本文是建筑与土木工程专业工程硕士论文，主要研究桩基扶壁式挡土墙设计理论及工程应用。

第 1 章 引 言

1.1 选题背景与研究意义

1.1.1 选题背景

目前，在边坡治理方面，各种类型的挡土结构在实际工程应用中都取得了很好的效果。在目前多数边坡支护工程项目中，为了达到边坡稳定的目的，广泛采用支挡结构承受侧向土体压力。支挡结构同时也在道路路基、房屋建筑等方向上用于加固边坡、基坑边坡和河流堤岸。目前，我国正处于经济高速发展时期，各项基础设施正在迅速兴建，支挡结构在实际工程中的应用将受到越来越多的重视。挡土墙是边坡支护工程中应用较多的一种支护形式。挡土墙的主要目的维护墙后填土或边坡的稳定，防止其发生破坏或者失稳。挡土墙不仅可以用于边坡支护工程，也常常用于道路路基工程中。由于挡土墙具有结构灵活，减少土石方，增加建筑面积等优点，这使挡土墙在实际工程中的应用越来越广泛。在对挡土墙采用一些处理措施后，还能减少地下水和雨水对边坡的侵蚀作用，有利于边坡的稳定。钢筋混凝土扶壁式挡土墙是一种新型挡土支护结构，它沿墙长方向，在悬臂式挡墙的基础上，每隔一定距离加设扶壁而成，通过扶壁的连接，立板和墙踵板能够形成一个受力的整体结构，而扶壁的存在，能大大的提高挡土墙的刚度和整体性，并且扶壁能分担相当一部分的土压力，从而达到减小立板的变形的目的。扶壁式挡土墙主要由底板、面板、扶壁三部分组成，它主要由挡土墙自重和墙后填土的重力来提供抗倾覆力矩；主要由地基对挡土墙的摩擦力满足其抗滑稳定性要求。另外，墙趾板能大幅度的减少挡土墙对地基的压力，并且墙趾板的存在也能很好的改善地基反力的不均匀性。与其他类型的挡土墙支护结构相比，钢筋混凝土扶壁式挡土墙具有以下优点：

（1）挡土墙可用高度范围较大，适用范围广。钢筋混凝土扶壁式挡土墙能很好地利用材料的物理力学性能，充分发挥钢筋的抗拉性能和混凝土的抗压性能，挡土墙的高度可以做的很高。通过调整扶壁式挡土墙墙趾板的悬臂长度，可以调整挡土墙的底板的地基反力，使地基反力呈近似均匀分布，较大限度地减小挡土墙基底反力的数值，从而达到充分利用地基承载性能的目的，使挡土墙能克服地基承载力较低的问题，进而得到广泛的应用。

（2）与重力式挡土墙相比，采用扶壁式挡土墙能节省大量石料和人工，环境效益也较好。扶壁式挡土墙主要是通过底板上的填土来增加墙体自重，其截面面积比重力式挡墙要小的多，因此能节约大量石材，保护环境。

（3）施工速度快，能较大幅度的提高施工速度。扶壁式挡土墙工程的主要工程是钢筋绑扎和混凝土浇注，不像其他类型的挡土墙在施工时，挡土墙墙身施工和填土的回填需要同时交叉进行，另外，扶壁式挡土墙在施工过程中，受其它条件的限制较小，施工技术较成熟，能采用机械化施工，从而大大的缩短工期。

（4）施工可靠度较高，工程质量容易控制。目前，在我国，钢筋混凝土工程的施工应用的已经非常广泛，施工技术也很成熟，施工质量一般也能得到保证，施工过程也相对简单，国内的施工队伍一般较好地完成。而其他类型挡土墙施工工艺相对比较复杂，对施工人员的技术要求较高。

1.1.2 研究意义

扶壁式挡土墙一般要求地基具有很高的承载力，而在实际工程中，天然地基的承载力往往达不到设计要求，这时候常常需要对天然地基进行处理。经过多年的发展，人们发明了很多种地基处理方法，其中应用比较多的主要有以下几种：强夯法、换土垫层法、置换法、振冲挤密法、桩基础、沉井基础。特别是近年来，随着各种新型施工技术不断的涌现，人们发明了很多新的地基处理方法，其中主要包括高压喷射法、硅化法以及电渗法。但是，由于这些方法一般造价过高，将其用于实际工程还有一定的难度。目前，在挡土墙下使用桩基础是一种较常用的挡土墙地基处理方法。其原理是利用桩基来承受挡土墙对地的压力，从而弥补地基承载力不足的现状，这样，桩基础就与扶壁式挡土墙形成了一个受力的整体结构。桩基扶壁式挡土墙作为一种新型支挡结构，有其他结构所没有的优势：（1）桩基础能提高地基承载力，使其满足挡土墙对地基的要求；（2）对边坡起到加固作用。采用这种结构能较好的满足工程要求，并且能扩大扶壁式挡土墙的应用范围，所以，对桩基扶壁式挡土墙设计理论研究是很有必要的。研究桩基扶壁式挡土墙结构的关键在于以下两点：（1）如何准确的计算出桩基扶壁式挡土墙结构所承受的外力；（2）挡土墙与桩是如何传递荷载的。现有规范并没有对桩基扶壁式挡土墙这种新型支挡结构的具体设计理论和方法进行具体的说明。目前，设计单位一般依据工程经验对该种结构进行设计，所以并没有一个公认的设计方法，设计结果通常也过于保守，这将导致极大的浪费。而且随着我国工程建设的进一步发展，桩基扶壁式挡土墙支挡结构在实际工程中应用也越来越多，因此，加强对这种结构的理论研究是很有必要的。通过对桩基扶壁式挡土墙进行深入研究，可以制定出相应的设计规范，这对今后的桩基扶壁式挡土墙工程设计计算具有重要的科学意义。本文将结合中冶玉峦湾挡土墙支护项目，对其设计理论作出探讨。

