路基路面工程第六章 挡土墙设计

1、第六六章 挡土墙设计v第一节第一节 概述概述v第二节第二节 挡土墙的构造与布置挡土墙的构造与布置v第三节第三节 挡土墙土压力计算挡土墙土压力计算v第四节第四节 挡土墙设计总则挡土墙设计总则v第五节第五节 重力式挡土墙设计重力式挡土墙设计v第六节第六节 浸水路堤挡土墙设计浸水路堤挡土墙设计v第七节第七节 地震地区挡土墙设计地震地区挡土墙设计v第八节第八节 轻型挡土墙轻型挡土墙v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 挡土墙是支撑路基填土或者山坡土体侧压力、防止边坡挡土墙是支撑路基填土或者山坡土体侧压力、防止边坡或山坡变形失稳的工程构造物。广泛用于支撑路基边

2、坡、或山坡变形失稳的工程构造物。广泛用于支撑路基边坡、桥台、桥头引道和隧道洞口等处。桥台、桥头引道和隧道洞口等处。2. 挡土墙的作用挡土墙的作用 挡土墙设置与否，宜于与其工程方案比较确定：挡土墙设置与否，宜于与其工程方案比较确定：与移改路线位置进行比较；与移改路线位置进行比较；与填筑或开挖边坡相比较；与填筑或开挖边坡相比较；与拆移干扰路基的构造物（房屋、河流、水渠等）比较；与拆移干扰路基的构造物（房屋、河流、水渠等）比较；与设置其他类型的构造物（桥、护墙）等比较。与设置其他类型的构造物（桥、护墙）等比较。一、挡土墙一、挡土墙(Retaining Wall)的用途的用途33 挡土墙设置地段：挡土

3、墙设置地段：l 路基位于陡坡路段或岩石风化的路堑边坡；路基位于陡坡路段或岩石风化的路堑边坡；l 降低路基边坡高度以减少大量挖、填方量；降低路基边坡高度以减少大量挖、填方量；l 防止不良地质路段边坡滑坍；防止不良地质路段边坡滑坍；l 防止沿河陡坡路段水流冲刷；防止沿河陡坡路段水流冲刷；l 桥梁、隧道与路基的连接地段；桥梁、隧道与路基的连接地段；l 节约道路用地、减少拆迁或少占农田；节约道路用地、减少拆迁或少占农田；l 保护重要建筑、生态环境或其它需特殊保护地段。保护重要建筑、生态环境或其它需特殊保护地段。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、隧道洞口、桥梁两端及

4、河岸等。5边坡治理边坡治理 6京沈高速京沈高速. . 隧道与路基的连接地段；隧道与路基的连接地段；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。42) 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。53) 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

5、滑；抬高公路路基高程；收缩坡脚，减少占地，减少填方量。缩坡脚，减少占地，减少填方量。64) 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。9二、挡土墙的类型二、挡土墙的类型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，石砌挡墙，混凝土挡墙，钢筋混凝土挡墙，砖砌挡墙，钢筋混凝土挡墙，砖砌挡

6、墙，木质挡墙和钢板墙等。木质挡墙和钢板墙等。按挡土墙的结构形式分按挡土墙的结构形式分: : 重力式，半重力式，衡重重力式，半重力式，衡重式，悬臂式，扶壁式，锚杆式，式，悬臂式，扶壁式，锚杆式，拱式，锚定板式，板桩式和垛拱式，锚定板式，板桩式和垛式等。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. 一般用浆砌片石或块石砌筑，墙身不高时，可采用一般用浆砌片石或块石砌筑，墙身不高时，可采用干砌。缺乏石料地区或墙身较高时也用混凝土灌注。干砌。缺乏石料地区或墙身较高时也用混凝土灌注。3. 形式简单、取材容易、施工

