重力式挡土墙的设计要点和施工方法
关键词：重力式挡土墙；设计；分析；要点；施工
摘要：本文通过对重力式挡土墙的施工经验分析，提出挡土墙设计中的重点问题，并提供较为合理的构筑建议与措施。概述了重力式挡土墙的施工方法。
在土建工程中，经常用挡土墙来支挡上下高差的土体，而重力式挡土墙是用得较多的一种形式。重力式挡土墙是依靠墙体自重抵抗土压力作用的一种墙体，所需要的墙身截面较大，一般由砖、石材料砌筑而成。由于重力式挡土墙具有结构简单、施工方便，能够就地取材等优点，在土建工程中被广泛采用。
一、重力式挡土墙的设计要点
设计重力式挡土墙，一般先通过满足挡土墙的抗滑移要求确定挡土墙的总工程量，再进行细部尺寸调整，以满足挡土墙的抗倾覆要求。
1、断面形式的确定
根据重力式挡土墙结构类型及其特点，我们可以根据实际条件，选择不同类型的断面结构。如果地面横坡比较陡峭，若采用仰斜式挡土墙，一定会过多增加墙高，断面增大，造成浪费，而采用俯斜式挡土墙会比较经济合理。只有在路堑墙、墙趾处地面平缓的路肩墙或路堤墙等情况下，才考虑采用仰斜式挡土墙。
2、挡土墙的截面尺寸的确定
重力式挡土墙是靠自身重力来抵抗土压力，在设计时，重力式挡土墙的截面尺寸一般按试算法确定，可结合工程地质、填土性质、墙身材料和施工条件等方面的情况按经验初步拟定截面尺寸，然后进行验算，如不满足要求，则应修改截面尺寸或采取其它措施，直到满足为止。
3、土压力的确定
挡土墙设计的经济合理，关键是正确地计算土压力，确定土压力的大小、方向与分布。土压力计算是一个十分复杂的问题，它涉及墙身、填土与地基三者之间的共同作用。计算土压力的理论和方法很多，由于库伦理论概念清析，计算简单，适用范围较广，因此库伦理论和公式是目前应用最广的土压力计算方法。
二、 重力式挡土墙的计算内容
从安全地角度考虑，当埋入土中不算很深时，作用于挡土墙上的荷载有主动土压力、挡土墙自重、墙面埋入土中部分所受的被动土压力，一般可忽略不计。重力式挡土墙的计算内容主要进行稳定性验算、地基承载力验算和墙身强度验算。
1、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（采用容许应力法）。
2、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、12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。剪应力虽然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。
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=B2-Zn=B2-（WZw+EyZx-ExZy）（W+Ey） 在土质地基上，e≤B6；在软弱岩石地基上，e≤B5；在不易风化的岩石地基上，e≤B4。
三、挡土墙稳定性增大的措施
设计、验算之后，为保证挡土墙的安全性，必须采取必要的措施。
1、倾覆稳定性增大的措施
为减少基底压应力，增加抗倾覆的稳定性，可以在墙趾处伸出一台阶，以拓宽基底，以增大稳定力臂。另外可以改变墙背或墙面的坡度,以减小土压力或增大力臂。改变墙身形式,如采用衡重式、拱桥式等。
2、滑动稳定性增大的措施
重力式抗滑挡土墙的墙背坡度一般采用1:0.25，墙后常设卸荷平台，墙基一般做成倒坡或台阶形，墙高和基础的埋深必须按地基的性质，承载力的要求,地形和水文地质等条件,通过验算来确定。此外，为避免因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，应根据地质条件的变化和墙高，墙身断面的变化而设置沉降缝和伸缩缝。
3、挡土墙的排水处理措施
挡土墙的排水设施通常内地面排水和墙身排水两部分组成。挡土墙的排水处理是否得当，直接影响到挡土墙的安全及使用效果。
