擋土墻設(shè)計(jì)和計(jì)算

1、第六章 擋土墻設(shè)計(jì)和計(jì)算第一節(jié) 擋土墻概述一、擋土墻定義是支撐填土或斜坡土體，防止其變形失穩(wěn)，而承受側(cè)向土壓力的支擋建筑物。用于支擋滑坡、變形體的擋土墻，一般稱為抗滑擋墻，或抗滑擋土墻。擋土墻的基本構(gòu)成（見下頁圖）二、擋土墻的基本類型及其特點(diǎn)擋土墻類型劃分方法：1.可按材料劃分：石砌擋土墻、混凝土擋土墻、鋼筋混凝土擋土墻。2.可按墻背坡的傾斜方向劃分：俯斜式擋土墻、仰斜式擋土墻、垂直式擋土墻。一般仰斜式擋土墻土壓力相對(duì)較小，才用這種形式，常能取得較好效果。3.按結(jié)構(gòu)形式劃分：主要有8種1)重力式擋土墻（見圖）特點(diǎn)：a.依靠墻身自重承受土壓力的作用。一般用漿砌牛石砌筑，缺乏石料地區(qū)也可用混凝土。

2、c. 型式簡(jiǎn)單，取材容易，施工簡(jiǎn)便。當(dāng)?shù)鼗休d力低時(shí)，可于墻底設(shè)鋼筋混凝土基座，以減薄墻身，減小開挖2)半重力式擋土墻 用混凝土灌注，在墻背設(shè)少量鋼筋，并將墻趾展寬(必要時(shí)設(shè)少量鋼筋)，或基底設(shè)凸榫，以減薄墻身，節(jié)省圬工。3)衡重式擋土墻a.利用衡重臺(tái)上的填土和全墻重心后移增加墻身穩(wěn)定，減小斷面尺寸。b.墻胸陡，下墻背仰斜，可降低墻高，減少基礎(chǔ)開挖。4)懸臂式擋土墻a.采用鋼筋混凝土材料，由立臂、墻趾板、墻踵板三個(gè)部分組成，斷面尺寸較小。b.墻高時(shí)立臂下部的彎矩大，耗鋼筋多。c.適于石料缺乏地區(qū)及擋土墻高度不大于6m地段，當(dāng)墻高大于6m時(shí)，可用扶壁式。5)扶壁式擋土墻在懸臂式擋土墻的基礎(chǔ)上，沿

3、墻長(zhǎng)方向每隔一定距離加一道扶壁，把墻面板與墻踵板聯(lián)結(jié)起來。在高墻時(shí)，較懸臂式經(jīng)濟(jì)。6)樁板式擋土墻a.在深埋的樁柱間設(shè)擋土板攔擋土體。b.適宜于土壓力大，要求基礎(chǔ)深埋，一般高度的擋墻不滿足要求的情況。7)錨桿式擋土墻a.由肋柱、擋板、錨桿組成，靠錨桿拉力維持擋土蠕的平衡。b.肋柱、擋板可預(yù)制。c.適于石料缺乏，擋土墻高度超過12m，或開挖基礎(chǔ)有困難地區(qū)。8)垂直預(yù)應(yīng)力錨桿式擋土墻a.利用錨桿的豎向預(yù)應(yīng)力，代替墻身的重量作用，抵卸土壓力，節(jié)省圬工。b.適用于巖石地基。此外，還有加筋土擋土墻、錨定板式擋土墻等?？偨Y(jié)：最常用的擋墻：重力式和衡重式（這是因?yàn)槲覈?guó)石料豐富，可就地取材，施工方法簡(jiǎn)單）隨著

4、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，鋼材、水泥產(chǎn)量增多，就常用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的擋土墻，如：扶壁式、懸臂式、錨桿式、樁板式、豎向預(yù)應(yīng)力錨桿式三、擋土墻布置原則 針對(duì)不同的工程、不同的部門有不同的布置原則，這里僅就一般性的布置，主要是針對(duì)“斜坡整治”工程，說說一般性的布置原則：1.對(duì)于滑坡和變形體，一般宜設(shè)置在其下部或抗滑段。2.當(dāng)滑面出口處在坡腳且有平緩地形時(shí)，可將擋墻設(shè)置在距滑坡前緣一定距離外，墻后余地填筑土、石加載，以增強(qiáng)抗滑力，減小擋墻承受的下滑力。（示意圖）3.當(dāng)滑面出口在斜坡上時(shí)，可視滑床地質(zhì)情況選定擋墻位置。（示意圖）4.對(duì)多極滑坡，可根據(jù)具體情況設(shè)置多極擋墻支撐。 （示意圖）5.根據(jù)地質(zhì)條件及滑坡推力、

5、土壓力的變化情況，可沿?fù)跬翂ψ呦蚍侄危ㄒ话悴灰诵∮?015m）設(shè)計(jì)大小不同的擋墻斷面。6.江河地段的擋土墻，要注意設(shè)墻前后的水流平順，不致形成漩渦，不發(fā)生嚴(yán)重的局部沖刷，更不可擠壓河道。7.帶攔截落石作用的擋墻，應(yīng)按落石范圍、規(guī)模、洋跳軌跡等進(jìn)行考慮。四、擋土墻斷面形式的擬定原則1.山區(qū)的陡坡?lián)跬翂?，其胸坡一般采?:0.051:0.2，以利減小基礎(chǔ)寬度，爭(zhēng)取擋墻厚度。2.平緩地段，其胸坡一般可用1:0.21:0.3或1:0.4。3.背坡有仰斜、俯斜、垂直或混合坡幾種，主要從采用的土壓力理論適應(yīng)范圍、結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)、開挖量少、回填量少，回填前自身穩(wěn)定等因素考慮，并應(yīng)考慮與胸坡協(xié)調(diào)，滿足整體穩(wěn)定要求。

