5  挡土墙的稳定验算及强度验算

　　挡土墙的设计应保证其在自重和外荷载作用下不发生全墙的滑动和倾覆，并保证墙身截面有足够的强度、基底应力小于地基承载力和偏心距不超过容许值。因此在拟定墙身断面形式及尺寸之后，应进行墙的稳定及强度验算。挡墙的验算方法有二种：一种是采用分项安全系数的极限状态法，另一种是总安全系数的容许应力法。目前国内多数应用容许应力法设计挡土墙。下面是采用容许应力法进行挡土墙验算的简介。

　　5.1  滑动稳定验算

　　挡土墙沿基底的滑动稳定系数Kc应不小于1.3.计算公式为：

　　Kc= （W+Ey）f / Ex

　　式中：W——挡土墙自重，衡重式时，包括衡重台上的土重（KN），Ex，Ey——主动土压力的水平和垂直分力（KN），f——基底摩擦系数。

　　设计中，为增加挡土墙的抗滑稳定性，常将基底做成向内倾斜，以增大滑动稳定系数。基底斜坡坡度一般不超过1：5.

　　5.2  倾覆稳定验算

　　挡土墙绕墙趾的倾覆稳定系数Ko应不小于1.5.计算公式为：

　　Ko=（WZw+EyZx）/（ExZy）

　　式中：Zx——Ey对墙趾O点的力臂 （m），Zy——Ex对墙趾O点的力臂 （m），Zw——W对墙趾O点的力臂 （m）。

　　5.3  基底应力及偏心验算

　　基底的合力偏心距e.计算公式为：

　　e=B/2-Zn=B/2-（WZw+EyZx-ExZy）/（W+Ey）

　　在土质地基上，e≤B/6；在软弱岩石地基上，e≤B/5；在不易风化的岩石地基上，e≤B/4.

　　当e≤B/6时，墙趾和墙踵处的法向压应力为：

　　σ1，2=（W+Ey）（1±6e/B）/B≤[σ]

　　式中，[σ] ——地基土修正后的容许承载力（KPa）

　　[σ]= [σo]+K1γ1（B-2）

　　式中，[σo] ——地基土的容许承载力（KPa），K1 ——地基土容许承载力随基础宽度的修正系数，γ1 ——地基土的天然容重（KN/m3）。

　　当e>B/6时，基底出现拉应力，考虑到一般情况下地基与基础间不能承受拉力，故不计拉力而按应力重分布计算基底最大拉应力：

　　σ1=2（W+Ey）/ 3Zn≤[σ]

　　若出现负偏心，则上式的Zn改为（B-Zn）。

　　5.4  墙身截面强度验算

　　通常选取一、两个截面进行验算。验算截面可选在基础底面、1/2墙高处或上下墙交界处等。

　　墙身截面强度验算包括法向应力和剪应力的验算。剪应力包括水平剪应力和斜剪应力两种，重力式挡土墙只验算水平剪应力，而衡重式挡土墙还需进行斜截面剪应力的验算。

　　6  采取措施

　　完成了挡土墙截面设计及稳定、强度验算之后，必须采取必要的措施，以保证挡土墙的安全性。

　　6.1  基础加固措施

　　6.1.1  为减少基底压应力，增加抗倾覆的稳定性，在墙趾处伸出一台阶，以拓宽基底。墙趾台阶的宽度不小于20cm，台阶高宽比可采用3：2或2：1.

　　6.1.2  地基为软弱土层时，可用砂砾、碎石、矿渣或灰土等质量较好的材料换填，以扩散基底压应力，满足设计要求。

　　6.2  排水措施

　　对于浆砌石挡土墙，应在墙前地面以上设置一排泄水孔。墙较高时，可在墙上部加设泄水孔。泄水孔采用10×10cm的方孔或圆孔，孔眼间距2~3米，上下排泄水孔错开设置。泄水孔进水口应设置反滤材料。

　　6.3  沉降缝与伸缩缝的设置

　　为避免地基不均匀沉降引起墙身开裂，需按墙高和地基性质的变异，设置沉降缝，同时，为了减少圬工砌体因收缩硬化和温度化作用而产生裂缝，需设置伸缩缝。挡土墙的沉降缝和伸缩缝设置在一起，每隔10~15m设置一道，缝宽2~3cm，自墙顶做至基底，缝内宜用沥青麻絮、沥青竹绒或涂以沥青的木板等具有弹性的材料，沿墙的内、外、顶三侧填塞，填塞深度不小于15cm.

　　6.4  墙顶与路面的衔接

　　当墙顶宽大于土路肩宽度时，挡土墙侵入土路肩部分应预留出相当于路面结构厚度部分以铺筑路面。

　　6.5  车辆安全行驶保障措施

　　对于路肩墙，其墙顶面以下50cm采用C20砼浇筑，并预埋钢筋，在其上设置防撞栏或防撞墙。

　　7  材料要求

　　7.1  石料须经过挑选，质地均匀，无裂缝，不易风化。

　　7.2  石料的抗压强度应不低于30MPa.

　　7.3  尽量采用较大的石料砌筑，块石应大致方正，其厚度不小于15cm，宽度和长度相应为厚度的1.5~2.0倍和1.5~3.0倍。

　　7.4  采用7.5号砂浆砌筑，10号砂浆勾缝。

　　8  设计体会

　　8.1  设计参数的选取

　　因用于计算主动土压力的库伦理论较适用于砂性土，而对于粘性土的压力计算会存在一定的误差，所以对于以粘性土做填料的挡土墙计算，设计参数如填料的内摩擦角等的取值应相对保守。由于库伦理论是一种简化的土压力计算方法，所以对于以砂性土做填料的挡土墙，设计参数也应根据实际情况取相对保守值。

　　8.2  安全系数的选取

　　对墙高≥6m的挡土墙，实际设计时建议将安全系数提高20%，以保证其安全性。

　　8.3  墙面坡的选取

　　出于美观和施工方便的考虑，一段挡土墙通常都采用一个墙面坡。对于山区公路挡土墙，采用较陡的墙面坡，可有效减小墙高，节省材料。一般情况下，重力式挡土墙（俯倾式）、衡重式挡土墙墙面坡取1：0.05，仰斜式挡土墙的墙面坡取1：0.25，均能满足设计要求。

　　8.4  墙背坡的选取

　　仰斜式挡土墙的墙背坡一般不超过1：0.3，具体结合开挖的临时边坡选取。

　　俯斜式挡土墙的墙背坡一般取1：0.2，随着墙高增加，墙顶宽度相应增大。

　　对于衡重式路肩挡土墙，当墙高≤8m时，上墙背坡取1：0.25，墙高＞8m而≤10m时，上墙背坡取1：0.3；下墙背坡取1：0.25.若为路堤墙，则上墙背坡应相应加大。

　　8.5  设计控制重点

　　对于俯斜式挡土墙，由于所受土压力较大，所以设计时应注意其稳定和抗倾覆的验算。对于衡重式挡土墙，一般较容易满足稳定要求，墙身断面的强度成为挡土墙设计中主要的控制指标，所以一定要采用高强度的材料砌筑。

　　9  结束语

　　公路挡土墙是路基防护工程的重要组成部分。在山区公路中，挡土墙的应用更为广泛。挡土墙设计时，应进行详细地调查、勘测，确定构造物的形式与尺寸，运用合适的理论计算土压力，并进行稳定性和截面强度方面的验算，采取合理、可行的措施，以保证挡土墙的安全性。

　　截面强度 措施以保证挡土墙的安全性。