摘要：連拱空箱式擋土牆是一種適用於在軟土地基上建造高擋牆的新型結構。它在牆身部位採用了拱型和T型結構，受力明確，各種築牆材料能夠充分發揮其力學特性，做到既合理又 經濟 。
關鍵詞：擋土牆 設計
本文首先對軟土地基上常見的各類擋土牆進行簡要的適用性 分析 ，並舉連拱空箱式擋土牆實例進行穩定驗算，而後將驗算結果與在同等條件下（即擋土高度和設計參數均一致）的鋼筋混凝土扶壁式擋牆 計算 實例進行對比，結果證明：連拱空箱式擋土牆在軟弱地基上的適應性遠勝於鋼筋混凝土扶壁式擋牆。此外：它造價低廉、築牆材料多樣化以及一旦發生事故可進行有效的補救都是其獨到之處。
1前言
蘇州市地處長江下游沖積平原，地貌形態上屬河流堆積地貌區。地基土質以亞粘土和粘土為主，地下水位高，一般地基承載力約在120~180(KPa)，最大也不超過240(KPa)。在軟弱地基上砌築高擋牆不外乎有兩種選擇：其一、採用樁基礎或其它加固地基措施。其二、選擇合理的擋牆結構。本文的探討範圍僅限於後者。此外，就擋牆外形而言，又可分為擋牆外牆面垂直或仰斜兩種。在同等擋土條件下採用外牆面垂直的擋牆基底反力大，且穩定性亦較差，而外牆面仰斜的則要好得多（這也要看仰斜角的大小）。因此在公路擋土牆中普遍採用的是外牆面仰斜的擋土牆。但是用於城市道路的擋土牆卻是以外牆面垂直型居多，這是因為：其一、該型式擋牆占地面積小，可節約寶貴的城市用地。其二、外牆面垂直的擋牆在外觀上與周圍城市建築物更顯得和諧統一。
本文所討論的擋土牆均系指建造在軟土地基上且外牆面為垂直的擋土牆。
2常見擋牆類型的適用性分析
2.1重力式擋牆
對於擋土高度不超過5米的路基擋牆，重力式擋牆常為首選結構。該擋牆形式最為簡潔，便於施工，缺點是基底應力不平衡，靠前趾部位的基底應力遠大於靠後踵的基底應力。當擋土高度超過5米，重力式擋牆的前趾基底應力有可能超過地基容許承載力，不得已可選用構造稍複雜的衡重式擋牆。
2.2衡重式擋牆
衡重式擋牆的最大優點是可利用下牆的衡重平台迫使牆身整體重心後移，使得基底應力趨於平衡，這樣可適當提高擋土高度。但從另一方面來看：衡重式擋牆的構造形式又限制了擋牆基底寬度不可能做得很大（與重力式擋牆相比），因此就擴散擋牆基底應力而言，衡重式擋牆反不如重力式擋牆。所以採用衡重式擋土牆能夠提高的擋土高度也是比較有限的。
2.3鋼筋混凝土扶壁式擋牆
可進一步提高擋牆砌築高度，但擋牆底板必須有足夠的寬度，特別在前齒部位。否則基底應力仍很大（見下述兩種擋牆穩定驗算的對比結果）。該擋土牆耗鋼量大，造價頗高；而且牆體均為立模現澆，施工不易。
2.4加筋土擋牆
是一種能適應軟土地基砌築高擋牆的理想結構。它使原本作為擋牆外荷載的牆後填料轉化為牆體結構的一部分無疑是一種創造性的突破。加筋土擋牆造價低廉具有良好的經濟效益，而且它的裝配式構件十分有利於快速施工。儘管加筋土擋牆有諸多優點，但在我蘇南城市用得還不多，主要原因是：城市道路敷設地下管線多，與擋牆筋帶形成垂直交叉互有干擾。此外，萬一今後路面開挖維修管道會 影響 到擋土牆的安全。
3連拱空箱擋土牆計算實例
3.1設計參數及實例
為使連拱空箱擋土牆可與同等條件下的鋼筋混凝土扶壁式擋土牆進行比較，在本計算實例中連拱空箱擋土牆的高度、底板寬度以及其它設計參數均（除若干需補充的項目外）取自「 文獻1.」（第808頁）鋼筋混凝土扶壁式擋土牆計算實例，如下：