6、4.在同一地段，其斷面形式不宜過多，以免施工困難，且影響美觀。五、常用設(shè)計(jì)參數(shù)1.墻背土的物理力學(xué)指標(biāo)2.土與墻的摩擦角3.基底摩擦系數(shù)4.基底容許承載力5.建筑材料的容重6.石砌體和混凝土塊砌體的容許應(yīng)力7.混凝土的容許應(yīng)力第二節(jié) 土壓力計(jì)算一、土壓力種類及影響土壓力的因素1.土壓力的種類1)靜止土壓力（E0）擋土墻固定不動(dòng)時(shí)，作用在擋土墻上的上土壓力稱為靜止土壓力。2)主動(dòng)土壓力（Ea）當(dāng)擋墻離開土體向前移動(dòng)時(shí)，在土體中產(chǎn)生破裂面AB，同時(shí)在此破裂面上產(chǎn)生抗剪力，因而減少了作用在墻上的土壓力。此時(shí)墻后土體處于主動(dòng)極限平衡狀態(tài)，作用在擋土墻上的土壓力達(dá)到最小值，稱為主動(dòng)土壓力。3)被動(dòng)土壓力

7、（Ep）當(dāng)擋土墻擠壓墻后土體并產(chǎn)生位移時(shí)，作用在墻上的土壓力增大，最終達(dá)到被動(dòng)極限平衡狀態(tài)，產(chǎn)生破裂面AC，AC面上的抗剪力增大了作用在墻上的土壓力。此時(shí)作用在墻上的土壓力達(dá)到最大值，稱為被動(dòng)土壓力。即土壓力方向與擋墻的位移方向相反。 土壓力可用下圖表示：2.影響土壓力的因素影響土壓力的因素很多，歸納如下1)墻后土體的性質(zhì)，包括土體的容重、含水量、內(nèi)摩擦角和粘聚力的大小等；2)墻后土體的地面形狀(包括局部荷載)；3)擋土墻的結(jié)構(gòu)形式、墻背的形狀和光滑程度；4)擋土墻的位移方向和位移量；5)外界條件(如地震和浸水等)其中擋墻的位移方向和位移量為土壓影響的主要因素。二、靜止土壓力計(jì)算 P0=rzK

8、0 （6-1）式中 r土體的容重 z計(jì)算點(diǎn)距填土表面的深度 K0靜止土壓力系數(shù) 當(dāng)擋土墻不產(chǎn)生位移和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)。此時(shí)，作用在墻背上任意深度的靜止土壓應(yīng)力P0按下式計(jì)算：1. K0的確定目前尚無成熟的公式計(jì)算靜止土壓力系數(shù)，一般可取：砂土K0 0.340.45，粘土K0 0.250.7。也可按下列半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： k0=1-sin 式中 土的內(nèi)摩擦角2.靜止土壓力的分布由（6-1）式可見，當(dāng)墻后地面為平面時(shí)，靜止土壓力呈三角形分布，合力作用點(diǎn)在墻踵以上三分之一墻高處?？偼翂毫0為： E0=rH2K0/2 （6-2）式中 H擋土墻的高度。3.靜止土壓力的適用范圍地下室外墻、

9、基巖上的擋墻、拱座等三、朗金土壓力計(jì)算1.朗金理論的基本假定1)從極限平衡概念出發(fā)研究土體的穩(wěn)定性2)假設(shè)地面為水平面（當(dāng)然也可為平面，不一定水平后來的發(fā)展），且沿深度和側(cè)向都無限延伸（半無限土體）3)土體發(fā)生剪切時(shí)，破裂面為直線，朗金主（被）動(dòng)應(yīng)力狀態(tài)只存在于破裂棱體內(nèi)，破裂棱體外仍處于彈性平衡狀態(tài)4)朗金理論求得的是墻踵豎直面上的總土壓力，土壓力方向與地面平行。（若墻背不垂直，求作用于擋墻上的合力，應(yīng)將AV面上的總土壓力與AV面與墻背之間的土體重量合成而得。）2.朗金主動(dòng)土壓力公式1)無粘性土 Pa=rzKa （6-3） 其中 Katg2（45/2） Pa任意深度的主動(dòng)土壓力 Ea=rH2

10、Ka/2 （6-4） Ea總的主動(dòng)土壓力，作用點(diǎn)通過三角形的形心，即在1/3H處。（示意圖）2)粘性土Pa=rzka-2c (65) 分布：由（65）式和圖可見，粘性土的主動(dòng)土壓力包括兩部分：一部分是由于自重引起的土壓力rzka（指向墻背），另一部分是由于內(nèi)聚力造成的負(fù)側(cè)向壓力（背離墻背，即拉力）2c , 因此，墻背土壓力是這兩部分迭加的結(jié)果。計(jì)算作用在墻背的總土壓力時(shí)，考慮到墻背與土體之間幾乎不能承受拉應(yīng)力，故在計(jì)算中，墻背上的土壓力一般應(yīng)略去拉應(yīng)力部分不計(jì)，而僅算作用在墻背上的壓應(yīng)力。akak這樣: Ea=r(H- H0)2Ka/2 (66)H0的求法：o點(diǎn)的土壓力為0， Pa=0 拉應(yīng)力