四、可靠度分析
1、在重力式挡土墙设计中，传统的设计方法是安全系数法。这一方法把土看作是具有某种“平均”性质的“均质”材料，将土工参数的各种指标、各种参数定值化，并选用一定的数学模式来进行计算。由于把那些未知的、不定的因素都归到一个单一的安全系数上，其所得到的结果是明确的，因此也易于为人们所接受。然而安全系数法却忽略了土工参数的不确定性，与实际是不相符的。近几年来，人们在逐渐认识到土工参数不确定性的基础上，将可靠度分析方法引入了支挡结构工程。 区别于传统的安全系数法，可靠度分析方法在对支挡结构稳定性的分析中用概率的方法定量地考虑了实际存在的种种不确定因素，因而更为客观、更为真实的反映了支挡结构的实际安全性。
2、对重力式挡土墙的可靠度分析应着重就以下内容进行了研究。
(1)对重力式挡土墙可靠度设计中的不确定性进行了详细的讨论，从而确定了重力式挡土墙可靠度分析中的随机变量，即：内摩擦角、墙背摩擦角、填土容重、基底摩擦系数。
(2)运用可靠度理论建立了重力式挡土墙抗倾覆、抗滑移和地基承载力稳定性的极限状态方程，推导出用于可靠指标计算的一次二阶矩公式并编制了抗倾覆、抗滑移和地基承载力可靠指标计算的“JC”法、“最优优化”法和“蒙特卡罗”法计算程序。
(3)以甘肃某小学重力式挡土墙为例，把安全系数法和可靠度分析方法的计算结果进行了比较，从而揭示了有些挡土墙按定值法算出的安全系数是足够的，但在实际应用时却发生了破坏的原因。
(4)针对重力式挡土墙不易满足抗滑要求的特点，本文结合工程实际，介绍了凸榫的防滑机理及设计理论。通过与挡土墙其它防滑措施的对比分析，可以看出防滑凸榫具有构造相对简单，工程量相对较少，防滑效果佳，经济效果好等优点。同时由于凸榫对地基的嵌固作用，又能在一定程度上提高地基承载力。
五、重力式挡土墙的施工方法
重力式挡土墙一般采用明挖基础，当基底松软或水下挖基困难时，可采用换填基础、桩基础或沉井基础。
1、浆砌片石
⑴片石宜分层砌筑，应长短相间与里层砌块咬接成一体，上下层石块交错排列，避免竖
缝重合，
⑵砌筑较大的片石，宜用在下面，宽面朝下，片石间以砂浆隔开。
⑶砌体中的片石应大小搭配，相互错叠，咬紧密实并配有小石块，作挤浆填缝之用。
2、浆砌块石
⑴用作镶面的块石，表面四周应修整，以便安砌。
⑵块石应平砌，每层石料高度应做到基本齐平。
3、料石砌筑
⑴每层镶面料石均应事先按规定的灰缝宽及错缝要求配好石料，再用铺浆法顺序砌筑和
随砌随填立缝，并应先砌角石。
⑵镶面石砌筑完毕后，方可砌填心石，其高度与镶面石齐平。
4、墙顶
墙顶宜用粗料石或现浇混凝土做成顶帽，路肩墙顶面宽宜用大石块砌筑，5号砂浆勾
缝或抹面，并均应在墙顶外缘线留出10cm帽沿。
5、基础
⑴在松软地层或坡积层地段时，基坑不宜全段贯通，应采用跳槽办法开挖以防治上部
失稳。
⑵当基底软弱、地形平坦、墙身又超过一定高度时，可在墙趾处伸出一台阶，以拓宽
基础。
⑶当地层为淤泥土、杂填土等，可采用砂砾、碎石、矿渣灰土等材料予以换填，或用
砂桩、石灰桩、碎石桩、土工织布、粉喷桩等方法处理。
⑷当岩层有空隙裂缝时，应以水泥砂浆或小石子混凝土浇注饱满。
⑸基坑底面开挖宽度应比设计尺寸各边增宽0.5～1.0m，并保持一定开挖边坡度。
6、墙背填料
⑴砌体砂浆强度达到70%以上时，方可回填墙背填料，并应优先选择渗水性较好的砂
砾土填筑。
⑵墙背回填要均匀摊铺平整，并设不小于3%的横坡逐层填筑，逐层夯实。 ⑶压实时，临近墙背1.0m范围内，应采用小型压实机具。
总之挡土墙是防止土体坍塌的构筑物，考虑重力式挡土墙设计要点时，应与其他工程方案进行技术经济比较，分析其技术的可行性及经济的合理性，按照国家技术规范组织工程的实施，才能建造出优质的重力式挡土墙工程。
参考文献：
[1]李中山,王义伟.挡土墙的设计与养护技术［J］.甘肃科技,2005.
[2]陈红蛟.挡土墙抗倾覆稳定性可靠度分析［J］.铁道建筑,1998.
