000000[6]_挡土墙设计

1、第六六章 挡土墙设计 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 挡土墙的构造与布置挡土墙的构造与布置 第三节第三节 挡土墙土压力计算挡土墙土压力计算 第四节第四节 挡土墙设计总则挡土墙设计总则 第五节第五节 重力式挡土墙设计重力式挡土墙设计 第六节第六节 浸水路堤挡土墙设计浸水路堤挡土墙设计 第七节第七节 地震地区挡土墙设计地震地区挡土墙设计 第八节第八节 轻型挡土墙轻型挡土墙 第九节第九节 加筋挡土墙加筋挡土墙 第一节 概述 1. 挡土墙的含义挡土墙的含义 用来支挡天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的建用来支挡天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的建 筑物。筑物。 为防止土体滑塌而修筑的，主要

2、承受侧向土压力的墙式为防止土体滑塌而修筑的，主要承受侧向土压力的墙式 建筑物。建筑物。 2. 挡土墙的作用挡土墙的作用 1）防止路基边坡或基底滑动；防止路基边坡或基底滑动； 2）收缩坡脚，减少占地面积，保护重要建筑物；收缩坡脚，减少占地面积，保护重要建筑物； 3）防止水流冲刷和浸蚀，防止压缩河床等作用；防止水流冲刷和浸蚀，防止压缩河床等作用； 4）支挡滑坍，缩短涵洞长度，保护桥台及连接路堤等作支挡滑坍，缩短涵洞长度，保护桥台及连接路堤等作 用。用。 一、挡土墙一、挡土墙(Retaining Wall)的用途的用途 3 应用：支撑路堤、路堑、隧道洞口、桥梁两端及河岸等。应用：支撑路堤、路堑、隧道

3、洞口、桥梁两端及河岸等。 3. 挡土墙的使用场合挡土墙的使用场合 1) 路堑挡墙路堑挡墙 用于陡峭山坡的路堑底部，降低边坡高度、减少开用于陡峭山坡的路堑底部，降低边坡高度、减少开 挖或者边坡防止地质不良地段的滑坡。挖或者边坡防止地质不良地段的滑坡。 4 2) 路堤挡墙路堤挡墙 收缩坡脚，减少填方量；防止边坡或基底收缩坡脚，减少填方量；防止边坡或基底( (对于对于 陡坡路堤陡坡路堤) )滑动，保证沿河路堤不受水流冲刷。滑动，保证沿河路堤不受水流冲刷。 5 3) 路肩挡墙路肩挡墙 用于支挡陡坡路堤下滑；抬高公路路基高程；收用于支挡陡坡路堤下滑；抬高公路路基高程；收 缩坡脚，减少占地，减少填方量。缩

4、坡脚，减少占地，减少填方量。 6 4) 山坡挡墙山坡挡墙 用于支挡山坡覆盖层或滑坡下滑。用于支挡山坡覆盖层或滑坡下滑。 7 用作支承桥梁上部建筑及保证桥头填土稳定。用作支承桥梁上部建筑及保证桥头填土稳定。 5) 桥头挡墙桥头挡墙 8 二、挡土墙的类型二、挡土墙的类型 按挡土墙位置分按挡土墙位置分: : 路堑挡墙，路堤挡墙，路肩挡墙和山坡挡墙等。路堑挡墙，路堤挡墙，路肩挡墙和山坡挡墙等。 按挡土墙的墙体材料分按挡土墙的墙体材料分: : 石砌挡墙，混凝土挡墙，钢筋混凝土挡墙，砖砌石砌挡墙，混凝土挡墙，钢筋混凝土挡墙，砖砌 挡墙，木质挡墙和钢板墙等。挡墙，木质挡墙和钢板墙等。 按挡土墙的结构形式分按

5、挡土墙的结构形式分: : 重力式，半重力式，衡重式，悬臂式，扶壁式，重力式，半重力式，衡重式，悬臂式，扶壁式， 锚杆式，拱式，锚定板式，板桩式和垛式等。锚杆式，拱式，锚定板式，板桩式和垛式等。 9 重力式挡土墙重力式挡土墙(Gravity retaining wall) 1. 依靠墙身自重承受土侧压力依靠墙身自重承受土侧压力 2. 一般用浆砌片石砌筑，在缺乏石料地区或墙身一般用浆砌片石砌筑，在缺乏石料地区或墙身 较高时也用混凝土灌注较高时也用混凝土灌注 3. 形式简单、取材容易、施工简便，但对地基的形式简单、取材容易、施工简便，但对地基的 承载能力要求较高承载能力要求较高 10 衡重式挡土墙衡

6、重式挡土墙(Balance weight retaining wall) 1. 利用衡重台上的填土重量及墙体自重共同抵抗利用衡重台上的填土重量及墙体自重共同抵抗 土压力以增加墙身的稳定性土压力以增加墙身的稳定性 2. 上墙背俯斜而下墙背仰斜，可降低墙高，减少上墙背俯斜而下墙背仰斜，可降低墙高，减少 基础开挖基础开挖 3. 主要用于地面横坡较陡的路肩墙和路堤墙，也主要用于地面横坡较陡的路肩墙和路堤墙，也 可用于拦挡落石的路堑墙可用于拦挡落石的路堑墙 11 悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙(Cantilever retaining wall) 1. 采用钢筋混凝土材料、由立臂、墙趾板、墙采用钢筋混凝土材料

7、、由立臂、墙趾板、墙 踵板三部分组成，墙的断面尺寸较小踵板三部分组成，墙的断面尺寸较小 2. 墙高时立臂下部的弯矩较大，需设置较多钢墙高时立臂下部的弯矩较大，需设置较多钢 筋筋 3. 宜在石料缺乏、地基承载力较低的填方地段宜在石料缺乏、地基承载力较低的填方地段 位用位用 4. 墙高不宜大于墙高不宜大于7m 12 扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙(Counterfortretaining wall ) 1. 当悬臂式挡墙的立臂较高时，沿墙长方向每当悬臂式挡墙的立臂较高时，沿墙长方向每 隔一定距离加一道扶壁把墙面板和墙踵板连接隔一定距离加一道扶壁把墙面板和墙踵板连接 起来，以减小立臂下部的弯矩起来，以减小

