1、第四章擋土墻學習重點 擋土墻的分類，重力式擋土墻和鋼筋混凝土懸臂式擋土墻的工作原 理、適用條件、設計計 算和構造要求。 學習目標 熟悉擋土墻的分類； 熟悉重力式、薄壁式擋土墻的構造；掌握重力式擋土墻的工作原理、適用條件、設計計算； 掌握鋼筋混凝土懸臂式擋土墻的工作原理、適用條件、設計計算。 . 概 述 擋土墻是指支承填土或山坡土體、防止填土或土體坍滑失穩的構造物，在土木工程領域有 著十分廣泛的應用，既可作為房屋地下室側墻、陡坡與路堤支護、橋臺等，亦可做水閘及碼頭駁岸等。 在擋土墻橫斷面中，與被支承土體直接接觸的部位稱為墻背；與墻背相對的、臨空的部位 。 擋土墻的類型有多種，各類擋土墻的工作原理

2、、適用條件均有差異，設計時應根據與所支 擋土體的穩定平衡條件，綜合考慮地形地質狀況、地基的承載力、施工條件以及環境特點等因素，合理選擇擋土墻的類型。、與其他構造物的銜接、材料供 應 一般來說，擋土墻應滿足下列使用功能要求：（1）能承受正常施工和正常使用時可能出現的各種荷載； （2）在正常使用時具有良好的功能； （3）足夠的耐久性及穩定性等。 擋土墻設計包括擋土墻的縱橫向布置、擋土墻類型確定、擋土墻各部分尺寸擬定、荷載計 算、穩定性驗算、墻身及地基強度驗算等內容。 . 擋土墻類型及作用荷載 擋土墻分類 擋土墻的類型很多，按所用建材，可分為石砌擋土墻、磚砌擋土墻、混凝土擋土墻、鋼筋混 凝土擋土墻和

3、土工合成材料擋土墻等；按結構形式，可分為重力式、薄壁式、錨定式、板樁墻、加 筋土擋土墻等。 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，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。因此，在我國鐵路、公路、水利、港灣、礦山 等工程中得到了廣泛的應用。 重力式擋土墻也有其局限性，由于重力式擋土墻靠自重維持平衡穩定，體積、重量都很大， 在軟弱地基上修建往往受到承載力的限制；擋土墻太高時它耗費材料多，很不經濟。但當地基 較好，擋土墻高度不大，本地又有可用石料時，應當首

4、先選用重力式擋土墻。 為適應不同地形、地質條件及經濟要求，重力式擋土墻具有多種墻背形式。其中以墻背為直線形的擋土墻最為常見，如圖 4-1 所示。其中，墻背仰斜圖 （4-1）及垂直圖 （4-1(b)）的擋 土墻比較適合先有擋土墻后有填土的情形；而墻背俯斜圖 4-1 （c）的擋土墻更適合在已有土 坡面上修建擋土墻。根據現場的具體情況，擋土墻的墻背也可以做成更為復雜的形式，如折線 式或衡重式等圖 4-1 （d）、（e）。 衡重式墻背可視為在凸形折線式的上下墻之間設一衡重臺，上墻俯斜墻背的坡度通常為 （ 1：0.25 ） （1:0.45 ），下墻仰斜墻背的坡度一般在 1:0.25 左右，上下墻的墻高比

5、一般為 。衡重式墻背適用于山區地形陡峻處的路肩墻和路堤墻，也可用于路塹墻。 薄壁式擋土墻 薄壁式擋土墻是鋼筋混凝土結構，包括懸臂式和扶壁式兩種主要型式。其特點是自重輕，墻體的穩定性主要是依靠踵板上的填土重量來保證。懸臂式擋土墻由立壁和底板組成，有三 個懸臂，即立壁、趾板和踵板。當墻身較高時，可沿墻長一定距離立肋板（扶壁）聯結立壁板與 踵板，從而形成扶壁式擋土墻。 懸臂式擋土墻如圖 4-2 （a）所示。墻身立壁板在土壓力作用下受彎，墻身內彎曲拉應力由 鋼筋承擔；立板下部彎矩較大，特別在墻較高時，需設置的鋼筋較多。這種擋土墻的優點是充 分利用了鋼筋混凝土的受力特性，并巧妙地用墻后踵板上填土重量來維

