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1、第六章挡土墙设计和计算第1页，共114页，编辑于2022年，星期三第一节 挡土墙概述一、挡土墙定义是支撑填土或斜坡土体，防止其变形失稳，而承受侧向土压力的支挡建筑物。用于支挡滑坡、变形体的挡土墙，一般称为抗滑挡墙，或抗滑挡土墙。挡土墙的基本构成（见下页图）二、挡土墙的基本类型及其特点挡土墙类型划分方法：1.可按材料划分：石砌挡土墙、混凝土挡土墙、钢筋混凝土挡土墙。第2页，共114页，编辑于2022年，星期三第3页，共114页，编辑于2022年，星期三2.可按墙背坡的倾斜方向划分：俯斜式挡土墙、仰斜式挡土墙、垂直式挡土墙。一般仰斜式挡土墙土压力相对较小，才用这种形式，常能取得较好效果。3.按结构
2、形式划分：主要有8种1)重力式挡土墙（见图）特点：a.依靠墙身自重承受土压力的作用。b.一般用浆砌牛石砌筑，缺乏石料地区也可用混凝土。第4页，共114页，编辑于2022年，星期三c.型式简单，取材容易，施工简便。d.当地基承载力低时，可于墙底设钢筋混凝土基座，以减薄墙身，减小开挖2)半重力式挡土墙 用混凝土灌注，在墙背设少量钢筋，并将墙趾展宽(必要时设少量钢筋)，或基底设凸榫，以减薄墙身，节省圬工。第5页，共114页，编辑于2022年，星期三3)衡重式挡土墙a.利用衡重台上的填土和全墙重心后移增加墙身稳定，减小断面尺寸。b.墙胸陡，下墙背仰斜，可降低墙高，减少基础开挖。第6页，共114页，编辑
3、于2022年，星期三4)悬臂式挡土墙a.采用钢筋混凝土材料，由立臂、墙趾板、墙踵板三个部分组成，断面尺寸较小。b.墙高时立臂下部的弯矩大，耗钢筋多。c.适于石料缺乏地区及挡土墙高度不大于6m地段，当墙高大于6m时，可用扶壁式。第7页，共114页，编辑于2022年，星期三5)扶壁式挡土墙在悬臂式挡土墙的基础上，沿墙长方向每隔一定距离加一道扶壁，把墙面板与墙踵板联结起来。在高墙时，较悬臂式经济。第8页，共114页，编辑于2022年，星期三6)桩板式挡土墙a.在深埋的桩柱间设挡土板拦挡土体。b.适宜于土压力大，要求基础深埋，一般高度的挡墙不满足要求的情况。第9页，共114页，编辑于2022年，星期三
4、7)锚杆式挡土墙a.由肋柱、挡板、锚杆组成，靠锚杆拉力维持挡土蠕的平衡。b.肋柱、挡板可预制。c.适于石料缺乏，挡土墙高度超过12m，或开挖基础有困难地区。第10页，共114页，编辑于2022年，星期三8)垂直预应力锚杆式挡土墙a.利用锚杆的竖向预应力，代替墙身的重量作用，抵卸土压力，节省圬工。b.适用于岩石地基。此外，还有加筋土挡土墙、锚定板式挡土墙等。第11页，共114页，编辑于2022年，星期三总结：最常用的挡墙：重力式和衡重式（这是因为我国石料丰富，可就地取材，施工方法简单）随着国民经济发展，钢材、水泥产量增多，就常用钢筋混凝土结构的挡土墙，如：扶壁式、悬臂式、锚杆式、桩板式、竖向预应
5、力锚杆式第12页，共114页，编辑于2022年，星期三三、挡土墙布置原则 针对不同的工程、不同的部门有不同的布置原则，这里仅就一般性的布置，主要是针对“斜坡整治”工程，说说一般性的布置原则：1.对于滑坡和变形体，一般宜设置在其下部或抗滑段。2.当滑面出口处在坡脚且有平缓地形时，可将挡墙设置在距滑坡前缘一定距离外，墙后余地填筑土、石加载，以增强抗滑力，减小挡墙承受的下滑力。（示意图）第13页，共114页，编辑于2022年，星期三3.当滑面出口在斜坡上时，可视滑床地质情况选定挡墙位置。（示意图）4.对多极滑坡，可根据具体情况设置多极挡墙支撑。（示意图）5.根据地质条件及滑坡推力、土压力的变化情况，
6、可沿挡土墙走向分段（一般不宜小于1015m）设计大小不同的挡墙断面。6.江河地段的挡土墙，要注意设墙前后的水流平顺，不致形成漩涡，不发生严重的局部冲刷，更不可挤压河道。7.带拦截落石作用的挡墙，应按落石范围、规模、洋跳轨迹等进行考虑。第14页，共114页，编辑于2022年，星期三四、挡土墙断面形式的拟定原则1.山区的陡坡挡土墙，其胸坡一般采用1:0.051:0.2，以利减小基础宽度，争取挡墙厚度。2.平缓地段，其胸坡一般可用1:0.21:0.3或1:0.4。3.背坡有仰斜、俯斜、垂直或混合坡几种，主要从采用的土压力理论适应范围、结构经济、开挖量少、回填量少，回填前自身稳定等因素考虑，并应考虑与