8、立臂下部的弯矩 2. 扶壁式挡墙宜在石料缺乏、地基承载力较低扶壁式挡墙宜在石料缺乏、地基承载力较低 的地段使用，墙高不宜大于的地段使用，墙高不宜大于10m。 13 垮塌的重力式挡墙垮塌的重力式挡墙 锚定板挡土墙锚定板挡土墙(Anchored bulkhead retaining wall) 锚定板挡土墙是由钢筋混凝土墙面板和锚杆及锚定板挡土墙是由钢筋混凝土墙面板和锚杆及 锚定板共同组成，靠固定在稳定区的锚定板提供锚定板共同组成，靠固定在稳定区的锚定板提供 的抗拔力来维持墙体的稳定。的抗拔力来维持墙体的稳定。 14 锚杆挡土墙锚杆挡土墙( (Anchor Rod Retaining Wall )

9、 ) 锚杆插入稳定地层的钻孔中，抗拔力来源于锚杆插入稳定地层的钻孔中，抗拔力来源于 灌浆锚杆与孔壁之间的粘结强度。灌浆锚杆与孔壁之间的粘结强度。 加筋土挡土墙加筋土挡土墙(Reinforced earth retaining wall) 1. 由墙板、拉筋和填料共同组成的挡土结构，由由墙板、拉筋和填料共同组成的挡土结构，由 拉筋和填土间的摩阻力来抵抗侧向土压力；拉筋和填土间的摩阻力来抵抗侧向土压力； 2. 加筋土挡土墙适用于石料缺乏地区，由于其为加筋土挡土墙适用于石料缺乏地区，由于其为 柔性结构，对地基承载力的要求不高，能适应地柔性结构，对地基承载力的要求不高，能适应地 基轻微的变形，一般对墙

10、高没有限制。基轻微的变形，一般对墙高没有限制。 15 16 失稳的立交桥加筋土挡土墙失稳的立交桥加筋土挡土墙 第二节 挡土墙的构造与布置 一、挡土墙的构造一、挡土墙的构造 挡土墙的组成示意图挡土墙的组成示意图 （一）墙身（一）墙身 17 1. 墙背墙背 石砌挡土墙断面形式图石砌挡土墙断面形式图 a) a) 仰斜；仰斜；b) b) 垂直；垂直；c) c) 俯斜；俯斜；d) d) 凸形折线式；凸形折线式；e) e) 衡重式衡重式 2. 墙面墙面 考虑墙趾处地面的横坡度。考虑墙趾处地面的横坡度。 18 3. 墙顶墙顶 石砌挡土墙墙顶的最小宽度，浆砌的不小于石砌挡土墙墙顶的最小宽度，浆砌的不小于 50

11、cm，干砌的不小于，干砌的不小于60cm。 为保证交通为保证交通 安全，在地形安全，在地形 险峻地段，或险峻地段，或 过高过长的路过高过长的路 肩墙的墙顶应肩墙的墙顶应 设置护栏。设置护栏。 4. 护栏护栏 墙顶墙顶 墙面墙面墙背倾角墙背倾角 护栏护栏 （二）基础（二）基础 1. 基础形式的选择基础形式的选择 挡土墙通常采用浅基础，只有在特殊情况下，挡土墙通常采用浅基础，只有在特殊情况下， 才使用桩基。才使用桩基。 绝大多数挡土墙的基础直接设置在天然地基上。绝大多数挡土墙的基础直接设置在天然地基上。 当地基软弱，墙身较高时，为减少基底压应力，当地基软弱，墙身较高时，为减少基底压应力， 增加稳定

12、性，墙趾可做成台阶，以拓宽基底。增加稳定性，墙趾可做成台阶，以拓宽基底。 地基为较弱土层时，可用砂砾、碎石、矿渣或地基为较弱土层时，可用砂砾、碎石、矿渣或 石灰土等质量较好的材料换填，以提高地基承载石灰土等质量较好的材料换填，以提高地基承载 力。力。 19 a）扩大基础；）扩大基础；b)钢筋混凝土底板；钢筋混凝土底板；c)台阶形基础；台阶形基础； d)拱形基础（纵断面）拱形基础（纵断面） 19 高速公路松木桩挡土墙软基处理高速公路松木桩挡土墙软基处理 2. 基础埋置深度的确定基础埋置深度的确定 考虑冲刷线及冻结深度。考虑冲刷线及冻结深度。 （三）排水设施（三）排水设施 1. 排水设施的作用排水

13、设施的作用 2. 排水设施包括地面排水和墙身排水两部分排水设施包括地面排水和墙身排水两部分 20 （四）沉降缝与伸缩缝（四）沉降缝与伸缩缝 为防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，应根为防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，应根 据地基地质条件及墙高墙身断面的变化情况，设据地基地质条件及墙高墙身断面的变化情况，设 置置沉降缝沉降缝；为了减少圬工砌体因硬化收缩和温度；为了减少圬工砌体因硬化收缩和温度 变化作用而产生的裂缝，须设置变化作用而产生的裂缝，须设置伸缩缝伸缩缝。 二、挡土墙的布置二、挡土墙的布置 （一）挡土墙的横向布置（一）挡土墙的横向布置 主要是在路基横断面图上进行挡土墙位置的选定，主要是

14、在路基横断面图上进行挡土墙位置的选定， 确定出是路堑墙、路肩墙、路堤墙或浸水挡墙，确定出是路堑墙、路肩墙、路堤墙或浸水挡墙， 并确定断面形式及初步尺寸。并确定断面形式及初步尺寸。 21 沉降缝与伸缩缝沉降缝与伸缩缝 确定挡土墙的起讫点和墙长，选择挡土墙与确定挡土墙的起讫点和墙长，选择挡土墙与 路基或其他结构物的衔接方式。路基或其他结构物的衔接方式。 按地基及地形情况进行分段，确定伸缩缝与按地基及地形情况进行分段，确定伸缩缝与 沉降缝的位置。沉降缝的位置。 布置各段挡土墙的基础。布置各段挡土墙的基础。 布置泄水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸布置泄水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸 等。等。 （二）

