土力学第7章土压力与挡土结构(任务6挡土墙设计)

1、第七章第七章任务6：挡土墙设计挡土墙就其挡土墙就其结构型式结构型式可分为以下主要类型：可分为以下主要类型： ( (一一) )重力式挡土墙重力式挡土墙重力式挡土墙是靠重力式挡土墙是靠墙体自身重量墙体自身重量来来维持平衡维持平衡，常用材，常用材料为料为块石块石或或素砼素砼，宜用于，宜用于高度小于高度小于6m6m，地层，地层稳定稳定、开、开挖土石方时挖土石方时不会不会危及危及相邻建筑物相邻建筑物安全的地段。安全的地段。优点是优点是结构简单结构简单、施工方便施工方便、就地取材就地取材等。工程上应用广泛等。工程上应用广泛。任务6：挡土墙设计（续）（续） ( (二二) )悬臂式悬臂式挡土墙挡土墙 悬臂式挡

2、土墙一般用悬臂式挡土墙一般用钢筋钢筋混凝土混凝土建造，它由建造，它由三个悬臂三个悬臂板板组成，即组成，即立壁立壁，墙趾悬臂墙趾悬臂和和墙踵悬臂墙踵悬臂，如右图所示。，如右图所示。墙的稳定主要靠墙的稳定主要靠墙踵底板墙踵底板上上的的土重土重，而墙体内的拉应力，而墙体内的拉应力则由则由钢筋钢筋承担，因此能充分承担，因此能充分利用钢筋砼的受力特点，在利用钢筋砼的受力特点，在市政工程市政工程及及厂矿贮存库厂矿贮存库中经中经常使用。常使用。（续）（续）( (三三) )扶壁式扶壁式挡土墙挡土墙 当墙后当墙后填土比较高填土比较高时，时，为了为了增强增强悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙立立壁的壁的抗弯抗弯性能，常沿墙

3、的性能，常沿墙的纵向每隔（纵向每隔（0.80.81.01.0）h(hh(h为墙高为墙高) )设一道设一道扶壁扶壁，如右，如右图，故称为扶壁式挡土墙。图，故称为扶壁式挡土墙。扶壁间的填土可增加扶壁间的填土可增加抗滑抗滑抗倾覆抗倾覆能力。能力。常用于常用于重要的大型重要的大型土建工土建工程。程。（续）（续）( (四四) )锚定板锚定板及及锚杆式锚杆式挡土墙挡土墙 锚定板锚定板挡土墙的结构，一般挡土墙的结构，一般由由预制的预制的钢筋砼立柱、墙面、钢筋砼立柱、墙面、钢拉杆和钢拉杆和埋在填土中埋在填土中的的锚定板锚定板组成。组成。锚杆式锚杆式挡土墙是利用挡土墙是利用嵌入坚嵌入坚实岩层实岩层的的灌浆锚杆灌

4、浆锚杆作为拉杆的作为拉杆的一种挡土墙结构。一种挡土墙结构。常用于常用于铁路路基、护坡、桥铁路路基、护坡、桥台及基坑支护台及基坑支护等。等。柱板式锚杆挡土墙锚定板挡土墙挡土墙的各部分名称挡土墙的各部分名称：如右下图所示：如右下图所示墙面墙面：暴露于：暴露于外外的的正面正面。有垂直和向后倾斜两种。有垂直和向后倾斜两种。墙背：与填土接触的背面。可做成倾斜和垂直的。墙背：与填土接触的背面。可做成倾斜和垂直的。墙基墙基：挡土墙：挡土墙全部埋在地下的部分全部埋在地下的部分，与持力层接，与持力层接触。触。墙趾墙趾：墙基的：墙基的前缘前缘。墙踵：墙基的后缘。墙踵：墙基的后缘。墙顶：挡土墙的顶面。墙顶：挡土墙的

5、顶面。墙背的主要形式墙背的主要形式墙背的墙背的主动主动土压力：土压力：仰斜式垂直式俯斜式仰斜式垂直式俯斜式。如为如为挖方挖方边坡，采用边坡，采用仰斜式仰斜式与边坡紧密结合；如为与边坡紧密结合；如为填方填方边坡，采用边坡，采用垂直式垂直式或或俯斜式俯斜式，利于墙背填土夯，利于墙背填土夯实。实。 挡土墙的设计一般采用挡土墙的设计一般采用试算法试算法，即先根据挡土墙，即先根据挡土墙所处的条件和构造要求（工程性质、墙后土体性质、所处的条件和构造要求（工程性质、墙后土体性质、荷载情况、建筑材料、施工条件），凭荷载情况、建筑材料、施工条件），凭经验经验初步拟定初步拟定墙型墙型和和截面尺寸截面尺寸，然后进行