7、胸坡协调，满足整体稳定要求。4.在同一地段，其断面形式不宜过多，以免施工困难，且影响美观。第15页，共114页，编辑于2022年，星期三五、常用设计参数1.墙背土的物理力学指标2.土与墙的摩擦角3.基底摩擦系数4.基底容许承载力5.建筑材料的容重6.石砌体和混凝土块砌体的容许应力7.混凝土的容许应力第16页，共114页，编辑于2022年，星期三第二节 土压力计算一、土压力种类及影响土压力的因素1.土压力的种类1)静止土压力（E0）挡土墙固定不动时，作用在挡土墙上的上土压力称为静止土压力。2)主动土压力（Ea）当挡墙离开土体向前移动时，在土体中产生破裂面AB，同时在此破裂面上产生抗剪力，因而减少
8、了作用在墙上的土压力。此时墙后土体处于主动极限平衡状态，作用在挡土墙上的土压力达到最小值，称为主动土压力。第17页，共114页，编辑于2022年，星期三3)被动土压力（Ep）当挡土墙挤压墙后土体并产生位移时，作用在墙上的土压力增大，最终达到被动极限平衡状态，产生破裂面AC，AC面上的抗剪力增大了作用在墙上的土压力。此时作用在墙上的土压力达到最大值，称为被动土压力。即土压力方向与挡墙的位移方向相反。第18页，共114页，编辑于2022年，星期三 土压力可用下图表示：第19页，共114页，编辑于2022年，星期三2.影响土压力的因素影响土压力的因素很多，归纳如下1)墙后土体的性质，包括土体的容重、
9、含水量、内摩擦角和粘聚力的大小等；2)墙后土体的地面形状(包括局部荷载)；3)挡土墙的结构形式、墙背的形状和光滑程度；4)挡土墙的位移方向和位移量；5)外界条件(如地震和浸水等)其中挡墙的位移方向和位移量为土压影响的主要因素。第20页，共114页，编辑于2022年，星期三二、静止土压力计算 P0=rzK0 （6-1）式中 r土体的容重 z计算点距填土表面的深度 K0静止土压力系数 当挡土墙不产生位移和转动时，墙后土体处于弹性平衡状态。此时，作用在墙背上任意深度的静止土压应力P0按下式计算：第21页，共114页，编辑于2022年，星期三1.K0的确定目前尚无成熟的公式计算静止土压力系数，一般可取
10、：砂土K0 0.340.45，粘土K0 0.250.7。也可按下列半经验公式计算：k0=1-sin 式中 土的内摩擦角2.静止土压力的分布由（6-1）式可见，当墙后地面为平面时，静止土压力呈三角形分布，合力作用点在墙踵以上三分之一墙高处。总土压力E0为：E0=rH2K0/2 （6-2）式中 H挡土墙的高度。3.静止土压力的适用范围地下室外墙、基岩上的挡墙、拱座等第22页，共114页，编辑于2022年，星期三三、朗金土压力计算1.朗金理论的基本假定1)从极限平衡概念出发研究土体的稳定性2)假设地面为水平面（当然也可为平面，不一定水平后来的发展），且沿深度和侧向都无限延伸（半无限土体）3)土体发生
11、剪切时，破裂面为直线，朗金主（被）动应力状态只存在于破裂棱体内，破裂棱体外仍处于弹性平衡状态4)朗金理论求得的是墙踵竖直面上的总土压力，土压力方向与地面平行。（若墙背不垂直，求作用于挡墙上的合力，应将AV面上的总土压力与AV面与墙背之间的土体重量合成而得。）第23页，共114页，编辑于2022年，星期三2.朗金主动土压力公式1)无粘性土 Pa=rzKa （6-3）其中 Katg2（45/2）Pa任意深度的主动土压力 Ea=rH2Ka/2 （6-4）Ea总的主动土压力，作用点通过三角形的形心，即在1/3H处。（示意图）第24页，共114页，编辑于2022年，星期三2)粘性土Pa=rzka-2c
12、(65)分布：由（65）式和图可见，粘性土的主动土压力包括两部分：一部分是由于自重引起的土压力rzka（指向墙背），另一部分是由于内聚力造成的负侧向压力（背离墙背，即拉力）2c ,因此，墙背土压力是这两部分迭加的结果。计算作用在墙背的总土压力时，考虑到墙背与土体之间几乎不能承受拉应力，故在计算中，墙背上的土压力一般应略去拉应力部分不计，而仅算作用在墙背上的压应力。第25页，共114页，编辑于2022年，星期三这样:Ea=r(H-H0)2Ka/2 (66)H0的求法：o点的土压力为0，Pa=0 拉应力区的深度H0,，常称为临界直立高度，这一高度表示在填土表面无荷载的条件下，在H0深度的范围内，可
