[工學(xué)]東南大學(xué)-基礎(chǔ)工程-第七章--擋土墻設(shè)計(jì)

1、第七章 擋土墻設(shè)計(jì)retaining wall7.1 概述概述7.2 擋土墻類型擋土墻類型7.3 作用在擋土墻上的土壓力作用在擋土墻上的土壓力7.4 重力式擋土墻設(shè)計(jì)重力式擋土墻設(shè)計(jì)7.5 懸臂式擋土墻設(shè)計(jì)懸臂式擋土墻設(shè)計(jì)7.6 扶臂式擋土墻設(shè)計(jì)扶臂式擋土墻設(shè)計(jì)7.1 概述概述 擋土墻（擋土墻（retaining wall）用來支撐天然或人工斜坡不致坍塌以保持土體穩(wěn)定性，或使部分側(cè)向荷載傳遞分散到填土上的一種結(jié)構(gòu)物。擋土結(jié)構(gòu)物及其土壓力 概述概述Rigid wall支支撐撐天天然然斜斜坡坡E地下室側(cè)墻地下室側(cè)墻E填土填土E填填土土堤岸擋土墻堤岸擋土墻拱橋橋臺拱橋橋臺E7.2 擋土墻類型擋土墻類

2、型 按斷面的幾何形狀和受力特點(diǎn)可分為：按斷面的幾何形狀和受力特點(diǎn)可分為：重力式重力式、懸臂式懸臂式、扶壁式扶壁式、板樁式板樁式和和地地下連續(xù)墻下連續(xù)墻等。等。 1、重力式擋土墻（圖、重力式擋土墻（圖7-2a） 以擋土墻自身重力來維持擋土墻在以擋土墻自身重力來維持擋土墻在土壓力作用下的穩(wěn)定。土壓力作用下的穩(wěn)定。墻頂墻頂墻基墻基墻趾墻趾墻面墻面墻背墻背塊石或素混凝土砌筑而成，塊石或素混凝土砌筑而成，靠自身重力維持穩(wěn)定，墻靠自身重力維持穩(wěn)定，墻體抗拉、抗剪強(qiáng)度都較低。體抗拉、抗剪強(qiáng)度都較低。墻身截面尺寸大，一般用墻身截面尺寸大，一般用于低擋土墻。于低擋土墻。適用范圍：高度小于適用范圍：高度小于6 6

3、米、地層穩(wěn)定、開挖土米、地層穩(wěn)定、開挖土 石方不會危及相鄰建筑物的地段石方不會危及相鄰建筑物的地段俯斜俯斜直立直立仰斜仰斜土壓力最大土壓力最大土壓力中等土壓力中等土壓力最小土壓力最小傾斜形式傾斜形式應(yīng)根據(jù)使用要求、地形和施工條件等綜合考慮。應(yīng)根據(jù)使用要求、地形和施工條件等綜合考慮。 2、懸臂式擋土墻（圖、懸臂式擋土墻（圖7-2b） 組成：組成：三懸臂（立壁、墻址、墻踵）三懸臂（立壁、墻址、墻踵） 受力：受力：以以墻踵底板上墻踵底板上的土重力來維持擋土的土重力來維持擋土 墻在土壓力作用下的穩(wěn)定墻在土壓力作用下的穩(wěn)定 材料：材料：鋼筋混凝土鋼筋混凝土 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：墻體截面小墻體截面小 適用范圍：適

