連拱空箱式擋土墻結(jié)構(gòu)形式的技術(shù)探討（一）
發(fā)布時(shí)間：2010-01-14 共1頁
摘 要：連拱空箱式擋土墻是一種適用于在軟土地基上建造高擋墻的新型結(jié)構(gòu)。它在墻身部位采用了拱型和T型結(jié)構(gòu)，受力明確，各種筑墻材料能夠充分發(fā)揮其力學(xué)特性，做到既合理又經(jīng)濟(jì)。
關(guān)鍵詞：擋土墻 設(shè)計(jì)
本文首先對(duì)軟土地基上常見的各類擋土墻進(jìn)行簡(jiǎn)要的適用性分析，并舉連拱空箱式擋土墻實(shí)例進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算，而后將驗(yàn)算結(jié)果與在同等條件下（即擋土高度和設(shè)計(jì)參數(shù)均一致）的鋼筋混凝土扶壁式擋墻計(jì)算實(shí)例進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果證明：連拱空箱式擋土墻在軟弱地基上的適應(yīng)性遠(yuǎn)勝于鋼筋混凝土扶壁式擋墻。此外：它造價(jià)低廉、筑墻材料多樣化以及一旦發(fā)生事故可進(jìn)行有效的補(bǔ)救都是其獨(dú)到之處。
1．前言
蘇州市地處長(zhǎng)江下游沖積平原，地貌形態(tài)上屬河流堆積地貌區(qū)。地基土質(zhì)以亞粘土和粘土為主，地下水位高，一般地基承載力約在120~180（KPa），最也不超過240（KPa）。在軟弱地基上砌筑高擋墻不外乎有兩種選擇：其一、采用樁基礎(chǔ)或其它加固地基措施。其二、選擇合理的擋墻結(jié)構(gòu)。本文的探討范圍僅限于后者。此外，就擋墻外形而言，又可分為擋墻外墻面垂直或仰斜兩種。在同等擋土條件下采用外墻面垂直的擋墻基底反力，且穩(wěn)定性亦較差，而外墻面仰斜的則要好得多（這也要看仰斜角的小）。因此在公路擋土墻中普遍采用的是外墻面仰斜的擋土墻。但是用于城市道路的擋土墻卻是以外墻面垂直型居多，這是因?yàn)椋浩湟弧⒃撔褪綋鯄φ嫉孛娣e小，可節(jié)約寶貴的城市用地。其二、外墻面垂直的擋墻在外觀上與周圍城市建筑物更顯得和諧統(tǒng)一。
本文所討論的擋土墻均系指建造在軟土地基上且外墻面為垂直的擋土墻。
2．常見擋墻類型的適用性分析
2.1重力式擋墻
對(duì)于擋土高度不超過5米的路基擋墻，重力式擋墻常為首選結(jié)構(gòu)。該擋墻形式最為簡(jiǎn)潔，便于施工，缺點(diǎn)是基底應(yīng)力不平衡，靠前趾部位的基底應(yīng)力遠(yuǎn)于靠后踵的基底應(yīng)力。當(dāng)擋土高度超過5米，重力式擋墻的前趾基底應(yīng)力有可能超過地基容許承載力，不得已可選用構(gòu)造稍復(fù)雜的衡重式擋墻。
2.2衡重式擋墻
衡重式擋墻的最優(yōu)點(diǎn)是可利用下墻的衡重平臺(tái)迫使墻身整體重心后移，使得基底應(yīng)力趨于平衡，這樣可適當(dāng)提高擋土高度。但從另一方面來看：衡重式擋墻的構(gòu)造形式又限制了擋墻基底寬度不可能做得很（與重力式擋墻相比），因此就擴(kuò)散擋墻基底應(yīng)力而言，衡重式擋墻反不如重力式擋墻。所以采用衡重式擋土墻能夠提高的擋土高度也是比較有限的。
2.3鋼筋混凝土扶壁式擋墻
可進(jìn)一步提高擋墻砌筑高度，但擋墻底板必須有足夠的寬度，特別在前齒部位。否則基底應(yīng)力仍很（見下述兩種擋墻穩(wěn)定驗(yàn)算的對(duì)比結(jié)果）。該擋土墻耗鋼量，造價(jià)頗高；而且墻體均為立模現(xiàn)澆，施工不易。