11、區(qū)的深度H0,，常稱為臨界直立高度，這一高度表示在填土表面無荷載的條件下，在H0深度的范圍內(nèi)，可以豎直開挖，即使沒有擋墻，邊坡也不會(huì)失穩(wěn)。 H0可由下式求出：）（76)2/45(2)2/45(90(2)2/45(22)2/45(200)2/45(2)2/45(20tgrcctgrcctgrckarctgrcHtgctgrHPa將（6-7）代入（6-6）得 Ea的作用點(diǎn)在距墻底（H-H0）/3處3.朗金被動(dòng)土壓力公式 當(dāng)擋土墻受到外力作用，而推向土體時(shí)，填土中任意一單元體上豎向應(yīng)力 保持不變，而水平向應(yīng)力 逐漸增大，在這情況下，豎向方向變?yōu)樾≈鲬?yīng)力，水平方向變?yōu)榇笾鲬?yīng)力。最后墻后填土發(fā)生朗金被動(dòng)

12、破壞。rcKacHKarHEa222221rzyx（1）無粘性土 PprzKp （6-9） Kp= tg2（45+/2）Pp任意深度的被動(dòng)土壓力，Kp被動(dòng)土壓力系數(shù) Ep=rH2Kp/2 （6-10） （2）粘性土 )126(22112)116(22KpcHKprHEpEpEpKpcrzKpPp實(shí)際觀測(cè)表明：朗金土壓力的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)土壓力有偏差。一般主動(dòng)土壓力偏大，被動(dòng)土壓力偏小。這是因?yàn)閴Ρ撑c土體之間實(shí)際上是有摩擦力的。（示意圖）四.庫倫土壓力計(jì)算1.庫倫理論的基本假定（1）墻后土體為散粒均質(zhì)物質(zhì)（理想散體，C=0），依靠顆粒間的摩擦力抵抗土體的相對(duì)移動(dòng)。（2）將具有和對(duì)數(shù)螺旋線相似的破裂

13、面以一平面代替。（3）主被動(dòng)狀態(tài)下形成的破裂枝體，及滑移方向如上圖所示。在墻背后土體開始破裂時(shí)，土體處于極限平衡狀態(tài)。反力E和R分別與各自的作用面的法線成 角（墻背摩擦角）和角（土的內(nèi)摩擦角）（4）擋土強(qiáng)及破裂枝體均視為剛體，在外力作用下無壓縮或伸張變形。2.庫侖主動(dòng)土壓力公式當(dāng)墻后地面及墻背都為平面時(shí)從上圖和公式可知：Ea是破裂角 的函數(shù)，也即x的函數(shù)，為了求出最大的Ea，我們對(duì)x求導(dǎo)：主動(dòng)土壓力的分布：當(dāng) =0,a=0,i=0時(shí)，經(jīng)化簡(jiǎn)得：這就是朗金土壓力公式（無粘性土）可見朗金土壓力公式是庫侖土壓力公式的一個(gè)特例。)146()()()(02122itgtgctgtgtgitgtgxdxd

14、EarzKadzdEaPa)245(212tgrHEa3.主動(dòng)土壓力的庫爾曼圖解法圖解法是數(shù)解法的一種輔助手段，有時(shí)比數(shù)解法還要簡(jiǎn)便，現(xiàn)介紹一種常用的圖解法庫爾曼圖解法。（1）作圖步驟：1）在上圖中，由B點(diǎn)引一直線BD與水平線成角，并給基線BL與墻背AB成角；2）作出要破裂面BC1,求出破裂棱體ABC1的重量W1，以某一比例尺于BD線上截取BD1=W1;自D1作BC的平行線交BC1于E1，則 Bd1e1與力平衡三角形 a1bc1相似，E1D1即為假定破裂面BC1的主動(dòng)土壓力；同上法再作破裂面BC2 ,BC3,BC11,得E2,E3,EN.然后將E1,E2,E3,EN諸點(diǎn)逐漸連成曲線；5）沿曲線

15、劃與BD平行的直線，得切點(diǎn)E，過E點(diǎn)作基線BL的平行線交BD于D點(diǎn)。則ED為所求之主動(dòng)土壓力EA，連BE并延長(zhǎng)交地面于C點(diǎn)，BC即為所求破裂面。（2）土壓力的作用點(diǎn)首先求得破裂棱體的重心N；然后過N作破裂面BC的平行線交墻背于F點(diǎn)，點(diǎn)F即為土壓力的近似作用點(diǎn)；土壓力的方向于AB的法線夾角為 。4.庫侖被動(dòng)土壓力公式2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21iaaiaaaKpKprHEpKp被動(dòng)土壓力系數(shù)，其它符號(hào)意義同前。 用庫侖公式計(jì)算被動(dòng)土壓力，常會(huì)引起很大的誤差，而且偏于不安全，它隨a，和i角的加大而迅速增大，這主要是由于實(shí)際的破裂面不是一個(gè)平面的緣

16、故。另外，要產(chǎn)生計(jì)算的全部被動(dòng)土壓力，土體需要有較大的位移，而結(jié)合實(shí)際具體建筑物的特點(diǎn)和要求，一般不允許達(dá)到這個(gè)條件。因此，實(shí)際的被動(dòng)土壓力不會(huì)達(dá)到計(jì)算的數(shù)值，故在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮折減，采用庫侖公式計(jì)算的1/31/2等。5.庫侖理論（主動(dòng)土壓力）的適用范圍庫侖理論可用于墻背為不同的坡度和粗糙度，以及墻后地面為規(guī)劃或不規(guī)劃形狀的土壓力計(jì)算，適用范圍較廣。在一般情況下，均能滿足工程的要求。但在使用中應(yīng)當(dāng)注意下列幾個(gè)問題：（1）庫侖理論較適用于砂性土，當(dāng)用于粘性土?xí)r，通常將土的內(nèi)摩擦角加大一些，采用“綜合內(nèi)摩擦角法”（2）庫侖理論僅適用于墻背為平面或近似平面的擋土強(qiáng)，當(dāng)墻背為“L”形（包括衡重式擋土強(qiáng)）