6、挡土墙的，然后进行挡土墙的验算验算，如不满足，如不满足要求，则改变截面尺寸或采取其他措施。要求，则改变截面尺寸或采取其他措施。挡土墙的设计的基本步骤挡土墙的设计的基本步骤：（1 1）选择）选择墙型墙型，确定挡土墙的，确定挡土墙的截面尺寸截面尺寸； （2 2）稳定性稳定性验算，包括验算，包括抗倾覆抗倾覆和和抗滑移抗滑移稳定验算；稳定验算；（3 3）地基的）地基的承载力承载力验算；验算；（4 4）墙身）墙身强度强度验算；验算；（5 5）抗震抗震计算。计算。任务6：挡土墙设计一、选择一、选择倾斜形式倾斜形式根据边坡实际情况，选择挡土墙的倾斜形式：根据边坡实际情况，选择挡土墙的倾斜形式：仰仰斜式、垂直

7、式、俯斜式斜式、垂直式、俯斜式。挖方段挖方段采用采用仰斜式仰斜式；填方段填方段采用采用垂直式垂直式或或俯斜式俯斜式。（以重力式挡土墙为例）任务6：挡土墙设计二、确定截面尺寸二、确定截面尺寸1 1、确定墙后、确定墙后填土形式填土形式：水平还是斜坡？：水平还是斜坡？2 2、确定、确定高度高度：墙顶高程。：墙顶高程。3 3、确定墙顶、确定墙顶宽度宽度：砌石和素砼：砌石和素砼0.5m0.5m，钢筋砼，钢筋砼0.3m0.3m。4 4、确定墙底、确定墙底宽度宽度：底宽：底宽b=(0.5b=(0.50.7)h0.7)h，(h(h为墙高为墙高) )；持力层为卵石、碎石时取小值，为黏性土时取大值。持力层为卵石、

8、碎石时取小值，为黏性土时取大值。 经挡墙经挡墙抗滑移抗滑移稳定与稳定与抗倾覆抗倾覆稳定验算，如安全系稳定验算，如安全系数数过大过大，适当减小适当减小墙底宽度；反之，安全系数过小，墙底宽度；反之，安全系数过小，适当加大底宽或采取其它措施。适当加大底宽或采取其它措施。三、选择墙面坡度和墙背坡度三、选择墙面坡度和墙背坡度当选择当选择仰斜式仰斜式时：时：1 1、墙面坡度：墙面坡度：墙 前 坡 度 较 陡 ， 可 取墙 前 坡 度 较 陡 ， 可 取 1 1 ：0.050.051 1：0.20.2或直立；或直立；墙前坡度较平坦，墙前坡度较平坦，中、高挡土中、高挡土墙墙1 1：0.40.4。 愈缓墙身越长

9、、开挖愈多。愈缓墙身越长、开挖愈多。2 2、墙背坡度：、墙背坡度：1 1：0.250.25 愈缓主动土压力愈小，但愈缓主动土压力愈小，但施工愈困难。施工愈困难。面坡面坡应尽量与应尽量与背坡背坡平行平行。10.2四、设置墙基底逆坡四、设置墙基底逆坡逆坡度（n：1）： 土质地基 0.1：1 岩石地基0.2：1 作用：增加基底抗滑稳定性但由于基底倾斜，减少了承载力，因此，地基承载力需折减： 基底逆坡0.1：1时，折减系数0.9； 基底逆坡0.2：1时，折减系数0.8。1n五、设置墙趾台阶五、设置墙趾台阶1、台阶高宽比： h：a (a20cm)2、夹角：应为直角或钝角。3、基底法向反力的偏心距满足：

10、e0.25b(1/4b) (b为无台阶时的基底宽度)作用：扩大基底面积，减小基底压应力，增大持力层受力面积。ah墙趾eb六、采取适当排水措施六、采取适当排水措施1 1、排水不良排水不良：水渗入墙：水渗入墙后，后，降低挡土墙稳定性降低挡土墙稳定性。墙后填土抗剪强度墙后填土抗剪强度降低降低，土压力土压力增大增大；若积水，产；若积水，产生生水压力水压力，静、动水压力，静、动水压力让挡墙形成了拦水坝，让挡墙形成了拦水坝，更更加危险加危险。墙前排水沟六、采取适当排水措施六、采取适当排水措施2 2、设置：、设置： 1 1）纵横纵横两向设两向设泄水孔泄水孔：间距间距2 23m3m，外斜，外斜5%5%，孔眼，

11、孔眼直径直径100mm100mm。2 2）墙后设）墙后设滤水层滤水层（碎石宽（碎石宽500mm500mm）和）和排水暗沟排水暗沟，墙顶，墙顶背后设防水层。背后设防水层。3)3)墙后有墙后有斜坡斜坡时，坡下设时，坡下设截水沟截水沟，纵向排水。，纵向排水。3 3、作用：、作用：尽快尽快把水把水排出排出挡土墙外。挡土墙外。墙前排水沟七、填土质量要求七、填土质量要求填料填料： 首选首选砂土、砾石、碎石砂土、砾石、碎石，抗剪强度稳定抗剪强度稳定，易于易于排水排水； 次选次选黏性土黏性土分层分层夯实夯实（密实度（密实度85%85%）。）。 冻土地区：选择冻土地区：选择非冻胀性非冻胀性填料（炉渣、碎填料（炉

