁底岸攤乘數崔

2-5-3

/世星土名耶

_?

ttFkh

fl.25陟英上04(1

OJO05<)

半干莊狀棗0.30-0-400.4-0.6

輕亜粘上fl.J0-O.4C連就樸打0.6-0.7

3假定斷面的簡易驗算方法及舉例

3.1驗算公式

①基土壓應力6N^（de）小于基礎的安全載重

其中：N——垂直總力刀G;

d――墻底寬度。

合力作用點與底腳中心線的偏心距e<-6（即作用點要在核心3分點內）

②傾倒安全率MG/ME1.5（通常取1.5可以，取2.0足夠）

③滑移安全率R/E1.5>1.5

3.2應用舉例（假定斷面的數據如圖3）

已知：土壤容重a.=1750kg/m3漿砌塊石容重b=2400kg/m3土壤的天然坡角

33o。土壤的安全載重=2kg/cm2

驗算如下：

土壓力：E1ah2tan(45°

2)64.5KN

土壓力作用點對A點的垂直距離.

L=1/3xh=1.667m

則主動旋轉力矩：

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

對A點的力矩：

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

合力離A點的垂直距離：

XMX/G=（463.7-107.5片306.95=1.16m

合力作用點的偏心距：

e=1.50-1.16=0.34

基上壓應力：

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

6

傾倒安全率：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

其中摩擦系數n=0.5，以上假定斷面經驗算完全合格。

4重力式擋土墻應用假定斷面設計的一般步驟

綜上所述，重力式擋土墻斷面設計的一般步驟為：

①根據施工現場的實際情況?比如墻背的坡度以及實際用地與施工難度等,選定

擋土墻形式.

②根據現場實地測量數據，參照選定形式所常用的結構尺寸，擬定斷面尺寸.

③驗算杭傾覆抗滑穩定性及地基承載力

④根據驗算結果，調整斷面尺寸或采取措施?如穩定驗算達不到完全系數，可采用

以下措施：加寬墻的底板．增加底板上的填土：將底將下面做成鋸齒形，提高抗滑能

力：增加墻后的排水措施，減少對墻身的傾向水壓力：墻后填充松散或容重較小的上

料。另外，當天然地基承載力不足時．應采用人工地基。

⑤根據調整后的斷面尺寸，重新驗算直到斷面合格。

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