6、持自身的穩定，墻體截 面較小。 懸臂式擋土墻一般適用于墻高大于 、地基土質較差、當地缺少石料的情況。 當懸臂式擋土墻高度大于時，墻體立壁撓度較大，為了增強立壁的抗彎剛度，應沿墻 體縱向每隔一定距離（0.30.6 ）h 設置一道扶壁，故稱為扶壁式擋土墻，如圖4-2 （b）,（c)所示。 加筋土擋土墻 加筋土擋土墻是由填土、填土中的拉筋條以及墻面板三部分組成，它是通過填土與拉筋間 的摩擦作用把土的側壓力消減在土體中起到穩定土體作用的。加筋土擋土墻屬于柔性結構，對地基變形適應性大，建筑高度也可很大，適用于填方區的擋土墻。 如圖4-3 所示，加筋土擋土墻由墻面板、填土和填土中布置的拉筋三部分組成。在垂

7、直于 墻面的方向，按一定間隔和高度水平放置拉筋材料，然后填土壓實，通過填土與拉筋間的性 結構，對地基變形適應性大、建筑高度大，適用于缺乏石料的地區及填方路基在較軟弱地基上 修筑的路肩墻與路堤墻。它結構簡單，圬工量少，與其他類型的擋土墻相比，可節省投資 ，經濟效益好。 錨定式擋土墻 錨定式擋土墻屬于輕型擋土墻，通常包括錨桿式和錨定板式兩種，如圖 4-4所示。錨擋土墻主要由預制的鋼筋混凝土立柱和擋土板構成墻面、與水平或傾斜的鋼錨桿聯合作用支 擋土體，主要是靠埋置巖土中的錨桿的抗拉力拉住立柱保證土體穩定的。錨定板式則將錨桿 換為拉桿，在其土中的末端連上錨定板。它不適于路塹，路堤施工容易實現。 錨定板

8、式擋土墻一般由預制的鋼筋混凝土墻面、立柱、鋼拉桿和埋在填土中的錨定板在現場拼裝而成，如圖 4-4 所示。錨桿的一端與立柱連接，另一端與錨定板相連，并被固定在密實 的土層中，墻后側壓力由擋土板傳給立柱，立柱傳給錨桿，依靠錨定板產生的抗拔力抵抗側壓 力，以保持墻的穩定。它適用于墻高大于、石料缺乏或挖基困難地區，具有錨固條件的路 基擋土墻，一般多用于墻身較高的路塹擋土墻或路肩擋土墻。 錨桿式擋土墻是只有錨拉桿而無錨定板，是將錨桿錨固在巖層中，由錨桿與巖體之間的錨 固力（錨桿的抗拔力）承受結構物擋土墻的土壓力，使墻獲得穩定。也常作為深基坑開挖的一 種經濟、有效的圍護結構。. 作用于擋土墻上的荷載 作用

9、于擋土墻上的力系按力的作用性質分為主要力系、附加力及特殊力。主要力系包括： 擋土墻自重 G、土壓力Ea 、基底反力 N及基底面摩阻力F 、墻前土體的被動土壓力 Ep，如圖 4-5所示。對浸水擋土墻來說，還包括靜水壓力、浮力及滲透力等；附加力是季節性作用于擋土墻 上的力，例如，洪水時期的各種水壓力以及冬季的凍脹力等；特殊力是偶發力，如地震等引發的 各種力。擋土墻設計就是要保證在上述力系作用下，擋土墻具有足夠的穩定性和結構強度；同 時，地基也應滿足承載力要求。 土壓力一般按土力學中的庫侖土壓力理論進行計算，這里不再重述。 需要引起注意的是，地下水位的變化對于作用在擋土墻上的壓力的影響是很明顯、很重

