懸壁式擋土墻簡(jiǎn)述

由底板和固定在底板上的直墻所組成的擋土結(jié)構(gòu)。直墻受力狀態(tài)與懸臂梁相似。是鋼筋混凝土擋土墻中最常用的型式之一。懸臂式擋土墻的構(gòu)造型式有丄形及L形兩種（見(jiàn)圖1）。墻體的穩(wěn)定性主要依靠底板上的填土重量維持。直墻靠填土一側(cè)常做成略為傾斜， 外側(cè)做成鉛直， 當(dāng)填土高度不大時(shí)， 也可做成等厚度。底板一般做成變厚度， 即底面成水平， 板厚自直墻處向兩邊減薄。底板寬度由穩(wěn)定計(jì)算決定，一般為墻高的0.6～0.8倍。通過(guò)調(diào)整外底板（直墻以外部分）和內(nèi)底板（直墻以內(nèi)部分）的長(zhǎng)度，可改善穩(wěn)定條件和基底的壓力分布。各部分的厚度和配筋根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算確定。墻后需做排水設(shè)備， 每隔一定距離設(shè)伸縮沉陷縫。如有防滲要求，縫內(nèi)應(yīng)設(shè)止水。墻身不宜過(guò)高，超過(guò)6～8米往往不經(jīng)濟(jì)。

懸壁式擋墻由于胸坡壁立， 常用于碼頭、站場(chǎng)路肩墻。其外型呈倒“ T”型， 由立壁、趾板和踵板組成。踵板上回填土的重量有助于增加擋土墻的穩(wěn)定性;趾板使抗傾覆作用力的力臂加長(zhǎng)， 力矩增大， 也對(duì)穩(wěn)定有利。只需根據(jù)彎矩和剪力計(jì)算， 對(duì)墻身適當(dāng)配筋， 可實(shí)現(xiàn)墻身輕型化， 并且斷面簡(jiǎn)單， 施工方便， 而且便于工場(chǎng)化生產(chǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu) 。在城市鐵路設(shè)中， 常采用懸壁式擋土墻作為路肩墻， 以節(jié)約用地。但由于輕型擋土墻的墻身在土壓力的作用下會(huì)產(chǎn)生較大的變形， 因此作用在墻背上的土壓力計(jì)算更加困難， 目前在設(shè)計(jì)時(shí)仍采用朗金理論， 或按相同邊界條件的庫(kù)侖公式計(jì)算， 兩種方法所得的土壓力相差不大。但這兩種方法都不能考慮擋土墻與地基之間的相互作用， 以及墻身變形等因素的影響， 得出的土壓力與實(shí)際情況差別較大。

有限元法可以將擋土墻與墻后填土作為整體來(lái)分析， 從而可以考慮墻體與填土之間的相互作用， 以及由于墻身變形引起的土壓力的非線性分布等問(wèn)題， 在理論上更為完善。

懸壁式擋土墻計(jì)算模型

采用有限元法，將懸壁式擋土墻簡(jiǎn)化為剛性連接的兩段梁，填土與擋土墻間采用無(wú)厚度的接觸面單元來(lái)模擬土與擋土墻間的摩擦。

邊界條件為：兩側(cè)x方向約束，底部xz方向約束。

計(jì)算模型如圖2所示。計(jì)算寬度為60m，深度為30m；路堤填土高度4m，分4層填筑，每層1m；邊坡坡度為1∶1，擋墻埋深1m.擋墻基礎(chǔ)為二灰砂礫石，寬6m，深1.7m；擋土墻立壁高5m，寬30cm；趾板寬1m，踵板寬2m，厚度分別取5、10、15、20、30cm進(jìn)行計(jì)算，不考慮擋墻厚度變化引起的重量變化。采用彈塑性模型、摩爾—庫(kù)侖屈服準(zhǔn)則，采用Anasys5.4進(jìn)行計(jì)算。

懸壁式擋土墻計(jì)算結(jié)果

朗金理論計(jì)算結(jié)果

根據(jù)朗金理論計(jì)算得到作用在立壁上的土壓力及基底應(yīng)力，并考慮趾板和踵板上的土層的自重可得到立壁、趾板和踵板處的彎矩和剪力。立壁的最大彎矩為27.32kN·m/m，最大剪力為26.87kN/m；趾板的最大彎矩為28.33kN·m/m，最大剪的力為57.92kN/m；踵板的最大彎矩為-9.04kN·m/m，最大剪力為-19.05kN/m。

有限元法計(jì)算結(jié)果

土墻立壁的墻身剪力和墻身彎矩圖。從圖4中可見(jiàn)，按朗金理論計(jì)算所得的剪力和彎矩遠(yuǎn)小于有限元計(jì)算所得的剪力與彎矩值。這是由于墻后填土達(dá)到主要極限平衡狀態(tài)所需的位移量較大，墻身的變形較小，墻后填土遠(yuǎn)不能達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)。從圖3中可見(jiàn)，墻身的位移在靠近墻底處是偏向填土方向的，進(jìn)一步造成了墻身下部的剪力值增大。圖5為趾板和踵板的剪力與彎矩圖。需要注意的是踵板的最大剪力出現(xiàn)在遠(yuǎn)離立壁一端，而按朗金理論計(jì)算所得的最大剪力出現(xiàn)在靠近立壁一端。

