挡土墙的认知与设计挡土墙的形式及在工程中的

4.1挡土墙的认知与设计4.1.1挡土墙的形式及在工程中的应用

4.1.2土压力计算

了解掌握4.1.3库伦土压力理论

4.1.4挡土墙的计算与构造

理解掌握挡土墙：用来侧向支持土体的结构物，统称为挡土墙。土压力：被支持的土体作用于挡土墙上的侧向压力。1.挡土墙的常见类型：（如图）4.1.1挡土墙的形式及在工程中的应用

2.按常用的结构形式分：重力式、悬壁式、扶臂式、锚式挡土墙4.1.1挡土墙的形式及在工程中的应用

1).重力式挡土墙

块石或素混凝土砌筑而成，靠自身重力维持稳定，墙体抗拉、抗剪强度都较低。墙身截面尺寸大，一般用于低挡土墙。墙顶墙基墙趾墙面墙背2.按常用的结构形式分：4.1.1挡土墙的形式及在工程中的应用

2).悬臂式挡土墙

钢筋混凝土建造，立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组成，靠墙踵悬臂上的土重维持稳定，墙体内拉应力由钢筋承担，墙身截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程中常用.墙趾墙踵立壁钢筋4.1.1挡土墙的形式及在工程中的应用

3).扶壁式挡土墙

针对悬臂式挡土墙立臂受力后弯矩和挠度过大缺点，增设扶壁，扶壁间距（0.8～1.0）h，墙体稳定靠扶壁间填土重维持墙趾墙踵扶壁4.1.1挡土墙的形式及在工程中的应用

4).锚定板式与锚杆式挡土墙

预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆和埋在土中锚定板组成，稳定由拉杆和锚定板来维持.墙板锚定板基岩锚杆4.1.1挡土墙的形式及在工程中的应用

3.挡土墙在工程中的应用挡土墙在房屋建筑、铁路桥梁以及水利工程等土木工程中应用很广，如图4-2所示。4.1.1挡土墙的形式及在工程中的应用

图4-2挡土墙应用举例

墙体位移的方向和位移量决定着所产生的土压力性质和土压力大小。太沙基的模型试验结果墙前广州城建职业学院4.1.2土压力计算

挡土墙在土压力作用下，不向任何方向发生位移和转动时，墙后土体处于弹性平衡状态，作用在墙背上的土压力称为静止土压力。1).静止土压力ETET4.1.2土压力计算

1.土压力的类型当挡土墙沿墙趾向离开填土方向转动或平行移动，且位移达到一定量时，墙后土体达到主动极限平衡状态，填土中开始出现滑动面，这时在挡土墙上的土压力称为主动土压力。2）.主动土压力ETIETI4.1.2土压力计算

当挡土墙在外力作用下向墙背填土方向转动或平行移动时，土压力逐渐增大，当位移达到一定量时，潜在滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度，墙后土体达到被动极限平衡状态，填土内开始出现滑动面，这时作用在挡土墙上的土压力增加至最大，称为被动土压力。3）.被动土压力ITEETI4.1.2土压力计算

静止土压力对应于图中A点，墙位移为0，墙后土体处于弹性平衡状态主动土压力对应于图中B点，墙向离开填土的方向位移，墙后土体处于主动极限平衡状态被动土压力对应于图中C点，墙向填土的方向位移，墙后土体处于被动极限平衡状态Ea<E0<Ep4.1.2土压力计算

4）.土压力大小关系

产生主动和被动土压力所需墙的位移量土类应力状态墙运动形式可能需要的位移量砂土主动平移0.0001H绕墙趾转动0.001H绕墙顶转动0.02H被动平移0.05H绕墙趾转动>0.1H绕墙顶转动0.05H粘土主动平移0.004H绕墙趾转动0.004H2.土压力的影响因素4.1.2土压力计算

土压力的计算是个比较复杂的问题。除了挡土墙位移外，土压力的性质、分布、大小还与墙后填土的性质、地下水；墙和土的相对位移量；土体与墙之间的摩擦；挡土墙类型等因素有关。1）.静止土压力计算

h

v

h

v

h=p0zzzH(a)(b)

静止土压力强度（E0）可按半空间直线变形体在土的自重作用下无侧向变形时的水平侧向应力

h来计算。下图表示半无限土体中深度为z处土单元的应力状态：4.1.2土压力计算

3.土压力计算

设想用一挡土墙代替单元体左侧的土体，挡土墙墙背光滑，则墙后土体的应力状态并没有变化，仍处于侧限应力状态。竖向应力为自重应力：

z=z

水平向应力为原来土体内部应力变成土对墙的应力，即为静止土压力强度p0：

E0=

h=K0z（4-2）侧压力系数4.1.2土压力计算

K0HH3P0(c)zp

f=c+tg

(d)

h=p0zzH(b)

静止土压力沿墙高呈三角形分布，作用于墙背面单位长度上的总静止土压力（E0）：E0=(kN/m)P0的作用点位于墙底面往上1/3H处，单位[kN/m]。（d）图是处在静止土压力状态下的土单元的应力摩尔圆，可以看出，这种应力状态离破坏包线很远，属于弹性平衡应力状态。

