第六章挡土墙设计

第6章挡土墙设计

3/7/20243/7/20246.1挡土墙的用途

1）支撑土体，保持稳定；2）减少填挖方数量，节约用地；3）防止水流冲刷（浸水挡土墙）；4）防治滑坡（山坡墙）。3/7/20246.2挡土墙的类型

1）按设置位置分为：路肩墙路堤墙路堑墙山坡墙3/7/20242）按结构特点分为：重力式（衡重式）薄壁式（钢筋混凝土）锚固式（锚杆、锚碇板式）加筋土式柱板式桩板式等3/7/20243/7/2024

3）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挡墙木质挡墙钢板墙3/7/20243/7/20246.3挡土墙的构造

挡土墙一般由

墙身基础排水设施伸缩缝组成

墙身由墙顶、墙面、墙背、墙底（墙趾、墙踵）组成3/7/20243/7/20243/7/20244）基础①保证地基承载力要求，如采用扩大基础、钢筋混凝土底板等。②埋置深度要求：防冲刷、防冻胀对于土质地基，无冲刷时，地面线以下至少1m；有冲刷时，冲刷线以下至少1m；有冻害时，冻结线以下至少0.25m。对于石质地基，要考虑嵌岩深度和襟边宽度对于滑动地基，处于滑动面以下至少0.5m（稳定岩层）2m（稳定土层）3/7/20245）排水目的：防止地基承载力下降，减小墙背静水压力、冻胀压力、填料膨胀压力等。措施：截水沟、边沟、墙背粘土隔水层、粒料反滤层、排水层、墙身泄水孔等。3/7/20246）接缝起沉降缝、伸缩缝作用。间距10~15m，缝宽2~3cm，缝内填塞有弹性的材料。3/7/20246.4挡土墙的布置1、挡土墙的横向布置：确定断面形式、初步尺寸、选择位置。2、挡土墙的纵向布置：1）起讫点、衔接方式2）确定变形缝的位置3）布置基础4）布置泄水孔位置5）布置各特征点的桩号和标高3、平面布置：标示与路线平面位置、地物、地貌的关系3/7/2024挡土墙标准断面图3/7/2024路堤挡土墙横断面图路堑挡土墙横断面图3/7/2024挡土墙立面图3/7/20246.5作用在挡土墙上的力系3/7/2024主动、被动、静止土压力3/7/2024路基挡土墙的土压力考虑1、主动土压力与被动土压力的区分：假定挡土墙处于极限移动状态，土体有沿墙及假想破裂面移动的趋势，则土推墙即为主动土压力，墙推土即为被动土压力。2、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体的稳定。墙趾前土体的被动土压力一般不计。3/7/2024

土压力的计算1）基本假设（库伦，1776年）（1）填料为均质、各向同性的散粒体，仅有内摩擦力而无粘结力，填料表面为平面；（2）墙身外倾时出现沿墙踵的平面破裂面，破裂面上摩阻力为tgφ；（3）破裂面上土体为刚性体，下滑时土体与墙背间存在内摩阻力tgδ；（4）考虑单位长度墙段。2）一般情况幻灯片263/7/20243/7/2024