7、简便，但对地基的承载形式简单、取材容易、施工简便，但对地基的承载能力要求较高能力要求较高10A竖直式竖直式B俯斜式俯斜式C仰斜式仰斜式D折线式折线式E衡重式衡重式衡重式挡土墙衡重式挡土墙(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，减少基上墙背俯斜而下墙背仰斜，可降低墙高，减少基础开挖，以及节约墙身断面尺寸。础开挖，以及节约墙身断面尺寸。3. 主要用于地面横坡较陡的路肩墙和路堤墙，也可主要用于地面横

8、坡较陡的路肩墙和路堤墙，也可用于拦挡落石的路堑墙。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、墙踵板三采用钢筋混凝土材料、由立臂、墙趾板、墙踵板三部分组成，墙的断面尺寸较小。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，需设置较多钢筋。墙高时立臂下部的弯矩较大，需设置较多钢筋。3. 宜在石料缺乏、地基承载力较低的填方地段位用。宜在石料缺乏、地基承载力较低的填方地段位用。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 wa

9、ll )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 锚杆挡土墙锚杆挡土墙( (Anchor Rod Retaining Wall ) ) 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

10、孔壁之间的粘结强度。20 锚杆（索）挡土墙锚杆（索）挡土墙21 锚杆挡土墙一般适用于岩质路堑地段，但其他具有锚固条件的路堑墙也可使用，还可应用于陡坡路堤。22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的抗拔力板共同组成，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。来维持墙体的稳定。1414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

11、挡土结构，由拉筋由墙板、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；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，由于其为柔性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，能适应地基轻微的结构，对地基承载力的要求不高，能适应地基轻微的变形，一般对墙高没有限制。变形，一般对墙高没有限制。1526加筋挡土墙加筋挡土墙27镀锌钢带加筋28AAB砌块砌块砌块组合式面板砌块组合式面板L形预制面板形预制面板装配式面板装配式面板面面板板面面板板29加筋土挡土墙预制块的安装加筋土挡土墙预制块的安装 30加筋土的回填 31土工格栅加

12、筋土工格栅加筋32土工格栅加筋建成土工格栅加筋建成56.5m高的加筋挡土墙高的加筋挡土墙33边坡支护土钉支护锚杆喷射混凝土边坡支护土钉支护锚杆喷射混凝土 34图图6-9 柱板式挡土墙柱板式挡土墙图图6-10 桩板式挡土墙桩板式挡土墙 用钢筋混凝土预制杆件，用钢筋混凝土预制杆件，纵横交错装配成框架，内填纵横交错装配成框架，内填土石，以抵抗土压力。土石，以抵抗土压力。适用适用于缺乏石料地区的路肩墙与于缺乏石料地区的路肩墙与路堤墙。路堤墙。 由桩柱和挡板组成，利用深埋由桩柱和挡板组成，利用深埋的桩柱前土层的被动土压力来平的桩柱前土层的被动土压力来平衡墙后主动土压力。衡墙后主动土压力。适用于土压适用于

13、土压力大，要求基础埋置深地段，可力大，要求基础埋置深地段，可用于路堑墙、路肩墙。用于路堑墙、路肩墙。35n桩板墙36格宾挡墙格宾挡墙 3738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 171. 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) 衡重式衡重式土压力：仰斜式墙背垂直墙背俯斜式墙背土压力：仰斜式墙背垂直墙背俯斜式墙背181) 仰斜仰斜 所受土压力小，因此墙身断面经济。所受土压力小，因此墙身断面经

14、济。 当用作路堑墙时，墙背与开挖的边坡较贴合，开挖与回填当用作路堑墙时，墙背与开挖的边坡较贴合，开挖与回填量均较小；但墙趾处地面横坡较陡时，墙高较高，断面增大，量均较小；但墙趾处地面横坡较陡时，墙高较高，断面增大，故不宜用于地面横坡较陡处。故不宜用于地面横坡较陡处。 墙背越缓，所受土压力越小，但施工越困难，故仰斜式墙墙背越缓，所受土压力越小，但施工越困难，故仰斜式墙背不宜过缓。背不宜过缓。 （一般控制（一般控制14（墙背斜度为（墙背斜度为1:0.25）182) 俯斜俯斜 所受土压力大，因此墙身断面较大。但当地面横坡较陡时，所受土压力大，因此墙身断面较大。但当地面横坡较陡时，可采用陡直的墙面，因