10、要 的。對于水土壓力分算的無黏性土，地下水位的上升使水壓力增大，也使水土壓力總量增大。 地面水防滲不力和地下水位的變化常常是導致擋土墻破壞的主要原因。 . 重力式擋土墻 . 重力式擋土墻構造 常用的石砌擋土墻和混凝土擋土墻，一般由墻身、基礎、排水設施和伸縮縫等部分構成，如 圖- 所示。 墻面 通常，基礎以上的墻面均為平面，墻面坡度除應與墻背的坡度相協調外，還應考慮到墻趾 處地面的橫坡度。當地面橫坡較陡時，墻面可直立或外斜（1:0.05 ） （1:0.2），以減小墻高；當地面橫坡平緩時，墻面可放緩，一般?用（1:0.20) （1:0.35 ）較為經濟，但不宜緩于 ，以免增加墻高過多。 墻背 為適

11、應不同地形、地質條件及經濟要求，重力式擋土墻具有多種墻背形式，其中墻背為直 線形的擋土墻最為常用，如圖 4-1（a）、（b）、（c）所示。其斷面形式最簡單，土壓力計算也很簡便。這三種擋土墻若以土壓力大小而論，以俯斜墻背所受壓力最大，垂直墻背次之，仰斜最小。 折線式墻背?用上部俯斜、下部仰斜的形式，其斷面較為經濟。墻背帶衡重臺的擋土墻，稱為 衡重式擋土墻，其穩定仍靠墻身自重來保持，但由于這種形式的擋土墻調整了墻身的重心位置 及墻背土壓力的分布，因而，比其他墻背形式的擋土墻具有更好的穩定性；另一方面，由于其基 底面積較小，對地基承載力要求較高，因此應設置在堅實的地基上。墻頂與墻底 對于石砌擋土墻墻

12、頂的最小寬度，漿砌的不小于，干砌的不小于，混凝土擋土墻為，有時還要求在墻頂上做冒石；墻底面一般應水平，如遇擋土墻抗滑穩定性不能滿足要求時，可做成傾斜（逆坡）基底，在石質斜坡上的擋土墻為節省工程量，基底常依坡做成臺階形。 基礎及埋深 擋土墻通常采用淺基礎，絕大多數擋土墻的基礎直接設置在天然地基上。當地基軟弱、墻 身較高時，為減小基底壓應力，增加穩定性，墻趾可伸出臺階，以拓寬基底，臺階寬度不小于 ，高寬比可用 或 。地基為較弱土層時，也可用砂礫、碎石、礦渣或石灰土等質量 較好的材料換填，以提高地基承載力。 基礎埋置深度取決于地質條件、水文情況及凍結深度等因素。為保證擋土墻的穩定，埋深 一般不小于。

13、遇巖石地基時，應把基礎埋入未風化的巖層內，以增加墻體穩定性。在道 路工程方面，對埋深要求更加嚴苛，要求埋深不小于。 沉降縫與伸縮縫 為了防止因地基不均勻沉陷而引起墻身開裂，需根據地質條件的差異和墻高、墻身斷面的變化情況設置沉降縫。為減少墻身因砌體硬化收縮或溫度變化所產生的溫度應力或因土壓力的作用而產生裂縫，需設置伸縮縫。通常，設計時將沉降縫與伸縮縫合并設置，統稱為沉降伸 縮縫。縫距沿路線方向每隔 （墻身分段長度）設置一道，縫寬一般約為，縫內一般采用瀝青麻筋等柔性松散材料填充。 排水措施 理論和經驗都表明，墻后積水對擋土墻的正常運行十分有害，水分的滲入使填土濕軟，抗 剪強度降低，土的表觀密度也變

14、大，進而使墻背壓力增大，加劇了擋土墻的不穩定性，甚至會導致擋土墻破壞。 因此，擋土墻應設置良好的排水設施，以疏干墻后填土中的積水。 如圖 4-7 所示，為使墻后積水易排出，擋土墻應設置泄水孔，孔眼尺寸不宜小于 孔坡度外斜 ，孔水平方向間距宜取 - 。擋土墻較高時，應在一定高度加設泄水孔。墻 后要做好濾水層和必要的排水盲溝，可選用卵石、碎石等粗顆粒作為濾水層，以避免泄水孔淤塞，還可調節土的脹縮性。當排水量較大時，可設置排水盲溝。墻頂地面宜鋪設防水層，當墻后有山坡時，應在坡下設置截水溝。為防止積水下滲，應緊靠泄水孔下部設置黏土或其他材料的隔水層，墻前應做好散水或排水溝。 填土質量要求 墻后填土宜選