15、挡土墙的纵向布置（二）挡土墙的纵向布置 22 （三）平面布置（三）平面布置 23 对于个别复杂的挡土墙，例如高的、长的沿河挡对于个别复杂的挡土墙，例如高的、长的沿河挡 墙和曲面挡墙，绕避建筑物挡墙，除了横、纵向墙和曲面挡墙，绕避建筑物挡墙，除了横、纵向 布置外，还应作平面布置，并绘制平面布置图。布置外，还应作平面布置，并绘制平面布置图。 第三节 挡土墙土压力计算 一、作用在挡土墙上的力系一、作用在挡土墙上的力系 主要力系：主要力系： 挡土墙自重及位于墙上的衡载；挡土墙自重及位于墙上的衡载； 墙后土体的主动土压力（包括超载）；墙后土体的主动土压力（包括超载）； 基底的支撑力与摩阻力；基底的支撑力

16、与摩阻力； 墙前土体的被动土压力；墙前土体的被动土压力； 浸水墙的常水位静水压力及浮力。浸水墙的常水位静水压力及浮力。 附加力：附加力： 季节性或规律性作用于墙的各种力，季节性或规律性作用于墙的各种力， 如波浪冲击、洪水。如波浪冲击、洪水。 特殊力：特殊力： 偶然出现的力，如地震力、水面物撞击力等。偶然出现的力，如地震力、水面物撞击力等。 作用在挡土墙上的力系作用在挡土墙上的力系 24 在一般地区，挡土墙设计仅考虑主要力系，在浸在一般地区，挡土墙设计仅考虑主要力系，在浸 水地区还应考虑附加力，而在地震区应考虑地震水地区还应考虑附加力，而在地震区应考虑地震 对挡土墙的影响。各种力的取舍，应根据挡

17、土墙对挡土墙的影响。各种力的取舍，应根据挡土墙 所处的具体工作条件，按最不利的组合作为设计所处的具体工作条件，按最不利的组合作为设计 的依据。的依据。 25 二、一般条件下库仑二、一般条件下库仑(Coulomb)主动土压力计算主动土压力计算 主动土压力主动土压力(Active earth stress) 被动土压力被动土压力(Passive earth stress ) 静止土压力静止土压力(Static earth stress ) 三种不同性质的土压力三种不同性质的土压力 26 3）被动土压力）被动土压力 （Passive earth pressure) 1）静止土压力）静止土压力 （Ea

18、rth pressure at rest) 2）主动土压力）主动土压力 （Active earth pressure) 岩石 拱桥桥台 工程实例工程实例 静止土压力静止土压力 墙后为主动土压力墙后为主动土压力 工程实例工程实例 工程实例工程实例 桥台后为被动土压力桥台后为被动土压力 路基挡土墙的土压力考虑：路基挡土墙的土压力考虑： 路基挡土墙一般都有可能有向外的位移或倾路基挡土墙一般都有可能有向外的位移或倾 覆，因此，在设计中按墙背土体达到主动极限平覆，因此，在设计中按墙背土体达到主动极限平 衡状态考虑，且取一定的安全系数以保证墙背土衡状态考虑，且取一定的安全系数以保证墙背土 体的稳定。墙趾前

19、土体的被动土压力一般不计。体的稳定。墙趾前土体的被动土压力一般不计。 27 库伦理论的基本假定：库伦理论的基本假定： (1) 假设墙背填料为均质的散粒体，粒间仅有摩假设墙背填料为均质的散粒体，粒间仅有摩 阻力而无粘结力存在。挡土墙和土楔是无压缩或阻力而无粘结力存在。挡土墙和土楔是无压缩或 拉伸变形的刚体。拉伸变形的刚体。 (3) 当墙后土体开始破裂时，土体处于极限平衡当墙后土体开始破裂时，土体处于极限平衡 状态，破裂棱体在其自重状态，破裂棱体在其自重G、墙背反力、墙背反力E和破裂和破裂 面上反力面上反力R的作用下维持静力平衡。的作用下维持静力平衡。 28 (4) 通过墙踵假拟若干个破裂面；而其

20、中使主动通过墙踵假拟若干个破裂面；而其中使主动 土压力值达到最大的那个破裂面，即为最大危险土压力值达到最大的那个破裂面，即为最大危险 的破裂面。的破裂面。 (2) 当墙身向外移动或绕墙趾外倾时，墙背填料当墙身向外移动或绕墙趾外倾时，墙背填料 内会出现一通过墙踵的破裂面。将具有和对数螺内会出现一通过墙踵的破裂面。将具有和对数螺 旋线相似的实际破裂面以一平面代替。旋线相似的实际破裂面以一平面代替。 (5) 假定土压应力沿墙高呈直线分布，土压力作假定土压应力沿墙高呈直线分布，土压力作 用在墙高的下三分点处（土楔上无荷载作用时），用在墙高的下三分点处（土楔上无荷载作用时）， 与墙背的法线夹角为与墙背的

21、法线夹角为。 1. 破裂面交于内边坡破裂面交于内边坡 由正弦定理：由正弦定理： 29 将破裂棱体自重将破裂棱体自重G转换为挡土墙高转换为挡土墙高H的函数，得的函数，得: )sin( )cos( )cos( )sin()cos( sec 2 1 22 HEa 式中：式中：墙后填土的重度（墙后填土的重度（kN/m3） 填土的内摩擦角填土的内摩擦角() 墙背与填土间的摩擦角墙背与填土间的摩擦角() 墙后填土表面的倾斜角墙后填土表面的倾斜角() ， 墙背倾斜角墙背倾斜角()，俯斜墙背，俯斜墙背为正，仰斜墙背为正，仰斜墙背为负；为负； H挡土墙高度挡土墙高度(m) 最大主动土压力最大主动土压力最危险破裂