2.4加筋土擋墻
是一種能適應(yīng)軟土地基砌筑高擋墻的理想結(jié)構(gòu)。它使原本作為擋墻外荷載的墻后填料轉(zhuǎn)化為墻體結(jié)構(gòu)的一部分無疑是一種創(chuàng)造性的突破。加筋土擋墻造價(jià)低廉具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且它的裝配式構(gòu)件十分有利于快速施工。盡管加筋土擋墻有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在我蘇南城市用得還不多，主要原因是：城市道路敷設(shè)地下管線多，與擋墻筋帶形成垂直交叉互有干擾。此外，萬一今后路面開挖維修管道會(huì)影響到擋土墻的安全。
3．連拱空箱擋土墻計(jì)算實(shí)例
3.1設(shè)計(jì)參數(shù)及實(shí)例
為使連拱空箱擋土墻可與同等條件下的鋼筋混凝土扶壁式擋土墻進(jìn)行比較，在本計(jì)算實(shí)例中連拱空箱擋土墻的高度、底板寬度以及其它設(shè)計(jì)參數(shù)均（除若干需補(bǔ)充的項(xiàng)目外）取自“文獻(xiàn)1.”（第808頁）鋼筋混凝土扶壁式擋土墻計(jì)算實(shí)例，如下：
擋墻墻高H＝10（m），墻底寬B＝5.33（m），墻前覆土深度h＝1（m）
墻背填料容重γ0＝18（KN/m3），水泥混凝土容重γ1＝25（KN/m3）
漿砌塊石容重γ2＝23（KN/m3），預(yù)制蓋板容重γ3＝20（KN/m3）
內(nèi)摩擦角φ＝35°，外摩擦角δ＝φ/2，墻背傾角α＝0°
基底摩阻系數(shù)f＝0.4
墻后活載：汽車－超20級(jí)（見“文獻(xiàn)1.”換算土層高度h0＝0.59m）
抗滑動(dòng)和抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)：Kc >1.3，Km >1.5
3.2墻體自重計(jì)算
墻體自重合力作用點(diǎn)位置：Z1＝6365.86/1929.87＝3.299（m）
單位寬度（沿墻縱向1米）墻體平均自重力：W＝1929.87/3.8＝507.86（KN）
注：“文獻(xiàn)1.”（第811頁）鋼筋混凝土扶壁式擋墻自重力N＝974.34（KN）比本例連拱空箱式擋土墻了近一倍。
3.3墻背土壓力計(jì)算
土壓力作用面及基底滑動(dòng)面，補(bǔ)充設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
墻背高H‘＝H＋0.7＝10.7（m）（計(jì)入齒坎高）
基底計(jì)算寬度B‘＝B－0.1＝5.23（m）（偏保守取值）
基底滑動(dòng)面傾角α0＝arctg（0.7/5.23）＝7.623345°
其余設(shè)計(jì)參數(shù)同前，以下按庫侖公式計(jì)算土壓力：
3.6墻體結(jié)構(gòu)受力分析
墻后土壓力作用在預(yù)制水泥砼無鉸拱上并傳遞至隔墻，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算單元內(nèi)：拱座、隔墻和前墻組合成一個(gè)垂直安置的T型梁，該T型梁下端固定，上端自由，鋼筋配置在拱座內(nèi)并延伸至齒坎，拱座為現(xiàn)澆水泥砼。前墻因僅受壓應(yīng)力而無拉應(yīng)力力（或者很小），故可采用漿砌塊石或其它砌塊，而不必考慮配筋。
