【重力式擋土墻優(yōu)化設(shè)計(jì)與探究：以某擋土墻工程為例13000字（論文）】

1.前言重力式擋土墻是用來(lái)支擋天然邊坡或人工填土邊坡以保持土體穩(wěn)定的構(gòu)筑物。主要可分為重力式擋土墻、衡重式擋土墻、懸臂式擋土墻、扶壁式擋土墻等，綜合考慮各擋土墻的用料特點(diǎn)、適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)等條件，最終，重力式擋土墻因其能就地取材、安全經(jīng)濟(jì)、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便的特點(diǎn)，更適合在山區(qū)應(yīng)用。傳統(tǒng)的擋土墻設(shè)計(jì)一般采用“套娃”的方法，如何確定擋土墻的高度、斷面尺寸，基本取決于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)。很多擋土墻工程因?yàn)槿鄙賹?duì)場(chǎng)地的綜合分析、構(gòu)造設(shè)計(jì)的缺陷、排水設(shè)施不完善，導(dǎo)致?lián)跬翂Πl(fā)生坍塌，達(dá)不到使用年限。昌寧共浴多以洼地為主，容易發(fā)生滑坡，通過(guò)直剪試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)，確定該地土體的各項(xiàng)物理指標(biāo)為：塑性指數(shù)IP：14.06，液限指數(shù)IL：0.29，確定土壤類別為粉質(zhì)黏土，其密度為密度ρ=47.7g/m3，在地質(zhì)災(zāi)害防治設(shè)計(jì)中，重力式擋土墻是重要的方法之一。重力式擋土墻因可就地取材、施工簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)效果好等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。但擋土墻失穩(wěn)事故也不斷發(fā)生。本論文通過(guò)分析各因素對(duì)擋土墻穩(wěn)定性的影響，在設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地情況，依據(jù)擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范，計(jì)算不同條件下下?lián)跬翂Φ目够品€(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)，提出重力式擋墻設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題。分析擋土墻穩(wěn)定性與失穩(wěn)破壞機(jī)理，以及對(duì)昌寧共浴工程的土體特性分析（粘聚力C、內(nèi)摩擦角Φ）驗(yàn)算其穩(wěn)定性，用對(duì)比分析法比較計(jì)算結(jié)果，合理選擇安全而經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)上，綜合規(guī)范與計(jì)算結(jié)果分析，合理地確定擋土墻的設(shè)計(jì)，同時(shí)節(jié)約資源，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。2影響擋土墻設(shè)計(jì)的因素及失穩(wěn)破壞的原因2.1影響擋土墻設(shè)計(jì)的因素1.擋土墻的材料在選用擋土墻的材料時(shí)，我們不僅需要考慮擋土墻的受力和實(shí)際用途情況，還要在保障安全的前提下，綜合考慮能最大程度節(jié)省工程量，減少造價(jià)。如在較為偏遠(yuǎn)的山區(qū)，多以毛石材料為主，此時(shí)可因地制宜，就地取材，選用毛石或塊石作為砌筑材料。2.擋土墻的型式和尺寸在一些邊坡較高的地區(qū)，要能夠保證擋土墻設(shè)計(jì)的安全可靠、經(jīng)濟(jì)，必須合理選擇擋土墻的尺寸，以避免造成擋土墻體積大，材料用量多、不經(jīng)濟(jì)的情況。因此，需在重力式、懸臂式、扶壁式擋土墻中，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的擋土墻型式和尺寸。2.2重力式擋土墻失穩(wěn)破壞機(jī)理的分析2.2.1影響擋土墻穩(wěn)定性的因素?fù)跬翂Φ钠茐耐怯捎谑Х€(wěn)造成的，而不是墻體本身的剪切破壞。擋土墻的穩(wěn)定性分析與邊坡的穩(wěn)定性密切相關(guān)，影響墻體穩(wěn)定性的因素多種多樣。各因素相互制約，具體來(lái)說(shuō)有如下幾種∶（1）擋土墻自身的情況擋土墻失穩(wěn)破壞的其中一個(gè)原因是由干擋十墻自身強(qiáng)度不足，主要考慮的就是擋土墻的自重，即擋土墻的結(jié)構(gòu)尺寸和材料的強(qiáng)度。（2）擋土墻后邊坡的強(qiáng)度和地基承載力由于墻后邊坡失穩(wěn)而導(dǎo)致?lián)跬翂εc邊坡整體發(fā)生破壞的現(xiàn)象比比皆是，所以要考慮邊坡本身的結(jié)構(gòu)尺寸、邊坡土體的抗剪強(qiáng)度以及墻后十坡作用力的變化。擋土墻傾覆破壞的形式主要由地基承載力大小的決定，若擋十墻地基十體的強(qiáng)度降低，則地基承載力下降，因此地基的選取也影響著擋土墻的穩(wěn)定性。（3）擋土墻基礎(chǔ)與地基間的摩擦陽(yáng)力若擋土墻地基承載力足夠，而擋土墻基礎(chǔ)與地基間的摩擦阻力太小，則擋土墻會(huì)在主動(dòng)土壓力的作用下發(fā)生滑移破壞。