連拱空箱式擋土墻結構形式的技術探討（一）
發布時間：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構。它在墻身部位采用了拱型和T型結構，受力明確，各種筑墻材料能夠充分發揮其力學特性，做到既合理又經濟。
關鍵詞：擋土墻 設計
本文首先對軟土地基上常見的各類擋土墻進行簡要的適用性分析，并舉連拱空箱式擋土墻實例進行穩定驗算，而后將驗算結果與在同等條件下（即擋土高度和設計參數均一致）的鋼筋混凝土扶壁式擋墻計算實例進行對比，結果證明：連拱空箱式擋土墻在軟弱地基上的適應性遠勝于鋼筋混凝土扶壁式擋墻。此外：它造價低廉、筑墻材料多樣化以及一旦發生事故可進行有效的補救都是其獨到之處。
1．前言
蘇州市地處長江下游沖積平原，地貌形態上屬河流堆積地貌區。地基土質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、采用樁基礎或其它加固地基措施。其二、選擇合理的擋墻結構。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，這是因為：其一、該型式擋墻占地面積小，可節約寶貴的城市用地。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構。該擋墻形式最為簡潔，便于施工，缺點是基底應力不平衡，靠前趾部位的基底應力遠于靠后踵的基底應力。當擋土高度超過5米，重力式擋墻的前趾基底應力有可能超過地基容許承載力，不得已可選用構造稍復雜的衡重式擋墻。
2.2衡重式擋墻
衡重式擋墻的最優點是可利用下墻的衡重平臺迫使墻身整體重心后移，使得基底應力趨于平衡，這樣可適當提高擋土高度。但從另一方面來看：衡重式擋墻的構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），因此就擴散擋墻基底應力而言，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。否則基底應力仍很（見下述兩種擋墻穩定驗算的對比結果）。該擋土墻耗鋼量，造價頗高；而且墻體均為立模現澆，施工不易。
2.4加筋土擋墻
是一種能適應軟土地基砌筑高擋墻的理想結構。它使原本作為擋墻外荷載的墻后填料轉化為墻體結構的一部分無疑是一種創造性的突破。加筋土擋墻造價低廉具有良好的經濟效益，而且它的裝配式構件十分有利于快速施工。盡管加筋土擋墻有諸多優點，但在我蘇南城市用得還不多，主要原因是：城市道路敷設地下管線多，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影響到擋土墻的安全。
3．連拱空箱擋土墻計算實例
3.1設計參數及實例
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行比較，在本計算實例中連拱空箱擋土墻的高度、底板寬度以及其它設計參數均（除若干需補充的項目外）取自“文獻1.”（第808頁）鋼筋混凝土扶壁式擋土墻計算實例，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），預制蓋板容重γ3＝20（KN/m3）
內摩擦角φ＝35°，外摩擦角δ＝φ/2，墻背傾角α＝0°
基底摩阻系數f＝0.4
墻后活載：汽車－超20級（見“文獻1.”換算土層高度h0＝0.59m）
抗滑動和抗傾覆穩定系數：Kc >1.3，Km >1.5
3.2墻體自重計算
墻體自重合力作用點位置：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墻背土壓力計算
土壓力作用面及基底滑動面，補充設計參數如下：
墻背高H‘＝H＋0.7＝10.7（m）（計入齒坎高）
基底計算寬度B‘＝B－0.1＝5.23（m）（偏保守取值）
基底滑動面傾角α0＝arctg（0.7/5.23）＝7.623345°
其余設計參數同前，以下按庫侖公式計算土壓力：
3.6墻體結構受力分析
墻后土壓力作用在預制水泥砼無鉸拱上并傳遞至隔墻，在一個標準計算單元內：拱座、隔墻和前墻組合成一個垂直安置的T型梁，該T型梁下端固定，上端自由，鋼筋配置在拱座內并延伸至齒坎，拱座為現澆水泥砼。前墻因僅受壓應力而無拉應力力（或者很小），故可采用漿砌塊石或其它砌塊，而不必考慮配筋。