17、時(shí)，可按下頁圖所示的方法，以墻背頂點(diǎn)和墻踵的連線為假象墻背計(jì)算土壓力。此時(shí)，墻背摩擦角等于土的內(nèi)摩擦角。（3）仰斜墻背緩到一定程度后，庫侖理論將出現(xiàn)較大的誤差，并偏于不安全。一般仰斜墻背坡度以不緩于1：0.3為宜。五、復(fù)雜條件下的土壓力計(jì)算1.墻后填土表面有均布荷載及局部荷載1)墻背豎直光滑，填土水平，才用朗金土壓力公式計(jì)算。a.直接采用公式：b.將均布荷載換成當(dāng)量土重。即用假象的土重來代替均布荷載（rh0=q）則當(dāng)量土層厚度為：h0=q/r則地面下某深度的土壓力為：KacKaqrztgctgqrzpa2)()245(2)245()(2KacKahzrpa2)(02)墻背傾斜、且粗糙，填土表面

18、也傾斜時(shí)，采用庫侖土壓力計(jì)算。將均布荷載換算成當(dāng)量土層厚度，假想填土面AC與墻AB的延長(zhǎng)線交于A點(diǎn)，故AB作為假想墻面計(jì)算土壓力。假想擋墻高為（H+h），根據(jù)幾何關(guān)系，求出故:主動(dòng)土壓力Pa=r(h+z)Ka0)cos(coscoshaiaih3)墻后填土有局部荷載，且地形復(fù)雜這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)破裂面高于“荷載內(nèi)”和“荷載外”的問題這時(shí)對(duì)荷載的處理仍然換算成“當(dāng)量土層厚度”我們知道，破裂棱體的體積V隨著擋土墻和破裂面的位置而變化，但總可以歸納為一個(gè)表達(dá)式：.),(0),(000000lchbaHfbhaHfABtgAV式中當(dāng)邊界條件一定時(shí)，A0,B0為常數(shù)，就可以從破裂棱體的幾何關(guān)系中求得。這樣有關(guān)

19、手冊(cè)便據(jù)此建立了各種邊界條件下的庫侖主動(dòng)土壓力計(jì)算公式，并列表排出：關(guān)于破裂面高于“荷載內(nèi)”、“荷載外”的處理：a.首先假設(shè)破裂面高于“荷載內(nèi)”或“荷載外”，用相應(yīng)公式計(jì)算破裂角。b.據(jù)計(jì)算的破裂角校核假設(shè)是否成立若成立：則計(jì)算成立，繼續(xù)向下求土壓力若不成立：則選用其它邊界條件公式計(jì)算，然后再校核。舉例說明舉例說明2.不同土層的土壓力計(jì)算 如果墻后填土有幾層不同種類的水平土層組成，則第一層的土壓力仍按均質(zhì)計(jì)算；第二層的土壓力，可將第一層的土層作為均布載荷作用在第二層的頂面，并按第二層的指標(biāo)計(jì)算土壓力；多層時(shí)，以此類推。3.有限范圍填土的土壓力計(jì)算 上述各種主動(dòng)土壓力的計(jì)算方法，僅適用于墻后填土

20、在足夠?qū)挼姆秶鷥?nèi)是均質(zhì)的，在這一范圍內(nèi)，能夠形成破裂面。若墻后存在已知的坡面或潛在的滑動(dòng)面，而且其傾角較按土壓力公式計(jì)算得的破裂角還陡時(shí)，如圖所示：則墻后填土將沿此面下滑，此時(shí)，作用在墻背的土壓力應(yīng)按正弦定理，由下式計(jì)算：)cos() sin(aWEa式中：W破裂體（下滑體）ABC的重量 破裂體與坡面BC間的摩擦角。當(dāng)坡面無地下水，并按規(guī)定挖臺(tái)階填筑時(shí)， 可采用填料的內(nèi)摩擦角。當(dāng)墻后地面為一平面（包括有均布荷載）時(shí),土壓應(yīng)力的分布如上圖所示。并可由此近似的計(jì)算土壓力的作用點(diǎn)位置。 圖中，填土按庫侖公式計(jì)算的破裂角； h1填土表面能夠按庫侖破裂角形成破裂面的擋土墻高度。 Ea1墻高 h1 時(shí)，按

21、庫侖公式計(jì)算的主動(dòng)土壓力； h1 H 分別為距強(qiáng)頂 h1和墻踵處的土壓應(yīng)力； 其中： h1按庫侖公式計(jì)算，而 H =2(Ea-Ea1)h2-h1土壓力合力作用點(diǎn)的高度為：Z=(Ea1Z1+ Ea2Z2+ Ea3Z3)/Ea,當(dāng)?shù)孛嬗芯植亢奢d時(shí)，土壓力合力的作用點(diǎn)可以通過破裂體的重心與坡面或滑動(dòng)面的平行線同墻背相交近似求得。4.地震作用時(shí)，擋土墻的土壓力計(jì)算 作用于擋土墻的地震主動(dòng)土壓力按庫侖公式計(jì)算。僅需作很少的代換。如下圖所示，地震作用時(shí)，由于地震水平力T的作用，破裂棱體上諸力的力多邊形發(fā)生了變化。設(shè)W1為破裂棱體向重心W與破裂棱體所受水平慣性力T的合力，其與豎直線的夾角 稱為地震角。其值可