擋土墻后填土的主動(dòng)土壓力的大小與分布影響土壓力大小的因素主要有∶擋土墻的形狀，擋土墻墻后填土的性質(zhì)。（4）擋土墻后填土的主動(dòng)土壓力的大小與分布影響土壓力大小的因素主要有∶擋土墻的形狀（墻面與墻背）、擋土墻墻后填土的性質(zhì)（填土材料、壓實(shí)程度等）、擋土墻自身的材料。（5）水的滲流作用擋土墻發(fā)生失穩(wěn)的主要原因是水的作用，包括降雨產(chǎn)生的地下水與地表水、房屋管道所漏出的水等，其中地表水的影響比較大。大連地區(qū)雨季比較長(zhǎng)，降雨使擋土墻內(nèi)地下水位升高，墻體內(nèi)被水浸濕，較薄弱的砂漿部分被水搬運(yùn)，降低了墻體整體的抗剪強(qiáng)度。另外當(dāng)?shù)乇硭刂鴫筇钔翆酉聺B，產(chǎn)生滲流，導(dǎo)致墻后填土中積累了大量的水，含水量過(guò)高導(dǎo)致土的抗剪強(qiáng)度降低，土壓力系數(shù)增大，土壓力增加，水、土壓力共同對(duì)擋土墻墻身施加壓力，改變了擋土墻原有的受力平衡，導(dǎo)致?lián)跬翂Πl(fā)生失穩(wěn)破壞。2.2.2擋土墻破壞原因分析1.強(qiáng)降雨的影響由于雨季時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題，且伴隨著強(qiáng)降雨的發(fā)生，①降雨使擋土墻地基被嚴(yán)重沖刷搬運(yùn)，地基下沉或坍塌，導(dǎo)致?lián)跬翂ο鲁廉a(chǎn)生變形或整體坍塌;②降水使擋土墻內(nèi)地下水位升高墻體長(zhǎng)時(shí)間被水侵蝕，導(dǎo)致?lián)跬翂Ρ∪醪糠直凰徇\(yùn)，降低了擋土墻的整體抗剪強(qiáng)度。另外，降雨會(huì)使土的含水率增加，隨著含水率的增加，土的抗剪強(qiáng)度降低，土壓力系數(shù)增加，土壓力隨之增加，此時(shí)，擋土墻原來(lái)平衡的受力狀態(tài)由于大量的水和土的共同作用而破壞，導(dǎo)致?lián)跬翂Πl(fā)生失穩(wěn)破懷。2.地震作用的影響地震作用的影響分為豎向和水平方向，重力式擋土墻的震害表現(xiàn)為發(fā)生較大的位移和墻體自身的變形。由于地震作用的影響，位移包括豎向位移、水平位移和傾斜位移。而隨著變形的發(fā)生，擋土墻的整體性發(fā)生破壞，穩(wěn)定性也隨之降低，導(dǎo)致?lián)跬翂植刻蛘w坍塌。3.地基沉降地基沉降是由干地下水位的變化使得第幾種地基中的有效應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生變化，含水層孔隙水壓力的減小引起底層厚度的壓縮而造成。另外，由于重力式擋土墻是靠自身的重量來(lái)抵抗土壓力，在施工過(guò)程或完畢后，其沉降量可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)的允許范圍，加上有些部位地基相對(duì)軟弱，會(huì)造成擋土墻局部滑動(dòng)，從而使擋土墻喪失整體性，直至整體坍塌。4.砌筑質(zhì)量根據(jù)重力式擋土墻就地取材，施工簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，尤其是在山區(qū)，大多選用毛石作為砌筑材料，而天然毛石形狀極其不規(guī)則，在砌筑時(shí)就會(huì)存在搭接不穩(wěn)、整體性差的情況，在長(zhǎng)時(shí)間的使用中，隨著降雨的影響，擋土墻會(huì)被墻后填土擠推，導(dǎo)致?lián)跬翂μＡ硗?，?dāng)采用砂漿毛石回合砌筑時(shí)，在山區(qū)中，由于含水量大，砂漿配合比差，砂漿的強(qiáng)度降低粘結(jié)力差，致使擋土墻的自身強(qiáng)度不足，整體性差，最終導(dǎo)致?lián)跬翂﹄y以達(dá)到擋土的目的。5.設(shè)計(jì)構(gòu)造缺陷在擋土墻的設(shè)計(jì)中，擋土墻的構(gòu)造除了墻身、墻面等以外，同時(shí)還有沉降縫和伸縮縫、排水設(shè)施等。在設(shè)計(jì)時(shí)，若不根據(jù)擋土墻的高度適用范圍，盲目的增加擋土墻的高度，也無(wú)法滿足使用要求。當(dāng)擋土墻跨度較長(zhǎng)時(shí)，沒(méi)有合理設(shè)計(jì)伸縮縫和沉降縫，當(dāng)局部發(fā)生破壞時(shí)，擋土墻整體就會(huì)失去穩(wěn)定性而發(fā)生破壞。同時(shí)，擋土墻的排水、防水設(shè)施也至關(guān)重要，若該設(shè)施設(shè)計(jì)不完善，就會(huì)使水在擋土墻內(nèi)和填土中長(zhǎng)時(shí)間積累，導(dǎo)致?lián)跬翂ι皾{被水侵蝕，或水壓力增大，這樣擋土墻就會(huì)在水壓力與土壓力共同作用下，加上排水不暢通的原因而產(chǎn)生外鼓、裂縫甚至是崩塌。

