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挡土墙毕业设计

65
2020年4月19日
文档仅供参考
石家庄铁道大学毕业设计

公路重力式挡土墙设计
Gravity retaining wall of highway

届 高等技术 学院
专 业 铁道工程技术
学 号 4599
学生姓名 王奔
指导教师 张永满

完成日期 月 日

毕业设计成绩单
学生姓名
王奔
学号
4599
班级
G1310
专业
土木工程铁道工程技术
毕业设计题目
公路重力式挡土墙设计
指导教师姓名
张永满

指导教师职称
讲师

评 定 成 绩
指导教师

得分

答辩小组组长

得分

成绩：

院长(主任) 签字：

年 月 日

毕业设计任务书
题　目

专 业

班 级

学生姓名

承担指导任务单位
土木工程学院
导师
姓名

导师
职称

一、主要内容
(1)重力式挡土墙发展过程及趋势；(2)各类挡土墙特点及适用条件；
(3)重力式挡土墙构造及特点；(4)重力式挡土墙设计及计算；
(5)重力式挡土墙设计验算；
(6)重力式挡土墙施工技术要点；
二、毕业设计的目的和要求
目的：
(1)经过对重力式挡土墙的研究，运用各专业课程所学的专业知识，锻练学生独立分析问题、解决问题的能力。
(2)经过对重力式挡土墙设计，掌握重力式挡土墙设计计算及验算过程。
(3)经过对重力式挡土墙施工技术研究，掌握重力式挡土墙施工技术要点。
要求：
(1)结合工程实际，收集相关资料，正确计算重力式挡土墙设计并对施工技术进行研究，所提出的施工方案不应是落后的施工工艺，也不应是技术不成熟、尚未推广的科技成果；
(2)计算必须正确无误。
三、技术指标
挡土墙 偏心距 抗倾覆 抗滑移
四、参考文献（自己写上几本即可）
(1)陈忠达. 王海林编著．公路挡土墙施工[M]．北京：人民交通出版社， ．3
(2)高志强．挡土墙特征性研究[D]．西安：西安建筑科技大学， ．6
(3)王海波．在景观工程中挡土墙的设计形式和多功能性[J]．山西建筑， （20）
五、进度计划
(1)5~8 周 按任务书和指导书的要求，收集相关资料并撰写开题报告。
(2)9~10 周 按照任务书要求，对重力式挡土墙进行尺寸设计
(3)11~15周 重力式挡土墙设计验算包括抗滑、抗倾覆、偏心距等的验算。
(4) 16 周 文档整理，准备答辩，答辩。
教研室主任签字

日期

毕业设计开题报告
题 目
公路重力式挡土墙设计
学生姓名
王奔
学号
4599
班级
G1310
专业
铁道工程技术
一、研究的背景
重力式挡土墙是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，是中国当前公路工程中最常见的一种挡土墙形式。其设计的好坏直接关系到工程的安全性和经济型。
二、国内外发展现状
近年来，随着社会经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高及对环境保护意识的日益加强，人们越来越重视挡土墙的艺术美化，将大面积的挡土墙设计的更加具备生态效益、景观效益和文化艺术效益。其主要形式有：生态性挡土墙，景观性挡土墙，文化艺术性挡土墙。
三、主要工作
（1）查阅文献，了解公路挡土墙设计及施工的一般过程；
（2）依照设计参数选定挡土墙类型；
（3）拟定挡土墙尺寸，并对其进行验算；
（4）挡土墙的施工组织；
（5）绘制所设计的挡土墙横纵断面图；
四、预期达到的结果
经过本次设计，了解了挡土墙的类型尺寸及适用条件，和发展现状，培养良好的学习沟通能力和协作配合精神，独立分析和解决问题的能力，熟练掌握公路挡土墙设计要求，荷载确定，挡土墙构造布置，施工工序，和施工注意事项等。
五、进度计划
第5~8 周：依据给定的毕业设计任务书搜集资料，撰写开题报告；
第9~11 周：拟定挡土墙尺寸及验算，并对其施工组织进行设计，完成初稿；
第11~13周：对其初稿中的不足进行纠正，调整设计格式；
第 14~15周：整理毕业设计说明书、准备设计答辩。
指导教师签字