4、用范圍：墻高超過墻高超過6米、地基較差、工米、地基較差、工 程較重要等情況。程較重要等情況。墻趾墻趾墻踵墻踵立壁立壁鋼筋鋼筋鋼筋混凝土建造，鋼筋混凝土建造，立臂立臂、墻墻趾懸臂趾懸臂和和墻踵懸臂墻踵懸臂三塊懸臂三塊懸臂板組成，靠板組成，靠墻踵懸臂墻踵懸臂上的土上的土重維持穩(wěn)定，墻體內(nèi)拉應(yīng)力重維持穩(wěn)定，墻體內(nèi)拉應(yīng)力由鋼筋承擔(dān)，墻身截面尺寸由鋼筋承擔(dān)，墻身截面尺寸小，充分利用材料特性，市小，充分利用材料特性，市政工程中常用政工程中常用3、扶壁式擋土墻（圖、扶壁式擋土墻（圖7-2c） 組成：用扶壁增強(qiáng)懸臂式擋土墻立壁的組成：用扶壁增強(qiáng)懸臂式擋土墻立壁的 抗彎性能抗彎性能 適用范圍：墻高超過適用范圍：

5、墻高超過10米米墻趾墻趾墻踵墻踵扶壁扶壁針對懸臂式擋土墻立臂受力后針對懸臂式擋土墻立臂受力后彎矩和撓度過大缺點(diǎn)，增設(shè)扶彎矩和撓度過大缺點(diǎn)，增設(shè)扶壁，扶壁間距（壁，扶壁間距（0.80.81.01.0）h，墻體穩(wěn)定靠扶壁間填土重維持墻體穩(wěn)定靠扶壁間填土重維持4、板樁式擋土墻（圖、板樁式擋土墻（圖7-2d） 組成：板樁、墻面板、錨栓組成：板樁、墻面板、錨栓 適用：承載力較低的軟基、大型開挖工程適用：承載力較低的軟基、大型開挖工程 等等墻板墻板錨定板錨定板基巖基巖錨桿錨桿預(yù)制鋼筋混凝土面板、立柱、鋼拉桿和埋在土預(yù)制鋼筋混凝土面板、立柱、鋼拉桿和埋在土中錨定板組成，穩(wěn)定由拉桿和錨定板來維持中錨定板組成，

6、穩(wěn)定由拉桿和錨定板來維持Rankine 和和 Coulomb 土壓力理論土壓力理論7.3 作用在擋土墻的土壓力作用在擋土墻的土壓力7.3.1 7.3.1 墻后填土有地下水墻后填土有地下水7.3.2 7.3.2 地震時的土壓力地震時的土壓力FkG212 cosaaEH K地震角地震角(表表71)水平地震系數(shù)水平地震系數(shù)水土合算和水土分算水土合算和水土分算7.4 重力式擋土墻設(shè)計(jì)重力式擋土墻設(shè)計(jì) 7.4.1 7.4.1 選型選型 7.4.2 7.4.2 構(gòu)造構(gòu)造 7.4.3 7.4.3 計(jì)算計(jì)算7.4.1 7.4.1 選型選型 1 1 墻后土壓力最小墻后土壓力最小 2 2墻的背坡和面坡選擇墻的背坡

7、和面坡選擇 3 3基底逆坡選擇基底逆坡選擇 4 4墻趾臺階墻趾臺階EaG0Oz 1 1、埋置深度、埋置深度 應(yīng)根據(jù)持力層地基土的承載力、凍結(jié)因素確應(yīng)根據(jù)持力層地基土的承載力、凍結(jié)因素確定定 2 2、墻身構(gòu)造、墻身構(gòu)造 3 3、排水措施、排水措施 4 4、填土質(zhì)量要求、填土質(zhì)量要求 5 5、沉降縫和伸縮縫、沉降縫和伸縮縫 6 6、擋土墻材料要求、擋土墻材料要求 7 7、擋土墻的砌筑質(zhì)量、擋土墻的砌筑質(zhì)量7.4.2 構(gòu)造構(gòu)造 方案方案1 1 方案方案2 27.4.3 7.4.3 計(jì)算計(jì)算 計(jì)算內(nèi)容：計(jì)算內(nèi)容：抗傾覆驗(yàn)算抗傾覆驗(yàn)算抗滑移驗(yàn)算抗滑移驗(yàn)算地基承載力驗(yàn)算地基承載力驗(yàn)算墻身強(qiáng)度驗(yàn)算墻身強(qiáng)度驗(yàn)

