扶壁式挡土墙支挡技术及其工程应用研究 以某项目挡土墙工程为例 扶壁式挡土墙是一种钢筋混凝土薄壁式挡土墙，其主要特点是构造简单、施工方便，墙身断面较小，自身质量轻，可以较好的发挥材料的强度性能，能适应承载力较低的地基，适用于缺乏石料及地震地区。一般在较高的填方路段采用来稳定路堤，以减少土石方工程量和占地面积。扶壁式挡土墙，断面尺寸较小，踵板上的土体重力可有效地抵抗倾覆和滑移，竖板和扶壁共同承受土压力产生的弯矩和剪力，相对悬臂式挡土墙受力更好，适用612m高的填方边坡，可有效地防止填方边坡的滑动。 本设计剖析了挡土墙的作用原理；分析了挡土墙的应用现状、研究现状及发展趋势；并完成了在一般情况下扶壁式挡土墙的总体设计、荷载及土压力的计算，内力计算，滑移稳定计算，倾覆稳定计算，地基承载力计算，结构计算，并以某项目挡土墙工程为例进行岩土工程评价，并设计以对应的挡土墙。随后对扶壁式挡土墙进行参数改变，并以求达到安全适用的目的，寻求最佳经济效益。关键词：扶壁式挡土墙；支挡技术；工程应用第一章 绪论1.1选题依据常用的挡土墙类型有三种：重力式，悬臂式和扶壁式。重力式挡土墙一般由块石，砖或素混凝土筑成，它是靠挡土墙本身所收到的重力来保持稳定，通常这类挡土墙的高度不超过5M，属于低挡土墙。1重力式挡土墙的优点在于结构简单施工方便，施工工期短，能就地取材。但是其缺点和它的特性也是精密相关，对于地基承载力要求高工程量大，地基沉降量大。综合起来，重力式挡土墙的应用目前主要在于墙高小于5M的，并且地基承载力较大的情况下。2悬臂式挡土墙多由钢筋混凝土制成，它的稳定主要是墙踵悬臂以上的土所受重力维持，它的悬臂部分的拉应力由钢筋承受。它的优点在于截面尺寸小施工方便以及对地基地基承载力要求不高等。相应的缺点在于对于工作面要求较大。综上所述地质土质差且墙高大于5M的时候重要工程。3扶壁式挡土墙类似于悬臂式挡土墙。当挡土墙的高度大于10M的时候，为了加强悬臂的抗弯刚度沿墙长纵向0.81.0高度设置一道扶墙，称为扶壁式挡土墙。相比之下，扶壁式挡土墙工程量较小，对地基承载力要求不高，但是相对于悬臂式挡土墙来说工艺较复杂。综上所述，扶壁式挡土墙适用于地质条件较差且高度大于10M的重要工程。除了上述的最常用的三种挡土墙外，还有锚杆锚定板式挡土墙，加筋式挡土墙等等。不同的环境下，需要选择最适合工程现状的挡土墙。总体来说，扶壁式挡土墙与其它形式挡土墙比较的优点有1.扶壁式挡土墙挡土高度大，适用范围广2.经济效果良好3.施工速度快，大大缩短建设工期4可靠度较高，质量容易控制 随着我国经济持续发展，为了加强各地区的联系，交通环境正在不断改变。公路铁路建设虽然提升了各个地区的交通能力，但由于受道路旁地质条件的限制，加上天然环境的作用如雨水冲刷等，使得公路由于边坡稳定性的下降从而产生许多工程灾害事故，例如边坡侵蚀导致坡面坍塌等，而这些灾害事故的产生不仅会造成重大的经济损失，而且对人民群众的生命安全也是一种潜在的威胁。工程中运用边坡加固技术（如挡土墙支护，植被保护技术等）维护边坡稳定，可以有效的解决这一问题。一般情况下加固工程的形式为建造挡土墙。另外，很多工程项目建设在山地和丘陵地区，这些场地地形起伏较大，为了满足工业生产的需要，最大限度的减少耕地的占用，更有效的节约和利用有限的土地资源，往往需要在起伏较大的场地上进行平整工作，有着较高高度的填方边坡在实际工程中也经常遇到。以前的填方区工程多数采用一般重力式毛石或素混凝土挡土墙，石料用量惊人，施工质量很难控制，施工速度较慢。经过实际工程的应用和监测，证明扶壁式挡土墙安全可靠，经济效益和社会效益显著。 由此可见，研究扶壁式挡土墙的支挡技术和工程应用，有助于提高扶壁式挡土墙的安全系数，对于节省材料，降低施工周期，提高工程质量有着重要的意义。