22、面的确定最危险破裂面的确定 当参数当参数、 、固定时，固定时，Ea随破裂面的位置而变化，即随破裂面的位置而变化，即 Ea是破裂角是破裂角的函数。取的函数。取dEdEa a/d/d=0，得到最大土压力公式和最，得到最大土压力公式和最 危险破裂角如下：危险破裂角如下： 2 22 2 2 1cos ()1 = 22 sin()sin() coscos() 1 cos()cos() aa EHH K tg QQPR P 2 4 2 Pcossincos(- )-sin coscos(-) Q=cos(-)cos(+ )-cos(- )cos(+) Rcos sincos(-)-sincos(- )co

23、s 30 土压力通式土压力通式：Ea=(A0tg-B0)cos(+)/sin(+ ) 2. 破裂角交于路基面破裂角交于路基面 31 a) 交于荷载内侧；交于荷载内侧； b) b) 交于荷载中部；交于荷载中部；c) c) 交于荷载外侧。交于荷载外侧。 tghaHHhdbab HahHa )22( 2 1 )( 2 1 B )(2( 2 1 =A 000 00 1) 破裂面交于荷载中部破裂面交于荷载中部 A = B 0 0 1 2 1 2 1 2 2 2 00 () () aH abl hH Ha tg 2) 破裂面交于荷载外侧破裂面交于荷载外侧 A = B 0 0 1 2 1 2 1 2 2 2

24、 () () aH abH Ha tg 3) 破裂面交于荷载内侧破裂面交于荷载内侧 32 3. 破裂面交于外边坡破裂面交于外边坡 33 EB a ( ) ) cos() sin() A cos cos( - 0 1 0 1 2 10 sin)( 2 1 HtgctgaHLbA 00 2 1 2 0 )()( 2)( 2 1 hltgHabctgaHLbaHB 34 以上公式可应用于其它类型的挡土墙：以上公式可应用于其它类型的挡土墙： 1) 当为路肩墙时，式中当为路肩墙时，式中a=b=0； 2) 对于俯斜墙背，对于俯斜墙背，取正值；垂直墙背取正值；垂直墙背为零；仰斜墙背，为零；仰斜墙背， 取负值

25、；取负值； 3) 当荷载沿路肩边缘布置时，取当荷载沿路肩边缘布置时，取d=0。 35 三、大俯角墙背的主动土压力三、大俯角墙背的主动土压力第二破裂面法第二破裂面法 出现第二破裂面的条件：出现第二破裂面的条件： 1) 墙背或假想墙背倾角必须大于第二破裂面倾角；墙背或假想墙背倾角必须大于第二破裂面倾角； 2) 在墙背或假想墙背上的抗滑力必须大于其下滑力。在墙背或假想墙背上的抗滑力必须大于其下滑力。 一般挡墙不会产生第二破裂面，衡重式和悬臂式，一般挡墙不会产生第二破裂面，衡重式和悬臂式， 因系假想墙面，只要满足第一个条件，就会产生第二因系假想墙面，只要满足第一个条件，就会产生第二 破裂面。破裂面。

26、36 四、折线形墙背的土压力计算四、折线形墙背的土压力计算 （一）上墙土压力（一）上墙土压力 不考虑下墙影响不考虑下墙影响, ,按照俯斜墙背计算土压力按照俯斜墙背计算土压力, ,衡重式考虑是衡重式考虑是 否出现第二破裂面。否出现第二破裂面。 以墙背转折点或衡重台为界分为上墙、下墙以墙背转折点或衡重台为界分为上墙、下墙 ，分别计算取，分别计算取 两者矢量和。两者矢量和。 （二）下墙土压力计算（二）下墙土压力计算 1. 延长墙背法延长墙背法 在上墙土压力算出后，延长下在上墙土压力算出后，延长下 墙墙背交于填土表面墙墙背交于填土表面C，以，以 BC为假想墙背，根据延长墙为假想墙背，根据延长墙 背的边

27、界条件，用相应的库伦背的边界条件，用相应的库伦 公式计算土压力，并绘出墙背公式计算土压力，并绘出墙背 应力分布图，从中截取下墙应力分布图，从中截取下墙BB 部分的应力图作为下墙的土压部分的应力图作为下墙的土压 力。将上下墙两部分应力图叠力。将上下墙两部分应力图叠 加，即为全墙土压力加，即为全墙土压力 37 2. 力多边形法力多边形法 在墙背土体处于极限平衡条件下，作用于破裂棱体上的诸力，在墙背土体处于极限平衡条件下，作用于破裂棱体上的诸力， 应构成矢量闭合的力多边形。在算得上墙土压力应构成矢量闭合的力多边形。在算得上墙土压力E1后，就可绘后，就可绘 出下墙任一破裂面力多边形。利用力多边形来推求

28、下墙土压力出下墙任一破裂面力多边形。利用力多边形来推求下墙土压力 38 五、粘性土土压力计算五、粘性土土压力计算 （一）等效内摩擦角法（一）等效内摩擦角法 按换算前后土的抗剪强度相等的原则或土压力相等的原则来按换算前后土的抗剪强度相等的原则或土压力相等的原则来 计算计算 D值。通常把粘性土的内摩擦角值增大值。通常把粘性土的内摩擦角值增大510，或采，或采 用等效内摩擦角用等效内摩擦角 D为为3035。对于矮墙偏于安全，对于高。对于矮墙偏于安全，对于高 墙则偏于危险。因此在设计高墙时，应按墙高酌情降低墙则偏于危险。因此在设计高墙时，应按墙高酌情降低 D值值 （二）力多边形法（二）力多边形法 1.

