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1、挡土墙设计第1页，本讲稿共15页一、土压力的种类n作用在挡土墙上的侧向土推力称为土侧压力，简称土压力。土压力是由墙后填土与填土表面上的荷载引起的。土压力可分为以下三类：n1.主动土压力：挡土墙在墙后土压力作用下向前移动或转动，土体随着下滑，当达到一定位移时，墙后土体达到极限平衡状态，此时作用在墙背上的土压力就称为主动土压力。n2.被动土压力：挡土墙在外力作用下向后移动或转动，挤压填土，使土体向后位移，当挡土墙向后达到一定位移时，墙后土体达极限平衡状态，此时作用在墙背上的土压力称为被动土压力n3.静止土压力：挡土墙的刚度很大，在土压力作用下不产生移动或转动，墙后土体处于静止状态，此时作用在墙背上
2、的土压力称为静止土压力。第2页，本讲稿共15页第3页，本讲稿共15页土压力与位移的关系n当挡土墙离开土体方向的位移小于发挥主动土压力所需的位移时，作用在挡土墙上的土压力大于主动土压力而小于静止土压力。当挡土墙向着土体方向的位移小于发挥被动土压力的位移时，作用在挡土墙上的土压力小于被动土压力而大于静止土压力。三种土压力与位移的关系如下图。图中/H表示墙体的位移量与墙高的比值，-/H表示墙体向土体方向移动，+/H表示墙体向离开土体方向移动。由图可以看出，产生主动土压力所需的墙体位移量很小，/H只需0.1%0.5%，这样大小的位移在一般情况下容易发生的，而产生被动土压力所需的墙体位移量/H为1%5%
3、，是达到主动土压力状态的位移量的10倍。主动土压力、被动土压力、静止土压力三者之间的关系为：EPEOEa第4页，本讲稿共15页n图中/H表示墙体的位移量与墙高的比值，-/H表示墙体向土体方向移动，+/H表示墙体向离开土体方向移动。由图可以看出，产生主动土压力所需的墙体位移量很小，/H只需0.1%0.5%，这样大小的位移在一般情况下容易发生的，而产生被动土压力所需的墙体位移量/H为1%5%，是达到主动土压力状态的位移量的10倍。主动土压力、被动土压力、静止土压力三者之间的关系为：EPEOEa第5页，本讲稿共15页二、土压力理论n挡土墙的土压力计算十分复杂，它与填料的性质、挡土墙的形状、位移方向以
4、及地基土质等均有关系。郎肯和库仑理论是在各自不同的假定条件下，应用不同的分析方法得到的土压力和计算公式，是目前工程中常用的土压力计算理论。n基本假定：n1）库仑理论：（1）挡土墙是刚性的，墙后填土是无粘性砂土；（2）当墙身向前或向后移动以产生主动土压力或被动土压力时的滑动楔体是沿着墙背和一个通过墙踵的平面发生滑动；（3）滑动土楔体可视为刚体，如下图所示。库仑土压力理论是从滑动楔体处于极限平衡条件出发而求解主动或被动土压力的第6页，本讲稿共15页第7页，本讲稿共15页n、：分别是土的重度（KN/m3）和内摩擦角；nH：挡土墙高度，m：n：墙背的倾斜角，即墙背与垂线的夹角。以垂线为准，反时针为正（
5、叫俯斜）；顺时针为负（叫仰斜）；n：墙后填土表面的倾斜角；n：土对墙背的摩擦角，它与填土性质、墙背粗糙程度、排水条件、填土表面轮廓和他上面有无超载等有关，应由试验确定。一般情况下可取下列数值：墙背粗糙和排水良好，取=（1/31）第8页，本讲稿共15页n2）郎肯理论：（1）墙背竖直（=0）。（2）墙背光滑（=0），即墙背与填土间无摩擦力。（3）填土面水平（=0）（4）墙后土体为半无限体。（主要应用于挡土桩、板桩、锚桩，以及沉井和刚性桩的土压力计算。）n：土的重度（KN/m3）；n：土的内摩擦角；nH：挡土墙高度，m：nc：填土的粘聚力，KPa第9页，本讲稿共15页土压力理论郎肯理论库仑理论假定（