15、而减小墙高。可采用陡直的墙面，因而减小墙高。 坡度减缓对施工有利，但土压力随之增大，致使断面增大，坡度减缓对施工有利，但土压力随之增大，致使断面增大，因此坡度不宜过缓。因此坡度不宜过缓。 （ 一般控制一般控制2148（墙背斜度为（墙背斜度为1:0.4）183) 凸形折线式凸形折线式 上俯斜、下仰斜，断面较为经济。上俯斜、下仰斜，断面较为经济。4) 衡重式衡重式 可视为凸形折线形上下墙之间设一衡重台，并采用垂直可视为凸形折线形上下墙之间设一衡重台，并采用垂直墙面。墙面。 （上墙墙背斜度通常为（上墙墙背斜度通常为1:0.251:0.45，下墙一般为，下墙一般为1:0.25左右。上下墙高比通常用左右

16、。上下墙高比通常用2:3）。）。183. 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50cm，干，干砌的不小于砌的不小于60cm。 （作路肩墙时，一般采用粗料石或低强度等级混凝土做（作路肩墙时，一般采用粗料石或低强度等级混凝土做成帽石，厚度约为成帽石，厚度约为40cm40cm）。）。 （路堑墙和路堤墙可以不做帽石，墙顶用大块石砌筑，（路堑墙和路堤墙可以不做帽石，墙顶用大块石砌筑，并用砂浆抹平）。并用砂浆抹平）。2. 墙面墙面 坡度与墙背坡度相协调，并考虑墙趾处地面的横坡度。坡度与墙背坡度相协调，并考虑墙趾处地面的横坡度。 （地面横坡较陡时，墙面可直立

17、或外斜（地面横坡较陡时，墙面可直立或外斜1:0.051:0.2，以，以减小墙高）。减小墙高）。 （当地面横坡平缓时，墙面可放缓，采用（当地面横坡平缓时，墙面可放缓，采用1:0.21:0.35较较为经济，但不宜缓于为经济，但不宜缓于1:0.4，以免过多增加墙高。），以免过多增加墙高。） 为保证交通安全，在地形险峻地段，或过高过为保证交通安全，在地形险峻地段，或过高过长的路肩墙的墙顶应设置护栏。长的路肩墙的墙顶应设置护栏。 护栏距路面的距离，应满足路肩最小宽度要求。护栏距路面的距离，应满足路肩最小宽度要求。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（形式选择和埋深确定）（二）

18、基础（形式选择和埋深确定）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，才挡土墙通常采用浅基础，只有在特殊情况下，才使用桩基。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，增当地基软弱，墙身较高时，为减少基底压应力，增加稳定性，墙趾可做成台阶，以拓宽基底。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、矿渣或石地基为较弱土层时，可用砂砾、碎石、矿渣或石灰土等质量较好的材料换填，以提高地基承载力。灰土等质量较好的材料换填，以提高地基承载力。19a）扩大基础

19、；）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 基础埋深取决于地质条件、水文情况、冻结深度、邻近基础埋深取决于地质条件、水文情况、冻结深度、邻近建筑物的基础影响等，考虑冲刷线及冻结深度建筑物的基础影响等，考虑冲刷线及冻结深度 。 冻结深度冻结深度1m时，基底应在冻结线以下时，基底应在冻结线以下 0.25m，并，并符合基础最小埋置深度符合基础最小埋置深度 1m的要求。的要求。 冻结深度冻结深度1m时，基底最小埋深应时，基底