15、擇透水性強、性能穩定的非凍脹材料，例如粗砂、碎（卵）石、爐碴等材料，其抗剪強度較穩定，不具有脹縮性和凍脹性，且易于排水。不應選擇有機質土也不宜用黏性土作為填料。因為黏性土的性能不穩定，干燥時體積收縮，而在雨季時膨脹，且季節性凍土地區還可能發生凍脹，造成實際土壓力值變化很大，導致擋土墻破壞。考慮實際情況，當采用黏性土作為填料時，宜摻入適量的碎石、塊石。 擋土墻的材料要求 石料：石料應該經過挑選，力學性質應滿足設計要求，石料大小和新鮮程度等方面要求一 致，不應選用過分破碎、風化嚴重的石料。 砂漿：擋土墻應采用水泥砂漿，只有在特殊條件下才采用水泥石灰砂漿、 水泥黏土砂漿和 石灰砂漿等、砂漿強度等級應

16、滿足設計要求除此之外，在構造上還應符合相關規定要求，在度地震區，砂漿強度等級應比計算結果提高一個等級。 擋土墻的砌筑質量 擋土墻施工務必重視砌筑質量。若基礎置于巖石上，應將巖層表面分化嚴重部分清除。條石砌筑的擋土墻，多采用一順一丁的砌筑方法，上下錯縫，也有采用全順全丁相互交替的砌筑方法應該要求保證搭縫良好，砌穩安正，不得出現通縫。采用毛石砌筑的擋土墻，除盡量采用石塊滋潤形狀，保證各輪丁順交替，上下錯縫的砌法外，還要保證砂漿水灰比符合要求，填縫緊密，灰漿飽滿，確保石料安穩砌正，墻體穩固。 砌料應緊靠基坑側壁，與巖層結成整體，待砂漿強度達到 以上時，方可進行墻背填土。 根據建筑地基基礎設計規范（

17、），重力式擋土墻的構造應符合下列規定： （）重力式擋土墻適用于高度小于 、地層穩定、開挖土石方時不會危及相鄰建筑物的地段。 （）重力式擋土墻可在基底設置逆坡。對于土質地基，基底逆坡不宜大于；對于巖石地基，基底逆坡坡度不宜大于。 （）毛石擋土墻的墻頂寬度不宜小于 ；混凝土擋土墻的墻頂寬度不宜小于。 （） 重力式擋土墻的基礎埋置深度，應根據地基承載力水流沖刷、巖石裂隙發育及風化程度等因素進行確定。在特強凍漲、強凍脹地區應考慮凍漲的影響。在土質地基中，基礎埋置深度不宜小于；在軟質巖地基中，基礎埋置深度不宜小于。（）重力式擋土墻應每間隔 設置一道伸縮縫。當地基有變化時宜加設沉降縫。在擋土結構的拐角處，

18、應采取加強的構造措施。 . 重力式擋土墻設計 重力式擋土墻壓力計算 （ ）對土質邊坡，邊坡主動土壓力應按式（-）進行計算。當填土為無黏性土時，主動土壓力系數可按庫侖土壓力理論確定。當支擋結構滿足朗肯條件時，主動土壓力系數可按朗肯土壓力理論確定。黏性土或粉土的主動土壓力也可采用楔體試算法圖解求得。 土壓力的計算，目前國際上仍采用楔體試算法。根據大量的試算與實際觀測結果的對比，對于高大擋土結構來說采用古典土壓力理論的計算結果偏小，土壓力的分布也有較大的偏差。對于高大擋土墻，通常也不允許出現達到極限狀態時的位移值，因此在土壓力計算式中常計入增大系數。土壓力計算公式是在土體達到極限平衡狀態的條件下推導

19、出來的，當邊坡支擋結構不能達到極限狀態時，土壓力特征值應取主動土壓力與靜止土壓力的某一中間值。圖 -所示為擋土墻變形與土壓力示意。 擋土墻的穩定性驗算 擋土墻的穩定性驗算包括抗滑移穩定驗算和抗傾覆穩定驗算，穩定驗算應符合下列規定，擋土墻的整體滑動穩定性可以采用圓弧滑動面法進行驗算。 （）抗滑移穩定性應按下列公式進行驗算（圖4-10）： （ ）抗傾覆穩定性。在抗傾覆驗算中，將土壓力分解成為水平分力和豎向分力，顯然，對于墻趾的傾覆力矩是由土壓力的水平分力產生的，而抗傾覆力矩是由重力荷載和土壓力的豎向分力兩部分組成的。為了保證擋土墻抗傾覆穩定，應使抗傾覆力矩大于傾覆力矩。兩者的比值稱為抗傾覆安全系數