29、首先求得当首先求得当c=0时的土压力时的土压力 E，Ea=EEc ； 2.再求得由于粘聚力的作用而再求得由于粘聚力的作用而 减少的土压力减少的土压力Ec 3.用求驻点的办法求最大土压用求驻点的办法求最大土压 力和最危险破裂面力和最危险破裂面 39 六、不同土层的土压力六、不同土层的土压力 填土为两层以上不同性质的土体，首先求得上一土层的土填土为两层以上不同性质的土体，首先求得上一土层的土 压力及作用点，并近似的假定上下两土层层面平行。压力及作用点，并近似的假定上下两土层层面平行。 计计 算下一土层时，将上一土层视为均布荷载，按地面为一平算下一土层时，将上一土层视为均布荷载，按地面为一平 面时的

30、库仑公式计算。面时的库仑公式计算。 40 七、有限范围填土时的土压力七、有限范围填土时的土压力 挡土墙修在陡坡的半路堤上，或者山坡土体有倾向路基的层面，挡土墙修在陡坡的半路堤上，或者山坡土体有倾向路基的层面， 则墙后存在着已知坡面或潜在滑动面，当其倾角陡于由计算求则墙后存在着已知坡面或潜在滑动面，当其倾角陡于由计算求 得的破裂面的倾角时，墙后填料将沿着陡破面得的破裂面的倾角时，墙后填料将沿着陡破面( (或滑动面或滑动面) )下滑，下滑， 而不是沿着计算破裂面下滑。而不是沿着计算破裂面下滑。 41 八、被动土压力八、被动土压力 EH K K x PP P 1 2 1 2 2 22 cos ()

31、coscos() sin()sin() cos()cos() 通常情况下挡土墙前的被动土压力可不计算，当基础埋置通常情况下挡土墙前的被动土压力可不计算，当基础埋置 较深且地层稳定、不受水流冲刷和扰动破坏时，可计入，较深且地层稳定、不受水流冲刷和扰动破坏时，可计入， 但是应对被动土压力的计算值进行大幅度的折减但是应对被动土压力的计算值进行大幅度的折减 九、墙背填土上的附加荷载九、墙背填土上的附加荷载 1. 车辆荷载换算车辆荷载换算 (1) 按墙高确定的附加荷载强度进行换算按墙高确定的附加荷载强度进行换算 式中：式中：墙后填土的重度墙后填土的重度 q附加荷载强度附加荷载强度 /qh (2) 根据破

32、裂棱体范围内布置的车辆荷载换算根据破裂棱体范围内布置的车辆荷载换算 2. 计算参数计算参数 (1) 填料的计算内摩擦角和重度填料的计算内摩擦角和重度 (2) 墙背摩擦角墙背摩擦角 【例】有一路肩挡土墙，墙高H=5m，墙身及路基断面尺 寸如图所示，试计算该挡土墙所受主动土压力。墙后填 土=17kN /m3, ?=35, =2/3?。 （1）求破裂角求破裂角 根据已知条件得根据已知条件得 021425. 0arctan 18440214202335 假设破裂面交于荷载外侧假设破裂面交于荷载外侧 5 .125 2 1 2 1 22 0 HA 775. 84 . 35 . 325. 05 2 1 ta

33、n 2 1 2 00 2 0 hlHB 1644. 0)/)(tancot(tantantan 00 AB 计算结果与原假设不符合。重新假定破裂面交于荷载计算结果与原假设不符合。重新假定破裂面交于荷载 分布范围内，按公式计算。分布范围内，按公式计算。 5 .29)4 . 325(5 2 1 )2( 2 1 00 hHHA 885. 74 . 315. 025. 0)4 . 325(5 2 1 tan)2( 2 1 00 dhhHHB 209 7529. 0 ) 5 .29 885. 7 9759. 0)(4281. 19759. 0(9759. 0 )/)(tancot(tantantan 0

34、0 AB 5836 校核假定：校核假定： mH76. 37529. 05tan mdH4 . 115. 025. 05tan mldH9 . 45 . 31 . 025. 05tan 0 0 tantantanldHHdH 故破裂面交于荷载分布范围内，与假设符合。故破裂面交于荷载分布范围内，与假设符合。 有时也会出现两种边界条件都符合的情况，即出现双有时也会出现两种边界条件都符合的情况，即出现双 解区，此时应分别计算两种情况的土压力，然后按大者解区，此时应分别计算两种情况的土压力，然后按大者 进行设计。进行设计。 mkNBAEa/28.76 )sin( )cos( )tan( 00 mkNEE

35、 ax /28.75)cos( mkNEE ay /33.12)sin( 一、挡土墙上的荷载组合一、挡土墙上的荷载组合 第四节第四节 挡土墙设计总则挡土墙设计总则 原则：根据挡土墙所处的具体工作条件、最不利原则：根据挡土墙所处的具体工作条件、最不利 组合组合 一般地区一般地区 仅考虑主要力系仅考虑主要力系 浸水地区浸水地区 考虑附加力考虑附加力 地震区地震区 考虑地震力考虑地震力 当挡土墙出现以下任何一种状态，即认为超过当挡土墙出现以下任何一种状态，即认为超过 了承载力极限状态：了承载力极限状态： 1) 1) 整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体失去平整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体失去平 衡

36、；衡； 2)2)挡土墙构件或连接部件因材料强度超过而破坏，挡土墙构件或连接部件因材料强度超过而破坏， 或因过度塑性变形而不适于继续承载；或因过度塑性变形而不适于继续承载； 3)3)挡土墙结构变为机动体系或局部失去平衡。挡土墙结构变为机动体系或局部失去平衡。 二、挡土墙的设计原则二、挡土墙的设计原则 1. 承载力极限状态承载力极限状态 挡土墙出现下列状态之一时，即认为超过了正常使挡土墙出现下列状态之一时，即认为超过了正常使 用极限状态：用极限状态： 1) 1) 影响正常使用或外观变形；影响正常使用或外观变形； 2) 2) 影响正常使用或耐久性的局部破坏（包括裂缝）；影响正常使用或耐久性的局部破坏

37、（包括裂缝）； 3 3）影响正常使用的其它特定状态。）影响正常使用的其它特定状态。 2. 正常使用极限状态正常使用极限状态 式中：式中：0结构重要性系数，按表结构重要性系数，按表6-10的规定采用；的规定采用； S作用（或荷载）效应的组合设计值；作用（或荷载）效应的组合设计值； R()挡土墙结构抗力函数；挡土墙结构抗力函数； Rk抗力材料的强度标准值；抗力材料的强度标准值； f结构材料、岩土性能的分项系数；结构材料、岩土性能的分项系数； d结构或结构构件几何参数的设计值，当无可靠结构或结构构件几何参数的设计值，当无可靠 数据时，可采用几何参数标准值。数据时，可采用几何参数标准值。 )( 0 R