20、最小埋深应 1.25m，还应，还应将基底冻结线以下将基底冻结线以下0.25m深度范围内地基土换填为弱冻胀性深度范围内地基土换填为弱冻胀性填料。填料。 水流冲刷时，按路基设计洪水频率计算冲刷深度，水流冲刷时，按路基设计洪水频率计算冲刷深度，基底应置于局部冲刷线以下基底应置于局部冲刷线以下 1.0m。 路堑式挡土墙基础顶面应低于路堑边沟底面路堑式挡土墙基础顶面应低于路堑边沟底面 0.5m。 风化层不厚的硬质岩石基础上，基底一般应置于基风化层不厚的硬质岩石基础上，基底一般应置于基岩表面以下岩表面以下0.150.6m；软质岩石地基，基底最小埋置深度；软质岩石地基，基底最小埋置深度 1.0m。20（三）

21、排水设施（三）排水设施 1. 排水设施的作用排水设施的作用 疏干墙后填料中的水分，防止地表水下渗造成墙后积疏干墙后填料中的水分，防止地表水下渗造成墙后积水，使墙身承受额外的静水压力；水，使墙身承受额外的静水压力； 消除粘性土填料中因含水率增加而产生的膨胀压力；消除粘性土填料中因含水率增加而产生的膨胀压力； 减小季节性冰冻地区填料的冻胀压力。减小季节性冰冻地区填料的冻胀压力。20（三）排水设施（三）排水设施2. 排水设施：地面排水和墙身排水两部分排水设施：地面排水和墙身排水两部分 地面排水：防止地表水渗入墙背填料或地基。地面排水：防止地表水渗入墙背填料或地基。 措施：设置地面排水沟，截留地表水；

22、措施：设置地面排水沟，截留地表水； 夯实回填土顶面和地表松土，减少雨水和地面水夯实回填土顶面和地表松土，减少雨水和地面水下渗；必要时加设铺砌，采取封闭措施；下渗；必要时加设铺砌，采取封闭措施； 夯实墙前回填土及加固边沟。夯实墙前回填土及加固边沟。 墙身排水：迅速排除墙后积水。墙身排水：迅速排除墙后积水。 措施：设泄水孔。根据墙后填料性质的不同，分别注意措施：设泄水孔。根据墙后填料性质的不同，分别注意设置反滤层、隔水层、封闭层。设置反滤层、隔水层、封闭层。 严寒地区或附近环境水有侵蚀性时，作防水处理严寒地区或附近环境水有侵蚀性时，作防水处理（石砌挡土墙先抹一层水泥砂浆，再涂以热沥青；混凝土（石砌

23、挡土墙先抹一层水泥砂浆，再涂以热沥青；混凝土挡土墙则涂以热沥青。）挡土墙则涂以热沥青。） 。2020（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，设根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变；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，须设置化作用而产生的裂缝，须设置伸缩缝伸缩缝。 通常将沉降缝和伸缩缝结合在一起，统称为通常将沉降缝和伸缩缝结合在一起，统称为沉沉降伸缩缝或变形缝降伸缩缝或变形缝。 各类挡土墙应根据构

24、造特点，设置容纳构件收缩、各类挡土墙应根据构造特点，设置容纳构件收缩、膨胀以及适应不均匀沉降情况的变形缝构造。膨胀以及适应不均匀沉降情况的变形缝构造。21 重力式、半重力式、悬臂式、扶壁式等具有整体式墙身的重力式、半重力式、悬臂式、扶壁式等具有整体式墙身的挡土墙，一般沿墙长挡土墙，一般沿墙长1015m或与其他建筑物连接处设置伸缩缝；或与其他建筑物连接处设置伸缩缝； 挡土墙高度突变或基底地质、水文情况变化处宜设置沉降挡土墙高度突变或基底地质、水文情况变化处宜设置沉降缝；缝； 平曲线路段挡土墙按折线布置时，转折处宜设置沉降缝。平曲线路段挡土墙按折线布置时，转折处宜设置沉降缝。二、挡土墙的布置二、挡

25、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主要是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、路堤墙或浸水选定，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。挡墙，并确定断面形式及初步尺寸。21 确定挡土墙的起讫点和墙长，选择挡土墙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。与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，确定伸缩缝按地基及地形情况进行分段，确定伸缩缝与沉降缝的位置。与沉降缝的位置。 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、