20、。 抗傾覆穩定性應該按下列公式進行驗算（圖-）： 若地基較軟弱，在擋土墻傾覆的同時，墻趾可能陷入土中，因而力矩中心 點向內移動,抗傾覆安全系數將會降低，故在采用式（4-8 ）時要考慮地基土的壓縮性。 地基承載力驗算 擋土墻的地基承載力驗算，與偏心受壓淺基礎地基承載力驗算方法相同。首先計算出作用于基底的豎向荷載的合力以及合力作用點，得到合力及其偏心距，然后即可按淺基礎的方式進行驗算。在一般條件下，按照天然地基上的淺基礎地基強度驗算條件進行驗算，即在荷載作用下地基的平均應力不大于修正后的地基承載力特征值在偏心荷載作用下的最大地基應力不大于地基承載力特征值修正后的 1.2 倍。 除此之外，對于偏心距

21、的要求，與一般淺基礎要求偏心距不大于 16基礎寬度不同，重力式擋土墻要求基底合力的偏心距不應大于基礎寬度的倍。 當基底下存在軟弱下臥層時，還應當進行軟弱下臥層的地基承載力驗算。 墻身強度驗算 重力式擋土墻一般采用低強度的圬工材料，需要驗算任意墻身截面處的正應力和剪應力，這些應力應當小于墻身材料相應的極限承載力。墻身強度驗算應選擇墻身的薄弱截面，或者是應力最大的截面，對于截面急劇變化處，也應當進行強度驗算。 對如圖4-11 所示墻身取截面 ，首先計算墻高為時ht 土壓力Ea 及墻身重力G荷載，求出合力N 及其作用點然后按照砌體受壓公式進行驗算。 . 薄壁式擋土墻 如前所述，薄壁式擋土墻主要是指采

22、用鋼筋混凝土等高強度材料而使構件截面很小的擋土墻，一般包括懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻。 . 懸臂式擋土墻構造 懸臂式擋土墻是鋼筋混凝土擋土墻的主要模式之一，它是一種輕型圍護結構物，依靠墻身的重力及底板以上的填土的重力來維持其平衡，一般用于墻高不大于 的場合。 懸臂式擋土墻（圖-）由墻身、墻趾板和墻踵板構成，由于這種擋土墻抗彎能力強、穩定性好，可用在擋土高度較高的土坡上，其構造要求如下： 墻身 一般懸臂式擋土墻的內側做成豎直面，墻面可做成 . 的斜坡，具體根據擋土墻的高度決定墻身厚度：當擋土墻的高度較小時，墻身可做成等厚度的；當擋土墻的高度較大時，墻面坡度取大些，墻頂的最小厚度一般取為 。 底板

23、 底板由墻趾板和墻踵板組成，底板一般水平設置，做成變厚度板。墻踵板底部水平，頂面傾斜，長度由抗滑移穩定性驗算確定，根部厚度一般取為（112 110 ）墻踵板長且不小于,墻趾板的長度由抗傾覆穩定性、基底壓力和偏心距大小等條件來確定，一般可取為 倍的墻體寬度，地板總寬度 按整體穩定性條件決定，一般取（0.60.8）H （H 為墻高）。 其他構造 一般鋼筋混凝土擋土墻每隔設置一道伸縮縫。 當擋土墻的抗滑移穩定性不能滿足要求時，可以在底板底部設置一道凸榫，以提高擋土墻的抗滑移穩定性。凸榫的寬度應按其抗剪強度確定，一般不小于。 鋼筋混凝土的構造應按照設計要求和相關施工規范的要求施工。墻背填土的質量要求，