第 2 章 桩基扶壁式挡土墙受力分析

2.1 土压力计算方法

（1）经典土压力理论计算方法

由于经典土压力理论（库仑土压力理论和朗肯土压力理论）具有计算简单和力学概念明确等优点，在实际工程中，国内外一般还是主要采用经典土压力理论计算挡土墙所受土压力。经典土压力理论都采用以下假定：（1）挡土墙为刚性结构；（2）土体为理想弹塑性体，屈服准则为摩尔-库伦准则；（3）挡土墙墙后土体处于极限平衡状态。经典土压力理论计算出的挡土墙土压力分布形式一般直线形。但实际上，土压力会随墙后土体与挡土结构之间位移模式的改变而改变，此外，挡土墙墙背表面是否光滑、墙后填土的力学性质的不同都会导致挡土结构所承受土压力产生较大的变化。而实际上，经典土压力理论并没有考虑上述因素对土压力的影响，这就导致实际测量到的土压力大小、分布规律与通过经典土压力理论计算结果存在一定的差异（顾慰慈，2001；高江平，吴家惠，1995；殷宗泽，1999）。卡岗（M. E. Karan）于 1960 年首先提出：可以采用水平层分析法计算挡土结构土压力。他的研究模型是墙背竖直、墙后填土水平且填土为砂性土的挡土墙。水平层分析法的理论基础还是库仑土压力理论中的极限平衡概念，不过他的研究对象是竖直方向上的单元片体，然后根据极限平衡概念，得出土压力分布的数学物理方程，然后利用数值分析方法求解该方程，从而得到土压力的大小及分布形式。由水平层分析法得出的结论为：土压力呈曲线分布，而并非经典土压力理论所得到的三角形分布。随后，很多学者通过大量试验和现场测量也得出了土压力分布为非线性的结论（陈忠达，2000；刘忠玉，马德遂，何盛东，2004；李永刚，2003）。

第 3 章 桩基扶壁式挡土墙内力计算理论.........29

3.1 桩基扶壁式挡土墙的计算模型 ......29

3.2 底板的内力计算理论 ....30

3.2.1 连续梁计算理论 ........30

3.2.2 简支梁计算理论 ........33

3.3 桩的内力计算理论 ........35

3.4 “∏”形模型内力计算理论 .........40

3.5 小结 .......43

第 4 章 桩基扶壁式挡土墙工程实例.....45

4.1 工程地质条件和水文地质条件 .....45

4.2 扶壁式挡土墙的墙身配筋设计方法及构造要求 ........46

4.3 土压力计算 ........50

4.4 桩及底板内力计算 ........53

4.5 扶壁式挡土墙结构设计 ......54

4.6 小结 ........63

第 5 章 桩基扶壁式挡土墙结构数值分析.........64

5.1 数值模拟理论简介 ........64

5.2 桩基扶壁式挡土墙计算模型 ....64

5.3 数值计算中关键力学参数 ........65

5.4 桩基扶壁式挡土墙支护模拟 ....65

5.5 桩基内力和变形分析 ....72

5.6 小结 ........75

结论

本文在对桩基扶壁式挡土墙受力特点进行分析并对其计算理论进行研究后，得出以下结论：

（1）现有桩基扶壁式挡土墙内力计算理论是将桩基和扶壁式挡土墙分为两部分分别进行计算，这种方法是不太科学的，在计算时，应将桩基扶壁式挡土墙当做一个整体进行分析。

（2）桩基扶壁式挡土墙为承载型结构，桩基主要承受竖向荷载，滑坡推力对结构的影响主要通过抗滑移验算来考虑。

（3）挡土墙底板刚度较大，对桩顶位移有很大的限制作用，这导致桩水平位移很小，同时桩间土体水平位移也较小，同时也能进一步说明将桩基受力按抗滑桩理论进行计算是不太合理的。

（4）桩基扶壁式挡土墙可以按“∏”字形结构计算其受力。

（5）前后排桩的间距越小，桩的轴力增大，剪力基本不变，弯矩减小，这是由于底板对桩的内力具有一定的调节作用。

（6）如果增加某一排桩的刚度，该排桩体的内力也会增大，但是，后排桩刚度对内力的影响较大。

参考文献

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