时 间
 年　 月 日

目录
第1章 绪论 1
1.1 挡土墙的概念 1
1.2 挡土墙的发展历史 1
1.3 挡土墙的发展现状 4
第2章 挡土墙的类型及特点 7
2.2 薄壁式 8
2.3 锚固式 8
2.4 垛式 9
2.5 加筋土式 9
第3章 重力式挡土墙简、构造及设计 11
3.1 重力式挡土墙简介 11
3.2.1挡土墙的断面尺寸和形状 11
3.2.2 重力式挡土墙的布置 12
3.2.3 挡土墙的基础埋深 13
3.3 重力式挡土墙尺寸拟定 14
3.4 棱体位置确定 15
3.4.1破裂角（）的计算 15
3.4.2验算破裂面是否交于荷载范围内 16
3.5 土压力及作用位置计算 16
3.5.1土压力计算 16
3.5.2 土压力作用点位置计算：（分析图见图3-2,3-3） 17
3.6 稳定性检算 19
3.6.1 计算墙身重G及力臂ZG（取墙长1m计） 19
3.6.2 抗滑稳定性验算 20
3.6.3 抗倾覆稳定性验算 21
3.7.1 偏心距验算 22
3.7.2 基底应力验算 22
第4章 重力式挡土墙施工组织设计 24
4.1 主体工程施工方案 24
4.1.1 土方开挖 24
4.1.2 人工修整 24
4.1.3 浆砌石砌筑 25
4.1.4 土方回填 25
4.2 施工总进度 26
4.2.1 施工总进度计划编制原则 26
4.2.2 施工总进度计划指导思想 26
4.2.3 施工总进度计划保证措施 26
4.3 施工组织机构及主要人员 27
4.3.1 现场施工组织机构 27
4.3.2 部门机构职责 28
4.3.3 组织机构运行机制保证措施 29
4.4 工程施工设备 30
4.4.1施工机械设备配置原则 30
4.4.2 机械设备配置及使用要点 30
4.4.3 施工机械设备配置 （表4-2） 31
4.5 工程质量保证体系 31
4.5.1质量标准 31
4.5.2质量管理措施 33
4.6.1施工准备 33
4.6.2.砌体挡墙施工 34
4.6.3泄水孔施工 35
4.6.4墙后填土施工 35
结论 36
参考文献 37
致谢 38
附录1 39
附录2 40