13、以竖直开挖，即使没有挡墙，边坡也不会失稳。H0可由下式求出：第26页，共114页，编辑于2022年，星期三将（6-7）代入（6-6）得 Ea的作用点在距墙底（H-H0）/3处3.朗金被动土压力公式 当挡土墙受到外力作用，而推向土体时，填土中任意一单元体上竖向应力 保持不变，而水平向应力 逐渐增大，在这情况下，竖向方向变为小主应力，水平方向变为大主应力。最后墙后填土发生朗金被动破坏。第27页，共114页，编辑于2022年，星期三（1）无粘性土 PprzKp （6-9）Kp=tg2（45+/2）Pp任意深度的被动土压力，Kp被动土压力系数 Ep=rH2Kp/2 （6-10）（2）粘性土 第28页，
14、共114页，编辑于2022年，星期三实际观测表明：朗金土压力的计算结果与实测土压力有偏差。一般主动土压力偏大，被动土压力偏小。这是因为墙背与土体之间实际上是有摩擦力的。（示意图）第29页，共114页，编辑于2022年，星期三四.库伦土压力计算1.库伦理论的基本假定（1）墙后土体为散粒均质物质（理想散体，C=0），依靠颗粒间的摩擦力抵抗土体的相对移动。（2）将具有和对数螺旋线相似的破裂面以一平面代替。第30页，共114页，编辑于2022年，星期三（3）主被动状态下形成的破裂枝体，及滑移方向如上图所示。在墙背后土体开始破裂时，土体处于极限平衡状态。反力E和R分别与各自的作用面的法线成 角（墙背摩擦
15、角）和角（土的内摩擦角）（4）挡土强及破裂枝体均视为刚体，在外力作用下无压缩或伸张变形。2.库仑主动土压力公式当墙后地面及墙背都为平面时第31页，共114页，编辑于2022年，星期三从上图和公式可知：Ea是破裂角 的函数，也即x的函数，为了求出最大的Ea，我们对x求导：第32页，共114页，编辑于2022年，星期三主动土压力的分布：当=0,a=0,i=0时，经化简得：这就是朗金土压力公式（无粘性土）可见朗金土压力公式是库仑土压力公式的一个特例。第33页，共114页，编辑于2022年，星期三3.主动土压力的库尔曼图解法图解法是数解法的一种辅助手段，有时比数解法还要简便，现介绍一种常用的图解法库尔
16、曼图解法。第34页，共114页，编辑于2022年，星期三（1）作图步骤：1）在上图中，由B点引一直线BD与水平线成角，并给基线BL与墙背AB成角；2）作出要破裂面BC1,求出破裂棱体ABC1的重量W1，以某一比例尺于BD线上截取BD1=W1;3)自D1作BC的平行线交BC1于E1，则 Bd1e1与力平衡三角形 a1bc1相似，E1D1即为假定破裂面BC1的主动土压力；4)同上法再作破裂面BC2,BC3,BC11,得E2,E3,EN.然后将E1,E2,E3,EN诸点逐渐连成曲线；5）沿曲线划与BD平行的直线，得切点E，过E点作基线BL的平行线交BD于D点。则ED为所求之主动土压力EA，连BE并延
17、长交地面于C点，BC即为所求破裂面。第35页，共114页，编辑于2022年，星期三（2）土压力的作用点首先求得破裂棱体的重心N；然后过N作破裂面BC的平行线交墙背于F点，点F即为土压力的近似作用点；土压力的方向于AB的法线夹角为。第36页，共114页，编辑于2022年，星期三4.库仑被动土压力公式Kp被动土压力系数，其它符号意义同前。用库仑公式计算被动土压力，常会引起很大的误差，而且偏于不安全，它随a，和i角的加大而迅速增大，这主要是由于实际的破裂面不是一个平面的缘故。另外，要产生计算的全部被动土压力，土体需要有较大的位移，而结合实际具体建筑物的特点和要求，一般不允许达到这个条件。因此，实际的
18、被动土压力不会达到计算的数值，故在设计时要考虑折减，采用库仑公式计算的1/31/2等。第37页，共114页，编辑于2022年，星期三5.库仑理论（主动土压力）的适用范围库仑理论可用于墙背为不同的坡度和粗糙度，以及墙后地面为规划或不规划形状的土压力计算，适用范围较广。在一般情况下，均能满足工程的要求。但在使用中应当注意下列几个问题：（1）库仑理论较适用于砂性土，当用于粘性土时，通常将土的内摩擦角加大一些，采用“综合内摩擦角法”（2）库仑理论仅适用于墙背为平面或近似平面的挡土强，当墙背为“L”形（包括衡重式挡土强）时，可按下页图所示的方法，以墙背顶点和墙踵的连线为假象墙背计算土压力。此时，墙背摩擦
19、角等于土的内摩擦角。第38页，共114页，编辑于2022年，星期三（3）仰斜墙背缓到一定程度后，库仑理论将出现较大的误差，并偏于不安全。一般仰斜墙背坡度以不缓于1：0.3为宜。第39页，共114页，编辑于2022年，星期三五、复杂条件下的土压力计算1.墙后填土表面有均布荷载及局部荷载1)墙背竖直光滑，填土水平，才用朗金土压力公式计算。a.直接采用公式：b.将均布荷载换成当量土重。即用假象的土重来代替均布荷载（rh0=q）则当量土层厚度为：h0=q/r则地面下某深度的土压力为：第40页，共114页，编辑于2022年，星期三2)墙背倾斜、且粗糙，填土表面也倾斜时，采用库仑土压力计算。将均布荷载换算