38、S ),()( d f k R RR 3. 挡土墙构件承载能力极限状态设计采用的一挡土墙构件承载能力极限状态设计采用的一 般表达式般表达式 第五节 重力式挡土墙设计 一、挡土墙稳定性验算一、挡土墙稳定性验算 1. 抗滑稳定性验算抗滑稳定性验算 为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及 其他外力作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的其他外力作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的 能力，用抗滑稳定系数能力，用抗滑稳定系数Kc表示。表示。 x py c E EEG K )( 3 . 1 cc KK 若将竖直方向的力若将竖直方向的力 和水平方向的和水平方向的 力力Ex分

39、别按倾斜基地的法线方向和切分别按倾斜基地的法线方向和切 线方向分解，则倾斜基地法向力和切线方向分解，则倾斜基地法向力和切 向力为：向力为： N 00 sincos x ENN 00 sincosNET x 式中：式中： 0 基底倾角，即基底与水平面的夹角。基底倾角，即基底与水平面的夹角。 挡土墙在设置倾斜基地后的抗滑稳定系数应为：挡土墙在设置倾斜基地后的抗滑稳定系数应为： 0 00 0 )(sin NtgE tgEtgEN T EN K x pxp c 除验算沿基底的抗滑稳定性外，尚应验算沿墙踵水除验算沿基底的抗滑稳定性外，尚应验算沿墙踵水 平面（平面（I-II-I面）上的抗滑稳定性，以免挡土

40、墙连同面）上的抗滑稳定性，以免挡土墙连同 地基土体一起滑动。地基土体一起滑动。 沿墙踵水平面的抗滑稳定系数为：沿墙踵水平面的抗滑稳定系数为： x n c E fGN K )( G n f 式中：式中： 基底与通过墙踵的地基水平面基底与通过墙踵的地基水平面(I-I面面)间的间的 土楔重土楔重(KN); 地基土的内摩擦系数。地基土的内摩擦系数。 2. 抗倾覆稳定性验算抗倾覆稳定性验算 检查墙身绕墙趾向外转动倾覆的抵抗能力。检查墙身绕墙趾向外转动倾覆的抵抗能力。 式中：式中： ZG 墙身、基础及其上的墙身、基础及其上的 土重合力重心到墙趾的水平距土重合力重心到墙趾的水平距 离离，m； Z y土压力垂

41、直分力作用土压力垂直分力作用 点到墙趾的水平距离点到墙趾的水平距离，m； Z x土压力水平分力作用土压力水平分力作用 点到墙趾的水平距离点到墙趾的水平距离，m； 0 Gyxpp xy GZE ZE Z K E Z 5 . 1 00 KK 二、基底应力及合力偏心距验算二、基底应力及合力偏心距验算 为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进 行基底应力验算；同时，为了避免挡土墙不均匀沉行基底应力验算；同时，为了避免挡土墙不均匀沉 陷，控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。陷，控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。 1. 基础地面的压应力基础地面的压应力 (1)

42、 轴心荷载作用时轴心荷载作用时 A N p 1 式中：式中：P基底平均压应力，基底平均压应力，kPa； A基础底面每延米的面积，即基础宽度，基础底面每延米的面积，即基础宽度， B 1.0(m2) N1每延米作用于基底的总竖向力设计值，每延米作用于基底的总竖向力设计值， kN； (2) 偏心荷载作用时偏心荷载作用时 作用于基底的合力偏心距作用于基底的合力偏心距e为：为： 式中：式中：Zn作用于基底的合力的法向分作用于基底的合力的法向分 力力N对对O点的力臂点的力臂(m) B e A N p B e A N p 6 1 6 1 1 min 1 max 式中：式中：pmax,pmin基底边缘最大、最

43、小压应力设计值，基底边缘最大、最小压应力设计值，kN； B基础宽度，基础宽度，m。 6 B e 当当 时时 y xxyyGy n EG zEZEGz B N MM B Z B e 222 0 当当 时时 6 B e 基底的一侧将出现拉应力，考虑到一般情况下地基基底的一侧将出现拉应力，考虑到一般情况下地基 与基础间不能承受拉力，故不计拉力而按应力重分与基础间不能承受拉力，故不计拉力而按应力重分 布计算基底最大压应力。布计算基底最大压应力。 0, 3 2 min 1 max p C N p )2/( 2 Bee B C 式中：式中： 倾斜基底的宽度倾斜基底的宽度B为：为： )cos( cos 0

44、B B 倾斜基地的合力偏心距倾斜基地的合力偏心距e为：为： 0 22N MM B Z B e y n 基底的法向应力：基底的法向应力： ) 6 1 ( min max B e B N p p max 3 2 n Z N p (|e|B/6) (|e|B/6) 2. 基底合力偏心距基底合力偏心距 6/ 0 Be 5/ 0 Be 4/ 0 Be 6/ 0 Be 5/ 0 Be 4/ 0 Be 地基条件地基条件合力偏心矩合力偏心矩 非岩石地基非岩石地基 较差的岩石地基较差的岩石地基 坚密的岩石地基坚密的岩石地基 软土、松砂、一般软土、松砂、一般 粘土粘土 紧密细纱、粘土紧密细纱、粘土 中密碎、砾石，

45、中中密碎、砾石，中 砂砂 基底合力偏心距基底合力偏心距 60 3. 地基承载力抗力值地基承载力抗力值 地基应力的设计值应满足地基承载力的抗力值，应地基应力的设计值应满足地基承载力的抗力值，应 满足以下各式。满足以下各式。 当轴向荷载作用时当轴向荷载作用时 pf 式中：式中：p=N1/A f地基承载力抗力值，地基承载力抗力值，kPa。 当偏心荷载作用时当偏心荷载作用时 p1.2f 地基承载力抗力值的规定地基承载力抗力值的规定 当挡土墙的基础宽度大于当挡土墙的基础宽度大于3m, ,或埋置深度大于或埋置深度大于 0.5m时，除岩石地基外，地基承载应力抗力值按下时，除岩石地基外，地基承载应力抗力值按下