8、算抗震驗(yàn)算抗震驗(yàn)算1抗傾覆驗(yàn)算抗傾覆驗(yàn)算zfEaEazEaxG0dOx0 xfbz6 . 10 faxfaztzExEGxK)cos(d d aazEE)sin(d d aaxEE cotzbxf 0tan bzzf 2 抗滑移驗(yàn)算抗滑移驗(yàn)算3 . 1)( tatannsGEEGK 0cos GGn )cos(0d d aanEE0sin GGt )sin(0d d aatEEEaEanEatdGGnGt0O3 地基承載力驗(yàn)算地基承載力驗(yàn)算zfEaEazEaxG0dOx0 xfbzNTPmaxPminb0azfaxfGxE xE zcN 2bec 0cosbb p fa pmax 1.2fa

9、maxmin6(1)1.2aNepfbb 基底傾斜時，基底傾斜時，fa應(yīng)乘以應(yīng)乘以0.8的折減系數(shù)的折減系數(shù) 4 墻身強(qiáng)度驗(yàn)算墻身強(qiáng)度驗(yàn)算砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范aNAf 抗壓驗(yàn)算：抗壓驗(yàn)算：抗剪驗(yàn)算：抗剪驗(yàn)算：(0.18)avuQfA 5 擋土墻的抗震計(jì)算擋土墻的抗震計(jì)算 (1)抗傾覆驗(yàn)算抗傾覆驗(yàn)算01.2azftaxfwGxE xKE zFz (2)抗滑移驗(yàn)算抗滑移驗(yàn)算00(sin)1.2cosnansattGEFKEGF (3)地基承載力驗(yàn)算地基承載力驗(yàn)算max0minsin6(1)1.2aNFepfbb (4)墻身強(qiáng)度驗(yàn)算墻身強(qiáng)度驗(yàn)算aNAf 抗壓驗(yàn)算：抗壓驗(yàn)算：抗剪驗(yàn)算：抗剪

10、驗(yàn)算：(0.18)avuQfA 計(jì)算計(jì)算Q時要考慮地震力時要考慮地震力F例題 某擋土墻高某擋土墻高H H為為5m5m，墻背垂直光滑，墻后填土面水，墻背垂直光滑，墻后填土面水平，擋土墻采用平，擋土墻采用M5M5水泥砂漿，水泥砂漿，MU10MU10毛石砌筑，砌體毛石砌筑，砌體重度重度k k22kN/m22kN/m3 3，填土內(nèi)摩擦角，填土內(nèi)摩擦角3030，粘聚力，粘聚力c c0 0，填土重度，填土重度18kN/m18kN/m3 3，地面荷載，地面荷載q q2.5kPa2.5kPa，基底摩擦系數(shù)基底摩擦系數(shù)0.50.5，地基承載力特征值，地基承載力特征值f fa a200kPa200kPa，試驗(yàn)算擋

11、土墻的穩(wěn)定性及強(qiáng)度，擋土墻的，試驗(yàn)算擋土墻的穩(wěn)定性及強(qiáng)度，擋土墻的截面尺寸見圖所示。截面尺寸見圖所示。 2.00.50.254.752.5kN/m2解：解：1. 1. 計(jì)算主動土壓力計(jì)算主動土壓力10.833 54.17/aEkN m21(30.80.833) 574.93/2aEkN m Ea2aqkEa1aHk 1(0.83330.8) 579.1/2aEkN m 2. 2. 抗傾覆驗(yàn)算抗傾覆驗(yàn)算112.5 0.25226.875/2GkN m 2124.7522104.5/2GkN m 314.752252.25/2GkN m 6.875 1.67104.5 1.3352.252.252