第1章 绪论
1.1 挡土墙的概念
挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡，以保持土体稳定的建筑物。在公路工程中，它被广泛应用于支撑路堤或路堑边坡、隧道洞口、桥梁两端及河流岸壁等。
主要起到以下作用：
（1）收缩路堤坡脚，减少填方数量和占地面积，保证路堤稳定；
（2）避免沿河路基挤缩河床，防止水流冲刷路基；
（3）降低挖方边坡高度，减少挖方数量，避免山体失稳滑坍；
（4）防止山体覆盖层下滑和整治滑坡[2]；
（5）防止隧道洞口坍方；
（6）便于桥梁与路堤相接；
（7）保护古建筑或其它特殊需要。
1.2 挡土墙的发展历史
在古代重复的实践中，人们总结出了关于挡土墙的丰富的经验并世代相传，从中国的古长城、古代观星台、古栈道的两侧、古墓及古墓周边的古驿道，均能够看到古人修筑的挡土墙的痕迹。在近代，挡土墙更是被广泛应用于各种土木及建筑中，特别是公路、铁道的路基工程，市政园林工程，建筑工程，水利水电工程，水土保持工程中。挡土墙能够说是随着现代工业、交通、建筑、市政、矿山、水利、环保工程发展而迅速发展起来的。
重力式挡土墙是最古老的一种结构形式，因其料源丰富、形式简单、取材方便、施工简便，因此依然是当前应用最广泛的结构形式。为了适应多变的地形条件和地基承载力要求，在重力式挡土墙的基础上，发展形成了衡重式与半重力式挡土墙。
为了适应不同地区的建筑条件（如地基、料源、地形等）和不同的使用要求（如建筑高度、稳定性等），研究开发了多种形式的挡土墙，如悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚定板式、锚杆式、土钉式及卸荷板式等，这些形式都是钢筋混凝土结构。
悬臂式与扶壁式挡土墙在国外应用非常广泛，但在中国尚未普及，不过随着高等级公路向中西部地区的推进，其应用将越来越多。
加筋土式挡土墙利用了加筋土技术，上个世纪60年代法国工程师亨利一维达尔(Hneri一Vidal)在实验中发现，当土中掺有纤维材料时，其强度能够提高到原挡土墙强度的好几倍。她还根据三轴试验的结果提出了加筋土的概念，并发表了研究成果计算分析的方法，为现代加筋土技术开辟了广阔的应用前景，被认为是加筋土技术的创始人[5]。1965年法国于比利牛斯山的普拉聂耳斯修建了世界上第一座加筋土挡土墙，获得成功后，加筋土式挡土墙很快在欧洲范围内得到了普及，随后日本、美国、加拿大等国相继应用。中国的加筋土技术研究和应用开始于20世纪70年代的中期，1978年在云南田坝贮煤场修建了中国第一座试验性加筋土挡土墙，1980年在山西晋城—陵川公路上修建了第一座公路加筋土挡土墙。加筋土挡土墙已在公路、铁路、水利、建筑和煤矿等部门得到应用，特别是公路部门应用最为广泛。
锚杆技术应用于土木工程已有100多年的历史。早在1890年北威尔士的煤矿加固工程最先出现钢筋加固岩层，美国与19 在阿伯施来辛德煤矿使用锚杆支护顶板。20世纪四、五十年代，德国、美国、法国等国家就开始利用锚杆加固建筑物边坡、隧道及其洞口边坡等20世纪50年代中国开始引进锚杆技术，最初在煤炭系统中使用。20世纪60年代以后，锚杆技术迅猛发展并广泛的应用于土木工程的许多领域中。作为轻型的支挡结构，锚杆式挡土墙现已逐渐取代笨重的重力式挡土墙，并广泛应用于公路、铁路、水利和煤矿等支挡工程中。
锚定板挡土墙是中国铁路部门首创的，它发展于20世纪70年代的初期，1974年首次在太焦铁路上使用，当前在铁路部门应用比较广泛，公路、铁路、水利、煤矿等部门在立交桥台、边坡支撑、坡脚防护等多种工程中亦有应用。