22、從下表查得：地震角 設(shè)計(jì)烈度（）7 8 9非浸水1303 6 水下2 305 10 地震作用時(shí)，各種邊界條件的庫侖主動(dòng)土壓力公式與一般庫侖公式完全相同。地震作用時(shí)土壓力與墻背法線之間的夾角仍為 ，由Ea計(jì)算Eax,Eay的公式不變。5.浸水擋土墻的土壓力計(jì)算當(dāng)擋土墻填土中有地下水時(shí)，墻除受到土壓力的作用外，還受到水壓力的作用，計(jì)算時(shí)必須加以考慮。填土中的地下水的作用：（1）水位以上一部分土由于毛細(xì)水的作用而產(chǎn)生假粘聚力；（2）粘性土的粘聚力會(huì)有所下降；（3）粘性土膨脹而產(chǎn)生一定的壓力；（4）填土的重度會(huì)有顯著的改變；在一般計(jì)算中，不考慮前三個(gè)因素的影響；對(duì)于被水淹沒的填土，為了保證安全，有時(shí)假

23、定粘聚力為零；土的重度（容重）改變，對(duì)土壓力影響最大，必須考慮。方法：與成層土情況相同，假定水上、水下兩層土的內(nèi)摩擦角，粘聚力和 都相同，僅是土的容重不同。地下水位以下取有效容重（即浮容重）進(jìn)行計(jì)算。此外，再增加水位以下的靜水壓力。從上圖可以看出：以 表示粘性土的抗剪強(qiáng)度，僅與一定的墻高H相對(duì)應(yīng)（M點(diǎn)）。按 設(shè)計(jì)擋土墻，對(duì)低于H的擋墻過于保守，而對(duì)高于H的擋土墻則處于不安全?？梢?是隨H而變化的。為了消除這一不利影響，我們應(yīng)該建立a按土體抗剪強(qiáng)度相等的原理計(jì)算 ：6.粘性土的土壓力計(jì)算（1）朗金土壓力公式（2）綜合內(nèi)摩擦角法綜合內(nèi)摩擦角法是用增大內(nèi)摩擦角的方法來考慮粘聚力的影響，然后，按照砂性

24、土的土壓力公式計(jì)算土壓力。綜合內(nèi)摩擦角 通常采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)0000)(Hf0b按土壓力相等的原理計(jì)算)(00rHctgarctgrHtgcrHtg由總土壓力相等推出：2)245(290)2()245(4)245(290220rHctgarctgrHctgrHctgarctg 事實(shí)上，影響土體綜合內(nèi)摩擦角的因素很多，按土體抗剪強(qiáng)度或土壓力相等的原理計(jì)算 ，雖然考慮了土體的C和墻高的影響，但未能考慮擋土墻的邊界條件（如地面傾角，墻背坡度等）對(duì) 的影響。因此，要選取能真正反映粘性土抗剪強(qiáng)度的 是比較困難的。要解決這一問題，還需要在今后的工程實(shí)踐中去補(bǔ)充完善。000第三節(jié) 擋土墻設(shè)計(jì)及計(jì)算擋土墻在墻背后

25、土體壓力作用下，必須具有足夠的整體穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)檢算以下幾個(gè)方面：（1）沿基底的滑動(dòng)穩(wěn)定性；（2）繞基礎(chǔ)趾部轉(zhuǎn)動(dòng)的傾覆穩(wěn)定性；（3）基底壓應(yīng)力是否大于等于地基容許承載力；（4）墻身截面是否滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。一.擋土墻穩(wěn)定性檢算1.作用在擋土墻上的力系作用在擋土墻上的力系由三大部分組成：主要力、附加力和特殊力。主要力土壓力（滑坡推力）墻身重力墻頂上的有效荷載墻背與第二破裂面之間的有效荷載基底法向反力及摩擦力常水位時(shí)的靜水壓力和浮力附加力計(jì)算水位的靜水壓力和浮力水位退落時(shí)的動(dòng)水壓力波浪壓力凍脹壓力和冰壓力溫度變化的影響 特殊力地震力施工及臨時(shí)荷載其它特殊力作用在擋土墻上的力系，一般只考

26、慮主要力系。只有在浸水和地震等特殊情況下，才考慮附加力和特殊力的作用。擋土墻前部的被動(dòng)土壓力，一般不予考慮。當(dāng)基礎(chǔ)埋置較深，且地層穩(wěn)定，不受水流沖刷和擾動(dòng)破壞時(shí)，結(jié)合墻身的位移條件，可考慮適量的被動(dòng)土壓力。2.擋土墻穩(wěn)定性和強(qiáng)度驗(yàn)算要求（1）滑動(dòng)安全系數(shù)KSKS 1.3 （考慮主要力系時(shí)） 1.2 （主要力附加力）（2）傾覆安全系數(shù)K0K0 1.5 （主要力） 1.3 （主要力附加力）（3）偏心距（e0）e0 B/6 （B為墻底寬度） B/4 （巖石地基）（4）基底應(yīng)力（鐵路） = （主要力） =1.2 （主要力附加力）（建筑） =1.2f f地基承載力設(shè)計(jì)值（5）墻身截面檢算壓應(yīng)力=容許應(yīng)力