重力式挡土墙的设计要点和施工方法
关键词：重力式挡土墙；设计；分析；要点；施工
摘要：本文通过对重力式挡土墙的施工经验分析，提出挡土墙设计中的重点问题，并提供较为合理的构筑建议与措施。概述了重力式挡土墙的施工方法。
在土建工程中，经常用挡土墙来支挡上下高差的土体，而重力式挡土墙是用得较多的一种形式。重力式挡土墙是依靠墙体自重抵抗土压力作用的一种墙体，所需要的墙身截面较大，一般由砖、石材料砌筑而成。由于重力式挡土墙具有结构简单、施工方便，能够就地取材等优点，在土建工程中被广泛采用。
一、重力式挡土墙的设计要点
设计重力式挡土墙，一般先通过满足挡土墙的抗滑移要求确定挡土墙的总工程量，再进行细部尺寸调整，以满足挡土墙的抗倾覆要求。
1、断面形式的确定
根据重力式挡土墙结构类型及其特点，我们可以根据实际条件，选择不同类型的断面结构。如果地面横坡比较陡峭，若采用仰斜式挡土墙，一定会过多增加墙高，断面增大，造成浪费，而采用俯斜式挡土墙会比较经济合理。只有在路堑墙、墙趾处地面平缓的路肩墙或路堤墙等情况下，才考虑采用仰斜式挡土墙。
2、挡土墙的截面尺寸的确定
重力式挡土墙是靠自身重力来抵抗土压力，在设计时，重力式挡土墙的截面尺寸一般按试算法确定，可结合工程地质、填土性质、墙身材料和施工条件等方面的情况按经验初步拟定截面尺寸，然后进行验算，如不满足要求，则应修改截面尺寸或采取其它措施，直到满足为止。
3、土压力的确定
挡土墙设计的经济合理，关键是正确地计算土压力，确定土压力的大小、方向与分布。土压力计算是一个十分复杂的问题，它涉及墙身、填土与地基三者之间的共同作用。计算土压力的理论和方法很多，由于库伦理论概念清析，计算简单，适用范围较广，因此库伦理论和公式是目前应用最广的土压力计算方法。
二、 重力式挡土墙的计算内容
从安全地角度考虑，当埋入土中不算很深时，作用于挡土墙上的荷载有主动土压力、挡土墙自重、墙面埋入土中部分所受的被动土压力，一般可忽略不计。重力式挡土墙的计算内容主要进行稳定性验算、地基承载力验算和墙身强度验算。
1、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（采用容许应力法）。
2、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、12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。剪应力虽然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。
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=B2-Zn=B2-（WZw+EyZx-ExZy）（W+Ey） 在土质地基上，e≤B6；在软弱岩石地基上，e≤B5；在不易风化的岩石地基上，e≤B4。
三、挡土墙稳定性增大的措施
设计、验算之后，为保证挡土墙的安全性，必须采取必要的措施。
1、倾覆稳定性增大的措施
为减少基底压应力，增加抗倾覆的稳定性，可以在墙趾处伸出一台阶，以拓宽基底，以增大稳定力臂。另外可以改变墙背或墙面的坡度,以减小土压力或增大力臂。改变墙身形式,如采用衡重式、拱桥式等。
2、滑动稳定性增大的措施
重力式抗滑挡土墙的墙背坡度一般采用1:0.25，墙后常设卸荷平台，墙基一般做成倒坡或台阶形，墙高和基础的埋深必须按地基的性质，承载力的要求,地形和水文地质等条件,通过验算来确定。此外，为避免因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，应根据地质条件的变化和墙高，墙身断面的变化而设置沉降缝和伸缩缝。
3、挡土墙的排水处理措施
挡土墙的排水设施通常内地面排水和墙身排水两部分组成。挡土墙的排水处理是否得当，直接影响到挡土墙的安全及使用效果。
