重力式擋土牆的設計要點和施工方法

關鍵詞：重力式擋土牆；設計；分析；要點；施工

摘要：本文通過對重力式擋土牆的施工經驗分析，提出擋土牆設計中的重點問題，並提供較為合理的構築建議與措施。概述了重力式擋土牆的施工方法。

在土建工程中，經常用擋土牆來支擋上下高差的土體，而重力式擋土牆是用得較多的一種形式。重力式擋土牆是依靠牆體自重抵抗土壓力作用的一種牆體，所需要的牆身截面較大，一般由磚、石材料砌築而成。由於重力式擋土牆具有結構簡單、施工方便，能夠就地取材等優點，在土建工程中被廣泛採用。

一、重力式擋土牆的設計要點

設計重力式擋土牆，一般先通過滿足擋土牆的抗滑移要求確定擋土牆的總工程量，再進行細部尺寸調整，以滿足擋土牆的抗傾覆要求。

1、斷面形式的確定

根據重力式擋土牆結構型別及其特點，我們可以根據實際條件，選擇不同型別的斷面結構。如果地面橫坡比較陡峭，若採用仰斜式擋土牆，一定會過多增加牆高，斷面增大，造成浪費，而採用俯斜式擋土牆會比較經濟合理。只有在路塹牆、牆趾處地面平緩的路肩牆或路堤牆等情況下，才考慮採用仰斜式擋土牆。

2、擋土牆的截面尺寸的確定

重力式擋土牆是靠自身重力來抵抗土壓力，在設計時，重力式擋土牆的截面尺寸一般按試演算法確定，可結合工程地質、填土性質、牆身材料和施工條件等方面的情況按經驗初步擬定截面尺寸，然後進行驗算，如不滿足要求，則應修改截面尺寸或採取其它措施，直到滿足為止。

3、土壓力的確定

擋土牆設計的經濟合理，關鍵是正確地計算土壓力，確定土壓力的大小、方向與分布。土壓力計算是乙個十分複雜的問題，它涉及牆身、填土與地基三者之間的共同作用。計算土壓力的理論和方法很多，由於庫倫理論概念清析，計算簡單，適用範圍較廣，因此庫倫理論和公式是目前應用最廣的土壓力計算方法。

二、重力式擋土牆的計算內容

從安全地角度考慮，當埋入土中不算很深時，作用於擋土牆上的荷載有主動土壓力、擋土牆自重、牆面埋入土中部分所受的被動土壓力，一般可忽略不計。重力式擋土牆的計算內容主要進行穩定性驗算、地基承載力驗算和牆身強度驗算。

1、擋土牆的穩定驗算及強度驗算

擋土牆的設計應保證其在自重和外荷載作用下不發生全牆的滑動和傾覆，並保證牆身截面有足夠的強度、基底應力小於地基承載力和偏心距不超過容許值。因此在擬定牆身斷面形式及尺寸之後，應進行牆的穩定及強度驗算（採用容許應力法）。

2、牆身截面強度驗算

通常選取

一、兩個截面進行驗算。驗算截面可選在基礎底面、12牆高處或上下牆交界處等。牆身截面強度驗算包括法向應力和剪應力的驗算。

剪應力雖然包括水平剪應力和斜剪應力兩種，重力式擋土牆只驗算水平剪應力。

3、基底應力及偏心驗算

基底的合力偏心距e計算公式為：e=b2-zn=b2-（wzw+eyzx-exzy）（w+ey）

在土質地基上，e≤b6；在軟弱岩石地基上，e≤b5；在不易風化的岩石地基上，e≤b4。

三、擋土牆穩定性增大的措施

設計、驗算之後，為保證擋土牆的安全性，必須採取必要的措施。

1、傾覆穩定性增大的措施

為減少基底壓應力，增加抗傾覆的穩定性，可以在牆趾處伸出一台階，以拓寬基底，以增大穩定力臂。另外可以改變牆背或牆面的坡度,以減小土壓力或增大力臂。改變牆身形式,如採用衡重式、拱橋式等。

2、滑動穩定性增大的措施

重力式抗滑擋土牆的牆背坡度一般採用1:0.25，牆後常設卸荷平台，牆基一般做成倒坡或台階形，牆高和基礎的埋深必須按地基的性質，承載力的要求,地形和水文地質等條件,通過驗算來確定。

此外，為避免因地基不均勻沉陷而引起牆身開裂，應根據地質條件的變化和牆高，牆身斷面的變化而設定沉降縫和伸縮縫。

3、擋土牆的排水處理措施

擋土牆的排水設施通常內地面排水和牆身排水兩部分組成。擋土牆的排水處理是否得當，直接影響到擋土牆的安全及使用效果。

四、可靠度分析

1、在重力式擋土牆設計中，傳統的設計方法是安全係數法。這一方法把土看作是具有某種「平均」性質的「均質」材料，將土工引數的各種指標、各種引數定值化，並選用一定的數學模式來進行計算。由於把那些未知的、不定的因素都歸到乙個單一的安全係數上，其所得到的結果是明確的，因此也易於為人們所接受。