27、剪應(yīng)力12m時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大滑動(dòng)安全系數(shù)KS和傾覆安全系數(shù)K0。3.擋土墻的穩(wěn)定檢算（1）一般地區(qū)擋土墻的穩(wěn)定檢算一般地區(qū)擋土墻上作用的力系如圖所示，其檢算公式如下：滑動(dòng)穩(wěn)定：傾覆穩(wěn)定：基底應(yīng)力基底合力的偏心距(右圖)以上各式中： 作用于基底上的總垂直力（KN）W 墻身自重（KN）EXEY墻后主動(dòng)土壓力的水平分力、豎直分力（KN）Ep 墻前被動(dòng)土壓力的水平分力（KN） 穩(wěn)定力系對(duì)墻趾的總力矩（KN.m. ） 傾覆力系對(duì)墻趾的總力矩（KN.m. ）ZW 、ZX、ZY 、ZPW 、EX 、EY、EP對(duì)墻趾的力臂（m） N0MMyB基底寬度C作用于基底的合力的作用點(diǎn)距墻趾的距離（m）e0偏心距（合力的

28、）f基底摩擦系數(shù)（2）浸水擋土墻的穩(wěn)定檢算 浸水擋土墻，墻后填料采用巖塊或滲水土?xí)r，不考慮墻前墻后靜水壓力和墻后動(dòng)水壓力的影響。其墻背作用的力系，除一般地區(qū)擋土墻所規(guī)定的力系外，尚應(yīng)考慮檢算水位以下?lián)跬翂疤盍系母×?。?jì)算水位采用最不利水位擋土墻上作用的力系如圖所示：穩(wěn)定性檢算公式如下：滑動(dòng)穩(wěn)定：傾覆穩(wěn)定：基底合力的 偏心距基底應(yīng)力：注意：（1）墻身所受浮力，應(yīng)根據(jù)基底地層的滲水情況確定；當(dāng)基底為砂類土、碎石類土和節(jié)理很發(fā)育的巖基時(shí)，按計(jì)算水位的100%計(jì)算當(dāng)基底為節(jié)理不很發(fā)育的巖基時(shí)，按計(jì)算水位的50%計(jì)算（2）浸水擋土墻不考慮墻前被動(dòng)土壓力作用；（3）對(duì)浸水擋土墻，應(yīng)按浸水與非浸水兩種情況

29、檢算，且都應(yīng)滿足穩(wěn)定要求。（3）地震地區(qū)擋土墻的穩(wěn)定檢算地震地區(qū)擋土墻上作用的力系如圖示：圖中：EX、 EY地震地區(qū)作用在墻背上的主動(dòng)土壓力水平、垂直分力 Pi墻身水平地震力 ZK水平地震力對(duì)墻比的 力臂 其它符號(hào)意義同一般地區(qū)擋土墻aPi的求法：式中：Pi驗(yàn)算截面以上墻身重心處的水平地震力 c綜合影響系數(shù)，硬質(zhì)巖石地基采用0.2，其它地基用0.25 Kh水平地震系數(shù) Wi驗(yàn)算截面以上的墻身重 i 水平地震力沿墻高的墻大系數(shù)，一般H 12時(shí), i 取1；b.穩(wěn)定檢算：滑動(dòng)穩(wěn)定：傾覆穩(wěn)定：基底合力的偏心距：基底應(yīng)力：C.擋土墻的抗震措施：漿砌片石擋土墻的高度不宜超過12m（8裂度）、10m（9裂

30、度）混凝土擋土墻的施工縫或銜重式擋土墻的變截面處，必須設(shè)置榫頭或采用短鋼筋加固，榫頭的面積不應(yīng)小于截面面積的20當(dāng)設(shè)計(jì)裂度為8和9時(shí)，漿砌片石擋墻一般應(yīng)采用100號(hào)砂漿砌筑擋土墻應(yīng)分段修筑在同一土層上，每段長(zhǎng)度不宜大于15m。在擋土墻的分段處，地基土層或墻高度變化較大處應(yīng)設(shè)置沉降縫位于可液化土及軟土地基上的擋土墻，應(yīng)采用砂樁、碎石樁等加固地基處理。當(dāng)采用樁基時(shí)，樁尖應(yīng)伸入穩(wěn)定土層內(nèi)。二.擋土墻截面強(qiáng)度檢算設(shè)計(jì)擋土墻時(shí)，除應(yīng)進(jìn)行全墻 穩(wěn)定性檢算外，為保證墻身具有足夠的強(qiáng)度，還需要對(duì)墻身截面的應(yīng)力進(jìn)行檢算。對(duì)一般的擋土墻，選一、二個(gè)控制面進(jìn)行強(qiáng)度檢算即可?？刂菩越孛娴倪x取：形狀變化處與應(yīng)力較大處1

31、.石砌和混凝土擋土墻的截面檢算（1）法向應(yīng)力檢算如圖，水平截面11以上墻背的主動(dòng)土壓力為Ea，墻身自重W，二者合力為R0。將R分解為豎直力和水平力T，則11截面兩端的法向應(yīng)力為：上式中：B截面寬度（m） e0截面偏心距（m） W計(jì)算截面以上墻身自重（kN） N 計(jì)算截面以上垂直力之和（KN） 墻身砌體容許壓應(yīng)力（Kpa） Ea 水平截面11以上墻背的主動(dòng)土壓力其它符號(hào)意義如圖（2）剪應(yīng)力檢算分兩種 對(duì)墻身水平截面進(jìn)行平剪檢算 平剪 對(duì)墻身傾斜截面進(jìn)行斜剪檢算 斜剪一般的：1）對(duì)矩形、梯形斷面的重力式擋土墻只進(jìn)行平 剪檢算； 2）衡重式擋墻，除進(jìn)行平剪檢算外，還應(yīng)在衡重臺(tái)處作斜剪檢算平剪計(jì)算斜剪

