林观茂

（景森设计股份有限公司湛江分公司，广东 湛江 524002）

0 引言

挡墙是指为防止土体坍塌，用来支挡墙后土体并承受来自墙后土压力的构筑物。根据结构形式的不同，挡墙可分为重力式挡墙、悬臂式挡墙、扶壁式挡墙、桩板式挡墙等。其中，重力式挡墙依靠自身重力就能使边坡保持稳定，具有结构简单、施工方便、可就地取材等优点，因此在工程上被广泛应用。为了确保重力式挡墙应用的稳定性，确保工程的建设和使用效果，本文从土压力的计算、墙背倾斜情况、墙后填土积水问题、挡墙基底逆坡、墙后填料等方面分析重力式挡墙稳定性的影响因素。

1 重力式挡墙的稳定性

重力式挡墙的设计一般采用试算法，即先根据挡墙所处的条件和要求（包括工程性质、墙后土体性质、荷载情况、建筑材料、施工条件等），凭经验初步拟定挡墙形状和截面尺寸，然后进行挡墙的验算（包括挡墙的稳定性验算、地基的承载力验算、抗震工况验算等），如不满足要求，则改变挡墙形状、截面尺寸或采取其他措施。挡墙的稳定性验算包括抗滑移稳定性及抗倾覆稳定性验算，是重力式挡墙设计中非常重要的一环。

（1）重力式挡墙的抗滑移稳定。挡墙滑移是指挡墙在墙背土压力作用下可能沿着墙底发生滑动破坏，要保证挡墙的抗滑移稳定性，必须要求抗滑力和滑动力之比不小于1.3。地震工况时，重力式挡土墙的抗滑移稳定系数不应小于1.1。

（2）重力式挡墙的抗倾覆稳定。挡墙倾覆是指挡墙在墙背土压力作用下可能绕墙趾向前发生转动而倾覆，要保证挡土墙的抗倾覆稳定性，必须要求抗倾覆力矩和倾覆力矩之比不小于1.6。地震工况时，重力式挡土墙的抗倾覆稳定系数不应小于1.3。

2 重力式挡墙稳定性的影响因素

影响重力式挡墙稳定性的因素十分复杂。对此，国内外学者已进行了大量的试验研究以及模拟计算[1-3]。在此，笔者分析总结得出以下几个重要的影响因素。

2.1 土压力的计算

挡墙所受到的土压力类型，根据墙体是否发生位移以及位移方向，可分为主动土压力、静止土压力以及被动土压力。

当挡墙静止不动，墙后土体处于弹性平衡状态时，作用在墙背上的土压力称为静止土压力。地下室外墙所承受的土压力就属于静止土压力。

当挡墙在土压力作用下离开土体向前位移，墙后土体达到主动极限平衡状态时，作用在墙背上的土压力称为主动土压力。支挡土体的挡墙所承受周围填土的侧压力一般属于主动土压力。

当挡墙在外力作用下推挤土体向后位移，墙后土体达到被动极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力。如桥台受到桥上荷载推向土体时，土对桥台产生的侧向土压力属于被动土压力。

重力式挡墙的失稳破坏很多情况是因为土压力计算不准。一般采用朗肯土压力理论或者库仑土压力理论来计算挡墙土压力，但两者分别有不同的假设条件。

朗肯土压力理论的基本假定有：（1）墙本身是刚性，不考虑墙身的变形；（2）墙后填土表面水平；（3）挡土墙墙背竖直、光滑。由此计算出的土压力为水平方向的力，如图1所示。

图1 朗肯土压力作用方向示意图

但是实际的墙背并不光滑，即墙背与填土之间的摩擦角并不为0，所以实际土压力不水平。由墙后填土的运动情况可判断出主动土压力方向为斜下，被动土压力方向为斜上，如图2和图3所示。

图2 实际情况下的朗肯主动土压力作用方向示意图

图3 实际情况下的朗肯被动土压力作用方向示意图

库仑土压力理论的基本假定有：（1）墙后填土为无黏性土，挡土墙为刚性的；（2）滑动破坏面为通过墙踵的平面；（3）滑动土楔体视为刚体；（4）滑动土楔体整体处于极限平衡状态，剪应力均已达到抗剪强度。库仑土压力理论的滑动土楔体如图4所示。