1.2国内外研究现状 国内挡土墙结构的研究和实践近年来也比较活跃，特别是山区公路和铁路的大量修建再加上城市边坡等建设，使人们不得不关注于挡土墙结构的设计问题。目前的研究主要集中在以下几个方面:挡土墙的设计方法;土钉墙的应用实践;预应力单锚多锚体系的分析与设计研究;轻型挡土墙结构的应用研究等。另外还有一些新型的挡土墙结构在工程中得到广泛的应用。这些研究与实践得出很多理论和应用的成果。伴随着基础设施建设的加快，在山区道路建设和山区城市建设中，不可避免的要支护边坡，做挡土墙结构使其稳定。而且挡土墙结构的形式也越来越多。 目前，国内正流行砌石重力式挡土墙、现浇和预制混凝土挡土墙、加筋土挡土墙等。加筋土挡土墙技术是最近几年提出的新技术。加筋土挡土墙是利用加筋土技术修建的一种支挡构筑物，加筋土是一种在土中加入拉筋带的复合土，它利用拉筋与土之间的摩擦作用，改善土体的变形条件和提高土体的工程性能，从而达到稳定土体的目的。国内目前对钢筋混凝土扶壁式挡土墙的研究和应用较少，特别高度较大的填方区建筑边坡工程中的应用较少。在国家现行建筑边坡工程技术规范GB50330一2002中，出于经济和实际情况的局限，限定钢筋混凝土扶壁式挡土墙挡土高度不宜超过10m。在我们国家以前建设工程中，高度较大的挡土墙主要用在公路和铁路两侧，但挡土高度一般都在10m以下。长沙有色冶金设计院主编的国家建筑标准设计图集挡土墙04J008中钢筋混凝土挡土墙的高度限定在6m以内。扶壁式挡土墙超过10m时的工程应用和研究较少，特别是在软土地基中的应用。1.3本文的主要内容1.了解扶壁式挡土墙支护技术与概念，挡土墙的应用现状、研究现状及发展趋势。2.进行扶壁式挡土墙计算；该扶壁式挡土墙荷载及土压力的计算；内力计算；滑移稳定计算；倾覆稳定计算；地基承载力计算；结构计算等3.以某项目挡土墙工程为例进行工程实例分析4.通过计算软件设定不同挡土墙的参数，在达到安全适用的前提下，寻求最佳经济效益。第2章 扶壁式挡土墙支护技术与概念2.1扶壁式挡土墙的构成扶壁式挡土墙是一种钢筋混凝土薄壁式挡土墙，在国外已广泛使用，近年来在国内也开始使用。其主要特点是构造简单、施工方便，墙身断面较小，自身质量轻，可以较好的发挥材料的强度性能，能适应承载力较低的地基。适用于缺乏石料及地震地区。一般在较高的填方路段采用来稳定路堤，以减少土石方工程量和占地面积。扶壁式挡土墙，断面尺寸较小，踵板上的土体重力可有效地抵抗倾覆和滑移，竖板和扶壁共同承受土压力产生的弯矩和剪力，相对悬臂式挡土墙受力好。 扶壁式挡土墙由墙面板（立壁）、墙趾板、墙踵板及扶肋（扶壁）组成。扶肋把立壁同墙踵板连接起来，起加劲的作用，以改善立壁和墙踵板的受力条件，提高结构的刚度和整体性，减小立壁的变形。扶壁式挡土墙是路肩挡土墙的一种，是将预制的挡墙板焊接在预埋于基础混凝土中的钢板上，然后在其内倒填土的一种挡墙形式。与其它几种形式的挡墙比较，扶壁式挡土墙具有节省占地空间、缩短施工工期、美化城市环境、较易施工等优点，是城市公路工程立交桥引道中常用的一种挡墙形式。扶壁式挡土墙各部分尺寸的一般构造要求如下：墙高H8m，基础宽度应根据墙后回填土的性质经计算确定，当墙后无地下水时，一般取B（1/31/2）H，扶壁间距一般取Ln（1/31/2）H，墙趾板外挑厚度不应小于200mm，墙踵板厚度不应小于250mm。竖壁顶部厚度不宜小于150mm，竖壁底部厚度应由计算确定，不宜小于250mm。如果挡土墙后存在地下水时，应在墙身上设置排水措施，当后填料是沙砾土时，可以在墙背底部设置一层卵石滤水层，在墙上间隔2m3m设置呈梅花形布置的泄水孔，泄水孔直径宜为100mm150mm；当墙后填土为黏性土或其他低压缩性土时，应在墙背后先铺一层300mm厚的卵石滤水层，然后在卵石外面回填黏性土。