26、间隔和尺布置泄水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸等。寸等。（二）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、纵向挡墙和曲面挡墙，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

27、载）；基底的支撑力与摩阻力；基底的支撑力与摩阻力；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，而在地震区应考虑在浸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

28、取舍，应根据挡地震对挡土墙的影响。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土墙所处的具体工作条件，按最不利的组合作为设计的依据。设计的依据。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263）被动土压力）被动土压力（Passive earth pressure)1）静止土压力）静止土压力（Earth

29、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。体的稳定。 墙趾前土体的被动土压力一般不计

30、。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摩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。或拉伸变形的刚体。 (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，破裂棱体在其自重衡状态，破裂棱体在其自重G、墙背反力、墙背反力E和破和破裂面上反力裂面上反力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；而其中使主通过墙踵假拟若干个破裂面；而其中使主动土压

31、力值达到最大的那个破裂面，即为最大危动土压力值达到最大的那个破裂面，即为最大危险的破裂面。险的破裂面。 (2) 当墙身向外移动或绕墙趾外倾时，墙背填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。将具有和对数料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。螺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（土楔上无荷载作用作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时），与墙背的法线夹角为。1. 破裂面交于内边坡破裂面交于内边坡由正弦定理

32、：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(sec2122HEa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，随

33、破裂面的位置而变化，即即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，得到最大土压力公式和最危险破裂角如下：最危险破裂角如下：222221cos ()1= 22sin()sin()coscos() 1cos()cos()aaEHH K tgQQPRP242Pcossincos(- )-sin coscos(-)Q=cos(-)cos(+ )-cos(- )cos(+)Rcos sincos(-)-sincos(- )cos 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31a)

34、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。tghaHHhdbabHahHa)22(21)(21B)(2(21=A000001) 破裂面交于荷载中部破裂面交于荷载中部 A =B001212122200()()aHabl hH Ha tg2) 破裂面交于荷载外侧破裂面交于荷载外侧 A =B0012121222()()aHabH Ha tg3) 破裂面交于荷载内侧破裂面交于荷载内侧 323. 破裂面交于外边坡破裂面交于外边坡33EBa()cos()sin()Acoscos( -01 01210sin)(21HtgctgaHLbA00

35、2120)()( 2)(21hltgHabctgaHLbaHB34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；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

36、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，衡重式和悬臂式挡土墙，因系假想墙面，只要满足第一个条件，就会产挡土墙，因系假想墙面，只要满足第一个条件，就会产生第二破裂面。生第二破裂面。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, ,衡重式考衡重式考虑是否出现第二破裂面。虑是否出现第二破裂面。 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

37、墙 ，分别计，分别计算取两者矢量和。算取两者矢量和。（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，延长在上墙土压力算出后，延长下墙墙背交于填土表面下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 372. 力多边形法力多边形法 在墙

38、背土体处于极限平衡条件下，作用于破裂棱体上的诸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。在算得上墙土压力力，应构成矢量闭合的力多边形。在算得上墙土压力E1后，就后，就可绘出下墙任一破裂面力多边形。利用力多边形来推求下墙土可绘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来计算 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

39、，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.首先求得当首先求得当c=0时的土压时的土压力力E，Ea=EEc ； 2.再求得由于粘聚力的作用再求得由于粘聚力的作用而减少的土压力而减少的土压力Ec 3.用求驻点的办法求最大土用求驻点的办法求最大土压力和最危险破裂面压力和最危险破裂面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，首先求得上一土层填土为两层以上不同性质的土体

40、，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。的土压力及作用点，并近似的假定上下两土层层面平行。 计算下一土层时，将上一土层视为均布荷载，按地面为一计算下一土层时，将上一土层视为均布荷载，按地面为一平面时的库仑公式计算。平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得的破裂面的倾角时，墙后填料将沿着陡破面计算求得的破裂面的倾角时

41、，墙后填料将沿着陡破面( (或滑动或滑动面面) )下滑，而不是沿着计算破裂面下滑。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 KKxPPP1212222cos ()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，可计埋置较深且地层稳定、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入，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