24、可參閱重力式擋土墻的有關要求。 排水 擋土墻背應做好排水設施，以消除水壓的影響，減小作用在墻背的壓力。通常在墻背水平和豎直方向每隔設置一個排水孔。排水孔周圍做濾水層，墻背地面宜鋪筑一定厚度的隔水層。 . 扶壁式擋土墻構造 扶壁式擋土墻墻身由豎向扶壁和基礎底板支撐。當墻踵板凈寬度Ly 與扶壁凈距Lx 之比 小于2 時，可以近似地按三邊固定，一邊自由的雙向板計算內力及配筋；當Ly Lx2時，按連續單項板計算配筋。實際上在墻身和基礎底板之間存在著垂直方向彎矩，配筋時應加以考慮。由于作用在墻身上的土體側壓力自上而下逐漸增加，呈三角形分布，所以水平彎矩也自上而下逐漸增大，墻身厚度可以采用上薄下厚的變截面

25、，或者在配置水平鋼筋時，自上而下分段加密。 基礎底板的計算 基礎底板由墻趾板及墻踵板組成。墻趾板凸出部分較短，按向上彎曲的懸臂板計算，這與懸臂式擋土墻的墻趾板設計方法相同。墻踵板由扶壁的底部和墻身的底部支撐，作用在墻踵板的荷載有板自重、土重、土壓力的豎向分力以及作用在地基底板的地基反力，墻踵板的計算方法和墻身（立壁）相同。 扶壁的計算 扶壁與墻身連成一起整體工作，按固定在基礎底板的一個變截面懸臂T 形梁計算。假定受壓區合力Q 作用在墻身的中心，T 為鋼筋的拉力，則從圖4-8可得 扶壁中配置有三種鋼筋（圖 4-9）：斜筋、水平筋和垂直筋。斜筋為懸臂 形梁的受拉鋼筋，沿扶壁的斜邊布置。水平筋作為懸

26、臂 形梁的箍筋，以承受肋中的主拉應力，保證肋（扶）壁的斜截面強度；同時，水平筋將扶壁和墻身（立壁）聯系起來，以防止在側壓力作用下扶壁與墻身（立壁）的連接處被拉斷。垂直筋承受著由于基礎板的局部彎曲作用在扶壁內的垂直方向上的拉力并將扶壁和基礎底板聯系起來，以防止在豎向作用下扶壁與基礎底板的連接處被拉斷。 . 加筋土擋土墻 加筋土圍護結構或稱加筋土擋土墻，由面板、筋帶及填料三部分組成。它借助于與面板相連接的筋帶同填料之間的相互作用，使面板、筋帶和填料形成一種穩定而柔性的復合圍護結構（圖-）。加筋土結構能充分利用材料的性能以及土與筋帶的共同作用，因而結構輕巧，施工 體積小，便于現場預制和拼裝，并能抗嚴

27、寒。與重力式擋土墻相比，一般可降低造價的。因此，加筋土擋土墻是一種較為合理的擋土結構。加筋土擋土墻的優點是墻可以做得很高。它對基土的承載力要求低，適合在軟弱的地基上建造。由于施工簡便，可以保證質量，施工速度快，造價低，占地少，外形美觀，因而受到較廣泛的應用。加筋土擋土墻一般應用于支擋填土工程，在公路工程、鐵路工程、煤礦工程中應用較多。由于加筋土擋土墻所具有優良性能和特點，其應用較廣，但地震區的高烈度區和強烈腐蝕環境中不宜使用。 . 加筋土擋土墻的構造 面板 面板設計應滿足堅固、美觀、搬運方便和易于安裝等，國內常用混凝土或鋼筋混凝土預制件，混凝土強度等級，也有采用半圓形油桶或特制的鋼板作面板的情況。面板的斷面形式可以做成槽形、矩形，立面可做成矩形、六邊形、十字形等。當面板為槽形時，可在面板翼緣上預留穿筋孔，而矩形斷面可預埋鋼筋環，鋼筋直徑宜大于，并應考慮銹蝕影響，筋帶不宜與鋼筋環直接接觸，可采用涂抹防銹油漆或者聚氨酯等辦法處理。相鄰面板之間可用企口拼接和插銷定位，插銷的鋼筋直徑大于。同時應在咬合處留有縫隙，以適應必要的變形。筋帶 要求筋帶抗拉強度高、延伸率小、抗老化、抗腐蝕，并具有一定的柔韌性