底板結構計算和配筋可參照鋼筋砼扶壁式擋墻。限于篇幅，墻體配筋計算及其它結構計算均省略。
（巖土工程師）
關鍵詞：擋土墻 設計
本文首先對軟土地基上常見的各類擋土墻進行簡要的適用性分析，并舉連拱空箱式擋土墻實例進行穩定驗算，而后將驗算結果與在同等條件下（即擋土高度和設計參數均一致）的鋼筋混凝土扶壁式擋墻計算實例進行對比，結果證明：連拱空箱式擋土墻在軟弱地基上的適應性遠勝于鋼筋混凝土扶壁式擋墻。此外：它造價低廉、筑墻材料多樣化以及一旦發生事故可進行有效的補救都是其獨到之處。
1．前言
蘇州市地處長江下游沖積平原，地貌形態上屬河流堆積地貌區。地基土質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、采用樁基礎或其它加固地基措施。其二、選擇合理的擋墻結構。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，這是因為：其一、該型式擋墻占地面積小，可節約寶貴的城市用地。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構。該擋墻形式最為簡潔，便于施工，缺點是基底應力不平衡，靠前趾部位的基底應力遠于靠后踵的基底應力。當擋土高度超過5米，重力式擋墻的前趾基底應力有可能超過地基容許承載力，不得已可選用構造稍復雜的衡重式擋墻。
2.2衡重式擋墻
衡重式擋墻的最優點是可利用下墻的衡重平臺迫使墻身整體重心后移，使得基底應力趨于平衡，這樣可適當提高擋土高度。但從另一方面來看：衡重式擋墻的構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），因此就擴散擋墻基底應力而言，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。否則基底應力仍很（見下述兩種擋墻穩定驗算的對比結果）。該擋土墻耗鋼量，造價頗高；而且墻體均為立模現澆，施工不易。
2.4加筋土擋墻
是一種能適應軟土地基砌筑高擋墻的理想結構。它使原本作為擋墻外荷載的墻后填料轉化為墻體結構的一部分無疑是一種創造性的突破。加筋土擋墻造價低廉具有良好的經濟效益，而且它的裝配式構件十分有利于快速施工。盡管加筋土擋墻有諸多優點，但在我蘇南城市用得還不多，主要原因是：城市道路敷設地下管線多，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影響到擋土墻的安全。
3．連拱空箱擋土墻計算實例
3.1設計參數及實例
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行比較，在本計算實例中連拱空箱擋土墻的高度、底板寬度以及其它設計參數均（除若干需補充的項目外）取自“文獻1.”（第808頁）鋼筋混凝土扶壁式擋土墻計算實例，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），預制蓋板容重γ3＝20（KN/m3）
內摩擦角φ＝35°，外摩擦角δ＝φ/2，墻背傾角α＝0°
基底摩阻系數f＝0.4
墻后活載：汽車－超20級（見“文獻1.”換算土層高度h0＝0.59m）
抗滑動和抗傾覆穩定系數：Kc >1.3，Km >1.5
3.2墻體自重計算
墻體自重合力作用點位置：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墻背土壓力計算
土壓力作用面及基底滑動面，補充設計參數如下：
墻背高H‘＝H＋0.7＝10.7（m）（計入齒坎高）
基底計算寬度B‘＝B－0.1＝5.23（m）（偏保守取值）
基底滑動面傾角α0＝arctg（0.7/5.23）＝7.623345°
其余設計參數同前，以下按庫侖公式計算土壓力：
3.6墻體結構受力分析
墻后土壓力作用在預制水泥砼無鉸拱上并傳遞至隔墻，在一個標準計算單元內：拱座、隔墻和前墻組合成一個垂直安置的T型梁，該T型梁下端固定，上端自由，鋼筋配置在拱座內并延伸至齒坎，拱座為現澆水泥砼。前墻因僅受壓應力而無拉應力力（或者很小），故可采用漿砌塊石或其它砌塊，而不必考慮配筋。
底板結構計算和配筋可參照鋼筋砼扶壁式擋墻。限于篇幅，墻體配筋計算及其它結構計算均省略。
（巖土工程師）