42、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. 0arcta/p>

43、335假设破裂面交于荷载外侧假设破裂面交于荷载外侧 5 .1252121220HA775. 84 . 35 . 325. 0521tan2120020hlHB1644. 0)/)(tancot(tantantan00AB 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(521)2(2100hHHA885. 74 . 315. 025. 0)4 . 325(521tan)2(2100dhhHHB2097529. 0)5 .29885. 79759. 0)(4281. 19759

44、. 0(9759. 0)/)(tancot(tantantan00AB5836校核假定：校核假定： mH76. 37529. 05tanmdH4 . 115. 025. 05tanmldH9 . 45 . 31 . 025. 05tan00tantantanldHHdH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()c

45、os()tan(00mkNEEax/28.75)cos(mkNEEay/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：原则： 根据挡土墙所处的具体工作条件、最不利组合根据挡土墙所处的具体工作条件、最不利组合 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 地震地区地震地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整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体失

46、去平衡；平衡； 2)2)挡土墙构件或连接部件因材料强度超过而破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；坏，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 设计方法：设计方法：“极限状态分项系数法极限状态分项系数法”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

47、或耐久性的局部破坏（包括裂影响正常使用或耐久性的局部破坏（包括裂缝）；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，按表结构材料、岩土性能的分项系数，按表6-11规定选用；规定选用； d结构或结构构件几何参数的设计值，当无可靠数据时，结构或结构构件

48、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。可采用几何参数标准值。)(0 RS),()(dfkRRR3. 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，能力，用抗滑稳定系数用抗滑稳定系数Kc表示表示。xpycEEEGK)(3 . 1ccKK若将竖直方向的力若将竖直方向的

49、力 和水平方向的和水平方向的力力Ex分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：N00sincosxENN00sincosNETx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： 0000)(sinNtgEtgEtgENTENKxpxpc 除验算沿基底的抗滑稳定性外，尚应验算沿墙除验算沿基底的抗滑稳定性外，尚应验算沿墙踵水平面（踵水平面（I-II-I面）上的抗滑稳定性，以免挡土墙面）上的抗滑

50、稳定性，以免挡土墙连同地基土体一起滑动。连同地基土体一起滑动。 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：xncEfGNK)(Gnf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

51、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；0GyxppxyGZE ZE ZKE Z5 . 100 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) 轴心荷载作用时轴心荷载作用时ANp1式中：式中：P基底平均压应力，基底平均压应力，

52、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)BeANpBeANp61611min1max式中：式中：pmax,pmin基底边缘最大、最小压应力设计值，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。6Be 当当 时时 yxxyyGynEGzEZEGzBNMM

53、BZBe2220当当 时时6Be 基底的一侧将出现拉应力，考虑到一般情况下地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基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。分布计算基底最大压应力。0,32min1maxpCNp)2/( 2BeeBC式中：式中： 倾斜基底的宽度倾斜基底的宽度B为：为：)cos(cos0BB倾斜基地的合力偏心距倾斜基地的合力偏心距e为：为：022NMMBZBeyn基底的法向应力：基底的法向应力：)61 (minmaxBeBNppmax32nZNp(|e|B/6) (|e|B/6) 2. 基底合力偏心距基底合

54、力偏心距6/0Be 5/0Be 4/0Be 6/0Be 5/0Be 4/0Be 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，中中密碎、砾石，中砂砂基底合力偏心距基底合力偏心距603. 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

55、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式计算：式计算：615 . 032211hbffK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

56、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

57、，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。63 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

58、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。iTxiE2. 剪应力验算剪应力验算 重力式挡土墙只验算水平剪应力。

59、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ixiiiiBEBT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 353/17mkN土32kPa1300圬kPa210mkNG/5 .15922545. 1抗滑稳定验算：抗滑稳

60、定验算： 3 . 1913. 0)(xycEfEGK 解解 如右图所示，墙重如右图所示，墙重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/75.2332225)25. 20 . 2(3 . 1308. 128.754 . 0)33.1275.233(cK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. 20 xxp