46、 式计算：式计算： 61 5 . 03 2211 hbff K 式中：式中：f地基承载应力抗力值；地基承载应力抗力值； f k地基承载应力标准值；地基承载应力标准值； 12承载力修正系数；承载力修正系数； 1基底下持力层上土的天然容重（基底下持力层上土的天然容重（kN/m3），如在水），如在水 面以下且不透水者，应采用浮重；面以下且不透水者，应采用浮重； 2基础地面以下各土层的加权平均容重，水面以下基础地面以下各土层的加权平均容重，水面以下 用有效浮容重，用有效浮容重，kN/m3； b基础底面宽度小于基础底面宽度小于3m时取时取3m，大于，大于6m时取时取6m； h基础底面的埋置深度，基础底面

47、的埋置深度，m。从天然地面算起；有。从天然地面算起；有 水流冲刷时，从一般冲刷线算起。水流冲刷时，从一般冲刷线算起。 62 当不满足式当不满足式6-53的计算条件或计算出的结果的计算条件或计算出的结果f1.1fk 时，可按时，可按f=1.1fk直接确定地基承载应力抗力值。直接确定地基承载应力抗力值。 f值可以根据不同荷载组合予以提高，提高系数值可以根据不同荷载组合予以提高，提高系数K 按表按表6-16的值。的值。 当偏心距当偏心距e小于或等于小于或等于0.333倍倍基础底面宽度时，可基础底面宽度时，可 根据土的抗剪强度指标确定地基承载应力抗力值。根据土的抗剪强度指标确定地基承载应力抗力值。 6

48、3 为了保证墙身具有足够的强度，应根据经验选为了保证墙身具有足够的强度，应根据经验选 择择12个控制断面进行验算，如墙身底部、二分个控制断面进行验算，如墙身底部、二分 之一墙高处、上下墙之一墙高处、上下墙( (凸形及衡重式墙凸形及衡重式墙) )交界处。交界处。 三、墙身截面强度验算三、墙身截面强度验算 验算断面的选择验算断面的选择 64 墙身截面强度验算包括法向应力和剪应力验算。墙身截面强度验算包括法向应力和剪应力验算。 1. 法向应力及偏心距法向应力及偏心距e验算验算 验算验算I-II-I截面的强度，获取截面的强度，获取I-II-I 截面以上的土压力，墙身自重截面以上的土压力，墙身自重 和截

49、面宽度，具体计算方法与和截面宽度，具体计算方法与 普通挡土墙验算方法一致。普通挡土墙验算方法一致。 考虑主要组合时，截面偏心距考虑主要组合时，截面偏心距 ei0.3Bi，以保证墙型的合理性。，以保证墙型的合理性。 考虑主要组合时，应使最大压应考虑主要组合时，应使最大压应 力和最大拉应力不超过圬工的容力和最大拉应力不超过圬工的容 许应力。许应力。 i T xi E 2. 剪应力验算剪应力验算 重力式挡土墙只验算水平剪应力。对重力式挡土墙只验算水平剪应力。对I-II-I剪切剪切 面上的水平剪力面上的水平剪力 等于等于I-II-I截面以上墙身所受水平截面以上墙身所受水平 土压力土压力 i xi i

50、i i B E B T 式中：式中：圬工的容许剪应力圬工的容许剪应力(kPa) 例如图中所示，路肩式挡土墙墙身为M7.5浆砌片石圬 工，墙与地基土之间的摩擦系数为f=0.4，地基为粘性土 质，容许承载力 ，墙身圬工容 重 ，墙后填土 ，墙背摩 擦角 ，墙高H=5m，在例题1土压力作用下，试确 定该墙尺寸。 墙身截面 2 /200mkN 土 3 /22mkN 圬 35 3 /17mkN 土 3 2 kPa1300 圬 kPa210 mkNG/5 .15922545. 1 抗滑稳定验算：抗滑稳定验算： 3 . 1913. 0 )( x y c E fEG K 解解 如右图所示，墙重如右图所示，墙重

51、G为：为： 69 所以不能满足抗滑要求，需重新拟定挡土墙尺寸。取墙所以不能满足抗滑要求，需重新拟定挡土墙尺寸。取墙 顶宽为顶宽为2m，胸坡坡度为，胸坡坡度为1:0.3, , 墙背坡度为墙背坡度为1:0.25，墙高，墙高 不变，如下图所示。不变，如下图所示。 (1) 抗滑稳定检算：抗滑稳定检算： mkNG/75.23322 2 5 )25. 20 . 2( 3 . 1308. 1 28.75 4 . 0)33.1275.233( c K 所以满足要求所以满足要求 70 (2) 抗倾覆稳定检算：抗倾覆稳定检算： 5 . 195. 2 0 xx ppyyG ZE ZEZEZG K (3) 合力偏心矩

52、检算：合力偏心矩检算： )(0095. 022. 1125. 1 2 合力在中心线右侧mZ B e n m N MM Z y n 22. 1 0 6 096. 0| B e 2 2 min max /200 70.81 /04.137 ) 6 1 (mkN mkN B e B N 71 (4) 挡土墙墙身挡土墙墙身H/2截面强度检算。截面强度检算。 (a) 法向应力法向应力 (b) 剪应力剪应力 22 /210/19.13 125. 2 03.28 mkNmkN B E B T x 圬 因此，所拟定的挡土墙尺寸满足稳定要求。因此，所拟定的挡土墙尺寸满足稳定要求。 72 四、增加挡土墙稳定性的措

53、施四、增加挡土墙稳定性的措施 （一）（一） 增加抗滑稳定性的方法增加抗滑稳定性的方法 土质地基，不陡土质地基，不陡1:5；岩石地基，；岩石地基， 不陡于不陡于1:3 凸榫的高度按照抗滑稳定性要求设计，凸榫的高度按照抗滑稳定性要求设计， 高宽比满足圬工刚性角的要求高宽比满足圬工刚性角的要求 倾斜基底倾斜基底 凸榫基底凸榫基底 73 （二）增加抗倾覆稳定性的方法（二）增加抗倾覆稳定性的方法 1. 展宽墙趾展宽墙趾 2. 改变墙面及墙背坡度改变墙面及墙背坡度 3. 改变墙身断面类型改变墙身断面类型 74 五、衡重式挡土墙设计五、衡重式挡土墙设计 衡重式挡墙属重力式挡墙；衡重台上填衡重式挡墙属重力式挡

