如何使用GEO5重力式挡墙模块验算重力式水泥土墙

很多基坑设计的朋友向我们询问了是否可以使用GEO5进行重力式水泥土墙设计验算，答案当然是肯定的。今天小编就给大家介绍一下如何使用「重力式挡土墙设计模块」进行重力式水泥土墙的设计验算。

重力式水泥土墙是利用水泥材料为固化剂，采用特殊的拌合机械在地基土中就地将原状土和固化剂强制拌合，经过一系列的物理化学反应而形成具有一定强度、整体性和水稳定性的加固土圆柱体。将其相互搭接，连续成桩，形成具有一定强度和整体结构的重力式水泥墙，用以保证基坑边坡的稳定。由于其材料强度比较低，主要是靠墙体的自重平衡墙后的土压力，因此常视其为重力式挡土支护。这样便完全可以使用GEO5「重力式挡土墙设计」模块来进行相关设计和验算。

重力式水泥土墙较适用于软土地区，如淤泥质土、含水量较高的黏土、粉质黏土、粉质土等。对以上各类土基坑深度不宜超过6m；对于非软土基坑挖深可达10m，最深可达18m。

已知某基坑设计深度为6m，地下水埋深3m，拟采用重力式水泥土墙支挡方案。这里我们首先要确定重力式水泥土墙的嵌固深度，一般根据整体稳定性条件来确定最小嵌固深度。我们可以在GEO5「深基坑支护结构设计」模块中分析得到嵌固深度建议值，然后再根据整体稳定性计算结果来判断初定嵌固深度是否满足设计要求。

打开「深基坑支护结构设计」模块，添加并指定好岩土材料后，在「尺寸」界面中设置基坑深度为6m，在「地下水」界面中设置支护结构前后的地下水位分别为7m和3m。

图1 地下水设置

所有设置完成以后，点击「分析」，在分析界面中点击分析按钮，可以得到支护结构长度、锚固深度以及弯矩、剪力等计算结果。从而便确定了水泥土墙嵌固深度的建议值。

图2 嵌固深度计算结果

得到水泥土墙的嵌固深度后，还需要确定水泥土墙体宽度。理论和实践证明，与传统的重力式挡土墙不同，基坑支护重力式挡土墙主要受抗倾覆条件控制，所以水泥土墙体宽度一般是根据抗倾覆极限平衡条件来确定。这里可以先根据经验确定一个计算宽度，随后再根据抗倾覆验算来判断此宽度是非满足设计要求。工程实践表明，重力式水泥土墙初步结构宽度宜为开挖深度的0.4～0.8倍，在这个范围内一般能够满足工程要求，而且也比较经济合理。所以这里可以取基坑深度的一半作为墙体宽度，即3m。

打开「重力式挡土墙设计」模块，在「墙身截面尺寸」界面中，选择自定义墙体截面，通过添加点坐标定义重力式水泥土墙截面形状。

图3 定义墙身截面形状

进入「材料」界面，在墙身重度中输入水泥土墙重度，结构材料选择为“混凝土”，在混凝土设置面板中点击自定义按钮，在弹出的材料编辑窗口中输入水泥土的抗压强度和抗拉强度标准值。

图4 墙体材料设置

接着分别在「剖面土层」、「岩土材料」和「指定材料」界面中划分地层、添加岩土材料并将材料指定给各自对应的地层。

图5 指定岩土材料

进入「地下水」界面设置地下水位，选择第二个地下水类型，并将结构前后地下水位分别设置为7m和3m。

注：在「深基坑支护结构设计」模块中计算水泥土墙嵌固深度时已经输入或设置的参数可以通过“复制数据”和“粘贴数据”功能直接复制到「重力式挡土墙设计」模块中使用。

点击「墙前抗力」界面，在墙前抗力界面中设置基坑开挖深度和抗力土压力类型。这里选择第一种墙前坡面类型，在抗力类型列表中选择墙前土压力类型。如果选择被动土压力，因为被动土压力不可能全部发挥，设计的结果将偏危险；如果选择静止土压力，设计结果又会偏安全；GEO5为我们提供了可以同时考虑静止土压力和被动土压力的第三种选择，这样设计结果既不会偏危险，也不会偏安全，从而达到经济可靠的目的。这里我们可以选择“1/3被动，2/3静止”。

注：“1/3被动，2/3静止”表示墙前地层总厚度的1/3以上部位考虑为被动土压力，1/3以下部位考虑为静止土压力。这样考虑的原因是地层上部位移较大，可取为被动土压力，地层下部的位移较小，可取为静止土压力。

图6 “1/3被动，2/3静止”土压力分布

在岩土材料中选择坑底岩土材料，最后设置结构与岩土间摩擦角和墙前土层厚度，墙前土层厚度决定了水泥土墙的嵌固深度和基坑的开挖深度，根据前面的计算结果，应该设置为4m。

图7 墙前抗力设置

此外还可以通过设置「超载」、「作用力」和「地震荷载」等选项进行超载、地震和其它作用分析。

所有设置完成以后，点击「倾覆滑移验算」，在倾覆滑移验算界面中，软件给出了各作用力大小和作用位置，以及倾覆滑移验算结果，计算结果表明重力式水泥土墙倾覆稳定性和滑移稳定性均满足要求。点击详细结果按钮，可以查看详细的计算结果，包括抗倾覆力矩、倾覆力矩、抗倾覆安全系数、抗滑力、滑动力和抗滑移安全系数。

图8 倾覆滑移验算

注：抗倾覆稳定性满足要求表明前面初设的水泥土墙体宽度满足安全要求。我们可以根据抗倾覆计算结果，对水泥土墙体宽度进行调整，以得到经济安全的最优墙体宽度。

点击「截面强度验算」，在截面强度验算界面中对水泥土墙墙体正截面进行强度验算。在深度中输入需要验算的墙身位置，这里分别对6m和10m处的桩身正截面进行强度验算。验算结果表明，各正截面处的抗剪、抗压和抗弯验算均满足设计要求。点击详细按钮，可以查看详细的验算结果。

图9 墙身正截面强度验算

最后点击「外部稳定性」，软件自动调用「土质边坡稳定分析」模块，在土坡模块中进行整体稳定性分析。直接进入「分析」界面，在分析界面中指定初始滑面，选择需要的计算方法并将分析类型选择为自动搜索，设置完成以后点击开始分析按钮，软件自动给出最危滑面位置及相应的最小安全系数。

图10 整体稳定性验算

注：整体稳定性验算满足安全要求表明通过「深基坑支护结构设计」模块分析得到水泥土墙嵌固深度满足设计要求。我们同样可以根据验算结果对嵌固深度进行优化。

至此，重力式水泥土墙设计验算就基本完成了。