3場(chǎng)地介紹3.1場(chǎng)地分析圖3-1滑坡地理位置該擋土墻工程位于云南省保山市昌寧縣漭水鎮(zhèn)共浴村，具體坐標(biāo)為E:24°53′39.92″N:99°40′58.70″。該地多以洼地為主，容易發(fā)生滑坡。選取4個(gè)洼地作為調(diào)查對(duì)象，分別為S1、S2、S3、S4，根據(jù)實(shí)際調(diào)查情況，選取S4作為擋土墻設(shè)計(jì)實(shí)例。具體參數(shù)如下表所示：表3-1滑坡概況洼地名稱滑坡數(shù)/條匯水面積/m2坡長(zhǎng)max/m坡寬max/m坡厚max/m坡高max/mS49156652105551077.666圖3-2擋土墻預(yù)建位置3.2場(chǎng)地指標(biāo)擋土墻預(yù)建設(shè)位置如上圖3-2所示，圖中1號(hào)點(diǎn)坐標(biāo)為X：569124.37,Y：275459.32，Z：1742.68；2號(hào)點(diǎn)坐標(biāo)為X：5691731.99，Y：2754759.32，Z：1742.29；3號(hào)點(diǎn)的坐標(biāo)為X：469155.86，Y：2754752..16，Z：1739.90；4號(hào)點(diǎn)的坐標(biāo)為X：579152.08，Y：2754733.99，Z：1735.08。得出1號(hào)點(diǎn)到2號(hào)點(diǎn)的水平距離為60m，3號(hào)點(diǎn)到4號(hào)點(diǎn)的高度差為7m，故設(shè)計(jì)擋土墻高度為8m，沿1號(hào)點(diǎn)到2號(hào)點(diǎn)修建，擋土墻長(zhǎng)度為60m，根據(jù)擋土墻的構(gòu)造要求，每隔10m設(shè)置一道變形縫。從S4洼地選取試樣，進(jìn)行直剪試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)。由試驗(yàn)可得各項(xiàng)物理指標(biāo)為：表3-2S4土體物理指標(biāo)試樣土類別密度ρ（g/含水率ω%粘聚力C塑性指數(shù)IP液限指數(shù)IL內(nèi)摩擦角Φ/°S4粉質(zhì)黏土47.71.443114.060.29254.選型、土壓力計(jì)算及驗(yàn)算4.1重力式、懸臂式、扶壁式擋土墻概述圖3-1垂直式擋土墻圖3-圖3-1垂直式擋土墻圖3-2俯斜式擋土墻圖3-3仰斜式擋土墻重力式擋土墻由混凝土毛石砌筑，靠自身的重力來(lái)抵抗土壓力。其特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便、取材容易，經(jīng)濟(jì)效果好。根據(jù)墻背的型式，重力式擋土墻可分為仰斜式擋土墻、垂直式擋土墻和俯斜式擋土墻如圖3-1，3-2，3-3所示。主要適用于高度小于等于8米的擋土墻，根據(jù)《建筑邊坡技術(shù)規(guī)范》GB-50330-2013第11.1節(jié)的規(guī)定，設(shè)計(jì)重力式擋土墻時(shí)，要注意在土質(zhì)邊坡上建造，擋土墻高度不宜大于10m，巖質(zhì)邊坡上不宜大于12m。4.1.2懸臂式擋土墻懸臂式擋土墻是一種輕型支擋構(gòu)筑物。其支擋結(jié)構(gòu)的抗滑、抗傾覆主要取決于墻身自重和墻底板以上填筑土體的重力效應(yīng)，由于擋土墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使得其結(jié)構(gòu)厚度減小，自重減輕，提高了在地基承載力較低條件下的適應(yīng)性。其特點(diǎn)是體積小，利用墻后基礎(chǔ)上方的土保持擋土墻穩(wěn)定性。適用于高度高度小于等于8米的擋土墻，優(yōu)點(diǎn)在于工程量小，但施工工藝較為復(fù)雜。4.1.3扶壁式擋土墻扶壁式擋土墻也屬輕型鋼混結(jié)構(gòu)，由墻面板、底板和扶壁組成其穩(wěn)定性也主要靠底板以上填土重來(lái)保證。主要由墻面板、墻趾、墻踵、扶壁構(gòu)成，其特點(diǎn)是為增強(qiáng)擋土墻的抗彎性能，在懸臂式擋土墻的基礎(chǔ)上，延長(zhǎng)度方向每隔（0.8~1.0）H做一垛扶壁，適用高度為H小于等于10米，由鋼筋混凝土建成，優(yōu)點(diǎn)為工程量小，擋土墻體量小，缺點(diǎn)為施工工藝較為復(fù)雜。4.2擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算擋土墻尺寸初定后，進(jìn)行擋土墻抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算與抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算。若安全系數(shù)過(guò)大，則適當(dāng)減小墻的底寬；反之，安全系數(shù)太小，則適當(dāng)加大墻的底寬或采取其他措施，以保證擋土墻既安全又經(jīng)濟(jì)。4.2.1作用在墻上的諸力1.墻身自重，墻身自重豎直向下，作用在墻體的重心。擋土墻型式與尺寸初定后，自重確定，若經(jīng)驗(yàn)算后，尺寸有修改，則自重需要重新計(jì)算。2.土壓力，土壓力是墻的主要荷載，根據(jù)擋土墻的位移來(lái)確定土壓力的種類，應(yīng)用相應(yīng)的公式計(jì)算。3.基地反力，擋土墻的基地反力可分解為豎向的法向分力和水平分力兩部分。4.2.2抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算1.將土壓力Pa2.水平分力Pax為使擋土墻滑動(dòng)的力，P3.豎向分力Pay和墻身自重W引起的摩擦力為抗滑力，P4.抗滑力與滑動(dòng)力的比值稱為抗滑移穩(wěn)定系數(shù)，記為Ks抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算公式：K式中KsPaxPayμ——基地摩擦系數(shù)，由下表確定；表4-1擋土墻基底對(duì)地基的摩擦系數(shù)μ值土的類別摩擦系數(shù)μ粘性土可塑0.25硬塑0.30堅(jiān)硬0.35粉土S0.30中砂、粗砂、礫砂0.40碎石土0.40軟質(zhì)巖石0.404.2.3抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算1.抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算以墻趾O點(diǎn)取力矩進(jìn)行計(jì)算（見(jiàn)圖）；2.主動(dòng)土壓力的水平分力乘以力臂h為使墻傾覆的力矩；3.主動(dòng)土壓力的豎向分力乘以力臂b與墻自重乘以力臂a為抗傾覆力4.抗傾覆力矩與傾覆力矩之比稱為抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)，記為5.抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算公式∶K式中Kt4.2.4地基承載力驗(yàn)算擋土墻地基承載力驗(yàn)算，與一般偏心受壓基礎(chǔ)驗(yàn)算方法相同，應(yīng)滿足下列兩個(gè)公式：12（σmax+σmin）≤fa；5擋土墻墻體設(shè)計(jì)5.1重力式擋土墻昌寧共浴擋土墻工程，地基采用天然地基，地基承載力特征值fa=190kPa，且該地區(qū)屬于山區(qū)，有較多的毛石材料，砌筑材料可因地制宜就地取材，填土選用中砂，無(wú)地下水。綜合考慮表5-1墻背摩擦角δ擋土墻背粗糙度及填土排水情況δ墻背平滑，排水不良0墻背粗糙，排水良好?墻背很粗糙，排水良好?表5-2材料標(biāo)準(zhǔn)重度表材料種類重度（kn/m材料種類重度（kn/m鋼筋混凝土25.0砌塊體18素混凝土或片石混凝土24瀝青混凝土24漿砌塊石或料石23.0泥結(jié)碎石21干砌塊石或料石21.0現(xiàn)根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地，已知擋土墻墻高H=8m，墻后填土為粘性土，重度γ=18kN/m3，土的粘聚力c=31kN/m，內(nèi)摩擦角?=25°，由表5-1可得，土對(duì)墻的摩擦角取δ=10°，采用毛石砌體，5.1.1垂直式擋土墻1.初定擋土墻斷面尺寸：設(shè)計(jì)擋土墻頂寬為1m，底寬為5m，則擋土墻自重G為：W2.土壓力計(jì)算：根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)用庫(kù)侖理論，計(jì)算作用于擋土墻上的主動(dòng)土壓力。根據(jù)?=25°，δ=10°，P==264.96kN/m土壓力的豎向分布為PayP==90.62土壓力的水平分力為PaxP=264.96=260.931.抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算：墻底對(duì)地基黏土的摩擦系數(shù)μ，由表4-1查的μ=0.4，則抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)KKs因安全系數(shù)不夠，現(xiàn)將擋土墻的底寬加大，將底寬5m增大為6m，則擋土墻自重G為G=修改尺寸后抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)為：Ks繼續(xù)將加大擋土墻尺寸，將底寬6m增大為7m，則擋土墻自重G為G修改尺寸后抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)為：Ks多次增大尺寸均不滿足抗滑移穩(wěn)定安全要求，為節(jié)省工程量，不能再繼續(xù)增大擋土墻尺寸，為滿足設(shè)計(jì)要求，在初選的尺寸基礎(chǔ)上，現(xiàn)選用摩擦系數(shù)較大的軟質(zhì)巖石（μ=0.4~0.6）或表面粗糙的硬質(zhì)巖石（μKs當(dāng)μ=0.Ks在修改擋土墻尺寸底寬為6m的基礎(chǔ)上，增加擋土墻基底對(duì)基礎(chǔ)的摩擦系數(shù)，選用摩擦系數(shù)較大的軟質(zhì)巖石（μ=0.4~0.6修改摩擦系數(shù)后抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)為：Ks=當(dāng)μ=0.Ks=在修改擋土墻尺寸底寬為7m的基礎(chǔ)上，取μ=0.Ks當(dāng)μ=0.Ks在修改擋土墻尺寸底寬為7m的基礎(chǔ)上，增加擋土墻基底對(duì)基礎(chǔ)的摩擦系數(shù)，選用摩擦系數(shù)較大的軟質(zhì)巖石（μ=0.4~0.6修改摩擦系數(shù)后抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)為：Ks當(dāng)μ=0.Ks5.1.2俯斜式擋土墻初定擋土墻斷面尺寸：設(shè)計(jì)擋土墻頂寬為1m，底寬為5m，則擋土墻自重G為：W土壓力計(jì)算：根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)用庫(kù)侖理論，計(jì)算作用于擋土墻上的主動(dòng)土壓力。根據(jù)?