图4 库仑土压力理论的滑动土楔体示意图

但是实际滑裂面不一定是平面，用平面来代替曲面，所计算得到的滑动土楔体面积必然与实际情况有所不同，从而导致计算得到的土压力与实际情况有偏差。

故前述两种土压力理论的土压力计算结果并不完全正确。《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013）[4]条文说明第6章指出，库仑土压力理论计算主动土压力比较接近实际，但计算被动土压力误差较大；朗肯土压力理论计算主动土压力偏于保守，但计算被动土压力反而偏小。在实际应用中，建议用库仑土压力理论计算主动土压力，用朗肯土压力理论计算被动土压力。

根据库仑土压力理论的平面滑裂面假定，主动土压力可按下列公式计算：

式中：

γ——墙后填土的重度；

H——挡墙高度；

Ka——库仑主动土压力系数。

由上述公式可知，主动土压力与墙后填土的重度成正比，与挡墙高度的平方成正比，故应控制墙后填土的重度以及挡墙高度，《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013）[4]指出，采用重力式挡墙时，土质边坡高度不宜大于10m，岩质边坡高度不宜大于12m。

但是上述理论所计算的土压力是基于极限平衡理论，要求支护结构发生一定的侧向变形。对于高大的重力式挡墙，通常不允许出现达到极限平衡状态的位移值，因此土压力计算时应考虑增大系数，挡墙高度5～8m时增大系数宜取1.1，挡墙高度大于8m时增大系数宜取1.2。

2.2 墙背倾斜情况

根据墙背倾斜情况，重力式挡墙可分为仰斜式挡墙、直立式挡墙、俯斜式挡墙和衡重式挡墙等类型，如图5所示。

图5 重力式挡墙的墙背倾斜类型

在同等条件下，挡墙的主动土压力以仰斜式最小，直立式居中，俯斜式最大，故仰斜式挡墙的稳定性较高。当边坡为挖方边坡，仰斜式挡墙的墙背可与边坡坡面紧密结合，因此挖方边坡的重力式挡墙设计成仰斜式较为合理。当边坡为填方边坡，采用直立式或俯斜式挡土墙则有利于墙后填土夯实。衡重式挡墙能利用衡重台上部填土的重力而使墙体重心后移，以此抵抗土体侧压力，增强挡墙的稳定性，在高度较大的边坡工程中常被采用。

2.3 墙后填土积水问题

如果挡墙排水不良，雨水会渗入墙后，使得墙后填土的抗剪强度降低，对挡墙稳定性产生不利影响。墙后填土积水时，还会对挡墙产生静水压力，使得作用于挡墙的侧向压力增加，对挡墙稳定性更加不利，如图6所示。因此，挡土墙必须采用良好的排水措施，如在墙后设置截水沟以及在墙身设置泄水孔等。

图6 挡墙的侧向压力示意图

2.4 挡墙基底逆坡

挡墙在墙后土压力作用下向前位移时，墙脚会受到墙前土的被动土压力作用，被动土压力有利于增加挡墙的抗滑移稳定性和抗倾覆稳定性。当挡墙基础的底面做成逆坡时，被动土压力会增大，从而使挡墙的稳定性增加，如图7所示。

图7 挡墙基底逆坡示意图

但挡墙基底逆坡的坡度过大会导致墙踵陷入地基中，也会使保持挡土墙墙身的整体性变得困难。为了避免这一情况，《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013）[4]规定，重力式挡土墙在土质地基时基底逆坡坡度不宜大于1∶10，在岩质地基时基底逆坡坡度不宜大于1∶5。

2.5 墙后填料问题

挡墙后面的填土应优先选择抗剪强度高和透水性较强的填料，以降低墙后土压力的作用，从而使挡墙的稳定性增加。当采用黏性土作墙后填料时，宜掺入适量的砂砾或碎石。不应采用淤泥质土、耕填土、膨胀性黏土等软弱有害的岩土作墙后填料。

3 结束语

通过对重力式挡墙的稳定性及其影响因素进行分析，可以充分地认识到，土压力的计算、墙背倾斜情况、墙后填土积水问题、挡墙基底逆坡、墙后填料对重力式挡墙的稳定性都有影响，其影响机理也非常复杂。总之，重视重力式挡墙的稳定性，就是重视相关土木工程的质量，就是重视工程的建设和使用效果。