四、可靠度分析
1、在重力式挡土墙设计中，传统的设计方法是安全系数法。这一方法把土看作是具有某种“平均”性质的“均质”材料，将土工参数的各种指标、各种参数定值化，并选用一定的数学模式来进行计算。由于把那些未知的、不定的因素都归到一个单一的安全系数上，其所得到的结果是明确的，因此也易于为人们所接受。然而安全系数法却忽略了土工参数的不确定性，与实际是不相符的。近几年来，人们在逐渐认识到土工参数不确定性的基础上，将可靠度分析方法引入了支挡结构工程。 区别于传统的安全系数法，可靠度分析方法在对支挡结构稳定性的分析中用概率的方法定量地考虑了实际存在的种种不确定因素，因而更为客观、更为真实的反映了支挡结构的实际安全性。
2、对重力式挡土墙的可靠度分析应着重就以下内容进行了研究。
(1)对重力式挡土墙可靠度设计中的不确定性进行了详细的讨论，从而确定了重力式挡土墙可靠度分析中的随机变量，即：内摩擦角、墙背摩擦角、填土容重、基底摩擦系数。
(2)运用可靠度理论建立了重力式挡土墙抗倾覆、抗滑移和地基承载力稳定性的极限状态方程，推导出用于可靠指标计算的一次二阶矩公式并编制了抗倾覆、抗滑移和地基承载力可靠指标计算的“JC”法、“最优优化”法和“蒙特卡罗”法计算程序。
(3)以甘肃某小学重力式挡土墙为例，把安全系数法和可靠度分析方法的计算结果进行了比较，从而揭示了有些挡土墙按定值法算出的安全系数是足够的，但在实际应用时却发生了破坏的原因。
(4)针对重力式挡土墙不易满足抗滑要求的特点，本文结合工程实际，介绍了凸榫的防滑机理及设计理论。通过与挡土墙其它防滑措施的对比分析，可以看出防滑凸榫具有构造相对简单，工程量相对较少，防滑效果佳，经济效果好等优点。同时由于凸榫对地基的嵌固作用，又能在一定程度上提高地基承载力。
五、重力式挡土墙的施工方法
重力式挡土墙一般采用明挖基础，当基底松软或水下挖基困难时，可采用换填基础、桩基础或沉井基础。
1、浆砌片石
⑴片石宜分层砌筑，应长短相间与里层砌块咬接成一体，上下层石块交错排列，避免竖
缝重合，
⑵砌筑较大的片石，宜用在下面，宽面朝下，片石间以砂浆隔开。
⑶砌体中的片石应大小搭配，相互错叠，咬紧密实并配有小石块，作挤浆填缝之用。
2、浆砌块石
⑴用作镶面的块石，表面四周应修整，以便安砌。
⑵块石应平砌，每层石料高度应做到基本齐平。
3、料石砌筑
⑴每层镶面料石均应事先按规定的灰缝宽及错缝要求配好石料，再用铺浆法顺序砌筑和
随砌随填立缝，并应先砌角石。
⑵镶面石砌筑完毕后，方可砌填心石，其高度与镶面石齐平。
4、墙顶
墙顶宜用粗料石或现浇混凝土做成顶帽，路肩墙顶面宽宜用大石块砌筑，5号砂浆勾
缝或抹面，并均应在墙顶外缘线留出10cm帽沿。
5、基础
⑴在松软地层或坡积层地段时，基坑不宜全段贯通，应采用跳槽办法开挖以防治上部
失稳。
⑵当基底软弱、地形平坦、墙身又超过一定高度时，可在墙趾处伸出一台阶，以拓宽
基础。
⑶当地层为淤泥土、杂填土等，可采用砂砾、碎石、矿渣灰土等材料予以换填，或用
砂桩、石灰桩、碎石桩、土工织布、粉喷桩等方法处理。
⑷当岩层有空隙裂缝时，应以水泥砂浆或小石子混凝土浇注饱满。
⑸基坑底面开挖宽度应比设计尺寸各边增宽0.5～1.0m，并保持一定开挖边坡度。
6、墙背填料
⑴砌体砂浆强度达到70%以上时，方可回填墙背填料，并应优先选择渗水性较好的砂
砾土填筑。
⑵墙背回填要均匀摊铺平整，并设不小于3%的横坡逐层填筑，逐层夯实。 ⑶压实时，临近墙背1.0m范围内，应采用小型压实机具。
总之挡土墙是防止土体坍塌的构筑物，考虑重力式挡土墙设计要点时，应与其他工程方案进行技术经济比较，分析其技术的可行性及经济的合理性，按照国家技术规范组织工程的实施，才能建造出优质的重力式挡土墙工程。
参考文献：
[1]李中山,王义伟.挡土墙的设计与养护技术［J］.甘肃科技,2005.
[2]陈红蛟.挡土墙抗倾覆稳定性可靠度分析［J］.铁道建筑,1998.