底板結(jié)構(gòu)計(jì)算和配筋可參照鋼筋砼扶壁式擋墻。限于篇幅，墻體配筋計(jì)算及其它結(jié)構(gòu)計(jì)算均省略。
（巖土工程師）
關(guān)鍵詞：擋土墻 設(shè)計(jì)
本文首先對(duì)軟土地基上常見的各類擋土墻進(jìn)行簡(jiǎn)要的適用性分析，并舉連拱空箱式擋土墻實(shí)例進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算，而后將驗(yàn)算結(jié)果與在同等條件下（即擋土高度和設(shè)計(jì)參數(shù)均一致）的鋼筋混凝土扶壁式擋墻計(jì)算實(shí)例進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果證明：連拱空箱式擋土墻在軟弱地基上的適應(yīng)性遠(yuǎn)勝于鋼筋混凝土扶壁式擋墻。此外：它造價(jià)低廉、筑墻材料多樣化以及一旦發(fā)生事故可進(jìn)行有效的補(bǔ)救都是其獨(dú)到之處。
1．前言
蘇州市地處長(zhǎng)江下游沖積平原，地貌形態(tài)上屬河流堆積地貌區(qū)。地基土質(zhì)以亞粘土和粘土為主，地下水位高，一般地基承載力約在120~180（KPa），最也不超過240（KPa）。在軟弱地基上砌筑高擋墻不外乎有兩種選擇：其一、采用樁基礎(chǔ)或其它加固地基措施。其二、選擇合理的擋墻結(jié)構(gòu)。本文的探討范圍僅限于后者。此外，就擋墻外形而言，又可分為擋墻外墻面垂直或仰斜兩種。在同等擋土條件下采用外墻面垂直的擋墻基底反力，且穩(wěn)定性亦較差，而外墻面仰斜的則要好得多（這也要看仰斜角的小）。因此在公路擋土墻中普遍采用的是外墻面仰斜的擋土墻。但是用于城市道路的擋土墻卻是以外墻面垂直型居多，這是因?yàn)椋浩湟弧⒃撔褪綋鯄φ嫉孛娣e小，可節(jié)約寶貴的城市用地。其二、外墻面垂直的擋墻在外觀上與周圍城市建筑物更顯得和諧統(tǒng)一。
本文所討論的擋土墻均系指建造在軟土地基上且外墻面為垂直的擋土墻。
2．常見擋墻類型的適用性分析
2.1重力式擋墻
對(duì)于擋土高度不超過5米的路基擋墻，重力式擋墻常為首選結(jié)構(gòu)。該擋墻形式最為簡(jiǎn)潔，便于施工，缺點(diǎn)是基底應(yīng)力不平衡，靠前趾部位的基底應(yīng)力遠(yuǎn)于靠后踵的基底應(yīng)力。當(dāng)擋土高度超過5米，重力式擋墻的前趾基底應(yīng)力有可能超過地基容許承載力，不得已可選用構(gòu)造稍復(fù)雜的衡重式擋墻。
2.2衡重式擋墻
衡重式擋墻的最優(yōu)點(diǎn)是可利用下墻的衡重平臺(tái)迫使墻身整體重心后移，使得基底應(yīng)力趨于平衡，這樣可適當(dāng)提高擋土高度。但從另一方面來看：衡重式擋墻的構(gòu)造形式又限制了擋墻基底寬度不可能做得很（與重力式擋墻相比），因此就擴(kuò)散擋墻基底應(yīng)力而言，衡重式擋墻反不如重力式擋墻。所以采用衡重式擋土墻能夠提高的擋土高度也是比較有限的。
2.3鋼筋混凝土扶壁式擋墻
可進(jìn)一步提高擋墻砌筑高度，但擋墻底板必須有足夠的寬度，特別在前齒部位。否則基底應(yīng)力仍很（見下述兩種擋墻穩(wěn)定驗(yàn)算的對(duì)比結(jié)果）。該擋土墻耗鋼量，造價(jià)頗高；而且墻體均為立模現(xiàn)澆，施工不易。
2.4加筋土擋墻
