王兴
黄山港华燃气有限公司 黄山 245000
摘要：在挡土墙的实际项目设计过程中，不仅要根据理论形式进行测算，更要对现实场地进行反复细致严谨的实地勘测，通过对现实场地情况的综合分析之后，在根据具体不同的项目要求，设计出合理有效同时经济的设计方案，这对整个项目的决策和投入具有重要指引及决策意义。本文通过对挡土墙结构选型的研究，以作者主持设计的工程项目为例，通过详实的数据、图片及结构验算过程介绍挡土墙选型的设计经验，以供大家参考。
关键词：山体稳定支护；重力式挡土墙；悬臂式挡土墙；浆砌毛石，钢筋混凝土。
1 概述
本项目的挡土墙是用来支撑山坡土体，防止填土或土体丧失稳定性并变形的一种建筑构筑物。其作用是为了减少土方石工程量和占地面积，以及防止水流倒灌基地内部的，防止山体坍塌、滑坡等有害于基地内部建筑的作用。
我国有着大量各类不同项目的在不同类型地质条件条件下的开发的案例，其中涉及到的挡土墙形式也有着各种不同的特点，例如以类型分为重力式、衡重式和悬臂式挡土墙；又有各种不同的名称如：路肩墙、路堤墙和路堑墙，又有根据不同的角度分为仰斜式、折背式、直立式和俯斜式。按其材料选用又分为毛石挡土墙、素混凝土挡土墙和钢筋混凝土挡土墙。每个类型的的挡土墙都有其适用的范围和条件，需要具体条件具体分析，挡土墙高度、填料内摩擦角、基地摩擦系数、荷载和基础对于挡土墙的选型都具有重要指导意义。
本项目的所在地形为山地和丘陵地区，在此类地形条件下进行工程建设，需先行挖运土石方进行场地平整，而做好山体挖方边坡的防护是重要的工作，同时在工程投资中占比高。根据项目地点的地形勘测报告，材料的选择以及总体造价，挡土墙的设计及选型有着决定性影响。
2 项目概况
安徽省某港华公司建设LNG小型储配站1座，其工艺区山体挖方高17.6m，原设计为钢筋混凝土重力式挡土墙，综合挡土墙结构、挖方放坡等因素，需要新增土石方开挖、外运、林地征用，以及钢筋混凝土圬工差价。经过验算、对比，采取了浆砌毛石挡土墙，设计选型了采用了重力式和悬臂式的仰斜式的挡土墙形式，采用重力和悬臂复合型仰斜式挡土墙不仅大量了节约土石方开挖、外运1.9万m3，节约占用林地4.2亩，而且还比原方案重力式挡土墙设计方案节省工程投资高达320万元。
3 设计原理
该浆砌毛石挡土墙结构形式如下图：
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墙身高5.7 m,墙顶宽1 m，面坡倾斜坡度1:0.25，背坡倾斜坡度1:-0.25，采用一个扩展脚趾台阶宽1 m，厚0.9 m，设防滑凸榫宽1.8 m，厚0.3 m。根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）、本工程《地勘报告》，主要计算抗滑动稳定性、抗倾覆稳定性。计算主要物理参数：
圬工砌体容重: 23.0 KN/m3
圬工之间摩擦系数: 0.4
地基土摩擦系数: 0.50
墙身砌体容许压应力: 2100.0 KPa
墙身砌体容许剪应力: 110.0 KPa
墙身砌体容许拉应力: 150.0 KPa
墙身砌体容许弯曲拉应力: 280.0 KPa
墙后填土内摩擦角: 35.0
墙后填土粘聚力: 8.5 KPa
墙后填土容重: 19.0 KN/m3
墙背与墙后填土摩擦角: 17.5度
地基土容重: 18.0 KN/m3
修正后地基承载力特征值: 400.0 KPa
地基承载力特征值提高系数:
墙趾值提高系数: 1.0
墙踵值提高系数: 1.0
平均值提高系数: 1.0
墙底摩擦系数: 0.5
地基土类型: 土质地基
地基土内摩擦角: 25.0度。
4 结构验算
（一）土压力计算
土压力计算方法: 库仑法。计算高度为 5.7 m处的库仑主动土压力，按实际墙背计算得到:第1破裂角：43.48度，Ea=77.527 KN，Ex=77.385 KN，Ey=4.684 KN，作用点高度 Zy=1.416 m。墙身截面积=7.039 m2，重量=161.891 KN。
（二）滑动稳定性验算
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抗滑移稳定性按上列公示进行验算：
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基底摩擦系数0.50
采用防滑凸榫增强抗滑动稳定性,计算过程如下:
基础底面宽度B 1.775 m
墙身重力的力臂 Zw 1.729 m
Ey的力臂 Zx 2.129 m
Ex的力臂 Zy 1.416 m
作用于基础底的总竖向力166.575 KN
作用于墙趾下点的总弯矩 180.321 KN·m
基础底面合力作用点距离墙趾点的距离 Zn 1.083 m
基础底压应力: 墙趾=31.980 凸榫前沿=31.980 墙踵=155.710 KPa
凸榫前沿被动土压应力=78.796 KPa
凸榫抗弯强度验算:
凸榫抗弯强度验算满足:弯曲拉应力=6.566 ≤500.0 KPa
凸榫抗剪强度验算:
凸榫抗剪强度验算满足:剪应力=13.133 ≤990.0 KPa
滑移力= 77.385 KN 抗滑力= 106.927 KPa
滑移验算满足:Kc=1.382≥1.30
（三）抗倾覆稳定性验算
抗倾覆稳定性按照下列公示进行验算：
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相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw=1.729 m
相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx=2.129 m
相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy=1.416 m
验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性
倾覆力矩=109.586 KN·m
抗倾覆力矩=289.907 KN·m
倾覆验算满足: K0 = 2.645>1.50
（四）地基应力及偏心距验算
基础类型为天然地基，经计算:
作用于基底的合力偏心距验算满足:e=-0.195≤0.250×1.775=0.444 m
墙趾处地基承载力验算满足:压应力=31.980≤400.0 KPa
墙踵处地基承载力验算满足:压应力=155.710≤400.0 KPa
地基平均承载力验算满足:压应力=93.845≤400.0 KPa
（五）基础强度验算
基础为天然地基，不作强度验算。
（六）墙底截面强度验算
验算截面以上，墙身截面积=6.499m2，重量149.471 KN
相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw 1.798 m
相对于验算截面外边缘，Ey的力臂Zx=2.129 m
相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy=1.416 m
容许应力法验算：
截面上偏心距验算满足:e1=-0.210≤0.300*1.775=0.532 m
压应力验算满足: 计算值=148.417≤2100.0 KPa
剪应力验算满足: 计算值=8.858≤110.0 KPa
（七）台顶截面强度验算
土压力计算:计算高度为4.8 m处的库仑主动土压力
按实际墙背计算得到:
第1破裂角：44.072度
Ea=40.240KN
Ex=40.167 KN
Ey=2.431 KN
作用点高度Zy=1.068 m
验算截面以上，墙身截面积=4.8 m2 重量=110.4 KN
相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw=1.1 m
相对于验算截面外边缘，Ey的力臂Zx=1.267 m
相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy=1.068 m
容许应力法,法向应力检算:
作用于验算截面的总竖向力=112.831 KN 作用于墙趾下点的总弯矩=81.636 KN·m
相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn=0.724 m，截面宽度 1.0 m，偏心距|-0.224| m=0.224 m
截面上偏心距验算满足: e1=-0.224≤0.300*1.0=0.3 m
截面上压应力: 面坡=-38.494 背坡=264.156 KPa
压应力验算满足: 计算值=264.156≤ 2100.0 KPa
拉应力验算满足: 计算值=38.494≤280.0 KPa