32、計(jì)算思路：如下圖所示，設(shè)衡重式擋土墻在衡重臺(tái)處沿傾斜方向被剪裂，裂縫與水平面成角。沿剪裂面上的作用力是主動(dòng)土壓力的水平分力EX和豎直力（ NEYW1W2）在該面上的切向分力PZ和PW。當(dāng)EX 、 EY、 W1位一定時(shí)， 角不同，該面上的剪應(yīng)力亦隨之不同，則最大剪應(yīng)力 max 可由d /dt=0導(dǎo)出。要求 max =1.01.52.52.擴(kuò)大基礎(chǔ)設(shè)計(jì)當(dāng)擋土墻受傾覆穩(wěn)定、基底應(yīng)力和偏心距控制時(shí)，可用擴(kuò)大基礎(chǔ)，即加設(shè)墻趾臺(tái)階的方法解決放大腳墻趾臺(tái)階的寬度，根據(jù)傾覆穩(wěn)定、基底應(yīng)力和偏心距等條件，由試算確定。其具體要求如下：（1）混凝土和漿砌片石墻趾臺(tái)階墻趾臺(tái)階的寬度 b0.1 b H/20 （一般）墻

33、趾臺(tái)階的高度h1由材料的剛性角確定，剛性角 35 （砌體）； 45 （混凝土）。一般要求h1不小于0.4m。（2）鋼筋混凝土底板當(dāng)基底應(yīng)力與地基容許承載力相差較大，需要加寬的 b較大時(shí)，為避免h1過高，可采用鋼筋混凝土底板。剪應(yīng)力要求：（不考慮鋼筋抗剪能力）抗彎要求：鋼筋面積AS 混凝土榫頭長(zhǎng)度（L）注意：*趾部懸臂頂面采用斜坡時(shí)，其端部之最小 厚度不得小于30cm。 *分布鋼筋按有關(guān)規(guī)范辦理。3.切割臺(tái)階基礎(chǔ)當(dāng)擋土墻修筑在陡坡上，而地基又為完整、穩(wěn)固、風(fēng)化輕微、節(jié)理不發(fā)育的巖層，其抗壓強(qiáng)度大于30MPa，地基不產(chǎn)生側(cè)壓力時(shí)，可設(shè)置如圖所示的臺(tái)階基礎(chǔ)，以節(jié)省基礎(chǔ)開挖和墻身材料。1)尺寸擬定臺(tái)階

34、高度：1.0 (h1-h4)臺(tái)階寬度：視地質(zhì)條件布置基礎(chǔ)頂面襟邊寬度：D=0.2m2e0最下一臺(tái)底寬不宜小于1.52.0m，且大于1.25e（2）穩(wěn)定性檢算 考慮臺(tái)階基礎(chǔ)的設(shè)置條件，其側(cè)壓力不因增設(shè) 基礎(chǔ)而增加，因而抗滑穩(wěn)定可不作檢算，地基強(qiáng)度較高，承載力一般不控制。通常只需驗(yàn)算其傾覆穩(wěn)定系數(shù)和偏心距即可。公式與前面相似。* 有時(shí)因地面橫坡太陡，切割臺(tái)階基礎(chǔ)的高度與寬度之比不能滿足上述要求時(shí)，其傾覆穩(wěn)定可能不滿足K。1.5的要求。為了保證K。1.5，設(shè)置切割臺(tái)階錨桿基礎(chǔ)。4.換土地基當(dāng)基礎(chǔ)設(shè)置在軟弱土層上（如淤泥、軟粘土等），基底應(yīng)力不滿足設(shè)計(jì)要求，可用質(zhì)量較好的土換填一定深度，以擴(kuò)散基礎(chǔ)應(yīng)力

35、，使之均勻的傳遞到下臥土層中去。（不詳講）5.樁基礎(chǔ)（略）四、增加擋土墻穩(wěn)定性的措施1.增加抗傾覆穩(wěn)定的方法1)改變墻身胸坡和背坡由此可知：a)改變胸坡：ZNMyK0 b)改變背坡：EM0 K0 2)改變墻身形式3)擴(kuò)大基礎(chǔ)加設(shè)墻趾臺(tái)階，ZN， My減小2增加抗滑穩(wěn)定的方法1)設(shè)傾斜基底 重力式及衡重式擋土墻，當(dāng)穩(wěn)定性受滑動(dòng)控制時(shí)，可采用傾斜基底?；變A斜度：一般地區(qū)擋土墻： 0.2:1（土質(zhì)地基） 0.3:1（巖石地基）浸水地區(qū)擋土墻：不設(shè)傾斜角（f小于0.5） 0.1:1（f大于等于0.5）有關(guān)計(jì)算斜底斜寬：斜底增加的高度：斜底增加的面積：斜底增加的自重：全墻穩(wěn)定性檢算公式：*浸水地區(qū)及地

36、震地區(qū)的斜基底穩(wěn)定性校核公式參照上述辦法和前面講的公式計(jì)算。2)凸榫基礎(chǔ)在擋土墻底部設(shè)凸榫基礎(chǔ)，是增加擋土墻抗滑穩(wěn)定的另一種方法。（具體不講）第四節(jié) 擋土墻構(gòu)造及有關(guān)注意事項(xiàng) 一、擋土墻構(gòu)造1.重力式擋土墻胸坡和背坡一般采用1:0.21:0.8，衡重式擋土墻胸坡一般采用1:0.05，上墻背坡在1:0.351:0.45之間，下墻背坡一般為1:0.25左右。上下墻的墻高比一般采用2:3。2.采用混凝土塊和石砌體的擋土墻，墻頂寬度不應(yīng)小于0.5m，整體灌注的混凝土墻，墻頂寬度不應(yīng)小于0.4m，鋼筋混凝土墻頂寬度不應(yīng)小于0.2m。3.漿砌片石的墻面應(yīng)選用較大和表面較平的片石筑，并抹成平縫，一般不另鑲面