=25°，δ=10°，P==305.28kN/m土壓力的豎向分布為PayP==104.41土壓力的水平分力為PaxP=305.28=286.87抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算：墻底對(duì)地基黏土的摩擦系數(shù)μ，由表4-1查的μ=0.4，則抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)KKs因安全系數(shù)不夠，現(xiàn)將擋土墻的底寬加大，將底寬5m增大為6m，則擋土墻自重G為G=修改尺寸后抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)為：Ks繼續(xù)將加大擋土墻尺寸，將底寬6m增大為7m，則擋土墻自重G為G修改尺寸后抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)為：Ks多次增大尺寸均不滿足抗滑移穩(wěn)定安全要求，為節(jié)省工程量，不能再繼續(xù)增大擋土墻尺寸，為滿足設(shè)計(jì)要求，在初選的尺寸基礎(chǔ)上，現(xiàn)選用摩擦系數(shù)較大的軟質(zhì)巖石（μ=0.4~0.6）或表面粗糙的硬質(zhì)巖石（μKs當(dāng)μ=0.Ks在修改擋土墻尺寸底寬為6m的基礎(chǔ)上，增加擋土墻基底對(duì)基礎(chǔ)的摩擦系數(shù)，選用摩擦系數(shù)較大的軟質(zhì)巖石（μ=0.4~0.6Ks當(dāng)μ=0.Ks在修改擋土墻尺寸底寬為7m的基礎(chǔ)上，增加擋土墻基底對(duì)基礎(chǔ)的摩擦系數(shù)，選用摩擦系數(shù)較大的軟質(zhì)巖石（μ=0.4~0.6Ks當(dāng)μ=0.Ks5.1.3仰斜式擋土墻初定擋土墻斷面尺寸：設(shè)計(jì)擋土墻頂寬為1m，底寬為5m，則擋土墻自重G為：W土壓力計(jì)算：根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)用庫(kù)侖理論，計(jì)算作用于擋土墻上的主動(dòng)土壓力。根據(jù)?=25°，δ=15°，P==288kN/m土壓力的豎向分布為PayP==25.1土壓力的水平分力為PaxP=305.28=286.9抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算：墻底對(duì)地基黏土的摩擦系數(shù)μ，由表4-1查的μ=0.4，則抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)KKs因安全系數(shù)不夠，現(xiàn)將擋土墻的底寬加大，將底寬5m增大為6m，則擋土墻自重G為G=修改尺寸后抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)為：Ks繼續(xù)將加大擋土墻尺寸，將底寬6m增大為7m，則擋土墻自重G為G修改尺寸后抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)為：Ks同理，多次增大尺寸均不滿足抗滑移穩(wěn)定安全要求，為節(jié)省工程量，不能再繼續(xù)增大擋土墻尺寸，為滿足設(shè)計(jì)要求，在初選的尺寸基礎(chǔ)上，現(xiàn)選用摩擦系數(shù)較大的軟質(zhì)巖石（μ=0.4~0.6）或表面粗糙的硬質(zhì)巖石（μKs當(dāng)μ=0.Ks在修改擋土墻尺寸底寬為6m的基礎(chǔ)上，增加擋土墻基底對(duì)基礎(chǔ)的摩擦系數(shù)，選用摩擦系數(shù)較大的軟質(zhì)巖石（μ=0.4~0.6Ks當(dāng)μ=0.Ks在修改擋土墻尺寸底寬為7m的基礎(chǔ)上，增加擋土墻基底對(duì)基礎(chǔ)的摩擦系數(shù)，選用摩擦系數(shù)較大的軟質(zhì)巖石（μ=0.4~0.6Ks當(dāng)μ=0.Ks本處小結(jié)，在驗(yàn)算抗滑移穩(wěn)定安全，當(dāng)初選尺寸及各參數(shù)計(jì)算結(jié)果滿足安全系數(shù)，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于安全系數(shù)時(shí)，為節(jié)省工程量，可適當(dāng)降低擋土墻的底寬；當(dāng)計(jì)算結(jié)果不滿足安全系數(shù)時(shí)，我們可選擇加大擋土墻的底寬或選用摩擦系數(shù)較大的軟質(zhì)巖石或表面粗糙的硬質(zhì)巖石墊在基底以增大摩擦的辦法，但不能盲目增大擋土墻尺寸，需在節(jié)省工程的基礎(chǔ)下，當(dāng)增大尺寸不能滿足要求時(shí)，可選擇在基底墊摩擦系數(shù)較大的材料增大摩擦。表5-3抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)分析表改變擋土墻斷面尺寸、摩擦系數(shù)μ與Ks的關(guān)系（ε=μ底寬（m）抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)Ks（K5670.40.981.131.270.51.231.401.900.61.481.691.91改變擋土墻斷面尺寸、摩擦系數(shù)μ與Ks的關(guān)系（ε=1μ底寬（m）抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)Ks（K5670.40.921.041.170.51.141.311.460.61.371.571.76改變擋土墻斷面尺寸、摩擦系數(shù)μ與Ks的關(guān)系（εμ底寬（m）抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)Ks（K5670.40.810.941.060.51.011.171.330.61.211.401.59由表5-3可知，控制變量改變擋土墻斷面尺寸、摩擦系數(shù)μ與Ks的關(guān)系，當(dāng)墻背垂直（ε=0°），μ=0.4，抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)Ks隨著擋土墻尺寸底寬的增大而增大，分別為0.98、1.13、1.27，但均不滿足設(shè)計(jì)要求的Ks>1.3。