擋牆牆高H＝10(m)，牆底寬B＝5.33(m)，牆前覆土深度h＝1(m)
牆背填料容重γ0＝18(KN/m3)，水泥混凝土容重γ1＝25(KN/m3)
漿砌塊石容重γ2＝23(KN/m3)，預製蓋板容重γ3＝20(KN/m3)
內摩擦角φ＝35°，外摩擦角δ＝φ/2，牆背傾角α＝0°
基底摩阻係數f＝0.4
牆後活載：汽車－超20級（見「文獻1.」換算土層高度h0＝0.59m）
抗滑動和抗傾覆穩定係數：Kc >1.3，Km >1.5
3.2牆體自重計算
牆體自重合力作用點位置：Z1＝6365.86/1929.87＝3.299(m)
單位寬度（沿牆縱向1米）牆體平均自重力：W＝1929.87/3.8＝507.86(KN)
註：「文獻1.」（第811頁）鋼筋混凝土扶壁式擋牆自重力N＝974.34(KN)比本例連拱空箱式擋土牆大了近一倍。
3.3牆背土壓力計算
土壓力作用面及基底滑動面，補充設計參數如下：
牆背高H'＝H＋0.7＝10.7(m)（計入齒坎高）
基底計算寬度B'＝B－0.1＝5.23(m)（偏保守取值）
基底滑動面傾角α0＝arctg（0.7/5.23）＝7.623345°
其餘設計參數同前，以下按庫侖公式計算土壓力：
3.6牆體結構受力分析
牆后土壓力作用在預製水泥砼無鉸拱上並傳遞至隔牆，在一個標準計算單元內：拱座、隔牆和前牆組合成一個垂直安置的T型梁，該T型梁下端固定，上端自由，鋼筋配置在拱座內並延伸至齒坎，拱座為現澆水泥砼。前牆因僅受壓應力而無拉應力力（或者很小），故可採用漿砌塊石或其它砌塊，而不必考慮配筋。
底板結構計算和配筋可參照鋼筋砼扶壁式擋牆。限於篇幅，牆體配筋計算及其它結構計算均省略。
3.7局部構造
（1）管線布置。因城市道路管線多，預製蓋板的設置高度必須考慮到管線的安放位置。一般郵電、通訊電纜可安放在預製蓋板上，其餘如煤氣、自來水等可利用隔牆作支墩，與預製蓋板並列或置於蓋板以下。
（2）泄水孔和通風孔。泄水孔用於排出空箱內積水，不必多言。通風孔有兩個作用：其一、若空箱內有煤氣管道穿過，可及時排出可能因管道泄漏產生的可燃氣體。其二、若是該擋牆用作河駁岸，則可始終保持河水位與空箱內水位一致，避免因河水位變化造成空箱內、外水位落差。因為：當空箱內水位高於河道水位時，駁岸自重力增加，地基可能因為超載導致駁岸不安全；而當空箱內水位低於河道水位時，空箱內形成浮托氣囊，同樣可能導致駁岸失穩。
（3）檢修通道。考慮檢修通道的目的是便於在擋牆竣工後可進入空箱內進行觀察和維修，如：拱波是否有損壞，牆體是否有裂縫或不均勻沉降，以及管道是否漏水漏氣等。拱波在預製時需預埋爬梯鋼筋，這樣在檢修時只需揭開拱波頂端預製蓋板即可順爬梯進入空箱內。
（4）預製構件。城市道路路基擋牆一般位於人行道部位較多，預製蓋板上部主要是人行道路面及少量覆土，人行活載較小。若經計算允許，可直接購買（或預定）現成的建築預應力空心樓板，既方便又經濟。
拱波的預製可挖出凹型地模，按計算寬度分塊間隔先澆築第一批拱波，待初凝後填充間隔澆築第二批，非常方便。