兩種方法計(jì)算結(jié)果對(duì)比

表1為按朗金理論和用有限元法所得的計(jì)算結(jié)果對(duì)比表，取相同位置的數(shù)值進(jìn)行比較。由表1可見(jiàn)，兩種方法所得的結(jié)果之間有很大的差別，在擋墻厚度為30cm的情況下，按朗金理論所得的結(jié)果普遍偏小，特別是立壁和趾板的剪力和彎矩，相差2倍以上，這就必然造成結(jié)構(gòu)物的安全儲(chǔ)備不足。

懸壁式擋土墻的墻身截面較小，剛度相對(duì)較弱，在荷載作用下會(huì)產(chǎn)生較大的變形，這就必然會(huì)造成作用在擋墻上的應(yīng)力的重新分布。按傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法計(jì)算擋土墻的受力時(shí)不考慮擋土墻的變形，不考慮擋土墻與地基的相互作用，甚至不考慮立壁、趾板和踵板連接處的力矩平衡。所得的結(jié)果和實(shí)際情況必然會(huì)有很大的差別。采用有限元法進(jìn)行計(jì)算可以考慮這些因素的影響，而且可以考慮由于填土、地基、擋土墻三者剛度的變化對(duì)擋土墻受力的影響。其它的一些輕型擋土墻，如扶壁式擋土墻、錨桿擋土墻、錨釘板擋土墻等均存在這一問(wèn)題。

懸壁式擋土墻結(jié)論

1.朗金法與有限元法所得的懸壁式擋土墻的受力情況有很大的差別，特別是墻厚為30cm時(shí)結(jié)果相差幾倍，而且是朗金法計(jì)算所得結(jié)果較小，造成結(jié)構(gòu)物存在安全隱患。

2.有限元法可以綜合考慮擋土墻與填土、地基之間的相互作用，所得結(jié)果更接近實(shí)際情況。建議設(shè)計(jì)單位以有限元為基礎(chǔ)進(jìn)行輕型擋土墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

懸壁式擋土墻與卸荷式擋土墻

在懸壁式擋土墻墻壁上向擋土墻填土方向增加一個(gè)懸挑板A，如圖6所示，懸挑板上土自重通過(guò)懸挑板對(duì)擋土墻墻壁產(chǎn)生抗傾覆力，實(shí)際上懸挑板上的填土與擋土墻成為一個(gè)共體，稱之為卸荷式擋土墻。

（1）在同等條件下卸荷式擋土墻較懸壁式擋土墻在擋土墻墻壁根部之處彎矩要小，相應(yīng)的可以減小擋土墻墻壁及底板的厚度和配筋。

（2）同等條件下卸荷式擋土墻墻壁所承受的傾覆力矩小，從而可減小擋土墻底板的寬度，這不僅可以減少土方開(kāi)挖量而且在現(xiàn)場(chǎng)條件限制懸壁擋土墻底板的寬度時(shí)可考慮運(yùn)用卸荷式擋土墻。

（3）由于卸荷式擋土墻底板寬度的減小應(yīng)注意驗(yàn)算底板的抗滑和地基承載力。

（4）在實(shí)際設(shè)計(jì)中懸挑板上填土通過(guò)懸挑板對(duì)擋土墻墻根部產(chǎn)生的彎矩可適當(dāng)折減，因?yàn)閼姨舭逑绿钔寥缑軐?shí)對(duì)懸挑板會(huì)有一定的支承力，為了不使懸挑板受力過(guò)大，即懸挑板過(guò)厚，也應(yīng)控制懸挑板的寬度和h值。

懸壁式擋土墻與扶壁式擋土墻

當(dāng)懸壁式擋土墻墻身較高或墻后有很大土壓力時(shí)，可在墻后間隔設(shè)置豎直扶壁，以加強(qiáng)墻與底板的連接，減少墻身的彎矩與剪力，稱之為扶壁式擋土墻（如圖7）。

扶壁式擋土墻和懸壁式擋土墻相似，一般用于墻身高度大于l0m的擋土墻。此時(shí)立壁撓度較大，為了增強(qiáng)立壁的抗彎性能，常沿?fù)跬翂Φ目v向一定距離設(shè)置一道扶壁，所以稱為扶壁式擋土墻。扶壁間填土可增加抗滑和抗傾覆能力。底板厚度可取H/14～H/12，扶壁與扶壁中心線間距S應(yīng)取0.3～0.6H；扶壁與擋土墻末端距離不應(yīng)小于0.4S，并且不應(yīng)小于200mm。墻身及墻踵可作為三邊固定的板用有限元方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

依護(hù)坡的功能可將其概分為兩種：(A)僅為抗風(fēng)化及抗沖刷的坡面保護(hù)工，該保護(hù)工并不承受側(cè)向土壓力，如噴凝土護(hù)坡，格框植生護(hù)坡，植生護(hù)坡等均屬此類，僅適用于平緩且穩(wěn)定無(wú)滑動(dòng)之虞的邊坡上。(B)提供抗滑力之擋土護(hù)坡，大致可區(qū)分為：(a)剛性自重式擋土墻(如：砌石擋土墻，重力式擋土墻，倚壁式擋土墻，懸壁式擋土墻，扶壁式擋土墻)，(b)柔性自重式擋土墻(如：蛇籠擋土墻，框條式擋土墻，加勁式擋土墻)，(c)錨拉式擋土墻(如：錨拉式格梁擋土墻，錨拉式排樁擋土墻)。