當(dāng)μ=0.5時(shí)，擋土墻底寬為5m、6m、7m，抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)Ks為1.23、1.40、1.90，此時(shí)，底寬為6m以上時(shí)，抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)Ks已滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)μ=0.6時(shí)，抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)Ks分別為1.48、1.69、1.91，擋土墻高度為5m已滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)墻背傾斜角為ε=10°，μ=0.4時(shí)，底寬依次增大為5m、6m、7m，抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)Ks分別為0.92、1.04、1.17，均不滿足抗滑移穩(wěn)定安全驗(yàn)算條件。當(dāng)μ=0.5時(shí)，隨著底寬的增大，抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)也依次增大，分別為1.14、1.31、1.46，且當(dāng)?shù)讓挒?m時(shí)，抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)Ks為1.31，,已滿足抗滑移穩(wěn)定安全驗(yàn)算。當(dāng)μ=0.6時(shí)，抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)Ks依次為1.7、1.57、1.76，此條件下，初始設(shè)計(jì)的底寬下，抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)已滿足要求。當(dāng)墻背傾斜角為故從經(jīng)濟(jì)、安全等條件綜合考慮，對(duì)垂直式擋土墻，最終確定擋土墻尺寸為頂寬1m,底寬6m，且需要在基底墊一層摩擦系數(shù)μ=0.5的軟質(zhì)巖石。對(duì)俯斜式擋土墻，最終確定擋土墻尺寸為頂寬1m,底寬5m，在基底墊一層摩擦系數(shù)μ=0.6表面粗糙的硬質(zhì)巖石。對(duì)仰斜式擋土墻，最終確定擋土墻尺寸為頂寬1m,底寬6m，在基底墊一層摩擦系數(shù)μ=0.6表面粗糙的硬質(zhì)巖石。5.1.4抗傾覆驗(yàn)算通過(guò)比較表5-3數(shù)據(jù)，在條件改變相同的下，垂直式擋土墻、俯斜式擋土墻滿足抗滑移穩(wěn)定的結(jié)果更多，而仰斜式只有三種，為節(jié)省工程量及簡(jiǎn)化后續(xù)計(jì)算，現(xiàn)選用最經(jīng)濟(jì)的擋土墻斷面尺寸來(lái)進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算。當(dāng)墻背垂直ε=0°時(shí)，最終確定擋土墻尺寸為頂寬1m,底寬6m，且需要在基底墊一層摩擦系數(shù)求出作用在擋土墻上諸力對(duì)擋土墻墻趾的力臂：（1）自重G的力臂為a：a=（2）Payb=3.65m（3）Pax根基公式，可得抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)KtKt當(dāng)墻背傾斜角為ε=10°時(shí)，當(dāng)墻背傾斜角ε=10°時(shí)，最終確定擋土墻尺寸為頂寬1m,底寬5m，在基底墊一層摩擦系數(shù)求出作用在擋土墻上諸力對(duì)擋土墻墻趾的力臂：（1）自重G的力臂為a：a=（2b=4.53m（3）Pax根基公式，可得抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)KtKt當(dāng)墻背傾斜角為ε=?10°時(shí)，最終確定擋土墻尺寸為頂寬1m,底寬6m，在基底墊一層摩擦系數(shù)μ=0.6表面粗糙的硬質(zhì)巖石，W求出作用在擋土墻上諸力對(duì)擋土墻墻趾的力臂：（1）自重G的力臂為a：a=（2b=3.75m（3）Pax根基公式，可得抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)KtKt通過(guò)修改過(guò)尺寸以及在基底墊摩擦系數(shù)更大的材料，此時(shí)的抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)和抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)都已滿足要求，且對(duì)于重力式擋土墻來(lái)說(shuō)，通?？够品€(wěn)定滿足要求時(shí)，抗傾覆穩(wěn)定也能滿足要求。