6、1）墙背竖直（=0）。（2）墙背光滑（=0），即墙背与填土间无摩擦力。（3）填土面水平（=0）（4）墙后土体为半无限体。（1）挡土墙是刚性的，墙后填土是无粘性砂土；（2）当墙身向前或向后移动以产生主动土压力或被动土压力时的滑动楔体是沿着墙背和一个通过墙踵的平面发生滑动；（3）滑动土楔体可视为刚体主动土压力系数主动土压力强度无粘性土粘性土主动土压力无粘性土粘性土 第10页，本讲稿共15页两种土压力理论的特点n1.库仑理论：库仑理论假定滑动破裂面为平面，而实际却为一曲面。实践证明，只有当墙背倾角及墙背与填土间的外摩擦角较小时，主动土压力的破裂面才接近于平面。因此导致库仑主动土压力的计算值偏差约为2
7、%10%，基本能满足工程精度要求。n2.郎肯理论：郎肯理论计算简单，使用方便。但该理论仅局限于挡土墙墙背垂直、光滑，填土面水平的情况。此外，由于郎肯理论忽视了墙背与填土之间的影响，使计算的主动土压力偏大。第11页，本讲稿共15页挡土墙结构设计主要步骤n1.确定结构受力方式（重力式、悬臂、底部固接顶部铰接）n2.计算土压力（步骤如前）。n3.计算结构内力（弯矩、剪力）。n计算方法：1）手工计算；2）软件计算（探索者、专门的挡土墙设计软件、理正）；3）SATWE程序自动计算（内力、配筋）。n4.截面及配筋设计。n设计方法：1）软件计算（PKPM、探索者、理正、morgain等）；2）手算。n5.对
8、于砌体（砖砌、毛石）挡土墙尚应计算挡土墙的稳定与滑移。n6.毛石挡土墙一般不考虑水的作用（a.挡土墙应进行排水设计；b.墙背的填土，应选择透水性强的填料。）。n7.地下室侧墙应考虑水、土共同作用，但计算时，可将水、土压力分开计算，然后叠加。其中土重度位于地下水位以下时，可取浮重度。第12页，本讲稿共15页挡土墙设计中土压力的选取及计算n1.毛石挡土墙：采用主动土压力。n计算公式：n即：Ka取1/3。n依据：1）采用郎肯理论计算偏于安全；2）土的内摩擦角取30时，Ka=1/3，（松砂的内摩擦角大致与干砂的天然休止角相等，天然休止角是指干燥砂土堆积起来所形成的自然坡角）。根据观察天然休止角一般均大
9、于30 。n2.地下室侧墙：采用静止土压力（结构技术措施p18页2.6.2条：地下室侧墙承受的土压力易取静止土压力、上海地基基础规范5.7.6条及北京市结构专业技术细则更规定静止土压力系数K，对一般固结土取K0=1-sin，一般情况可取0.5）。n注：多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例（李国胜著）p183页，建议采用Ka，且Ka取1/3。n计算公式：第13页，本讲稿共15页挡土墙设计步骤n1.重力式挡土墙不考虑墙背后有水的情况。n2.地下室侧墙等混凝土墙应考虑墙背后有水的情况。n3.进行模型简化：1）墙背填土水平；2）Ka及Ko取1/3、1/2；3）计算地下室侧墙时，一般民用建筑的室外地面活荷载可取5KN/m2（包括可能停放消防车的室外地面）。有特殊较重荷载时，按实际情况确定；4）侧压力近似简化成水平方向；5）有地下室时，地下水取至墙顶。n4.计算土压力配筋第14页，本讲稿共15页第15页，本讲稿共15页