从20世纪70年代开始，法国、美国以及原德意志联邦共和国各自独立开发了用于土体开挖和边坡稳定的一种新技术称为土钉支护，并迅速在法、德两国获得推广。特别是20世纪70年代及其稍后的时间内，先后在德国法兰克福和纽伦堡地铁的土体开挖工程中应用获得成功，这一成功对土钉墙的技术出现产生了积极的影响。1972年法国首先在凡尔塞附近的一处铁路路堑的边坡开挖工程中应用了土钉墙。原德意志联邦共和国在1979年首先在Stuttgart建造了第一个永久性土钉工程（高14m），仅次法国。原德意志联邦共和国还进行了长达 的工程观测，获得了许多有价值的数据。自1992年德国已建成500个土钉墙工程。美国最早应用土钉墙在1974年，其中一项有名的土钉墙工程是匹次堡PPG工业总部的深基开挖：由于与其紧挨的是既有建筑物，因此开挖时对土体用了注浆处理，并对土钉区内已有的建筑物用微型桩作了托换。
中国在1980年首次将土钉技术应用于山西柳湾煤矿的边坡稳定。近年来，一些高等学校、科研院和设计院等部门在土钉墙的研究及开发应用方面也做了不少工作。
卸荷板挡土结构在国外应用较早，前苏联、日本等国家在港工建筑物中对此种结构研究应用较多。印度在20世纪70年代曾对设置卸荷板的悬臂式挡土墙进行过研究，从理论上和实际上做了一些讨论。国内在港工建筑物中应用也较早，主要应用于重力式码头与岸壁结构[11]。
随着新型结构的研究发展，出现了一些复合式挡土墙，如竖向预应力锚杆挡土墙、重力式锚杆挡土墙等。
竖向预应力锚杆挡土墙是重力式挡土墙与竖向设置的预应力锚杆组合形成的一种新型支挡构造物。
重力式锚杆挡土墙是在重力式挡土墙的基础上，利用锚杆技术形成的另一种新型支挡构造物。
近年来，在传统挡土墙结构形式的基础上，还研究开发了新结构形式，如倒Y形挡土墙和U形挡土墙。倒Y形挡土墙是日本神户大学田中博士创造的，首先把混凝土预制成1～4m不同尺寸的砌块，再将预制砌块组合铺筑在碎石基础上，回填碎石构成挡土墙。倒Y形挡土墙在力学上具有抗滑动、抗倾覆性能的特点，另外还具有排水性好，防止地下水位侵蚀的优点。
U形挡土墙在结构上类似于悬臂式挡土墙，它把侧壁与底板连成整体，构成字母“U”形。在挖方地段需要将路面铺筑在地下水位以下时，能够采用U形挡土墙。设计时，与传统挡土墙不同之处在于应考虑水压力的影响，同时必须进行上浮稳定性分析。U形挡土墙底板比传统挡土墙宽，可看成弹性地基梁。当地下水位较高时，为保证上浮稳定性也可加厚底板或横向悬出。
在研究开发新的结构的同时，开发应用新材料、新工艺也是挡土墙发展的新趋势。
加筋土挡土墙常见的筋材是条带式，而网状加筋及土工合成材料平面加筋可有效提高填土和加筋之间的摩擦作用，从而提高挡土墙的稳定性。除此之外，由于填土的固结沉降，改变了加筋的受力条件，还使得加筋拉力与墙面板基础压力在增大，因此一些国家在墙面板和加筋连接部位安装了可上下滑动的机构来调整墙面板和填土之间的不均匀沉降。
锚杆挡土墙中使用锚索代替传统锚杆，形成锚索挡土墙。当前锚索在防护、加固工程中应用十分广泛。
为了满足上部荷载的支承力，可减轻墙后填料，因而墙后填料越轻越能减小墙基支承力和墙背土压力。对于软弱地基上的挡土墙，为防止滑移，可利用高炉炉渣等轻质填料，也可采用空心结构物（如箱、管等形式）。
伴随着聚合物的广泛的应用，泡沫聚苯乙烯和泡沫砂浆等轻质填料也已开始应用。挪威于1972年就已开始使用，日本也用它来处治滑坡等工程。
另外，也可经过添加水泥或石灰等稳定剂来改进土的性质，以降低含水量，从而提高填料的强度和稳定性。一般来说，改进后的填料性质普遍得到了提高，对减小墙后的土压力十分明显。
1.3 挡土墙的发展现状
近年来，随着社会经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高及对环境保护意识的日益加强，人们越来越重视挡土墙的艺术美化，将大面积的挡土墙设计的更加具备生态效益、景观效益和文化艺术效益。当前人们对挡土墙进行设计的常见方法有以下三种类型：
第一种：生态性挡土墙
这种类型的挡土墙是用活的植物或植物与土木工程相结合，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀，途径及手段是利用植被进行坡面保护和侵蚀控制。