12、68.0292.3151.64.172.2574.93 1.42115.78tK 11.67xm 21.33xm 32.25xm 2.00.50.254.75G2G3G1O3. 3. 抗滑移驗(yàn)算抗滑移驗(yàn)算 aqkEa1Ea2aHk 2.00.5G2G3G1Ea1nEa1tEa2nEa2taltal0cos4.17 0.9954.149kN/mEEalnal0sin4.17 0.09950.415kN/mEEa2ta20cos74.93 0.99574.555kN/mEEa2na20sin74.93 0.09957.456kN/mEE1236.875 104.552.25163.625kN/mG

13、GGGt0sin163.625 0.099516.281kN/mGGn0cos163.625 0.995162.81kN/mGG(162.810.4157.456) 0.51.3671.34.14974.555 16.281sK4.4.地基承載力驗(yàn)算地基承載力驗(yàn)算 maxmin6170.6816 0.322112.5132.513Nepbb127.031.2 200kPa8.8202.52.513mcos0.995bb 0.3640.41826bbec268.029 115.780.892m162.810.4157.456c2.00.5G2G3G1Ea1nEa1tEa2nEa2tNT5 5、墻

14、身強(qiáng)度驗(yàn)算、墻身強(qiáng)度驗(yàn)算 1aE2aE0.51.0G3G2N1.26 0.5II3.00.72aNAf 抗壓驗(yàn)算：抗壓驗(yàn)算：抗剪驗(yàn)算：抗剪驗(yàn)算：(0.18)avuQfA 231.2()1.2 74.5889.5kN/mNGGa10.58 1.76 323329.72kN89.5kNAf a2a11.21.4QEE35.87kN/m2374.5843.38kPa1.76GGAavu(0.18)1 (82.50.18 43.38) 1.76fA 158.9kN35.87kN7.5 懸臂式擋土墻設(shè)計(jì)懸臂式擋土墻設(shè)計(jì) 墻身懸臂墻身懸臂 墻趾懸臂墻趾懸臂 墻踵懸臂墻踵懸臂bb2b1h1qHH11 墻身內(nèi)

15、力及配筋墻身內(nèi)力及配筋bb2b1h1qHH1Ea2Ea1H/2H/3（qH）Ka)23(210HEHEMaQaG 0hfMAyss 2 地基承載力驗(yàn)算地基承載力驗(yàn)算bb2b1h1G4H1G3G2G1a1a2a3a4Ea2Ea1)61(minmaxbebGP GHEHEaGbeaaii23212116/be 6/be cGP32max afP afP2 . 1max 地基承載力驗(yàn)算地基承載力驗(yàn)算eeb/2b/2pmaxpmaxpminp1p2c3 基礎(chǔ)板內(nèi)力及配筋計(jì)算基礎(chǔ)板內(nèi)力及配筋計(jì)算bb2b1h1G4H1G3G2G1a1a2a3a4Ea2Ea1eeb/2b/2pmaxpmaxpminp1p2

16、c211max111max2111)2(61322)(2bppbbppbpM （1） 墻趾板墻趾板忽略墻趾板自重及其上土體忽略墻趾板自重及其上土體重量產(chǎn)生的彎矩重量產(chǎn)生的彎矩3 基礎(chǔ)板內(nèi)力及配筋計(jì)算基礎(chǔ)板內(nèi)力及配筋計(jì)算bb2b1h1G4H1G3G2G1a1a2a3a4Ea2Ea1eeb/2b/2pmaxpmaxpminp1p2c2221min122min222min2212)()(26123)(22bpqpqbppbpbqM （2）墻踵板）墻踵板q1：墻踵板自重及墻踵板自重及G3和和G4產(chǎn)產(chǎn)生的均布荷載。生的均布荷載。4 4 穩(wěn)定性驗(yàn)算穩(wěn)定性驗(yàn)算 （1 1）抗傾覆穩(wěn)定性）抗傾覆穩(wěn)定性6 . 1

