孫海明   裘裕順
摘要：該文介紹了重力式擋土墻的結構形式特點，比較了各類擋土墻之間的差別。介紹了俯斜式擋土墻的設計注意點，供工程實踐參考。

關鍵詞：擋土墻；俯斜式；偏心距；傾斜；沉降

1前言
在《公路路基設計規范》JTG D30-2004中，重力式擋土墻軸向力偏心距e在荷載組合為永久荷載和可變荷載作用時，容許偏心距值為0.25B，B為基礎底面寬度。我們知道，當偏心距e=B/6時，基礎底面應力分布恰好處于臨界值，即墻趾處應力最大，墻踵處應力等于0。在這種情況下，當擋土墻對基底的應力要求較大時，擋墻墻趾、墻踵部位的應力差也較大。一般濱海地區地層中，即使地基承載力達到設計要求，往往因為有軟弱下臥層而導致擋土墻發生沉降，如果兩處的沉降差較大，對于俯斜式擋土墻來說，便容易產生傾斜，嚴重的時候便影響擋土墻的正常使用。
目前在公路上，一般來說，使用最多的是仰斜式和衡重式擋土墻，仰斜墻背所受的主動土壓力小，墻身斷面比較經濟，特別用與路塹墻時，墻背與臨時開挖的邊坡比較貼合，開挖量和回填量較少，衡重式擋土墻其斷面尺寸也較小，且因為墻面陡直，下墻墻背仰斜，降低了墻高和減少基礎開挖量。而俯斜式擋土墻所受到的土壓力較大，且同樣條件下，耗費材料較多，一般只適用于地面橫坡陡峻的時候，借陡直的墻面，來減小墻高。但是在城市道路上，俯斜式擋土墻則使用比較多，因為受用地紅線的限制，墻面往往是垂直的，而墻背的選擇余地則較大。
本文主要針對這種情況，通過從重力式擋土墻的結構形式特點、不同擋土墻偏心距特征、重力式擋土墻基礎應力對土基的作用等方面的分析，提出對俯斜式擋土墻這一在城市道路設計中常用的類型的設計注意點。

2重力式擋土墻的結構形式及偏心距特征
重力式擋土墻主要依靠墻身自重保持穩定。其墻身斷面尺寸較大，墻身較高，對地基承載力要求較高。重力式擋土墻根據墻背形式的不同，大致可以分為五類，即仰斜、垂直、俯斜、凸折線形和衡重式。其中凸折線形和仰斜的性質相差不大，在后續的分析計算中歸入仰斜墻一并考慮。
通過分析以上擋土墻的最原始的構造形式，很容易發現這樣一個事實：在以墻趾為基點時，擋土墻重力W作用的力臂ZW長度為仰斜式及凸折線形式最長，一般大于B，衡重式及垂直式次之，一般大于B/2，而俯斜式最短，小于B/2。基底為平坡時根據基底合力偏心距計算公式：
e=B/2-（W*Zw+Ey*Zy-Ex*Zx）/(W+Ey)
其中：Ey、Ex為土體作用力在水平和垂直方向的分力，
       Zy、Zx為相應對于墻趾的力臂。

大致可以判斷在相近的條件下，擋土墻基底的偏心距俯斜式最大，衡重式及垂直式次之，而仰斜式及凸折線形式最小。
為驗證這一特性，通過舉例計算來說明：分別取擋土墻高度為3m、4m、5m三種情況，擋土墻統一采用路肩墻，車輛荷載按掛-100，基底承載力為150kpa，基礎為天然地基，墻趾及墻踵均不拓寬，基底為平坡，不考慮靜水壓力的影響，不同類型擋墻的計算原則為承載力基本接近及擋墻用的材料量基本接近，計算的偏心距與基礎寬度的比值見下表：
墻高
（m）  類    型
仰斜式 衡重式 垂直式 俯斜式
3 -0.09 0.05 0.04 0.15
4 -0.09 0.06 0.03 0.16
5 -0.03 0.04 0.04 0.15
雖然說計算的結果，隨機性比較大，但是考慮到基底承載力及擋墻用的材料量都比較接近的情況下結果如此顯著：僅俯斜式擋土墻的偏心距基本接近B/6，相反其他三種類型擋墻卻小很多。

3重力式擋土墻基礎應力對土基的作用
重力式擋土墻一般分段長度為10m，假設每段擋土墻高度一致，則偏心距e=B/6時，每段擋土墻基礎底面受力模型可看作是矩形區域上面分布三角形荷載這一形式。假定擋墻基礎寬度為2.5m，則擋土墻中點處的墻趾及墻踵豎向應力系數分別為：
       墻趾位置  墻踵位置
深寬比
m=z/b 矩形面積長寬比
n=l/b=2.0 深寬比
m=z/b 矩形面積長寬比
n=l/b=2.0
0 0.5000 0 0
2 0.4368 2 0.0612
0.4 0.3788 0.4 0.1094
0.6 0.3272 0.6 0.1394
0.8 0.2840 0.8 0.1520
1.0 0.2468 1.0 0.1536
1.2 0.2164 1.2 0.1482
1.4 0.1896 1.4 0.1388
1.6 0.1682 1.6 0.1282
1.8 0.1490 1.8 0.1174
2.0 0.1334 2.0 0.1070
2.5 0.1022 2.5 0.0842
3.0 0.0798 3.0 0.0666
5.0 0.0364 5.0 0.0300
7.0 0.0198 7.0 0.0168
從上表可以看出，當承載力要求在較大的時候，墻趾與墻踵處的應力差會較大。當承載力要求為150kpa，在以下表為例的基礎土層結構計算時，根據分層總和法得出的沉降差在8cm以上。
土層 層厚
（m） 容重（KN/m2） 孔隙比
e0  不同壓力下孔隙比
    50 100 200 300
亞粘土 2.20 18.3 0.942 0.889 0.855 0.807 0.773
淤泥質亞粘土 5.80 17.9 1.045 0.925 0.891 0.848 0.823
淤泥質
粘土 未穿 17.6 1.175 0.975 0.925 0.872 0.842
    上表的土層在濱海地區比較常見，而且一般在這種地質條件下不會采取特別的地基處理方法。在城市道路中，對于4m左右高的擋土墻，墻面往往是垂直的，這種情況下基礎出現沉降差，很容易引起擋土墻的傾斜。根據城市道路工程質量通病防治手冊，路基重力式擋土墻在結構上的病害，主要有傾斜這一形式，而擋土墻傾斜的大致原因有兩個：一是設計的結構形式不合理；二是地基不均勻或者地基超挖后用素土回填未夯實，或者淤泥、垃圾等不良土質沒有清除干凈，導致地基承載能力下降，使受力最大處前趾下沉，擋墻隨之前傾。

4俯斜式擋土墻設計中的注意點
    從以上的分析來看，俯斜式擋土墻設計時需要注意兩點：一是墻趾盡可能加寬，不但能減小基底的應力，而且減小了基底的偏心距；二是設計中避免出現垂直墻面，墻面坡度采用1：0.1，在用地受限制的時候，可采用1：0.05，給擋墻的傾斜留一定的余地。

5結語
重力式擋土墻在設計時候，除計算常規的一些要求外，尚需要考慮基礎的應力差造成的沉降差，特別是俯斜式擋土墻。

參考文獻
公路路基設計規范  JTG D30-2004
城鎮道路工程施工與質量驗收規范  CJJ_1-2008