生态挡土墙是在人们环保意识日益加强的环境下诞生的，它不但要满足挡土墙的使用功能，更重要是考虑到与周围环境的协调，需在墙面景观和绿化砌块上采取措施。这方面的发展和研究工作在发达国家尤为重视。近年来，在中国南方及东南沿海的一些地区，也开始兴建这种环保挡土墙。
第二种：景观性挡土墙
在现代园林设计中，挡土墙及护坡的设计强调立面，注重设计手法的创新，将种植设计与其融为一体，充分发挥造景与生态的协调。这类挡土墙在表现上大致有两种方式，一种类似于地景艺术，在面积较大、简单、高差变化明显的地块上，对挡土墙的平面走向及立面造型进行精心细致的设计，使不同高度的台地成为主要的欣赏对象，挡土墙也就自然成为了景观的核心。第二种设计不单纯考虑防护功能，而是注重在满足使用功能的条件下将挡土墙及护坡的平面线性、立面造型纳入到总体设计中考虑，使之周围环境及设计的其它组成部分融为一体，可观可用，成为整体设计中不可或缺组成部分。
景观类挡土墙设计常见的手法：
（1）“化高为低”:土质好、高差在1米以内的台地，设计的挡土墙要降低高度，上面部分放成斜坡,用花草、灌木进行绿化，既美观、保持生态平衡，同时也省工、省时、省工程投资。
（2）“化整为零”:高差较大的台地,在2米以上，做成一次性挡土墙，会产生压抑感，应化整为零，分成多阶的挡墙修筑，中间跌落处平台用观赏性较强的灌木或藤木进行绿化。这种设计形式解除了墙体视觉上的庞大笨重感，美感与工程经济得到统一。
（3）“化陡为缓”：把直立式的挡土墙设计成斜面式，同样高度的挡墙由于挡墙界面到人眼的距离产生变化，原来看不见的内容现在能看到，视野空间变得开敞了，环境也显得更明快了。
（4）“化大为小”:高差在2.5m地形上，将一个整体的挡土墙设计成两部分，在挡土墙的下部加宽。下宽部分设计分为两种:设计种植池进行绿化或设计水池进行景观处理。这种表现手法能够经过与植物、水景的结合，从而形成观赏性很强的空间效果。
（5）“化直为曲”:利用曲线来突出挡土墙的动态感，更加能够吸引人们的眼球，给人以舒美的感觉，流畅的曲线能够使整个空间造成明显的视觉效果，更加有利于突出主要的景观。
第三种：文化艺术性挡土墙
这种类型的挡土墙是在满足了挡土墙功能的前提下，对挡墙进行艺术形象的塑造，满足观赏者的视觉享受，提升了该挡土墙的艺术性。
文化艺术性挡土墙的处理手法有很多种，常见的手法如下所示：
（1）彩绘法：采用耐久性颜色在挡墙护坡上绘制，这类方法制作简单方便，工序少，成本低。由于材料制作特点，图案不但能够绘制得细致入微，而且也能够绘制的简洁大方，能够根据具体的场地情况决定，在弘扬地区文化方面，这方法能够表现的内容自由度大。不足之处是颜色在室外时间久了会褪色，保养麻烦。这种类型的挡墙护坡在高速公路比较常见，在漫长的高速公路上出现一这种类型的挡墙护坡，是人们的旅途中一道亮丽的风景线。
(2)浮雕法：采用浮雕的表现手法，经过对各种材料，石材、铜材、不锈钢的加工成型，然后将制作好的艺术图案造型连接在挡土墙的预埋件上，使之和挡土墙成为一个整体。这种类型的挡土墙由于是采用的浮雕手法，有时还可浮雕和圆雕、透雕手法相结合设计，经过图案的高低层次、肌理效果对比以及光线投射产生的阴影效果，对欣赏者的视觉冲击最为强烈，是艺术家喜欢采用的处理手法。由于这类挡土墙使用的是永久性材料，随着时间的流逝，这种类型的土墙的文物价值也是无法估量的。
(3)马赛克拼贴法：采用将各种颜色的马赛克根据设计图案的造型，进行切割、粘贴、表面处理等加工制作而成。这种类型的挡土墙由于材料的特点，图易于表现装饰的造型，肌理感强。可是，不易于表现过于抽象的复杂造型，制作过程烦琐复杂。
挡土墙工程应尽可能做到与自然环境协调，在设计与施工中也应采取墙面的质感、色彩，改变造型单调的墙面构造或类型设计，做到统一中寓有变化，防止产生视觉疲劳；利用泄水管或预制墙体的合理搭配，变墙面的平面构成为立体构成，增强墙体的空间感；利用植物工程使墙体掩映在绿色植被中，融合于自然山林的景观之内等。总之应采取有效的环保措施，提高挡土墙环境质量。