54、墙；衡重台上填 土使得墙身重心后移，增加了墙身的稳定性；土使得墙身重心后移，增加了墙身的稳定性； 墙胸很陡，下墙背仰斜，可以减小墙的高度墙胸很陡，下墙背仰斜，可以减小墙的高度 和土方开挖；但基底面积较小，对地基要求和土方开挖；但基底面积较小，对地基要求 较高。较高。 衡重式挡土墙设计与一般重力式挡土墙相同。但衡重式挡土墙设计与一般重力式挡土墙相同。但 因为墙背为带有衡重台的折线形，所以土压力计算及因为墙背为带有衡重台的折线形，所以土压力计算及 墙身构造都有其特殊性。墙身构造都有其特殊性。 衡重式挡土墙稳定性验算的内容和要求同一般重衡重式挡土墙稳定性验算的内容和要求同一般重 力式挡土墙。当上墙出

55、现第二破裂面时，第二破裂面力式挡土墙。当上墙出现第二破裂面时，第二破裂面 与上墙墙背之间的填土与墙身一起移动，其重量应计与上墙墙背之间的填土与墙身一起移动，其重量应计 入墙身自重。入墙身自重。 75 验算墙身截面强度时，应按上墙实际墙背所承受验算墙身截面强度时，应按上墙实际墙背所承受 的土压力计算，验算内容同重力式。最危险的截面的土压力计算，验算内容同重力式。最危险的截面 是上下墙分界面是上下墙分界面2-2，以及与上墙土压力大致平行，以及与上墙土压力大致平行 的的3-3斜截面。对于斜截面验算，应将诸力投影到斜截面。对于斜截面验算，应将诸力投影到 斜截面上，验算的重点是抗剪强度能否满足要求。斜截

56、面上，验算的重点是抗剪强度能否满足要求。 76 第六节 浸水路堤挡土墙设计 n考虑因素：考虑因素： 1. 填料浸水受浮力，土压力减小；填料浸水受浮力，土压力减小； 2. 砂性土中砂性土中不变，粘性土浸水不变，粘性土浸水C降低；降低； 3. 墙背、墙面受静水压力，水位水平一致，两者墙背、墙面受静水压力，水位水平一致，两者 相互平衡；相互平衡； 4. 墙外水位骤降，墙后暴雨下渗在填料内出现渗墙外水位骤降，墙后暴雨下渗在填料内出现渗 流，受动水压力；流，受动水压力； 5. 墙身受水浮力作用，稳定性降低墙身受水浮力作用，稳定性降低 考虑因素：采用水中容重，考虑因素：采用水中容重，不变，破裂面不变不变，

57、破裂面不变 在此情况下，浸水挡土墙墙背土压力在此情况下，浸水挡土墙墙背土压力Eb可采用不浸水时可采用不浸水时 的土压力的土压力Ea扣除计算水位以下因浮力影响而减少的土压力扣除计算水位以下因浮力影响而减少的土压力 Eb 。 土压力：土压力：Eb=Ea-Eb Eb=0.5(-b)Hb2Ka 浸水容重：浸水容重： 1 1 b ws wd n 一、浸水挡土墙土压力计算一、浸水挡土墙土压力计算 1 1、填料为砂土时、填料为砂土时 土压力作用点的位置土压力作用点的位置： Z E ZE H EE bx axb b ab 3 将上下两层看作不同土层，先算上层将上下两层看作不同土层，先算上层E1，再把，再把 上

58、层填料看作均布荷载计算下层，二者矢量和作为上层填料看作均布荷载计算下层，二者矢量和作为 全墙土压力。全墙土压力。 在计算浸水部分的土压力在计算浸水部分的土压力E2时，现按水中重度时，现按水中重度 b b将上部土层及超载换算为均布土层作为超载。将上部土层及超载换算为均布土层作为超载。 上层超载为：上层超载为：hb=(h0+H1)/b 2. 填料是粘性土时填料是粘性土时 二、静水压力、动水压力与上浮力二、静水压力、动水压力与上浮力 1. 静水压力静水压力 墙胸受静水压力：墙胸受静水压力： 墙背受静水压力：墙背受静水压力： 2 1 sec 2 1 bwH P PH wb1 2 1 2 sec 其水平

59、分力及垂直分力为：其水平分力及垂直分力为： 2 1 2 1 bwx HP 2 1 tan 2 1 bwy HP 静水压力的垂直分力计入上浮力。静水压力的垂直分力计入上浮力。 2. 上浮力上浮力 PCHHB wbb2 1 2 () 对于常年浸水的挡土墙，上述静水压力及上对于常年浸水的挡土墙，上述静水压力及上 浮力在计算时应视作主要荷载组合中的作用力；浮力在计算时应视作主要荷载组合中的作用力； 对于季节性浸水的挡土墙，则当作附加组合对于季节性浸水的挡土墙，则当作附加组合 中的作用力。中的作用力。 当墙后为弱透水性填料时，由于墙外水位急骤当墙后为弱透水性填料时，由于墙外水位急骤 下降，在填料内部将产

60、生渗流，由此而引起动水下降，在填料内部将产生渗流，由此而引起动水 压力压力P3。 PI jw3 动水压力动水压力3的作用点为的作用点为面积的重面积的重 心，其方向平行于心，其方向平行于Ij。 透水性材料，动水压力一般很小，透水性材料，动水压力一般很小， 可略而不计。可略而不计。 3. 动水压力动水压力 具体验算方法同前述，只是验算时注意考虑浸水具体验算方法同前述，只是验算时注意考虑浸水 挡土墙的受力特点。挡土墙的受力特点。 设计浸水挡土墙，应求算最不利水位进行验算。设计浸水挡土墙，应求算最不利水位进行验算。 求算最不利水位：优选法求算最不利水位：优选法 三、浸水挡墙稳定性验算三、浸水挡墙稳定性