3/7/2024同理可求其它情况的最大主动土压力：2）破裂面交于路基内、荷载的内侧3）破裂面交于荷载范围内4）破裂面交于荷载的外侧、路基上5）破裂面交于外边坡3/7/2024a)交于荷载内侧；b)交于荷载中部；c)交于荷载外侧；d）破裂面交于外边坡back幻灯片293/7/2024例6.1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γ=17kN/m3,ϕ＝35°，δ＝（2/3）ϕ。（1）求破裂角θ根据已知条件得假设破裂面交于荷载分布范围以外3/7/2024计算结果显然与原假设不符合。故重新假定破裂面交于荷载分布范围内，按公式计算3/7/2024校核假定：故破裂面交于荷载分布范围内，与假设符合。破裂面位置3/7/2024（2）求土压力系数、土压力：3/7/20243）、大俯角墙背的主动土压力—第二破裂面法有时土体并不沿墙背滑动，而是沿另一滑动面滑动，这一般是折线形重力墙背、悬臂墙墙背或带衡重台的墙背，其倾角大于第二破裂面的倾角αi、且墙背面上的抗滑力大于下滑力的情况。出现第二破裂面的条件：1、墙背或假想墙背的倾角α或α’必须大于第二破裂面的倾角αi，即墙背或假想墙背不妨碍第二破裂面的出现；2、在墙背或假想墙背面上产生的抗滑力必须大于其下滑力，即NR>NG，或Extan(α+δ)>Ey+G，使破裂棱体不会沿墙背或假想墙背下滑。一般俯斜挡土墙为避免土压力过大，很少采用平缓背坡，不易出现α>αi的情况，不出现第二破裂面；衡重式挡墙的上墙或悬臂式墙，因采用的是假想的墙背，δ=φ，只要α>αi，即存在第二破裂面。3/7/2024第二破裂面情况3/7/2024图6-18延长墙背法图6-19力多边形法3/7/2024图6-20路堤墙粘性土主动土压力计算3/7/2024图6-22有限范围内填土的土压力计算3/7/20248）计算参数：填料的计算内摩擦角和重度墙背摩擦角填料种类计算内摩擦角重度γ（kN/m3）粘性土15°～30°17砂类土28°～40°18砂砾、卵石土35°～40°18～19碎石土、不易风化的岩石碎块40°～45°19不易风化的石块45°～50°19～20填料的计算内摩擦角和重度参考值3/7/20243/7/20246.6车辆荷载的换算q——附加荷载的强度(kN/m2)按荷载强度换算：3/7/2024按破裂土体范围内的车辆荷载换算：3/7/20246.7挡土墙的荷载组合3/7/20243/7/20243/7/20243/7/20243/7/2024按正常使用极限状态设计时，通常采用上表所列的各分项系数；当对挡土墙进行基础合力偏心距和圬工结构合力偏心距计算时，除被动土压力采用0.3外，其他全部荷载系数采用1.0。3/7/20246.8挡土墙稳定性验算3/7/20243/7/20243/7/20243）基底应力、合力偏心距验算

3/7/2024基底合力偏心距满足表6-14的要求.基底应力满足:轴向荷载作用:偏心荷载作用:其中地基承载力抗力值f值可以根据不同荷载组合予以提高，提高系数K按表6-16取值。3/7/20244）墙身截面强度验算

选择墙身断面变化处、墙身底部、1/2墙高处，按轴心受压、偏心受压或受弯构件进行强度验算。1、强度验算2、稳定验算3、正截面剪应力验算3/7/2024例6.2：某俯斜式重力式挡土墙如图所示，墙高为5.5m,墙面和墙背坡度均为1：0.25（），挡土墙顶宽b=0.6m。经计算其墙背的主动土压力为60.00kN，土压力其作用点到墙底的垂直距离为，已知墙背填料的摩擦角为，墙身的容重为22kN/m3，地基的摩阻系数为f=0.45，地基的容许压应力为，验算该挡土墙的稳定性和地基承载力是否满足要求。HBZxZybEa3/7/20241、抗滑稳定性验算：稳定3/7/20242、抗倾覆稳定性验算稳定3/7/20243、地基承载力验算：满足要求若改变参数呢3/7/2024提高挡土墙稳定性的措施

3/7/20246.9衡重式挡土墙设计衡重式挡土墙的构造，通常墙胸多采用1：0.05的陡坡，上墙墙背坡率采用1：0.25～1：0.45之间，下墙墙背坡率采用1：0.25，上下墙高比采用2：3。其它构造要求与一般重力式挡土墙相同。作用于衡重式挡土墙的主动土压力，按上下墙分别计算，取其矢量和作为全墙的主动土压力。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，其重量应计入墙身自重。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。最危险的截面是上下墙分界面2-2，以及与上墙土压力大致平行的3-3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。3/7/2024

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。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。1、上墙实际墙背的土压力假定此土压力沿墙背呈直线分布，作用于上墙的下三分点处。2、斜截面剪应力验算令＝0，经整理简化得

3/7/20246.10浸水路堤挡土墙设计(一)当填料为砂性土时计算时考虑：1．浸水部分填料单位重量采用浮容重；2．浸水前后的内摩擦角不变；3．破裂面为一平面；由于浸水后破裂位置的变动对于计算土压力的影响不大，因而不考虑浸水的影响。(二)当填料为粘性土时考虑到粘性土浸水后c值显著降低，将填土的上下两部分视为不同性质的土层，应分别计算土压力(见图6-40)。计算中，先求出计算水位以上填土的土压力E1；然后再将上层填土重量作为荷载，计算浸水部分的土压力E2。E1与E2的矢量和即为全墙土压力。3/7/2024静水压力、上浮力、动水压力墙胸所受静水压力墙背所受静水压力作用于基底的上浮力P2为墙身受到的总上浮力P2为基底上浮力与墙胸、墙背所受的静水压力竖直分力的代数和，即图6-41静水压力及上浮力

