一、前言

　　

　　公路挡土墙是用来支承路基填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的一种构造物。在路基工程中，挡土墙可用以稳定路堤和路堑边坡，减少土石方工程量和占地面积，防止水流冲刷路基，并经常用于整治坍方、滑坡等路基病害。

　　

　　二、挡土墙设计的基础资料及设计参数

　　

　　（一）基础资料

　　挡土墙设计时，必须具备以下资料：路线平面图、纵断面图、横断面图，地质资料（包括工程地质勘察报告、工程物探报告），地震勘探报告，水文资料，总体设计资料及构造物一览表等。

　　（二）设计参数的选取

　　1、墙背填料的物理力学性质对于山岭重丘二、三级公路的挡土墙设计，当缺乏试验数据时，填料的计算内摩擦角及容重可参照公路规范选用。

　　2、墙背摩擦角填土与墙背间的摩擦角δ应根据墙背的粗糙程度及排水条件确定。公路中，对于浆砌片石墙体、排水条件良好，均可采用δ=ψ/2。

　　3、基底摩擦系数基底摩擦系数μ应依据基底粗糙程度、排水条件和土质确定。

　　

　　三、挡土墙的选型

　　

　　（一）材料选择

　　浆砌片石挡土墙取材容易，施工简便，适用范围比较广泛。公路中，石料资源较为丰富，在挡土墙高≤10米时，因地制宜，采用浆砌片石砌筑，可以较好地满足经济、安全方面的要求。

　　（二）截面形式选择

　　根据挡土墙结构类型及其特点分析，当墙高＜5时，采用重力式挡土墙，可以发挥其形式简单，施工方便的优势。同时，由于公路地面横坡比较陡峭，若采用仰斜式挡土墙，会过多增加墙高，断面增大，造成浪费，采用俯斜式挡土墙会比较经济合理。一般在路堑墙、墙趾处地面平缓的路肩墙或路堤墙等情况下，才考虑采用仰斜式挡土墙。当墙高≥5且地基条件较好时，采用衡重式挡土墙，可以有效地减小截面，节省材料。

　　（三）位置选择

　　在挖方边坡比较陡峭时，采用路堑挡土墙，可以降低边坡高度，减少山坡开挖，避免破坏山体平衡；在地质条件不良情况下，还可以支挡可能坍滑的山坡土体。对于采用路肩挡土墙或路堤挡土墙，应结合具体条件考虑，必要时应作技术经济比较。因为路堤挡土墙承受荷载较大，受力条件较为不利，截面尺寸也较大，所以录路堤墙与路肩墙的墙高或截面污工数量较为接近，基础情况相仿时，采用路肩墙比较有利。

　　

　　四、土压力的计算

　　

　　计算土压力的理论和方法很多。由于库伦理论概念清析，计算简单，适用范围较广，可适用不同墙背坡度和粗糙度、不同墙后填土表面形状和荷载作用情况下的主动土压力计算，且一般情况下计算结果均能满足工程要求，因此库伦理论和公式是目前应用最广的土压力计算方法。

　　（一）库伦主动土压力计算公式及计算简图

　　主动土压力计算公式：

　　 Eα=1/2γH2Ka

　　式中：Eα——主动土压力(KN)，γ——土的容重（KN/m3），H——挡土墙高(m) ，Ka——库伦主动土压力系数。

　　（二）第二破裂面土压力的计算

　　在挡土墙设计中，当墙背或假想墙背的倾角α1或α’1大于第二破裂面的倾角αi，或作用于墙背或假想墙背的土压力对墙背法线的倾角δ’小于或等于墙背摩擦角δ时，就会出现第二破裂面，这种情况下，应按破裂面出现的位置来求算土压力。

　　对于一般常用的俯仰式挡土墙，不会出现第二破裂面，对于衡重台较宽的衡重式挡土墙，则较易出现第二破裂面。各种边界条件的第二破裂面主动土压力计算公式详见《公路设计手册·路基》。

　　

　　五、挡土墙的稳定验算及强度验算

　　