37、。擋土墻各周邊的夾角不宜小于60度。4.沿墻長(zhǎng)每隔1025m和與其它建筑物連接處應(yīng)設(shè)置伸縮縫。在基底的地層變化處，應(yīng)設(shè)置沉降縫。伸縮縫和沉降縫可合并設(shè)置，縫寬0.02一0.03m?？p內(nèi)、沿墻的內(nèi)，外、頂三邊填塞瀝青麻筋或?yàn)r青木板，塞入深度不小于0.2m。5.沿墻高和墻長(zhǎng)應(yīng)設(shè)置泄水孔，按上下左右每隔23m交錯(cuò)布置。折線墻背的易積水處亦應(yīng)設(shè)置。泄水孔尺寸一般為5 X10cm、10X10cm、15X 20cm的方孔或直徑為5一10cm的圓孔。 最下 一排泄水孔應(yīng)高出地面，或水面0.3m，而在浸水地區(qū)的擋土墻應(yīng)設(shè)在常水位以上0.2m。對(duì)有凍結(jié)和春融現(xiàn)象地區(qū)的擋土墻，應(yīng)根據(jù)具體情況加密泄水孔，以加快墻后

38、的填料或土層的疏干。6.為防止泄水孔堵塞，在泄水孔進(jìn)水側(cè)應(yīng)設(shè)置反濾層，厚度不小于0.3m，并在最底排泄水孔下部設(shè)置隔水層，不使積水滲入基底。若墻背為非滲水土?xí)r，應(yīng)在墻后最低排泄水孔至墻頂下0.5m之間填筑不小于0.3m厚的砂礫石等反濾層，若墻后用滲水性材料回填時(shí)，可不設(shè)反濾層。對(duì)墻后為膨脹性粘土的擋土墻，其反濾層的設(shè)計(jì)除按級(jí)配要求外應(yīng)適當(dāng)加厚。附屬設(shè)備1)防護(hù)欄桿（H6m，且連續(xù)長(zhǎng)度大于20m時(shí)）2)檢查梯二、材料要求1.在有石料的地區(qū)，擋土墻應(yīng)盡可能采用水泥砂漿砌片石砌筑。2.片石極限抗壓強(qiáng)度均不得低于30Mp3.浸水及潮濕地區(qū)，全體軟石料，軟化系數(shù)=0.84. 砂漿級(jí)別標(biāo)號(hào)： M7.5（7

39、5#）一般地區(qū)及寒冷地區(qū) M10（100#）浸水地區(qū)及嚴(yán)寒地區(qū)5.在缺乏天然石科的地區(qū)： 一般地區(qū)采用C15混凝土或片石混凝土 寒冷地區(qū)采用C20混凝土或片石混凝土三、設(shè)計(jì)、施工注意事項(xiàng)1.擋土墻基礎(chǔ)如置于基巖時(shí)，應(yīng)清除表層風(fēng)化部分；如置于土層時(shí)，不應(yīng)放在軟土、松土和未經(jīng)特殊處理的回填土上。2.墻頂設(shè)有護(hù)墻和護(hù)坡時(shí)，應(yīng)采取措施，防止護(hù)墻和護(hù)坡沿著土體表面下滑。如在護(hù)墻和護(hù)坡背后設(shè)耳墻，或作粗糙面，使與土體密貼，或在護(hù)墻和護(hù)坡與擋土墻頂接觸處沒平臺(tái)。必要時(shí)應(yīng)根據(jù)計(jì)算加大墻身截面。3.經(jīng)常受侵蝕性環(huán)境水作用的擋土墻，應(yīng)采用抗侵蝕的水泥砂漿砌筑或抗侵蝕的混凝土灌注，否則應(yīng)采取其他防護(hù)措施。4.沿河、

40、濱湖、水庫地區(qū)或海岸附近的鐵路擋土墻，由于基底受水流沖刷和波浪侵襲，常導(dǎo)致墻身的整體破壞，應(yīng)注意加固與防護(hù)。5.漿砌片石擋土墻的砂漿水灰比必須符合要求，砂漿應(yīng)填塞飽滿。巖石基坑砌料應(yīng)靠緊基坑側(cè)壁，使與巖層結(jié)為整體。6.砌筑擋土墻時(shí)，不得做成水平通縫。墻趾臺(tái)階轉(zhuǎn)折處，不得做成豎直通縫。7.墻身砌出地面后，基坑必須及時(shí)回填夯實(shí)，并做成不小于4的向外流水坡，以免積水下滲，影響墻身穩(wěn)定。8.墻后臨時(shí)開挖邊坡的坡度，隨不同土層和邊坡高度而定。松散坡積層地段的擋土墻，宜分段跳槽開挖，挖成一段，砌筑一段，以保證施工安全。9.施工前應(yīng)作好地面排水系統(tǒng)，保持基坑干燥。10.浸水擋土墻墻后應(yīng)盡量采用滲水土填筑，以利迅速宣泄積水，減少由于水位漲落引起的動(dòng)水壓力。第五節(jié) 其它類型的擋土墻一、懸臂式擋土墻1.概述懸臂式擋土墻是種輕型支擋建筑物1)形式：2)組成：3)適用條件：石料缺乏地區(qū)和