动水压力

图6-42动水压力

3/7/2024

运用优选法求最小稳定系数和最不利水位的步骤：如图6-44所示，设浸水挡土墙的高度为H，试算水位均从挡土墙基底算起：1．求算H1处的稳定系数K=1，H1＝0.618H；2．求算与H1对称的H2处的K2，H2＝0＋（H－H1）＝0.382H；3．比较K1和K2，若K2〉K1，则舍去［0，H2］区段，求算剩余区段［H2，H］中与H1对称的H3处的K3，H3＝H2＋（H－H1）＝0.764H；4比较K1和Ｋ3，若K1〉Ｋ3，则舍去［H2，H1］区段求算新剩余段［H1，H］中与H3对称的H4处的K4，H4＝H1＋（H－H3）＝0.854H；5比较K3和K4，若K4〉Ｋ3，则舍去［H4，H］区段，求算新剩余段［H1，H4］中与H3对称的H5处的K5，H5＝H1＋（H4－H3）＝0.708H；如此试算三、五次，并将各试算水位的稳定系数K1、Ｋ2……绘成K-H曲线，从曲线上找出Kmin(本次为K5)，则其相应的水位(Ｈ5)便是最不利水位。基底应力验算中，通常以枯水位作为验算水位。

（三）浸水挡土墙稳定性验算设计浸水挡土墙，应求算最不利水位进行验算。3/7/2024浸水挡土墙稳定性验算

作用在浸水挡土墙的力系：

重力、基底反力、摩擦力、主动土压力、

静水压力、上浮力、动水压力（说明）3/7/20246.11地震地区挡土墙设计对于地震作用下的路肩挡土墙，可用下面的简化公式计算：Ps＝C1CZKHGEa’＝（1+3CzKHtgφ）Ea图6-45水平地震力与地震角图6-46地震作用下的主动土压力3/7/2024

一般防震措施：尽可能采用重心低的墙身断面形式。基础尽可能置于基岩或坚硬的均质土层上；遇有软粘土、饱和砂土或严重不均匀地基时，应采取适当措施进行加固处理。挡土墙宜采用浆砌片(块)石、混凝土和钢筋混凝土修筑。当采用干砌片(块)石时，墙高须加以限制：设计烈度为8度时，一般不超过5m；9度时，一般不超过3m。墙体应以垂直通缝分段，每段长度不宜超过15m。地基变化或地面标高突变处，也应设置通缝。应严格控制砌筑质量，石料要嵌挤紧密，砂浆要饱满，砂浆标号按非地震区要求提高一级采用。墙后填料应尽量用片、碎石或砂性土分层填筑并夯实，并做好排水设施。3/7/20246.12轻型挡土墙

包括悬臂式挡土墙、锚杆挡土墙和锚定板挡土墙等。1、悬臂式挡土墙设计

悬臂式挡土墙由立壁和底板组成，有三个悬臂，即立壁、趾板和踵板。当墙身较高时，可沿墙长一定距离立肋板（即扶壁）联结立壁板与踵板，从而形成扶壁式挡墙。1）土压力计算2）底板宽度计算：包括夹块宽度、踵板宽度趾板宽度、底板宽度3）底板厚度计算4）立壁厚度计算3/7/20242、锚杆挡土墙设计

锚杆式挡墙主要由预制的钢筋混凝土立柱和挡土板构成墙面、与水平或倾斜的钢锚杆联合作用支挡土体，主要是靠埋置于岩土中的锚杆的抗拉力拉住立柱保证土体稳定的。3/7/20243、锚定板挡土墙设计

锚定板式挡墙则将锚杆换为拉杆，在其土中的末端连上锚定板。它不适于路堑，路堤施工容易实现。3/7/20246.13加筋土挡土墙原理：加筋土是一种在土中加入拉筋的复合土，它利用拉筋与土之间的摩擦作用，提高填土的抗剪强度，改善土体的变形条件和提高土体的工程性能，使得加筋土的整体强度提高，从而保证土体平衡，达到土体稳定的目的。加筋土挡土墙由填料、在填料中布置的拉筋以及墙面板三部分组成。3/7/20243/7/20243/7/2024本章基本要求1、熟悉挡土墙的有关概念；2、掌握挡土墙土压力计算、重力式挡土墙设计