某场地挡土墙的选型及带凸榫的扶壁式挡土墙计算分析

王 灏

(甘肃省城乡规划设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730046）

挡土墙是一种支挡土体以防变形的构造物[1]，西北地区地势变化较大，为了改造建筑场地的坡度或道路与场地的高差，常采用高挡土墙来解决，高挡土墙[2]的应用目前也很广泛[3-5]。文章以Ⅲ级（严重）自重失陷性黄土场地空间受限的情况下为例进行了挡土墙选型，并为了满足抗倾覆和抗滑移，对传统的扶壁式高挡墙（不带凸榫）进行了改进设计，运用底板带凸榫的挡土墙的实体模型验算了挡土墙的抗倾覆和抗滑移[6]，均能满足要求，说明了凸榫在扶壁式高挡墙设计中的重要性。

1 背景资料及挡土墙选型

1.1 背景资料

某场地西北侧较低，南侧较高，高差最大约11m，一期规划为3 栋31 层和2 栋16 层的住宅，场地东北侧为现状绕城道路，现状路堑边坡采用喷锚支护，场地西北侧规划一条围绕场地挖侧的市政道路，路幅宽12m，主要为该片区交通服务，该道路连接绕城道路，小区车辆主要通过该路进入车库，规划道路与场地高差最大约11m。地下车库边缘到小区内消防道路外边缘距离为12m，小区内消防道路宽6m。

根据地勘报告该场地为Ⅲ级（严重）自重失陷性黄土场地，自重湿陷性土层下限深度在12.0～20.5m。一层为黄土状粉质黏土，累计层厚21.2～32.7m。承载力特征值为100kPa。

1.2 挡土墙选型

根据以上现状及场地规划，需在规划支路与小区消防通之间设置挡土构件来解决11m 高差问题。

根据现行规范《公路路基设计规范》及《挡土墙》[7,8]，由于重力式及衡重式挡墙对基底承载力要求比较高，该场地地基承载力较低，且高差较大，所以不宜采用；锚杆挡土墙和锚定板挡土墙高度一般不超过8m，经过初步计算，该范围不满足锚杆的设计总长度；桩板式挡土墙占用的空间较大，桩截面尺寸约为2.0m×0.8m，在有限的范围内不宜采用；扶壁式挡土墙对承载力的要求较低，且能在有限空间内解决高差问题。

结合现状条件，现对几种常用的挡土墙从三个方面对比见表1：

表1 挡土墙类型对比

经过以上分析及对比，选择扶壁式挡土墙，整体布局如图1 所示。

图1 整体布局图（单位：m）

2 挡墙尺寸和物理参数

2.1 挡墙尺寸

选取10m 长的扶壁式高挡土墙进行稳定性分析，传统的挡墙底板不带有凸榫，在前期设计中，对相同尺寸的传统挡土墙进行对比计算，结果不满足要求。以带凸榫的扶壁式高挡土墙为实体模型，采用“理正岩土6.5”库仑方法来进行计算[9]，计算采用凸榫截面尺寸为2.0m×0.8m。其余尺寸见下如图2所示：

图2 扶壁式挡土墙实体图（单位：m）

2.2 物理参数

墙体材料重度25kN/m3，墙后填土摩擦角取为35°，粘聚为0kPa，墙后填料重度18.5kN/m3，墙背与土内摩擦角为37.5°。

地基处理后，铺设1m 厚水泥（5%）稳定碎石，压实度不小于92%。修正后承载力特征值取340kPa，基底摩擦系数取0.35。

无荷载时：破裂角30.19°

城-A 级：换算土柱高度h0=0.365m，第一破裂角为27.520°，由于俯斜式墙背，计算后不存在第二破裂面。

3 滑动稳定性验算

作用于基础底的总竖向力1537.359kN，作用于墙趾下点的总弯矩6109.778kN·m。

基础底压应力：墙趾208.762kPa，凸榫前沿196.851kPa，墙踵161.686kPa。

凸榫前沿被动土压应力608.421kPa。

凸榫弯曲拉应力360.546≤550.0kPa

凸榫剪应力270.409≤990.0kPa

滑移力351.441kN，抗滑力=931.322kN

滑移验算满足:Kc=2.650 ＞1.30（满足）

方程值143.048kN ＞0.0（满足）

4 倾覆稳定性验算

墙身重力力臂3.499m；墙踵上土重的力臂4.256m；墙趾上土重的力臂1.050m；竖向力的力臂6.367m。

K0=5.325 ＞1.50（满足）

方程值6438.4244kN·m ＞0.0（满足）

5 地基应力及偏心距验算

基底的总竖向力1537.359kN，墙趾下点的总弯矩6109.778kN·m。

基底压应力:208.762kPa（趾部），161.686kPa（踵部）。

墙趾处地基承载力208.762kPa≤420.0kPa(满足)

墙踵处地基承载力161.686≤455.0kPa(满足)

地基平均承载力185.224≤350.0kPa(满足)

墙体的抗滑、抗倾覆、地基应力及偏心距验算均满足要求，需进一步配筋计算。

6 结论

文章在有限空间范围内经过对比分析选择了扶壁式挡土墙，在传统的扶壁式挡土墙的基础上，考虑了底板凸榫后进行了计算，结果均能满足要求，而同样尺寸的传统的挡土墙不能满足抗倾覆和抗滑移的要求，可见凸榫在挡土墙设计中非常重要，凸榫尺寸的选择也同样很重要，在设计中不能忽略，特别是对于路堤，堤顶有车载，凸榫显得至关重要，为扶壁式高挡土墙设计提供了一定的理论基础。