隔牆和前牆的取材具有多樣性：如採用水泥砼砌塊或磚砌體等。必須注意的是隔牆部位的砌塊應上下錯縫砌築，這樣可避免在土壓力作用下形成通縫剪切。
關鍵詞：擋土牆 設計
本文首先對軟土地基上常見的各類擋土牆進行簡要的適用性 分析 ，並舉連拱空箱式擋土牆實例進行穩定驗算，而後將驗算結果與在同等條件下（即擋土高度和設計參數均一致）的鋼筋混凝土扶壁式擋牆 計算 實例進行對比，結果證明：連拱空箱式擋土牆在軟弱地基上的適應性遠勝於鋼筋混凝土扶壁式擋牆。此外：它造價低廉、築牆材料多樣化以及一旦發生事故可進行有效的補救都是其獨到之處。
1前言
蘇州市地處長江下游沖積平原，地貌形態上屬河流堆積地貌區。地基土質以亞粘土和粘土為主，地下水位高，一般地基承載力約在120~180(KPa)，最大也不超過240(KPa)。在軟弱地基上砌築高擋牆不外乎有兩種選擇：其一、採用樁基礎或其它加固地基措施。其二、選擇合理的擋牆結構。本文的探討範圍僅限於後者。此外，就擋牆外形而言，又可分為擋牆外牆面垂直或仰斜兩種。在同等擋土條件下採用外牆面垂直的擋牆基底反力大，且穩定性亦較差，而外牆面仰斜的則要好得多（這也要看仰斜角的大小）。因此在公路擋土牆中普遍採用的是外牆面仰斜的擋土牆。但是用於城市道路的擋土牆卻是以外牆面垂直型居多，這是因為：其一、該型式擋牆占地面積小，可節約寶貴的城市用地。其二、外牆面垂直的擋牆在外觀上與周圍城市建築物更顯得和諧統一。
本文所討論的擋土牆均系指建造在軟土地基上且外牆面為垂直的擋土牆。
2常見擋牆類型的適用性分析
2.1重力式擋牆
對於擋土高度不超過5米的路基擋牆，重力式擋牆常為首選結構。該擋牆形式最為簡潔，便於施工，缺點是基底應力不平衡，靠前趾部位的基底應力遠大於靠後踵的基底應力。當擋土高度超過5米，重力式擋牆的前趾基底應力有可能超過地基容許承載力，不得已可選用構造稍複雜的衡重式擋牆。
2.2衡重式擋牆
衡重式擋牆的最大優點是可利用下牆的衡重平台迫使牆身整體重心後移，使得基底應力趨於平衡，這樣可適當提高擋土高度。但從另一方面來看：衡重式擋牆的構造形式又限制了擋牆基底寬度不可能做得很大（與重力式擋牆相比），因此就擴散擋牆基底應力而言，衡重式擋牆反不如重力式擋牆。所以採用衡重式擋土牆能夠提高的擋土高度也是比較有限的。
2.3鋼筋混凝土扶壁式擋牆
可進一步提高擋牆砌築高度，但擋牆底板必須有足夠的寬度，特別在前齒部位。否則基底應力仍很大（見下述兩種擋牆穩定驗算的對比結果）。該擋土牆耗鋼量大，造價頗高；而且牆體均為立模現澆，施工不易。
2.4加筋土擋牆
是一種能適應軟土地基砌築高擋牆的理想結構。它使原本作為擋牆外荷載的牆後填料轉化為牆體結構的一部分無疑是一種創造性的突破。加筋土擋牆造價低廉具有良好的經濟效益，而且它的裝配式構件十分有利於快速施工。儘管加筋土擋牆有諸多優點，但在我蘇南城市用得還不多，主要原因是：城市道路敷設地下管線多，與擋牆筋帶形成垂直交叉互有干擾。此外，萬一今後路面開挖維修管道會 影響 到擋土牆的安全。
3連拱空箱擋土牆計算實例
3.1設計參數及實例
為使連拱空箱擋土牆可與同等條件下的鋼筋混凝土扶壁式擋土牆進行比較，在本計算實例中連拱空箱擋土牆的高度、底板寬度以及其它設計參數均（除若干需補充的項目外）取自「 文獻1.」（第808頁）鋼筋混凝土扶壁式擋土牆計算實例，如下：