20、成当量土层厚度，假想填土面AC与墙AB的延长线交于A点，故AB作为假想墙面计算土压力。假想挡墙高为（H+h），根据几何关系，求出故:主动土压力Pa=r(h+z)Ka3)墙后填土有局部荷载，且地形复杂这时就会出现破裂面高于“荷载内”和“荷载外”的问题第41页，共114页，编辑于2022年，星期三这时对荷载的处理仍然换算成“当量土层厚度”我们知道，破裂棱体的体积V随着挡土墙和破裂面的位置而变化，但总可以归纳为一个表达式：当边界条件一定时，A0,B0为常数，就可以从破裂棱体的几何关系中求得。第42页，共114页，编辑于2022年，星期三这样有关手册便据此建立了各种边界条件下的库仑主动土压力计算公式，
21、并列表排出：关于破裂面高于“荷载内”、“荷载外”的处理：a.首先假设破裂面高于“荷载内”或“荷载外”，用相应公式计算破裂角。b.据计算的破裂角校核假设是否成立若成立：则计算成立，继续向下求土压力若不成立：则选用其它边界条件公式计算，然后再校核。举例说明举例说明第43页，共114页，编辑于2022年，星期三2.不同土层的土压力计算 如果墙后填土有几层不同种类的水平土层组成，则第一层的土压力仍按均质计算；第二层的土压力，可将第一层的土层作为均布载荷作用在第二层的顶面，并按第二层的指标计算土压力；多层时，以此类推。第44页，共114页，编辑于2022年，星期三3.有限范围填土的土压力计算 上述各种主
22、动土压力的计算方法，仅适用于墙后填土在足够宽的范围内是均质的，在这一范围内，能够形成破裂面。若墙后存在已知的坡面或潜在的滑动面，而且其倾角较按土压力公式计算得的破裂角还陡时，如图所示：则墙后填土将沿此面下滑，此时，作用在墙背的土压力应按正弦定理，由下式计算：式中：W破裂体（下滑体）ABC的重量 破裂体与坡面BC间的摩擦角。当坡面无地下水，并按规定挖台阶填筑时，可采用填料的内摩擦角。当墙后地面为一平面（包括有均布荷载）时,土压应力的分布如上图所示。并可由此近似的计算土压力的作用点位置。第45页，共114页，编辑于2022年，星期三 图中，填土按库仑公式计算的破裂角；h1填土表面能够按库仑破裂角形
23、成破裂面的挡土墙高度。第46页，共114页，编辑于2022年，星期三 Ea1墙高 h1 时，按库仑公式计算的主动土压力；h1 H 分别为距强顶 h1和墙踵处的土压应力；其中：h1按库仑公式计算，而 H=2(Ea-Ea1)h2-h1土压力合力作用点的高度为：Z=(Ea1Z1+Ea2Z2+Ea3Z3)/Ea,当地面有局部荷载时，土压力合力的作用点可以通过破裂体的重心与坡面或滑动面的平行线同墙背相交近似求得。4.地震作用时，挡土墙的土压力计算第47页，共114页，编辑于2022年，星期三 作用于挡土墙的地震主动土压力按库仑公式计算。仅需作很少的代换。如下图所示，地震作用时，由于地震水平力T的作用，破
24、裂棱体上诸力的力多边形发生了变化。设W1为破裂棱体向重心W与破裂棱体所受水平惯性力T的合力，其与竖直线的夹角 称为地震角。其值可从下表查得：地震角 设计烈度（）7 8 9非浸水1303 6 水下2 305 10 第48页，共114页，编辑于2022年，星期三地震作用时，各种边界条件的库仑主动土压力公式与一般库仑公式完全相同。地震作用时土压力与墙背法线之间的夹角仍为，由Ea计算Eax,Eay的公式不变。5.浸水挡土墙的土压力计算当挡土墙填土中有地下水时，墙除受到土压力的作用外，还受到水压力的作用，计算时必须加以考虑。填土中的地下水的作用：（1）水位以上一部分土由于毛细水的作用而产生假粘聚力；（2
25、）粘性土的粘聚力会有所下降；第49页，共114页，编辑于2022年，星期三（3）粘性土膨胀而产生一定的压力；（4）填土的重度会有显著的改变；在一般计算中，不考虑前三个因素的影响；对于被水淹没的填土，为了保证安全，有时假定粘聚力为零；土的重度（容重）改变，对土压力影响最大，必须考虑。方法：与成层土情况相同，假定水上、水下两层土的内摩擦角，粘聚力和 都相同，仅是土的容重不同。地下水位以下取有效容重（即浮容重）进行计算。此外，再增加水位以下的静水压力。第50页，共114页，编辑于2022年，星期三从上图可以看出：以 表示粘性土的抗剪强度，仅与一定的墙高H相对应（M点）。按 设计挡土墙，对低于H的挡墙