切向应力检算:剪应力验算满足: 计算值=-4.966≤110.0 KPa
5 各组合最不利结果计算
（一）滑移验算
安全系数最不利为：组合1(一般情况)
抗滑力=106.927 KN,滑移力=77.385 KN。
滑移验算满足: Kc=1.382>1.30
（二）倾覆验算
安全系数最不利为：组合1(一般情况)
抗倾覆力矩=289.907 KN·m,倾覆力矩 = 109.586 KN·m。
倾覆验算满足: K0=2.645>1.6
（三）地基验算
作用于基底的合力偏心距验算最不利为：组合1(一般情况)
作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.195≤0.250*1.775 = 0.444 m
墙趾处地基承载力验算最不利为：组合1(一般情况)
墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=31.980 ≤400.0 KPa
墙踵处地基承载力验算最不利为：组合1(一般情况)
墙踵处地基承载力验算满足: 压应力=155.710≤400.0 KPa
地基平均承载力验算最不利为：组合1(一般情况)
地基平均承载力验算满足: 压应力=93.845≤400.0 KPa
（四）基础验算
不做强度计算
（五）墙底截面强度验算
容许应力法:截面上偏心距验算最不利为：组合1(一般情况)
截面上偏心距验算满足: e1=-0.210≤0.300*1.775=0.532 m
压应力验算最不利为：组合1(一般情况)
压应力验算满足: 计算值= 148.417≤2100.000 KPa
拉应力验算最不利为：组合1(一般情况)
拉应力验算满足: 计算值=0.000≤280.0 KPa
剪应力验算最不利为：组合1(一般情况)
剪应力验算满足: 计算值= 8.858≤110.000 KPa
(六) 台顶截面强度验算
容许应力法:
截面上偏心距验算最不利为：组合1(一般情况)
截面上偏心距验算满足: e1=-0.224≤0.300*1.0=0.3 m
压应力验算最不利为：组合1(一般情况)
压应力验算满足: 计算值= 264.156≤2100.0 KPa
拉应力验算最不利为：组合1(一般情况)
拉应力验算满足: 计算值= 38.494≤280.0 KPa
剪应力验算最不利为：组合1(一般情况)
剪应力验算满足: 计算值=-4.966≤110.0 KPa
6 其它措施
通过验算，该工程采用浆砌毛石护坡型挡土墙代替原设计钢筋混凝土重力式挡土墙，满足要求，还需采取以下施工措施：
一是在毛石挡土墙墙身设置排水孔。排水孔应沿着横竖两个方向设置，其间距宜取2 m-3 m，排水孔外协坡度宜为5%,孔眼尺寸不宜小于100 mm，墙背应做好滤水层，应选择透水性强的填料；
二是在山坡坡角处设置截水沟。采用钢筋混凝土现浇，对山坡雨水实现组织排放，截水沟纵坡不小于3%；
三是设置坡面防护网。采用热镀锌钢丝网进行坡面防护，网孔尺寸不大于55×55 mm,钢锚杆长度不小于2 m,防止山体开挖面受到雨水冲刷导致山石滚落；
四是墙身砌筑中设置拉结石。毛石每0.7 m2设置一处拉结石，并应均匀分布、相互错开，在同皮内的中距不应大于2 m，搭接长度不用小于0.15 m。
7 结论
本文根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011的要求验算毛石挡土墙稳定性，山体和地基的地质条件、山体的稳定性对挡土墙的型式选择起了关键作用。通过库伦法、容许应力法验算后，浆砌毛石护坡型挡土墙的选用，既能满足安全要求，更能就地取材节约大量工程投资。
参考文献：
【1】《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011
【2】《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013
【3】王志凯，夏唐代。《挡土墙后地震主动土压力的拟动力学分析》。浙江大学建筑工程学院硕士学位论文，2011年3月
【4】余钰，杜永峰。《重力式挡土墙结构体系可靠度分析》。兰州理工大学土木工程硕士学位论文，2008年4月
【5】李英杰。《悬臂式挡土墙设计》。2010年7月
【6】《挡土墙图集-重力式、衡重式、悬臂式》04J008