第2章 挡土墙的类型及使用场合
2.1 挡土墙的类型
2.1.1 重力式
原理：主要依靠墙身自重抵抗墙后土体的侧向压力。
墙身：干砌、浆砌，缺乏石料时，可用混凝土。
干砌仅适用于地震烈度较低，墙高不高（<6m），地基条件良好的地段。
特点：断面尺寸较大，结构简单，取材较易，施工简便。
详情见表2-1；图2-1；

重力式挡墙特点 表2-1
墙背种类
土压力
适应情况
仰斜
主动土压力小
路堑墙、墙趾处地面平坦的路肩墙或路堤墙

俯斜

土压力大
地面横坡陡峻处的路肩墙或路堤墙，可减少墙高，墙背可做成台阶

凸形折线

下部小、上部略大
上部俯斜、下部仰斜，可减少上部强身的断面尺寸，多用于路堑挡土墙，也用于路肩挡土墙

衡重式

下部小、上部略大
上下墙背间设一衡重台，墙面陡直，适用于地面横坡陡峻处路肩墙和路堤墙，借助土的自重和墙重心后移，提高墙体稳定性

俯斜　　 仰斜 　　　 垂直　　　 凸形 　　 衡重式　　　　　　　　
图2-1重力式挡墙图
2.1.2 薄壁式
用混凝土挡墙时，为减少断面尺寸，可在墙背、墙趾处设少量钢筋，称半重力式，一般适用于低墙。
原理：主要依靠底板上的土重来平衡侧向土压力
墙身：钢筋混凝土结构
特点：墙身断面较薄，
一般包括悬臂式、扶壁式和柱板式等。
（1）悬臂式
组成：立壁、趾板（趾部底板）和踵板（踵部底板）三个悬臂部分
原理：利用踵板上的填土重量保持稳定，趾板还可增加抗倾覆能力和减小基底应力，
适用场合：地基情况较差的路肩墙。
（2）扶壁式
当墙高超过 6m 时，侧向土压力作用下，立壁底部的弯矩迅速变大，钢筋、混凝土用量急剧增加，不经济。因此沿悬臂式墙长方向，每隔一定距离加设扶壁（肋板），将立壁与底板连接起来。悬臂受弯矩，要配置钢筋。
（3）柱板式
组成：立柱、挡板、底梁、底板（卸荷板）、基座和拉杆拼装而成。
适用场合：支挡土质路堑高边坡或处治边坡坍滑，还用于路堤墙。
2.1.3 锚固式
组成：由钢筋混凝土墙面部分和锚固构件连接而成。
原理：依靠埋设在稳定岩土层内锚固件的抗拔力，承受从墙面传来的土压力，保持全墙稳定。
墙面：预制立柱（肋板）和挡板拼成，也可就地浇注成整体板壁。 挡板断面采用矩形或槽形的直板，也用混凝土拱板。
特点：属轻型结构，材料节省、占地较少，地基要求不高，有利于机械化施工。
可分为：锚杆式、锚定板式和桩板式等
（1）锚杆式
采用锚杆（锚入稳定地层内的钢杆或钢丝束，拉住肋柱或板壁。
墙高时，可分级建造。
适用场合：适用于高度较大、挖基困难、具有锚固条件的路堑墙、路肩墙或抗滑墙。
（2）锚定板式
结构形式与锚杆式基本相同，只将钢杆（拉杆）的锚固端改用锚定板，并埋在填料稳定区（被动区和中性区）内。
适用场合：特别适用于地基不良的高路肩墙或路堤墙。
（3）桩板式
系将支承挡板的立柱改为深埋地下的桩柱（锚固桩）。
适用场合：适用于墙后土体下滑力较大而要求基础埋置又深的滑坡整治地段。
2.1.4 垛式
组成：采用钢筋混凝土预制杆件纵横交错拼装成框架，内填土石。
原理：借助自重抵抗墙后土体的推力。
特点：允许地基产生一定不均匀沉降，施工迅速，修复容易。
适用场合：常见作高路肩墙、路堤墙和抗滑墙。
2.1.5 加筋土式
组成：由竖直面板、水平拉筋和内部填土三部分组成的加筋体。
原理：经过拉筋材料与填土之间的摩阻力，使面板与土形成一整体结构，依靠其自重抵抗墙后（拉筋尾部后面）土体的侧压力。
拉筋材料：条带拉筋（钢带、钢筋混凝土带或聚丙烯土工带）
网格拉筋（金属或聚合物材料做的网格）。
面板：起保护表层填料免受侵蚀和坍塌作用，一般用混凝土预制（国外用半椭圆形金属板）。
特点：构件轻巧、施工简便、柔性较大、抗震性大、外型美观、造价较低。 适用场合：适用于较高的路肩墙和路堤墙。
2.2挡土墙的使用场合
挡土墙的使用场合 表2-1
名称
使用场合

路堑挡土墙
1.在山坡陡峭处，用以减少挖方数量，降低边坡高度，避免因开挖而失去稳定；
2.在地质不良地段，用以支挡可能滑坍的山坡山体；

路堤挡土墙
1. 在陡山坡上填筑路基时，用以支挡路堤下滑；
2. 收缩坡脚，避免与其它建筑物相互干扰，减少填方量；
3. 保证沿河路堤不受水流冲刷；

路肩挡土墙
1.支挡陡坡路堤下滑；
2.抬高公路路堤高程；
3.收缩坡脚，减少占地，减少填方量；
山坡挡土墙
支挡山坡覆盖层或滑坡下滑
桥头挡土墙
支承桥梁上部建筑保证桥头填土稳定