26、过于保守，而对高于H的挡土墙则处于不安全。可见 是随H而变化的。为了消除这一不利影响，我们应该建立a按土体抗剪强度相等的原理计算 ：6.粘性土的土压力计算（1）朗金土压力公式（2）综合内摩擦角法综合内摩擦角法是用增大内摩擦角的方法来考虑粘聚力的影响，然后，按照砂性土的土压力公式计算土压力。综合内摩擦角 通常采用经验数据第51页，共114页，编辑于2022年，星期三b按土压力相等的原理计算由总土压力相等推出：第52页，共114页，编辑于2022年，星期三 事实上，影响土体综合内摩擦角的因素很多，按土体抗剪强度或土压力相等的原理计算 ，虽然考虑了土体的C和墙高的影响，但未能考虑挡土墙的边界条件（如
27、地面倾角，墙背坡度等）对 的影响。因此，要选取能真正反映粘性土抗剪强度的 是比较困难的。要解决这一问题，还需要在今后的工程实践中去补充完善。第53页，共114页，编辑于2022年，星期三第三节 挡土墙设计及计算挡土墙在墙背后土体压力作用下，必须具有足够的整体稳定性和结构强度。设计时应检算以下几个方面：（1）沿基底的滑动稳定性；（2）绕基础趾部转动的倾覆稳定性；（3）基底压应力是否大于等于地基容许承载力；（4）墙身截面是否满足结构强度要求。一.挡土墙稳定性检算1.作用在挡土墙上的力系第54页，共114页，编辑于2022年，星期三作用在挡土墙上的力系由三大部分组成：主要力、附加力和特殊力。主要力土
28、压力（滑坡推力）墙身重力墙顶上的有效荷载墙背与第二破裂面之间的有效荷载基底法向反力及摩擦力常水位时的静水压力和浮力附加力计算水位的静水压力和浮力水位退落时的动水压力波浪压力冻胀压力和冰压力温度变化的影响第55页，共114页，编辑于2022年，星期三特殊力地震力施工及临时荷载其它特殊力作用在挡土墙上的力系，一般只考虑主要力系。只有在浸水和地震等特殊情况下，才考虑附加力和特殊力的作用。挡土墙前部的被动土压力，一般不予考虑。当基础埋置较深，且地层稳定，不受水流冲刷和扰动破坏时，结合墙身的位移条件，可考虑适量的被动土压力。第56页，共114页，编辑于2022年，星期三2.挡土墙稳定性和强度验算要求（1
29、）滑动安全系数KSKS 1.3 （考虑主要力系时）1.2 （主要力附加力）（2）倾覆安全系数K0K0 1.5 （主要力）1.3 （主要力附加力）（3）偏心距（e0）e0 B/6 （B为墙底宽度）B/4 （岩石地基）第57页，共114页，编辑于2022年，星期三（4）基底应力（铁路）=（主要力）=1.2 （主要力附加力）（建筑）=1.2f f地基承载力设计值（5）墙身截面检算压应力=容许应力剪应力12m时，应适当加大滑动安全系数KS和倾覆安全系数K0。第58页，共114页，编辑于2022年，星期三3.挡土墙的稳定检算（1）一般地区挡土墙的稳定检算一般地区挡土墙上作用的力系如图所示，其检算公式如下
30、：滑动稳定：倾覆稳定：第59页，共114页，编辑于2022年，星期三基底应力基底合力的偏心距(右图)第60页，共114页，编辑于2022年，星期三以上各式中：作用于基底上的总垂直力（KN）W 墙身自重（KN）EXEY墙后主动土压力的水平分力、竖直分力（KN）Ep 墙前被动土压力的水平分力（KN）稳定力系对墙趾的总力矩（KN.m.）倾覆力系对墙趾的总力矩（KN.m.）ZW、ZX、ZY、ZPW、EX、EY、EP对墙趾的力臂（m）第61页，共114页，编辑于2022年，星期三B基底宽度C作用于基底的合力的作用点距墙趾的距离（m）e0偏心距（合力的）f基底摩擦系数（2）浸水挡土墙的稳定检算 浸水挡土墙
31、，墙后填料采用岩块或渗水土时，不考虑墙前墙后静水压力和墙后动水压力的影响。其墙背作用的力系，除一般地区挡土墙所规定的力系外，尚应考虑检算水位以下挡土墙及填料的浮力。计算水位采用最不利水位第62页，共114页，编辑于2022年，星期三挡土墙上作用的力系如图所示：稳定性检算公式如下：滑动稳定：倾覆稳定：基底合力的 偏心距第63页，共114页，编辑于2022年，星期三基底应力：注意：（1）墙身所受浮力，应根据基底地层的渗水情况确定；当基底为砂类土、碎石类土和节理很发育的岩基时，按计算水位的100%计算当基底为节理不很发育的岩基时，按计算水位的50%计算（2）浸水挡土墙不考虑墙前被动土压力作用；（3）