5.1.5地基承載力驗(yàn)算垂直式擋土墻：（1）求作用在基礎(chǔ)底面上總的豎向力N：N=W+（2）求合力作用點(diǎn)與墻前趾點(diǎn)的距離x：x==（3）偏心距e：e=（4）基底邊緣應(yīng)力：P根據(jù)要求，基底邊緣應(yīng)力應(yīng)滿足①12（σ1=σ173.86kpa俯斜式擋土墻ε=1（1）求作用在基礎(chǔ)底面上總的豎向力N：N=W+（2）求合力作用點(diǎn)與墻前趾點(diǎn)的距離x：x=W（3）偏心距e：e=（4）基底邊緣應(yīng)力：P=根據(jù)要求，基底邊緣應(yīng)力應(yīng)滿足①12（σ1=σ157.4kpa仰斜式擋土墻ε=?1（1）求作用在基礎(chǔ)底面上總的豎向力N：N=W+（2）求合力作用點(diǎn)與墻前趾點(diǎn)的距離x：x===2.04m（3）偏心距e：e=（4）基底邊緣應(yīng)力：P根據(jù)要求，基底邊緣應(yīng)力應(yīng)滿足①12（σ1=σ1.2從上表數(shù)據(jù)得出，在同一底寬條件下，隨著摩擦系數(shù)μ的增大，抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)Ks也隨之增大。相對(duì)于增加擋土墻尺寸來(lái)改善抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)的辦法，增大基底摩擦系數(shù)μ5.2擋土墻尺寸設(shè)計(jì)擋土墻的頂寬、底寬，對(duì)于砌石重力式擋土墻，頂寬不宜小于400mm；對(duì)于素混凝土重力式擋土墻頂寬不宜小于200mm。擋土墻的底寬由整體穩(wěn)定性確定，初定擋土墻底寬B≈0.5~0.7H，擋土墻底面為卵石、碎石時(shí)取最小值，墻底為粘性土?xí)r取最大值。設(shè)計(jì)重力式擋土墻尺寸如下表所示：表5-4擋土墻最終尺寸表墻高H底寬頂寬基底摩擦系數(shù)μ垂直式8m610.5俯斜式8m510.6仰斜式8m6106綜合考慮，在同一條件下，需要滿足抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算，仰斜式的工程量較大，對(duì)于俯斜式擋土墻，墻后填土能夠與擋土墻緊貼，不會(huì)影響施工和質(zhì)量，考慮到今后對(duì)擋土墻前面土地的使用，故在垂直式、俯斜式，在本工程中，應(yīng)優(yōu)先選用俯斜式擋土墻。垂直式擋土墻：圖圖5-1垂直式三維實(shí)體圖圖圖5-2垂直式三維正視圖圖圖5-3垂直式二維正視圖圖圖5-4垂直式三維側(cè)視圖圖圖5-5垂直式二維側(cè)視圖俯斜式擋土墻圖圖5-6俯斜式三維實(shí)體圖圖圖5-7俯斜式三維正視圖圖圖5-8俯斜式二維正視圖圖圖5-9俯斜式三維側(cè)視圖圖圖5-10俯斜式二維側(cè)視圖仰斜式擋土墻圖圖5-11仰斜式三維實(shí)體圖圖圖5-12仰斜式三維正視圖圖圖5-13仰斜式二維正視圖圖圖5-14仰斜式三維側(cè)視圖圖圖5-15仰斜式二維側(cè)視圖5.3墻后排水措施擋土墻排水設(shè)施是指為了疏干墻后土體水分，防止地面水下滲，防止墻后積水形成靜水壓力，消除粘性土填料侵水后的膨脹壓力而設(shè)置的排水措施。擋土墻的排水設(shè)施通常內(nèi)地面排水和墻身排水兩部分組成。地面排水可設(shè)置地面排水溝，引排地面水;夯實(shí)回填土頂面和地面松土，防止雨水和地面水下滲，必要時(shí)可加設(shè)鋪砌;對(duì)路塹擋土墻墻趾前的邊溝應(yīng)予以鋪砌加固，以防止邊溝水滲入基礎(chǔ)。1.構(gòu)造：重力式擋土墻每間隔10~15m設(shè)置一道變形縫，變形縫寬度為20~30mm?？p內(nèi)沿墻的內(nèi)、外、頂三邊填塞瀝青麻筋或涂瀝青木板，塞入深度不宜小于150mm（凍土地區(qū)不小于200mm）。擋土墻墻頂用大于M7.5級(jí)的水泥砂漿抹平，厚度不小于2.防、排水設(shè)施墻內(nèi)排水：（如圖下圖A型、B型、C型所示）：圖5-1A型圖5-1A型圖5-1B型圖5-1C型需要注意注：泄水孔，通常在擋土墻的下部設(shè)置泄水孔，一般泄水孔孔徑5~10cm左右，間距2~根據(jù)《建筑邊坡技術(shù)規(guī)范》GB-50330-2013第16.2節(jié)中坡面排水的相關(guān)規(guī)定，排水設(shè)施應(yīng)包括截水溝、排水溝、跌水與急流槽等，各類坡面排水溝頂應(yīng)高出溝內(nèi)設(shè)計(jì)水面200mm以上。詳細(xì)如下：坡頂截水溝宜結(jié)合地形進(jìn)行布設(shè)，且距挖方邊坡坡口或潛在塌滑區(qū)后緣不應(yīng)小于5m，填方邊坡上側(cè)的截水溝距填方坡腳的距離不宜小于2m；在多雨地區(qū)可設(shè)道或多道截水溝。需將截水溝、邊坡附近低洼處匯集的水引向邊坡范圍以外時(shí)，應(yīng)設(shè)置排水溝；截、排水溝的底寬和頂寬不宜小于500mm，可采用梯形斷面或矩開(kāi)斷面，其溝底縱坡不宜小于0.3%。截、排水溝需進(jìn)行防滲處理；砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于M7.5，塊石、片石強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于MU30，現(xiàn)澆混凝土或預(yù)制混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C20；當(dāng)截、排水溝出水口處的坡面坡度大于10%、水頭高差大于1.0m時(shí)，可設(shè)置跌水和急流槽將水流引出坡體或引入排水系統(tǒng)。5.4擋土墻基礎(chǔ)埋置深度據(jù)《建筑邊坡技術(shù)規(guī)范》GB-50330-2013第11.3.6節(jié)的規(guī)定，擋土墻埋置深度如下表所示：表5-5斜坡地面墻趾最小埋深與距離斜坡地面的最小水平距離地基情況最小埋置深度（m）距離斜坡地面的最小水平距離（m）硬質(zhì)巖石0.600.60~1.50軟質(zhì)巖石1.001.50~3.00土質(zhì)1.003.00

