第二章：悬臂式挡土墙的设计
本章将详述关于悬臂式挡土墙的验算。
例题源文件请在这里下载：http://pan.baidu.com/s/1skB1Ezz
任务
根据“中国 - 国家标准（GB）”，设计高 4.0m 的悬臂式挡土墙。墙后坡面水平，地下水埋藏深度 为 2.0m。墙后填土表面分布着宽 5.0m，荷载集度为 10.0kN/m2 的条形超载。地基土为砂质粉土，硬 塑，Sr<0.8，容许承载力为 175.0kPa。墙后填土为中密、含细粒土砂。悬臂式挡土墙的墙身为钢筋混 凝土材料，混凝土强度等级为 C30。
图 2.1 悬臂式挡土墙算例
计算
为解决图 2.1 中的问题，选择“GEO5 悬臂式挡土墙设计”模块（2017 版），我们将一步步讲解如 何对该算例进行验算。
首先，选择「分析设置」界面→「选择分析设置」，选择“中国 - 国家标准（GB）”。
图 2.2 「选择分析设置」界面
下一步，选择「墙身截面尺寸」界面来设置挡土墙的截面形状和尺寸。
图 2.3 「墙身截面尺寸」的设置
下一步，选择「剖面土层」界面→「添加」，输入第一个土层的底面至地表的距离 4.0m。
图 2.4 「剖面土层」的设置
下一步，选择「材料」界面，输入挡土墙墙身材料：
图 2.5 「材料」的设置
下一步，选择「岩土材料」界面→「添加」，按照给定的岩土材料参数设置墙后填土和地基土。
图 2.6 墙后填土材料
注：主动土压力的大小也与结构和土体间的摩擦角有关，而结构和土体间摩擦角可由土体的内摩擦角 大致得出，一般有δ ≈（1/3~2/3）φ。
注：对于静止土压力的计算，软件提供了多种方法。通常情况下，我们只有在考虑墙前土体抗力时才 会用到静止土压力（严格限制结构位移时也会考虑结构后方作用静止土压力），也就说如果整个计算 过程中未用到静止土压力（通常中国规范中不要求考虑墙前土体抗力），那么静力土压力计算参数无 论选择粘性土、非粘性土都没有任何影响。如果已知静止土压力系数，也可以直接输入系数的值。各种静止土压力计算方法的介绍请查看帮助文档—F1。
图 2.7 地基土材料
表 2.1 岩土材料参数
下一步，点击「基础」界面，基础类型选择输入岩土和基底之间的岩土参数。
图 2.8 「基础」界面
下一步，点击「墙后坡面」界面，选择水平坡面。
图 2.9 「墙后坡面」界面
墙后地下水深 2.0 米，点击「地下水」界面，选择与结构中地下水分布状况相同的地下水类型。
图 2.10 「地下水」的设置
下一步，定义结构中的超载。选择「超载」界面，将「类型」设置为“条形超载”，「作用类型」 设置为“永久作用”，「位置」选择“坡面”。
图 2.11 「超载」的设置
在「墙前抗力」界面中，选择相应的“墙前坡面形状”，并根据图 2.12 设置其他参数。
图 2.12 「墙前抗力」界面
注：
1.在本例中，未考虑墙前抗力（抗力类型设为不考虑），故计算结果偏保守。墙前抗力的类型取决于墙前岩土体的性质以及结构的容许位移。当墙前土为原状土或压实土时，墙前抗力为静止土压力； 当结构容许产生位移时，墙前抗力为被动土压力或折减的被动土压力。（更多信息请见帮助文件—F1）
2. 第一个选项（红叉）等效于抗力类型为不考虑时的情况。当抗力类型为不考虑时，界面下方 的各参数值对计算没有任何影响。此处不选择第一个选项的原因在于有些用户希望在设计图中绘制出墙前坡面。
下一步，选择「工况阶段设置」界面，选择“持久设计状况”。由于本例中假定挡墙可以产生位移，将“作用在结构后的土压力”设置为“结构位移较大，采用主动土压力”。从悬臂式挡墙受力历史的角度考虑，我们认为墙后达到过的最大土压力为静止土压力，因此，截面验算这里采用静止土压
力。
图 2.13 「工况阶段设置」
现在，点击「倾覆滑移验算」界面，对结构进行抗倾覆滑移验算。
图 2.14 「倾覆滑移验算」验算结果
注：点击右侧「详细结果」选项，会弹出一个含有更详细的分析结果的窗口。
验算结果不满足规范要求，详细结果如下：
图 2.15 倾覆滑移验算详细结果
结论
为了让结构设计满足规范要求，我们可以做如下几方面的改进：
— 采用岩土性质较好的墙后填土
— 锚固基底
— 弯曲基底以增大摩擦力
— 锚固墙体 以上改进方案施工技术较为复杂且投资较大，最高效的方法是改变墙身截面形状，在墙踵设置一个凸榫。
改进设计方案：改变墙体截面形状
返回「墙身截面尺寸」界面，如图 2.16，改变墙体截面形状。为了增加墙体的抗滑阻力，选择墙踵带有凸榫的截面形状。
图 2.16 「墙身截面尺寸」（改进方案）
注：一般将凸榫视为倾斜基底进行分析。如果将凸榫产生的作用力当做墙前抗力，则分析时认为挡墙基底是水平的，并在凸榫的位置施加等效的墙前抗力。（更多信息请见帮助文件—F1）
再次选择「倾覆滑移验算」界面，验算优化后的设计方案。
图 2.17 「倾覆滑移验算」（改进方案）
现在，挡墙的抗倾覆与抗滑移稳定性均满足规范要求。 接下来，进行「承载力验算」界面。输入修正后的地基承载力特征值 175kPa，并进行验算。
图 2.18「承载力验算」（改进方案）
注：在本算例中，我们给定修正后的地基承载力特征值，并据此对地基承载力进行验算。该特征值一 般由经验得出，或通过原位测试得到。因此，更一般的方法是采用 GEO5“扩展基础设计”软件计算 地基土的承载力，该软件在计算时还能考虑一些其他因素如荷载倾角、基础深度等的影响。
接下来，点击「截面强度验算」界面，选择“墙身验算”，设置钢筋为 
，经验算，该设计满足截面承载力和《混凝土结构设计规范 GB 50010-2010》对钢筋混凝土结构的设计要求。采用同样的方法，可以依次再对其它的危险截面进行验算。
图 2.19「截面验算」（改进方案）
然后，选择「外部稳定性」界面，将运行“土质边坡稳定分析”软件，对挡墙进行整体稳定性分 析。在本算例中，采用 Bishop 法计算稳定性，得出相对保守的计算结果。设置滑动面为“圆弧”，“分 析类型”选择“自动搜索”，然后进行分析，如图 2.20。
图 2.20「外部稳定性」（改进方案）
在完成所有分析之后，点击「确定」按钮关闭“土质边坡稳定分析”模块，所有的计算结果以及截图都将自动导入到“悬臂式挡土墙设计”模块的计算书中。
由以上验算结果可知，改进后的悬臂式挡土墙设计方案满足规范要求。