32、对浸水挡土墙，应按浸水与非浸水两种情况检算，且都应满足稳定要求。第64页，共114页，编辑于2022年，星期三（3）地震地区挡土墙的稳定检算地震地区挡土墙上作用的力系如图示：图中：EX、EY地震地区作用在墙背上的主动土压力水平、垂直分力 Pi墙身水平地震力 ZK水平地震力对墙比的 力臂 其它符号意义同一般地区挡土墙第65页，共114页，编辑于2022年，星期三aPi的求法：式中：Pi验算截面以上墙身重心处的水平地震力 c综合影响系数，硬质岩石地基采用0.2，其它地基用0.25 Kh水平地震系数 Wi验算截面以上的墙身重 i 水平地震力沿墙高的墙大系数，一般H 12时,i 取1；第66页，共11
33、4页，编辑于2022年，星期三b.稳定检算：滑动稳定：倾覆稳定：基底合力的偏心距：基底应力：第67页，共114页，编辑于2022年，星期三C.挡土墙的抗震措施：浆砌片石挡土墙的高度不宜超过12m（8裂度）、10m（9裂度）混凝土挡土墙的施工缝或衔重式挡土墙的变截面处，必须设置榫头或采用短钢筋加固，榫头的面积不应小于截面面积的20当设计裂度为8和9时，浆砌片石挡墙一般应采用100号砂浆砌筑挡土墙应分段修筑在同一土层上，每段长度不宜大于15m。在挡土墙的分段处，地基土层或墙高度变化较大处应设置沉降缝位于可液化土及软土地基上的挡土墙，应采用砂桩、碎石桩等加固地基处理。当采用桩基时，桩尖应伸入稳定土层
34、内。第68页，共114页，编辑于2022年，星期三二.挡土墙截面强度检算设计挡土墙时，除应进行全墙 稳定性检算外，为保证墙身具有足够的强度，还需要对墙身截面的应力进行检算。对一般的挡土墙，选一、二个控制面进行强度检算即可。控制性截面的选取：形状变化处与应力较大处第69页，共114页，编辑于2022年，星期三1.石砌和混凝土挡土墙的截面检算（1）法向应力检算如图，水平截面11以上墙背的主动土压力为Ea，墙身自重W，二者合力为R0。将R分解为竖直力和水平力T，则11截面两端的法向应力为：第70页，共114页，编辑于2022年，星期三上式中：B截面宽度（m）e0截面偏心距（m）W计算截面以上墙身自重
35、（kN）N 计算截面以上垂直力之和（KN）墙身砌体容许压应力（Kpa）Ea 水平截面11以上墙背的主动土压力其它符号意义如图（2）剪应力检算分两种 对墙身水平截面进行平剪检算 平剪 对墙身倾斜截面进行斜剪检算 斜剪一般的：1）对矩形、梯形断面的重力式挡土墙只进行平 剪检算；2）衡重式挡墙，除进行平剪检算外，还应在衡重台处作斜剪检算第71页，共114页，编辑于2022年，星期三平剪计算斜剪计算思路：如下图所示，设衡重式挡土墙在衡重台处沿倾斜方向被剪裂，裂缝与水平面成角。沿剪裂面上的作用力是主动土压力的水平分力EX和竖直力（NEYW1W2）在该面上的切向分力PZ和PW。当EX、EY、W1位一定时，
36、角不同，该面上的剪应力亦随之不同，则最大剪应力 max 可由d/dt=0导出。要求 max=1.01.52.52.扩大基础设计当挡土墙受倾覆稳定、基底应力和偏心距控制时，可用扩大基础，即加设墙趾台阶的方法解决放大脚墙趾台阶的宽度，根据倾覆稳定、基底应力和偏心距等条件，由试算确定。其具体要求如下：第80页，共114页，编辑于2022年，星期三（1）混凝土和浆砌片石墙趾台阶墙趾台阶的宽度 b0.1 b H/20（一般）墙趾台阶的高度h1由材料的刚性角确定，刚性角 35（砌体）；45（混凝土）。一般要求h1不小于0.4m。（2）钢筋混凝土底板当基底应力与地基容许承载力相差较大，需要加宽的 b较大时，
37、为避免h1过高，可采用钢筋混凝土底板。第81页，共114页，编辑于2022年，星期三剪应力要求：（不考虑钢筋抗剪能力）抗弯要求：钢筋面积AS第82页，共114页，编辑于2022年，星期三 混凝土榫头长度（L）注意：*趾部悬臂顶面采用斜坡时，其端部之最小 厚度不得小于30cm。*分布钢筋按有关规范办理。第83页，共114页，编辑于2022年，星期三3.切割台阶基础当挡土墙修筑在陡坡上，而地基又为完整、稳固、风化轻微、节理不发育的岩层，其抗压强度大于30MPa，地基不产生侧压力时，可设置如图所示的台阶基础，以节省基础开挖和墙身材料。1)尺寸拟定台阶高度：1.0(h1-h4)台阶宽度：视地质条件布置