　　挡墙的验算方法有二种：一种是采用分项安全系数的极限状态法，另一种是总安全系数的容许应力法。目前国内多数应用容许应力法设计挡土墙。下面是采用容许应力法进行挡土墙验算的简介。

　　（一）滑动稳定验算

　　挡土墙沿基底的滑动稳定系数Kc应不小于1.3。计算公式为：

　　Kc= （W+Ey）f / Ex

　　式中：W——挡土墙自重，衡重式时，包括衡重台上的土重(KN)，Ex，Ey——主动土压力的水平和垂直分力（KN），f——基底摩擦系数。

　　设计中，为增加挡土墙的抗滑稳定性，常将基底做成向内倾斜，以增大滑动稳定系数。基底斜坡坡度一般不超过1:5。

　　（二）倾覆稳定验算

　　挡土墙绕墙趾的倾覆稳定系数Ko应不小于1.5。计算公式为：

　　Ko=（WZw+EyZx）/（ExZy）

　　式中：Zx——Ey对墙趾O点的力臂 (m)，Zy——Ex对墙趾O点的力臂 (m)，Zw——W对墙趾O点的力臂 (m)。

　　（三）基底应力及偏心验算

　　基底的合力偏心距e。计算公式为：

　　e=B/2-Zn=B/2-（WZw+EyZx-ExZy）/（W+Ey）

　　在土质地基上，e≤B/6；在软弱岩石地基上，e≤B/5；在不易风化的岩石地基上，e≤B/4。

　　当e≤B/6时，墙趾和墙踵处的法向压应力为：

　　σ1,2=（W+Ey）（1±6e/B）/B≤[σ]

　　式中，[σ] ——地基土修正后的容许承载力（KPa）

　　[σ]= [σo]+K1γ1（B-2）

　　式中，[σo] ——地基土的容许承载力（KPa），K1 ——地基土容许承载力随基础宽度的修正系数，γ1 ——地基土的天然容重（KN/m3）。

　　当e>B/6时，基底出现拉应力，考虑到一般情况下地基与基础间不能承受拉力，故不计拉力而按应力重分布计算基底最大拉应力：

　　σ1=2（W+Ey）/ 3Zn≤[σ]

　　若出现负偏心，则上式的Zn改为（B-Zn）。

　　（四）墙身截面强度验算

　　通常选取一、两个截面进行验算。验算截面可选在基础底面、1/2墙高处或上下墙交界处等。

　　墙身截面强度验算包括法向应力和剪应力的验算。剪应力包括水平剪应力和斜剪应力两种，重力式挡土墙只验算水平剪应力，而衡重式挡土墙还需进行斜截面剪应力的验算。

　　

　　六、采取措施

　　

　　完成了挡土墙截面设计及稳定、强度验算之后，必须采取必要的措施，以保证挡土墙的安全性。

　　（一）基础加固措施

　　1、为减少基底压应力，增加抗倾覆的稳定性，在墙趾处伸出一台阶，以拓宽基底。墙趾台阶的宽度不小于20cm，台阶高宽比可采用3:2或2:1。

　　2、地基为软弱土层时，可用砂砾、碎石、矿渣或灰土等质量较好的材料换填，以扩散基底压应力，满足设计要求。

　　（二）排水措施

　　对于浆砌石挡土墙，应在墙前地面以上设置一排泄水孔。墙较高时，可在墙上部加设泄水孔。泄水孔采用10×10cm的方孔或圆孔，孔眼间距2~3米，上下排泄水孔错开设置。泄水孔进水口应设置反滤材料。

　　

　　七、材料要求

　　

　　（一）石料须经过挑选，质地均匀，无裂缝，不易风化。

　　（二）石料的抗压强度应不低于30MPa。

　　

　　八、结束语

　　

　　公路挡土墙是路基防护工程的重要组成部分。在公路中，挡土墙的应用更为广泛。挡土墙设计时，应进行详细地调查、勘测，确定构造物的形式与尺寸，运用合适的理论计算土压力，并进行稳定性和截面强度方面的验算，采取合理、可行的措施，以保证挡土墙的安全性。