4.1.2土压力计算

4.1.2土压力计算

2）.主动土压力的计算4.1.2土压力计算

3.土压力计算2）.主动土压力的计算4.1.2土压力计算

3.土压力计算4.1.2土压力计算

3）.被动土压力的计算4.1.2土压力计算

3.土压力计算3）.被动土压力的计算4.1.2土压力计算

3.土压力计算【例4-3】已知条件同【例4-1】，试计算作用在此挡土墙上的被动土压力，并绘出土压力分布图。4.1.2土压力计算

a.填土表面有均布荷载作用时pazqHqKaγHKaσz4）.几种常见情况下的主动土压力计算4.1.2土压力计算

b.填土成层和有地下水时的土压力计算注意：地下水水位以下用浮容重

和水下的

值(a)(b)(c)4.1.2土压力计算

c.填土有地下水时的土压力计算总侧压力=土压力+水压力4.1.2土压力计算

d.填土同时有均布荷载和地下水时的土压力计算总侧压力=荷载时土压力+水压力4.1.2土压力计算

【例4-4】某挡土墙高5m，墙背垂直、光滑，墙后填土面水平，填土分为两层，各层土的物理力学性质指标如图4-14所示，试计算该挡土墙主动土压力及其作用点位置，并绘出土压力分布图。图4-14例4-14主动土压力分布图4.1.2土压力计算

4.1.2土压力计算

4.1.3库伦土压力理论为使问题简化，库伦理论作了以下假设：(1)墙后填土为均质的无黏性土(c=0)，填土表面倾斜(β＞0)；(2)挡土墙是刚性的，墙背倾斜，倾角为ε；(3)墙面粗糙，墙背与土体之间存在摩擦力(δ＞0)；(4)滑动破裂面为通过墙踵的平面。4.1.3库伦土压力理论图4-16无黏性土的库伦主动土压力1.主动土压力合力4.1.3库伦土压力理论2.被动土压力合力4.1.3库伦土压力理论3.朗肯、库伦土压力理论比较（1）分析方法两者均是求解墙后土体达到极限状态时的土压力，即主动土压力和被动土压力。但所采用的方法不同。朗肯理论：应用半空间中的应力状态和极限平衡理论的概念比较明确，将墙后土体视作半无限体中的一部分，由土中一点的极限平衡条件计算土压力，公式简单，便于记忆；库伦理论：根据墙后滑动土楔体的静力平衡条件推导得土压力计算公式，考虑了墙背与土之间的摩擦力，并可用于墙背倾斜、填土面倾斜的情况。4.1.3库伦土压力理论3.朗肯、库伦土压力理论比较（2）基本假定朗肯理论：墙背直立、光滑的、墙后填土水平；库伦理论：无黏性土，滑动面为平面，滑动体为刚体。（3）适用范围朗肯理论：对于黏性土和无黏性土，都可以用该公式直接计算，在工程中得到广泛应用；库伦理论：可用于墙背倾斜、粗糙，填土面不水平等情况，但只适用于无黏性填土；对于黏性填土，则必须采用规范推荐的公式。4.1.3库伦土压力理论3.朗肯、库伦土压力理论比较（4）计算结果朗肯土压力理论：在工程中，墙背光滑的条件较难得到满足，因而用该理论计算出的结果与工程实际是有出入的。由于忽略了墙背与填土之间摩擦的影响，使计算的主动土压力偏大，而计算的被动土压力偏小。库伦土压力理论：在计算主动土压力时，只有当墙背的斜度不大，墙背与填土间的摩擦角较小时，破裂面才接近于一个平面，因此，计算结果与按曲线滑动面计算的有出入。在通常情况下，这种偏差在计算主动土压力时约为2％～10％，可以认为已满足实际工程需要；但在计算被动土压力时，由于破裂面接近于对数螺线，因此计算结果误差较大，有时可达2～3倍，甚至更大。4.1.4挡土墙的计算与构造1.重力式挡土墙的构造设计（1）挡土墙的墙型

图4-17 重力式挡土墙形式(a)俯斜；(b)垂直；(c)仰斜4.1.4挡土墙的计算与构造（2）挡土墙截面尺寸一般重力式挡土墙的墙顶宽度约为墙高的1/12，墙底宽度约为墙高的1/2～1/3。块石挡土墙的墙顶宽度不宜小于0.4m；混凝土挡土墙的墙顶宽度不宜小于0.2m。（3）基底逆坡坡度与墙趾台阶为了增强墙身的抗滑稳定性，可在基底设置逆坡。对于土质地基，基底逆坡坡度不宜大于1∶10；对于岩质地基，基底逆坡坡度不宜大于1∶5，如图4-18(a)所示。为了降低基底压力，增大抗倾覆力矩，可加设墙趾台阶，其高宽比可取h∶a=2∶1，a不得小于20cm，如图4-18(b)所示。图4-18

基底逆坡与墙趾台阶(a)土质地基1∶n≤1∶10；(b)岩质地基1∶n≤1∶54.1.4挡土墙的计算与构造（4）基础埋置深度重力式挡土墙的基础埋置深度，应根据地基承载力、水流冲刷、岩石裂隙发育及风化程度等因素进行确定。在特强冻胀、强冻胀地区，应考虑冻胀的影响。在土质地基中，基础埋置深度不宜小于0.5m；在软质岩地基中，基础埋置深度不宜小于0.3m。（5）伸缩缝重力式挡土墙应每间隔10～20m设置一道伸缩缝。当地基有变化时，宜加设沉降缝。在挡土结构的拐角处，应采取加强的构造措施。（6）排水措施挡土墙常因排水不良而使填土中大量积水，导致土的抗剪强度降低、重度增加、土压力增大、地基软化，有时还会受到水的渗流或静水压力的影响，结果造成挡土墙的破坏。因此，对于可以向坡外排水的挡土墙，应在挡土墙上设置排水孔。排水孔应沿着横、竖两个方向设置，其间距宜取2～3m，排水孔外斜坡度宜为5%，孔眼尺寸不宜小于100mm。挡土墙后面应做好滤水层，必要时应做排水暗沟。当挡土墙后面有山坡时，应在坡脚处设置截水沟，如图4-19所示。4.1.4挡土墙的计算与