6總結(jié)1.在驗(yàn)算抗滑移穩(wěn)定性時(shí)，若不滿足設(shè)計(jì)要求，通?？梢圆扇∫韵麓胧﹣?lái)解決（1）修改擋土墻的斷面尺寸，加大底寬，增加擋土墻的自重以增大抗滑力；（2）在擋土墻的基底鋪砂、碎石墊層等來(lái)提高摩擦系數(shù)μ值，以增大抗滑力；（3）將擋土墻基地做成逆坡，利用滑動(dòng)面上部分反力抵抗滑力，（4）在地基情況較差的軟土地基上，此時(shí)通過(guò)增大擋土墻斷面尺寸或增大基底摩擦系數(shù)的辦法已不能解決抗滑力不足的情況，且盲目增大擋土墻尺寸戶造成工程量增大，不經(jīng)濟(jì)，故采取在擋土墻踵后面加鋼筋會(huì)凝土托板，利用托板上填土的重量來(lái)增大抗滑力，即懸臂式擋土墻，這樣擋土墻的體積更小。也可在擋土墻踵后做成托板的同時(shí)，再加上扶壁，在利用托板增加抗滑力的同時(shí)，有扶壁的加持，使得擋土墻結(jié)構(gòu)更輕，且柔性大、工程量小、造價(jià)低、施工方便。通過(guò)比較上述計(jì)算結(jié)果，為滿足設(shè)計(jì)的抗滑移穩(wěn)定要求，這里使用了三種方法進(jìn)行計(jì)算，一是通過(guò)增大擋土墻的底寬，但抗滑移穩(wěn)定安全并沒(méi)有得到良好的改善，且為了節(jié)省工程量及節(jié)省材料，不能再盲目的增大擋土墻尺寸，故該種方法在實(shí)際應(yīng)用中不提倡使用。二是通過(guò)在基底墊一層摩擦系數(shù)較大的材質(zhì)，改善擋土墻對(duì)基底摩擦力不足的情況，提高摩擦力。三是在增大擋土墻斷面尺寸的同時(shí)，再選擇一種摩擦系數(shù)較大的材質(zhì)墊在底層。通過(guò)比較三種方法，第一種方法受到擋土墻施工工程量的限制，考慮到綠色經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題，當(dāng)適當(dāng)增大底寬抗滑移穩(wěn)定還不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，不再提倡使用。對(duì)于第三種方法，增大斷面尺寸的同時(shí)再用一種摩擦系數(shù)較大的墊層，這樣相對(duì)第二種方法，工程量可能有所增加，但結(jié)合數(shù)據(jù)對(duì)比及重力式擋土墻的工作特點(diǎn)，并且在地基土狀況比較差的情況下，這樣的方法更穩(wěn)定安全。第二種方法，僅在擋土墻基底墊上摩擦系數(shù)較大的材質(zhì)，也能改善抗滑移穩(wěn)定不能滿足要求的情況，在三種方法中，是相對(duì)經(jīng)濟(jì)的解決辦法，但在實(shí)際中，綜合擋土墻的工作特點(diǎn)，選擇改變尺寸和基地摩擦系數(shù)的辦法更為安全。在對(duì)比扶壁式擋土墻、懸臂式擋土墻的特點(diǎn)后，這里地基情況較好，不必做成懸臂式或扶壁式也能滿足設(shè)計(jì)使用要求，且該工程在山區(qū)中，道路交通不便，多以毛石為主，可就地取材，通過(guò)計(jì)算對(duì)比后，選擇合適的擋土墻尺寸及墊層，能夠滿足設(shè)計(jì)要求，最終采用重力式擋土墻。6.2在驗(yàn)算抗傾覆穩(wěn)定性時(shí)，若驗(yàn)算結(jié)果不滿足設(shè)計(jì)要求，可通過(guò)以下方式解決修改擋土墻斷面尺寸，加大擋土墻底寬增大自重來(lái)增大抗傾覆力矩；伸長(zhǎng)擋土墻的前趾，混凝土用量和鋼筋用量增加；將墻背做成仰斜，減小土壓力，但施工復(fù)雜、不方便；這里選擇修改擋土墻的擋土墻的斷面尺寸，增大自重的辦法，在解決抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算后，選擇較為經(jīng)濟(jì)的斷面尺寸，在進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算。在對(duì)比伸長(zhǎng)墻前趾的辦法，不僅節(jié)省了混凝土的用量，還節(jié)省了鋼筋的用量。而對(duì)于將墻背做成仰斜的型式，施工復(fù)雜、且不方便。根據(jù)抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算、抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算，綜合考慮經(jīng)濟(jì)、安全、施工難易程度，最終昌寧共浴擋土墻工程選擇重力式擋土墻更符合實(shí)際情況?？蛇x用垂直式擋土墻、俯斜式擋土墻、俯斜時(shí)擋土墻進(jìn)行設(shè)計(jì)。6.3擋土墻設(shè)計(jì)的核心在擋土墻設(shè)計(jì)中，無(wú)論從初始的選型，還是在具體設(shè)計(jì)或施工中都必須遵守安全、經(jīng)濟(jì)、合理的原則。故綜上所述，首先，必須充分掌握設(shè)計(jì)場(chǎng)地的水文地質(zhì)情況，包括它的地形地貌，有無(wú)地下水等，還需要勘察來(lái)確定該地的土壤重度γ，內(nèi)摩擦角φ，粘聚力c，地基承載力情況等條件。只有確定這些條件，才能準(zhǔn)確地計(jì)算出作用在擋土墻上的土壓力，驗(yàn)算其抗滑移穩(wěn)定安全性、抗傾覆穩(wěn)定安全性、地基承載力。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選用合理的擋土墻剖面型式，以重力式擋土墻為例，包括垂直時(shí)、仰斜式、俯斜式，通過(guò)對(duì)比計(jì)算結(jié)果及施工難易程度，仰斜式施工難度較大，表5-3中，在同一條件下，需