第3章 重力式挡土墙简、构造及设计
3.1 重力式挡土墙简介
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。因此，重力式挡土墙在中国铁路、公路、水利、港湾、矿山等工程中得到广泛的应用。
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。
3.2 重力式挡土墙构造
重力式挡土墙的构造必须满足强度与稳定性的要求，同时应考虑就地取材，经济合理，施工养护的方便与安全。
3.2.1挡土墙的断面尺寸和形状
（1）挡土墙的胸坡
当地面横坡较陡时，挡土墙胸坡直接影响墙的高度,胸坡较陡的挡土墙高度较小，胸坡较缓的挡土墙高度较大。重力式挡土墙的墙胸坡度，一般在地形陡峻的山区，采用1:0.05-1:0.20。对于路肩和路堤式挡土墙,应尽可能采用较陡的胸坡。在地形平缓的地区，一般采用1:0.20-1:0.35。本工程在丘陵地区，地形较平缓，胸坡采用1：0.33。
（2）挡土墙的墙背坡度及形式
挡土墙墙背坡度及形式,应力求使墙身结构经济合理,施工开挖量小，回填工程量少，施工便,保证安全，同时还应满足土压力计算理论的适用范围,回填前挡土墙必须稳定等要求。
墙背的形式与坡度也影响墙的高度，仰斜的墙最高,竖直的次之，俯斜墙背的最低。由土压力计算公式可知，仰斜墙背的主动土压力最小，竖直的次之，俯斜墙背的最大。一般说来，对于较低的挡土墙,应优先考虑仰斜及竖直墙背；对于较高的挡土墙，应优先考虑俯斜及折线形墙背。折线形墙背上部俯斜下部仰斜，综合了二者的优点，但其形状复杂,施工不便，一般只在墙身较高时才采用。
选择墙背形式时，必须考虑施工的要求。例如,路堑挡土墙，由于仰斜墙背可与开挖的临时边坡紧密贴合，而俯斜墙背则在施工后尚需填土，因此选用仰斜墙背比较合理。对于路堤、路肩挡土墙，仰斜墙背填土穷实比较困难，因此采用竖直与俯斜墙背比较合理。总之，挡土墙的墙背形式必须综合考虑上述各方面的因素,经过试算、比较后才能确定。
在同一工点的挡土墙，其断面形式不宜过多，以免造成施工困难和影响墙的美观
（3）挡土墙的尺寸
在挡土墙的位置、胸坡、背坡和基础埋深确定后便可确定挡土墙的高度。 挡土墙的宽度应在满足构造要求的基础上初拟一个尺寸并经检算，确定一个既保证安全又经济合理的尺寸。按构造要求,浆砌片石挡土墙的墙顶宽度一般不应小于0.5m；混凝土挡墙的墙顶宽度不小于0.4m；钢筋混凝土挡墙顶宽不应小于0.2m。丘陵地区，石料丰富，采用混凝土或片石混凝土挡土墙，顶面宽度设为0.6m。
（4）挡土墙置于硬质岩石上时，应置于风化层以下；置于软质岩石上时，埋置深度不小于1.0m。
3.2.2 重力式挡土墙的布置
1、挡土墙位置的选定
根据路基横断面来确定挡土墙的位置
（1）路堑挡土墙的位置应设在侧沟外侧，并满足抽换轨枕的要求，即路堑中心线沿轨枕底部至墙胸的水平距离一般不小于3.5 m，挡土墙的高度和长度应保证墙顶以上边坡稳定。
（2）路肩挡土墙的位置，在直线地段按路基宽度确定。
（3）路肩挡土墙因可充分收缩坡脚，大量减少填方和占地，当路肩与路堤墙的高度或截面圬工数量相近、基础情况相似时，应优先选用路肩墙。若路堤墙的高度或圬工数量比路肩墙显著降低，而且基础可靠时，宜选用路堤墙。
（4）当路基两侧同时设置路肩和路堑挡土墙时，一般应先施工路肩墙，以免在施工时破坏路堑墙的基础。
（5）沿河路堤设置挡土墙时，应结合河流的水文、地质情况以及河道工程来布置，注意应保证墙后水流通畅，不致挤压河道而引起局部冲刷。
（6）滑坡地段的抗滑挡土墙，应结合地形、地质条件、滑面的部位、滑坡推力，以及其它工程，如抗滑桩、减载、排水等综合考虑。
（7）带拦截落石作用的挡土墙，应按落石范围、规模、弹跳轨迹等考虑。
2. 横向布置
在墙趾纵断面图上进行，布置后绘成挡土墙正面图。
布置的内容：
（1）确定挡土墙的起讫点和墙长，选择挡土墙与路基或其它结构物的衔接方式。衔接方式有：墙的端部直接嵌入山坡坡面，设置锥坡、端墙或斜墙等。
（2）按地基和地形情况进行分段，确定沉降缝与伸缩缝的位置。
（3）布置各段挡土墙的基础。墙趾处地面有纵坡时，挡土墙的基底做成不大于 5% 的纵坡。但地基为岩石时，为减少开挖，可沿纵向做成台阶。台阶尺寸随纵坡大小而定，但高宽比不宜大于 1 ： 2 ，宽度不小于 1m 。
（4）确定泄水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸等。
4. 平面布置
对于地形、地质复杂的挡土墙或工程量大的沿河曲线挡土墙，除了横纵布置外，还应在地形图上进行平面布置。
绘制平面图，图中标示挡土墙与路线的平面位置、附近地貌与地物等情况，特别是与挡土墙有干扰的建筑物情况。沿河挡土墙还应绘出河道及水流方向，防护与加固工程等。
3.2.3 挡土墙的基础埋深
挡土墙置于土质地基时,其埋置深度应符合下列要求:
（1）基础埋深不小于1m，如为路堑墙，应在侧沟下至少0.6m。当有冻结且冻结深度小于或等于1m时，应在冻结线以下不小于0.25m；当冻结深度超过1m时，可在冻结线下0.26m内换填弱冻胀土或不冻胀土，但埋置深度不小于1.24m。
（2）受水流冲刷时，基础在冲刷线下至少1m。
（3）路堑挡土墙基础底面应在路肩以下不小于1m，并应低于侧沟砌体底面不小于0.3m。
详情见表3-1
综上所述，挡土墙的基础埋深设为1.0m。