挡土墙基础埋深不应小于1m，当处于冻胀土上时，不应小于冻结深度下0.25m。挡土墙每隔15m20m应设置一条20mm宽的沉降缝，缝内用沥青蔴丝或沥青木丝板填实。2.2扶壁式挡土墙的受力计算方式 扶壁式挡圭墙由趾板、踵板、墙面板及肋四部分组成，设计时取两肋跨中到跨中或肋中到肋中为一计算单元；对于趾板和肋分别按矩形或肋形悬壁梁考虑；对于墙面板和踵板是三向固定板，属超静定结构，按简化假定的近似方法进行计算。2.2.1垂直墙身计算方式 垂直墙身被扶壁划分为一个连续板带，底板对垂直墙身也有镶嵌作用，当Lx/Ly3的时候，可以近似当作三边固定，一边自由的双向板进行计算，当Lx/Ly3的时候可作为连续单向板计算（Lx为两扶壁间宽度，Ly为墙高）。2.2.2底板计算方式 基础底板同样的被扶壁划分为一个连续板带，垂直墙身对基础底板也有着镶嵌作用。底板的前趾部分由于比较短，在土壤的反力作用下，可当作上弯曲的悬臂板计算。后踵板承受地面荷载，挡土墙自重，土体自重，土壤反力的作用，计算方法和垂直墙身相同。实际的工程当中由于后踵版较长，受荷载较大，当肋板间距较大时，底板取与垂直墙身相同的厚度是不够安全的，所以通常都是加厚底板的厚度，但是这样操作，垂直墙身对于底板的镶嵌作用就不明显，甚至受力模式也会改变。如果不加厚地板厚度，可以在后踵版外边缘加设一道地基梁，将后踵板调整成为四边固定板，使得挡土墙各部分截面尺寸适中，受力合理。2.2.3扶壁计算方式将垂直墙身和扶壁合起来考虑，如同变截面的悬臂T形梁进行受力分析计算。2.3扶壁式挡土墙的工程计算模版2.3.1计算荷载2.3.1.1水平内力荷载根据墙面板计算模型，水平内力计算各内力分别为：式子中l为扶肋净间距墙面板承受最大水平正弯矩和最大水平负弯矩在垂直方向上分别发生在扶肋跨中的1/2H处和扶肋固定支点处的第三个1/4H1处。设计采用的弯矩值和实际的弯矩值相比，设计采用的大于实际的弯矩值，所以是偏安全的。2.3.1.2竖直弯矩墙面板在土压力的作用下，除了产生上述的水平弯矩外，将同时产生沿墙高方向的竖直弯矩。负弯矩出现杂墙背一侧底部H1/4范围内；正弯矩出现在墙面一侧，其最大值在第三个H1/4段内。最大值可按下列公式计算：沿墙长方向（纵向），竖直弯矩的呈抛物线形分布。设计时可采用中部2l/3范围内的竖直弯矩不变，两端各l/6范围内的竖直弯矩教跨中减少一半的阶梯形分布。2.3.2墙踵板设计计算2.3.2.1计算模型与荷载 墙踵板可视为支撑于扶肋上的连续板，不计算墙面对其的约束，而视其为铰支。内力计算时，可将墙踵板顺墙长方向划分为若干单位长度的水平板条，根据作用墙踵板上的荷载，对每一连续板条进行弯矩、剪力计算，并假定竖向荷载在每一连续板条上的最大值均匀作用于板条上。 作用在墙踵板上的力有：计算墙背与实际墙背间的土重及活载W1；墙踵板自重W2；作用在墙踵板顶面上的土压力竖向分力W3；作用在墙踵板端部的土压力的竖向分力W4；由墙趾板固端弯矩M1的作用在墙踵板上引起的等代荷载W5；以及地基反力等。 为简化计算，假设W3为中心荷载，W4是悬臂端荷载Ety引起的，实际应力呈虚线表示的二次抛物线分布，简化为实线表示的三角形分布；M1引起的等代荷载的竖直应力近似的假设呈抛物线，其重心位于距固支端5B3/8处，以其对固支端的弯矩与M1平衡，可得墙踵处的应力 将上述荷载在墙踵板上引起的竖向应力叠加，即可得到墙踵板的计算荷载。由于墙面板对墙踵板的支撑约束作用，在墙踵板与墙面板衔接处，墙踵板沿墙长方向板条的弯曲变形为零，并向墙踵方向变形逐渐增大。故可近似假设墙踵板的计算荷载为三角形分布，于是得:2.3.2.2纵向内力 墙踵板顺墙长方向（纵向）板条的弯矩和剪力计算与墙面板相同，各内力分别为：2.3.2.3横向弯矩 墙踵板沿板宽方向（