38、第84页，共114页，编辑于2022年，星期三基础顶面襟边宽度：D=0.2m2e0最下一台底宽不宜小于1.52.0m，且大于1.25e（2）稳定性检算 考虑台阶基础的设置条件，其侧压力不因增设 基础而增加，因而抗滑稳定可不作检算，地基强度较高，承载力一般不控制。通常只需验算其倾覆稳定系数和偏心距即可。公式与前面相似。*有时因地面横坡太陡，切割台阶基础的高度与宽度之比不能满足上述要求时，其倾覆稳定可能不满足K。1.5的要求。为了保证K。1.5，设置切割台阶锚杆基础。第85页，共114页，编辑于2022年，星期三4.换土地基当基础设置在软弱土层上（如淤泥、软粘土等），基底应力不满足设计要求，可用质
39、量较好的土换填一定深度，以扩散基础应力，使之均匀的传递到下卧土层中去。（不详讲）5.桩基础（略）第86页，共114页，编辑于2022年，星期三四、增加挡土墙稳定性的措施1.增加抗倾覆稳定的方法1)改变墙身胸坡和背坡由此可知：a)改变胸坡：ZNMyK0 b)改变背坡：EM0 K0 第87页，共114页，编辑于2022年，星期三2)改变墙身形式3)扩大基础加设墙趾台阶，ZN，My减小2增加抗滑稳定的方法1)设倾斜基底第88页，共114页，编辑于2022年，星期三 重力式及衡重式挡土墙，当稳定性受滑动控制时，可采用倾斜基底。第89页，共114页，编辑于2022年，星期三基底倾斜度：一般地区挡土墙：0
40、.2:1（土质地基）0.3:1（岩石地基）浸水地区挡土墙：不设倾斜角（f小于0.5）0.1:1（f大于等于0.5）有关计算斜底斜宽：斜底增加的高度：第90页，共114页，编辑于2022年，星期三斜底增加的面积：斜底增加的自重：全墙稳定性检算公式：第91页，共114页，编辑于2022年，星期三*浸水地区及地震地区的斜基底稳定性校核公式参照上述办法和前面讲的公式计算。2)凸榫基础在挡土墙底部设凸榫基础，是增加挡土墙抗滑稳定的另一种方法。（具体不讲）第92页，共114页，编辑于2022年，星期三第四节 挡土墙构造及有关注意事项 一、挡土墙构造1.重力式挡土墙胸坡和背坡一般采用1:0.21:0.8，衡
41、重式挡土墙胸坡一般采用1:0.05，上墙背坡在1:0.351:0.45之间，下墙背坡一般为1:0.25左右。上下墙的墙高比一般采用2:3。2.采用混凝土块和石砌体的挡土墙，墙顶宽度不应小于0.5m，整体灌注的混凝土墙，墙顶宽度不应小于0.4m，钢筋混凝土墙顶宽度不应小于0.2m。3.浆砌片石的墙面应选用较大和表面较平的片石筑，并抹成平缝，一般不另镶面。挡土墙各周边的夹角不宜小于60度。第93页，共114页，编辑于2022年，星期三4.沿墙长每隔1025m和与其它建筑物连接处应设置伸缩缝。在基底的地层变化处，应设置沉降缝。伸缩缝和沉降缝可合并设置，缝宽0.02一0.03m。缝内、沿墙的内，外、顶
42、三边填塞沥青麻筋或沥青木板，塞入深度不小于0.2m。5.沿墙高和墙长应设置泄水孔，按上下左右每隔23m交错布置。折线墙背的易积水处亦应设置。泄水孔尺寸一般为5 X10cm、10X10cm、15X 20cm的方孔或直径为5一10cm的圆孔。最下 一排泄水孔应高出地面，或水面0.3m，而在浸水地区的挡土墙应设在常水位以上0.2m。对有冻结和春融现象地区的挡土墙，应根据具体情况加密泄水孔，以加快墙后的填料或土层的疏干。第94页，共114页，编辑于2022年，星期三6.为防止泄水孔堵塞，在泄水孔进水侧应设置反滤层，厚度不小于0.3m，并在最底排泄水孔下部设置隔水层，不使积水渗入基底。若墙背为非渗水土时
43、，应在墙后最低排泄水孔至墙顶下0.5m之间填筑不小于0.3m厚的砂砾石等反滤层，若墙后用渗水性材料回填时，可不设反滤层。对墙后为膨胀性粘土的挡土墙，其反滤层的设计除按级配要求外应适当加厚。附属设备1)防护栏杆（H6m，且连续长度大于20m时）2)检查梯第95页，共114页，编辑于2022年，星期三二、材料要求1.在有石料的地区，挡土墙应尽可能采用水泥砂浆砌片石砌筑。2.片石极限抗压强度均不得低于30Mp3.浸水及潮湿地区，全体软石料，软化系数=0.84.砂浆级别标号：M7.5（75#）一般地区及寒冷地区 M10（100#）浸水地区及严寒地区5.在缺乏天然石科的地区：一般地区采用C15混凝土或片
44、石混凝土 寒冷地区采用C20混凝土或片石混凝土第96页，共114页，编辑于2022年，星期三三、设计、施工注意事项1.挡土墙基础如置于基岩时，应清除表层风化部分；如置于土层时，不应放在软土、松土和未经特殊处理的回填土上。2.墙顶设有护墙和护坡时，应采取措施，防止护墙和护坡沿着土体表面下滑。如在护墙和护坡背后设耳墙，或作粗糙面，使与土体密贴，或在护墙和护坡与挡土墙顶接触处没平台。必要时应根据计算加大墙身截面。3.经常受侵蚀性环境水作用的挡土墙，应采用抗侵蚀的水泥砂浆砌筑或抗侵蚀的混凝土灌注，否则应采取其他防护措施。第97页，共114页，编辑于2022年，星期三4.沿河、滨湖、水库地区或海岸附近的