是一種能適應(yīng)軟土地基砌筑高擋墻的理想結(jié)構(gòu)。它使原本作為擋墻外荷載的墻后填料轉(zhuǎn)化為墻體結(jié)構(gòu)的一部分無疑是一種創(chuàng)造性的突破。加筋土擋墻造價(jià)低廉具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且它的裝配式構(gòu)件十分有利于快速施工。盡管加筋土擋墻有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在我蘇南城市用得還不多，主要原因是：城市道路敷設(shè)地下管線多，與擋墻筋帶形成垂直交叉互有干擾。此外，萬一今后路面開挖維修管道會(huì)影響到擋土墻的安全。
3．連拱空箱擋土墻計(jì)算實(shí)例
3.1設(shè)計(jì)參數(shù)及實(shí)例
為使連拱空箱擋土墻可與同等條件下的鋼筋混凝土扶壁式擋土墻進(jìn)行比較，在本計(jì)算實(shí)例中連拱空箱擋土墻的高度、底板寬度以及其它設(shè)計(jì)參數(shù)均（除若干需補(bǔ)充的項(xiàng)目外）取自“文獻(xiàn)1.”（第808頁）鋼筋混凝土扶壁式擋土墻計(jì)算實(shí)例，如下：
擋墻墻高H＝10（m），墻底寬B＝5.33（m），墻前覆土深度h＝1（m）
墻背填料容重γ0＝18（KN/m3），水泥混凝土容重γ1＝25（KN/m3）
漿砌塊石容重γ2＝23（KN/m3），預(yù)制蓋板容重γ3＝20（KN/m3）
內(nèi)摩擦角φ＝35°，外摩擦角δ＝φ/2，墻背傾角α＝0°
基底摩阻系數(shù)f＝0.4
墻后活載：汽車－超20級(jí)（見“文獻(xiàn)1.”換算土層高度h0＝0.59m）
抗滑動(dòng)和抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)：Kc >1.3，Km >1.5
3.2墻體自重計(jì)算
墻體自重合力作用點(diǎn)位置：Z1＝6365.86/1929.87＝3.299（m）
單位寬度（沿墻縱向1米）墻體平均自重力：W＝1929.87/3.8＝507.86（KN）
注：“文獻(xiàn)1.”（第811頁）鋼筋混凝土扶壁式擋墻自重力N＝974.34（KN）比本例連拱空箱式擋土墻了近一倍。
3.3墻背土壓力計(jì)算
土壓力作用面及基底滑動(dòng)面，補(bǔ)充設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
墻背高H‘＝H＋0.7＝10.7（m）（計(jì)入齒坎高）
基底計(jì)算寬度B‘＝B－0.1＝5.23（m）（偏保守取值）
基底滑動(dòng)面傾角α0＝arctg（0.7/5.23）＝7.623345°
其余設(shè)計(jì)參數(shù)同前，以下按庫侖公式計(jì)算土壓力：
3.6墻體結(jié)構(gòu)受力分析
墻后土壓力作用在預(yù)制水泥砼無鉸拱上并傳遞至隔墻，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算單元內(nèi)：拱座、隔墻和前墻組合成一個(gè)垂直安置的T型梁，該T型梁下端固定，上端自由，鋼筋配置在拱座內(nèi)并延伸至齒坎，拱座為現(xiàn)澆水泥砼。前墻因僅受壓應(yīng)力而無拉應(yīng)力力（或者很小），故可采用漿砌塊石或其它砌塊，而不必考慮配筋。
底板結(jié)構(gòu)計(jì)算和配筋可參照鋼筋砼扶壁式擋墻。限于篇幅，墻體配筋計(jì)算及其它結(jié)構(gòu)計(jì)算均省略。
（巖土工程師）