擋牆牆高H＝10(m)，牆底寬B＝5.33(m)，牆前覆土深度h＝1(m)
牆背填料容重γ0＝18(KN/m3)，水泥混凝土容重γ1＝25(KN/m3)
漿砌塊石容重γ2＝23(KN/m3)，預製蓋板容重γ3＝20(KN/m3)
內摩擦角φ＝35°，外摩擦角δ＝φ/2，牆背傾角α＝0°
基底摩阻係數f＝0.4
牆後活載：汽車－超20級（見「文獻1.」換算土層高度h0＝0.59m）
抗滑動和抗傾覆穩定係數：Kc >1.3，Km >1.5
3.2牆體自重計算
牆體自重合力作用點位置：Z1＝6365.86/1929.87＝3.299(m)
單位寬度（沿牆縱向1米）牆體平均自重力：W＝1929.87/3.8＝507.86(KN)
註：「文獻1.」（第811頁）鋼筋混凝土扶壁式擋牆自重力N＝974.34(KN)比本例連拱空箱式擋土牆大了近一倍。
3.3牆背土壓力計算
土壓力作用面及基底滑動面，補充設計參數如下：
牆背高H'＝H＋0.7＝10.7(m)（計入齒坎高）
基底計算寬度B'＝B－0.1＝5.23(m)（偏保守取值）
基底滑動面傾角α0＝arctg（0.7/5.23）＝7.623345°
其餘設計參數同前，以下按庫侖公式計算土壓力：
3.6牆體結構受力分析
牆后土壓力作用在預製水泥砼無鉸拱上並傳遞至隔牆，在一個標準計算單元內：拱座、隔牆和前牆組合成一個垂直安置的T型梁，該T型梁下端固定，上端自由，鋼筋配置在拱座內並延伸至齒坎，拱座為現澆水泥砼。前牆因僅受壓應力而無拉應力力（或者很小），故可採用漿砌塊石或其它砌塊，而不必考慮配筋。
底板結構計算和配筋可參照鋼筋砼扶壁式擋牆。限於篇幅，牆體配筋計算及其它結構計算均省略。
3.7局部構造
（1）管線布置。因城市道路管線多，預製蓋板的設置高度必須考慮到管線的安放位置。一般郵電、通訊電纜可安放在預製蓋板上，其餘如煤氣、自來水等可利用隔牆作支墩，與預製蓋板並列或置於蓋板以下。
（2）泄水孔和通風孔。泄水孔用於排出空箱內積水，不必多言。通風孔有兩個作用：其一、若空箱內有煤氣管道穿過，可及時排出可能因管道泄漏產生的可燃氣體。其二、若是該擋牆用作河駁岸，則可始終保持河水位與空箱內水位一致，避免因河水位變化造成空箱內、外水位落差。因為：當空箱內水位高於河道水位時，駁岸自重力增加，地基可能因為超載導致駁岸不安全；而當空箱內水位低於河道水位時，空箱內形成浮托氣囊，同樣可能導致駁岸失穩。
（3）檢修通道。考慮檢修通道的目的是便於在擋牆竣工後可進入空箱內進行觀察和維修，如：拱波是否有損壞，牆體是否有裂縫或不均勻沉降，以及管道是否漏水漏氣等。拱波在預製時需預埋爬梯鋼筋，這樣在檢修時只需揭開拱波頂端預製蓋板即可順爬梯進入空箱內。
（4）預製構件。城市道路路基擋牆一般位於人行道部位較多，預製蓋板上部主要是人行道路面及少量覆土，人行活載較小。若經計算允許，可直接購買（或預定）現成的建築預應力空心樓板，既方便又經濟。
拱波的預製可挖出凹型地模，按計算寬度分塊間隔先澆築第一批拱波，待初凝後填充間隔澆築第二批，非常方便。
隔牆和前牆的取材具有多樣性：如採用水泥砼砌塊或磚砌體等。必須注意的是隔牆部位的砌塊應上下錯縫砌築，這樣可避免在土壓力作用下形成通縫剪切。