45、铁路挡土墙，由于基底受水流冲刷和波浪侵袭，常导致墙身的整体破坏，应注意加固与防护。5.浆砌片石挡土墙的砂浆水灰比必须符合要求，砂浆应填塞饱满。岩石基坑砌料应靠紧基坑侧壁，使与岩层结为整体。6.砌筑挡土墙时，不得做成水平通缝。墙趾台阶转折处，不得做成竖直通缝。第98页，共114页，编辑于2022年，星期三7.墙身砌出地面后，基坑必须及时回填夯实，并做成不小于4的向外流水坡，以免积水下渗，影响墙身稳定。8.墙后临时开挖边坡的坡度，随不同土层和边坡高度而定。松散坡积层地段的挡土墙，宜分段跳槽开挖，挖成一段，砌筑一段，以保证施工安全。9.施工前应作好地面排水系统，保持基坑干燥。10.浸水挡土墙墙后应尽
46、量采用渗水土填筑，以利迅速宣泄积水，减少由于水位涨落引起的动水压力。第99页，共114页，编辑于2022年，星期三第五节 其它类型的挡土墙一、悬臂式挡土墙1.概述悬臂式挡土墙是种轻型支挡建筑物1)形式：2)组成：3)适用条件：石料缺乏地区和地基承载力较低的填方地段4）设计思路：第100页，共114页，编辑于2022年，星期三 悬臂式（包括扶壁式）挡土墙的设计分为确定墙身断面尺寸和钢筋混筋土结构设计两部分。确定墙身断面尺寸，通常按试算法进行。它包括拟定断面的试算尺寸，计算土压力，以及通过全墙稳定检算确定墙踵板和墙趾板的长度。钢筋混凝土结构设计是对巳确定的墙身进行内力计算和配置钢筋。在配筋过程中，
47、往往需要调整截面的厚度。但这种调整对墙身的整体稳定影响不大，可以不再进行全墙的稳定检算。悬臂式挡土墙，一般以一延长米为单元进行设计。第101页，共114页，编辑于2022年，星期三2.设计1)墙身构造墙高一般不大于6m。当墙高大于4m时，宜在立臂前设置加劲肋。立 臂 立臂为锚固于墙底板的悬臂梁。为了便于施工，立臂的背坡一般为竖直，胸坡应根据强度和刚度等要求确定，一般为1：0021：005墙顶的最小厚度通常采用1525cm，路眉挡土墙不宜小于20cm。当墙身较高时，宜在立臂的下部将截面加厚。第102页，共114页，编辑于2022年，星期三墙底板 墙底板通常为水平设置当墙身受抗滑稳定控制时，多采用
48、凸榫基础。墙底板由墙踵板和墙趾板两部分组成。a.墙踵板顶面水平，其长度由全墙的抗滑稳定检算 确定，并应具有一定的刚度，通常为墙高的112110，且不应小于30cm。b.墙趾板的长度横据全墙的倾复稳定，基底应力和偏心距等条件确定。墙趾板与立臂衔接处的厚度与墙踵板相同、朝墙趾方向一般设置向下倾斜的坡度，墙趾端的最小厚度为30cm。第103页，共114页，编辑于2022年，星期三凸 榫 a.凸榫的设置范围：b.凸榫的高度，应根据凸榫前土体的被动土压力能够满足全墙的抗滑稳定要求而定。c.凸榫的厚度除了满足混凝土的直剪和抗弯的要求以外，为了便于施工，还不应小于30cm。2)土压力计算按库仑公式计算按朗金
49、公式计算第104页，共114页，编辑于2022年，星期三3）墙踵板和墙趾板长度的确定根据全墙的稳定条件由试算确定a.墙踵板长度可按下列条件确定：式中Kc滑动稳定系数，f基底摩擦系数，N墙身自重、墙踵板以上第二破裂面 (或假想墙背)与墙背之间的土体 (包括列车荷载)的重量和土压力的竖向分量之和(kN)。墙趾板以上的土体重量通常忽略不计。Ex主动土压力的水平分量(kN)第105页，共114页，编辑于2022年，星期三b.墙趾板的长度可由下列条件确定：K0 1.5 e0 B/6 有时，地基的容许承载力很低，致使算得的墙趾板过长。此时，应适当增加墙踵板的长度，重新进行计算。4)墙身内力计算a.立臂可看
50、为锚固在墙底板上的悬臂梁，其内力计算图式如下页图第106页，共114页，编辑于2022年，星期三计算时，通常只考虑作用在墙背的主动土压力，墙前回填土的土压力可忽略不计，各截面的弯矩和剪力按下列公式计算：第107页，共114页，编辑于2022年，星期三第108页，共114页，编辑于2022年，星期三b.墙踵板 墙踵板的剪力和弯矩，根据墙踵板以上第二破裂面(或假想墙背)与墙背之间的土体(包括列车荷载)的重量、墙踵板自重、土压力的竖直分量和基底反力，按锚固在立臂上的悬臂梁计算：第109页，共114页，编辑于2022年，星期三当按库仑公式计算时，各截面的剪力和弯矩按下列公式计算：第110页，共114页