然而安全係數法卻忽略了土工引數的不確定性，與實際是不相符的。近幾年來，人們在逐漸認識到土工引數不確定性的基礎上，將可靠度分析方法引入了支擋結構工程。區別於傳統的安全係數法，可靠度分析方法在對支擋結構穩定性的分析中用概率的方法定量地考慮了實際存在的種種不確定因素，因而更為客觀、更為真實的反映了支擋結構的實際安全性。

2、對重力式擋土牆的可靠度分析應著重就以下內容進行了研究。

(1)對重力式擋土牆可靠度設計中的不確定性進行了詳細的討論，從而確定了重力式擋土牆可靠度分析中的隨機變數，即：內摩擦角、牆背摩擦角、填土容重、基底摩擦係數。

(2)運用可靠度理論建立了重力式擋土牆抗傾覆、抗滑移和地基承載力穩定性的極限狀態方程，推導出用於可靠指標計算的一次二階矩公式並編制了抗傾覆、抗滑移和地基承載力可靠指標計算的「jc」法、「最優優化」法和「蒙特卡羅」法計算程式。

(3)以甘肅某小學重力式擋土牆為例，把安全係數法和可靠度分析方法的計算結果進行了比較，從而揭示了有些擋土牆按定值法算出的安全係數是足夠的，但在實際應用時卻發生了破壞的原因。

(4)針對重力式擋土牆不易滿足抗滑要求的特點，本文結合工程實際，介紹了凸榫的防滑機理及設計理論。通過與擋土牆其它防滑措施的對比分析，可以看出防滑凸榫具有構造相對簡單，工程量相對較少，防滑效果佳，經濟效果好等優點。同時由於凸榫對地基的嵌固作用，又能在一定程度上提高地基承載力。

五、重力式擋土牆的施工方法

重力式擋土牆一般採用明挖基礎，當基底鬆軟或水下挖基困難時，可採用換填基礎、樁基礎或沉井基礎。

1、漿砌片石

⑴片石宜分層砌築，應長短相間與裡層砌塊咬接成一體，上下層石塊交錯排列，避免豎縫重合，

⑵砌築較大的片石，宜用在下面，寬面朝下，片石間以砂漿隔開。

⑶砌體中的片石應大小搭配，相互錯疊，咬緊密實並配有小石塊，作擠漿填縫之用。

2、漿砌塊石

⑴用作鑲面的塊石，表面四周應修整，以便安砌。

⑵塊石應平砌，每層石料高度應做到基本齊平。

3、料石砌築

⑴每層鑲面料石均應事先按規定的灰縫寬及錯縫要求配好石料，再用鋪漿法順序砌築和隨砌隨填立縫，並應先砌角石。

⑵鑲面石砌築完畢後，方可砌填心石，其高度與鑲面石齊平。

4、牆頂

牆頂宜用粗料石或現澆混凝土做成頂帽，路肩牆頂面寬宜用大石塊砌築，5號砂漿勾縫或抹面，並均應在牆頂外緣線留出10cm帽沿。

5、基礎

⑴在鬆軟地層或坡積層地段時，基坑不宜全段貫通，應採用跳槽辦法開挖以防治上部失穩。

⑵當基底軟弱、地形平坦、牆身又超過一定高度時，可在牆趾處伸出一台階，以拓寬基礎。

⑶當地層為淤泥土、雜填土等，可採用砂礫、碎石、礦渣灰土等材料予以換填，或用砂樁、石灰樁、碎石樁、土工織布、粉噴樁等方法處理。

⑷當岩層有空隙裂縫時，應以水泥砂漿或小石子混凝土澆注飽滿。

⑸基坑底面開挖寬度應比設計尺寸各邊增寬0.5～1.0m，並保持一定開挖邊坡度。

6、牆背填料

⑴砌體砂漿強度達到70%以上時，方可回填牆背填料，並應優先選擇滲水性較好的砂礫土填築。

⑵牆揹回填要均勻攤鋪平整，並設不小於3%的橫坡逐層填築，逐層夯實。

⑶壓實時，臨近牆背1.0m範圍內，應採用小型壓實機具。

總之擋土牆是防止土體坍塌的構築物，考慮重力式擋土牆設計要點時，應與其他工程方案進行技術經濟比較，分析其技術的可行性及經濟的合理性，按照國家技術規範組織工程的實施，才能建造出優質的重力式擋土牆工程。

[1]李中山,王義偉.擋土牆的設計與養護技術［j］.甘肅科技,2005.

[2]陳紅蛟.擋土牆抗傾覆穩定性可靠度分析［j］.鐵道建築,1998.

重力式擋土牆的設計要點和施工方法

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