挡土墙基础埋深 表3-1
地层类别
埋入深度
距斜坡地面的水平距离
较完整的硬质岩层
一般硬质岩层
软质岩层
土层
0.25
0.60
1.00
≥1.00
0.25~0.50
0.60~1.50
1.00~2.00
1.50~2.50

注：单位m
3.3 重力式挡土墙尺寸拟定
墙背填土容重γ=17.8kN/m3
内摩擦角φ=35°
填土与墙背间的摩擦角δ＝17.5°
地基为岩石地基容许承载力[σ]＝400kPa
基地摩擦系数f=0.45；
墙身材料：砌体容重γ=20kN/m3
砌体容许压应力[σ]＝500kPa
容许剪应力[τ]＝80kPa
荷载沿硬路肩边缘布置，在路面引起的应力为q=12.5kPa
墙背垂直倾斜角α=0
墙顶宽b1=1.02m
墙底宽B=2.27m
a=0m,b=0,d=0.5m
基地埋深1m
当 H≤2m时,q=20kPa
当 H≥10m时, q=10kPa
在此之间由直线内插法得：H=5m时，q=16.25kPa
换算土层厚度 （3-1）

构造图见图3-1

图3-1重力式挡墙构造图
3.4 棱体位置确定
3.4.1破裂角（）的计算
内摩擦角φ=35°α=0填土与墙背间的摩擦角δ=17.5°
假设破裂面交于荷载范围内，则有：
（3-2）
式中，设计参数（°）

将 代入式3-2得：

破裂棱体位置
（3-3）

（3-4）

式中， 为边界条件系数。将不同边界条件下的代入式中，即可求得与之相应的破裂角和最大主动土压力。
将代入式3-3，3-4；

根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部时破裂角的计算公式：
（仰斜取负值） （3-5）

则破裂角：
3.4.2验算破裂面是否交于荷载范围内
破裂面距路肩距离：
（3-6）

代入式（3-6）；

如果，破裂面交于荷载范围内，符合假设。否则，重新假设挡土墙尺寸。
符合假设
3.5 土压力及作用位置计算
3.5.1土压力计算
式中， Ea--墙后土压力
根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部土压力计算公式：

式中，Ey--墙后土压力竖向分量（KN）；
EX--墙后土压力横向分量（KN）；
3.5.2 土压力作用点位置计算
图3-2计算图式及土压力分布图

（分析图见图3-2,3-3）

图3-3挡土墙土压力分析图

式中，Zy--墙后土压力竖向分量Ey的力臂；
ZX--墙后土压力横向分量Ey力臂；
3.6 稳定性检算
一般情况下，挡土墙的抗倾覆稳定性较容易满足，墙身断面尺寸主要由抗滑稳定性和基底承载力来控制，故选择基底倾斜1：5（）
3.6.1 计算墙身重G及力臂ZG（取墙长1m计）
挡土墙自重

=196.8kN
由力矩平衡原理：
则：
=196.8×ZG=471.78
ZG=2.4m

受力图见图3-4
3-4挡土墙受力图

3.6.2 抗滑稳定性验算

（γQ1=1.4，μ=0.45，α0=11.3°）
216.48+75.45+69.59=358.52≥181.02
故满足抗滑稳定性的方程。

抗滑稳定性系数
= 142.45÷71.16
=2.002〉1.3

沿基底抗滑稳定系数不应小于1.3，考虑附加力系时，不小于1.2。
故满足 ，抗滑稳定性的要求。
3.6.3 抗倾覆稳定性验算
=377.86+1.4(183.03-275.9)
=377.86-130.05
=247.8＞0
故满足抗倾覆稳定性的方程
抗倾覆稳定性系数
=655.35÷275.9
=2.375>1.5
一般情况