12、渣、碎石、粗砂）石、粗砂） 不应采用不应采用：淤泥、耕植土（未固结、抗剪：淤泥、耕植土（未固结、抗剪强度低）和膨胀性黏土（遇水膨胀增加土压强度低）和膨胀性黏土（遇水膨胀增加土压力）。力）。 不含杂物不含杂物：冻结土块、木块（树根、树：冻结土块、木块（树根、树枝）、建筑垃圾。枝）、建筑垃圾。挡土墙的验算挡土墙的验算1 1、挡土墙的、挡土墙的稳定性稳定性验算：验算：包括：包括：1 1）、）、抗滑移抗滑移稳定性验算；稳定性验算；2 2）、）、抗倾覆抗倾覆稳定性验算；稳定性验算；2 2、地基、地基承载力承载力验算；验算；3 3、墙身、墙身强度强度验算。验算。挡土墙的验算挡土墙的验算1 1、挡土墙的、挡

13、土墙的稳定性稳定性验算：验算：抗滑移抗滑移稳定稳定挡土墙在挡土墙在墙背土压力墙背土压力作用下可能作用下可能沿沿着墙底着墙底发生发生滑动破坏滑动破坏，要保证挡土墙的，要保证挡土墙的抗滑移抗滑移稳定稳定性，必须要求性，必须要求抗滑力抗滑力和和滑动力滑动力之比之比不小于不小于1.31.3，该比，该比值称为值称为抗滑安全系数抗滑安全系数，即，即3 . 1滑动力抗滑力sK挡土墙的验算挡土墙的验算1 1、挡土墙的、挡土墙的稳定性稳定性验算：验算：抗倾覆抗倾覆稳定稳定挡土墙在挡土墙在墙背土压力墙背土压力作用下可能作用下可能绕绕墙趾墙趾向前发生向前发生转动而倾覆转动而倾覆，要保证挡土墙的，要保证挡土墙的抗倾覆

14、抗倾覆稳定性，必须要求稳定性，必须要求抗倾覆力矩抗倾覆力矩和和倾覆力矩倾覆力矩之比之比不小不小于于1.61.6，该比值称为，该比值称为抗倾覆安全系数抗倾覆安全系数，即，即6 . 11倾覆力矩抗倾覆力矩K1 1、抗滑移稳定性验算、抗滑移稳定性验算验算沿基底向外滑移的可能性。分解挡土墙自重G和主动土压力Ea为垂直和平行于基底的两个分力。Gn、Ean为垂直墙底分量，Gt、Eat为平行墙底分量。那么，抗滑移力为(Gn+Ean)，滑移力为(Ea t-Gt)，则抗滑移安全系数抗滑移安全系数为：（有关符号的意义见P152）土对挡土墙基底的摩擦系数，见“表7-2”。3 . 1)(tatannsGEEGKGGt

15、Gn00EaEatEan基底1 1、抗滑移稳定性验算、抗滑移稳定性验算当墙背直立(=90)，基底水平(0=0)时：当Ks不满足要求时，可修改挡土墙的断面尺寸加大自重，或在基底铺砂石垫层提高摩擦系数等，提高挡土墙的抗滑稳定性。3 . 1cos)sin(aasEEGKcosaatEEsinaanEEGGtGn00EaEatEan基底GGn0tG2 2、抗倾覆稳定性验算、抗倾覆稳定性验算验算沿墙趾O点向外倾覆的可能性。分解主动土压力Ea为水平分力Eax和垂直分力Eaz 。对O点倾覆力矩为Eax Zf，抗倾覆力矩为Gx0+ Eaz xf，则抗倾覆安全系数抗倾覆安全系数为：（有关符号的意义见P153）6

16、 . 10faxfaztzExExGK0EaEaxEaz基底教材未标注Z、Zf2 2、抗倾覆稳定性验算、抗倾覆稳定性验算当墙背直立(=90)，基底水平(0=0)时：当Kt不满足要求时，可采取修改挡土墙的断面尺寸加大自重，伸长墙址增加力臂长度、将墙背做成仰斜式减小土压力等措施，增加挡土墙的抗倾覆稳定性。cosaaxEEsinaazEEcotzbxfzzf0EaEaxEaz基底教材未标注Z、Zf3 3、地基承载力的验算、地基承载力的验算1）求合力N作用点对O点的距离C及形心的偏心距e： 分解主动土压力Ea为垂直分力Eaz和水平分力Eax。 合力N： 合力距等于各分力矩之和： Nc=Gx0+ Eazxf- Eaxzf 则：0GNEaxEazzfxfx0bOceb/2b/23cpmaxpmaxpminNzExEGxcfaxfaz0cbe20cosbb 22)(axazEEGN3 3、地基承载力的验算、地基承载力的验算2)挡土墙基底压力按下式计算： 地基承载力，KPa。当eb/6时，基底压力呈梯形或三角形分布；当eb/6时，基底压力呈三角形分布：地基承载力的验算要求同时满足：0GNEaxEazzfxfx0bOceb/2b/23cpmaxpmaxpminafbebNp2 . 1)61 (m