17、231211332211 HEHEaGaGaGKaat （2 2）抗滑移穩(wěn)定性）抗滑移穩(wěn)定性3 . 1)(21321 aasEEGGGK bb2b1h1G4H1G3G2G1a1a2a3a4Ea2Ea1提高穩(wěn)定性措施提高穩(wěn)定性措施v減少土的側(cè)壓力減少土的側(cè)壓力增加內(nèi)摩擦角，設(shè)置減壓平臺增加內(nèi)摩擦角，設(shè)置減壓平臺v增加墻踵的懸臂長度增加墻踵的懸臂長度設(shè)置抗滑拖板，墻踵部分加長。設(shè)置抗滑拖板，墻踵部分加長。v提高基礎(chǔ)的抗滑能力提高基礎(chǔ)的抗滑能力基礎(chǔ)板做成傾斜面基礎(chǔ)板做成傾斜面設(shè)置滑移鍵設(shè)置滑移鍵 懸臂式擋土墻截面尺寸如圖所示。懸臂式擋土墻截面尺寸如圖所示。墻面上活荷載墻面上活荷載q=4kPaq=4k

18、Pa，地基土為，地基土為粘性土，承載力特征值粘性土，承載力特征值f fa a=100kPa=100kPa。墻后填土重度。墻后填土重度=18kN/m=18kN/m3 3，內(nèi)摩擦角，內(nèi)摩擦角=30=30o o。擋土墻底面處在地下水位以上。擋土墻底面處在地下水位以上。求擋土墻墻身及基礎(chǔ)底板的配筋，求擋土墻墻身及基礎(chǔ)底板的配筋，進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算和土的承載力驗(yàn)進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算和土的承載力驗(yàn)算，擋土墻材料采用算，擋土墻材料采用C25C25級混凝級混凝土及土及HPB235HPB235，HRB335HRB335級鋼筋。級鋼筋。200q4kPa2500G3G2G1a1a2a3a450010

19、0100G4100 100 【解】 ： 1. 1. 確定側(cè)壓力確定側(cè)壓力 222121tan45tan45222aaaEEEHqH2221303018 3tan (45)4 3 tan45222 27431kN/m 2. 2. 墻身內(nèi)力及配筋計(jì)算墻身內(nèi)力及配筋計(jì)算 0123311.2 271.4 43232GaQaHHMEE 32.48.440.8kN m/m2ssy040800000884mm /m0.932 300 165MAfhs221c0408000000.1261 11.9 1000 165Maf bh 沿墻身每米配置沿墻身每米配置8 81212的豎向受力鋼筋，鋼筋的的豎向受力鋼筋，

20、鋼筋的1/21/2伸至頂部，其余的在墻高中部（伸至頂部，其余的在墻高中部（1/21/2墻高處）墻高處）截?cái)?。在水平方向配置?gòu)造分布筋截?cái)?。在水平方向配置?gòu)造分布筋1030010300。0.932s 3 3 地基承載力驗(yàn)算地基承載力驗(yàn)算 11(0.10.2) 3 2511.3kN/m2G 21(0.10.2) 1.6 250.2 0.2 257kN/m2G 30.131 1854.9kN/m2G 44 14kN/mG200q4kPa2500G3G2G1a1a2a3a4500100100G422221130tan4518 3.2tan452222alEH30.7kN/m2

21、2a230tan454 3.2tan454.3kN/m22EqH1 1223344121234()322aaHHG aG aG aG aEEbeGGGG3.23.2(11.3 0.727 0.8754.9 1.34 1.3)30.74.31.832211.3754.94 51.20.90.237m77.2maxmin677.26 0.237111.8 11.8Gepbb76.8kPa9.0kPamaxa1.2120kPapf76.8942.9kPa100kPa2p 4 4 基礎(chǔ)底板的內(nèi)力及配筋計(jì)算基礎(chǔ)底板的內(nèi)力及配筋計(jì)算 8.1366.0971.371.25.2 1.439.61.82(11.

22、3754.9) 1.24 1.4e 70.420.90.15m93.44maxmin693.446 0.15111.8 11.8Gepbb77.9kPa26kPa（1）墻趾部分）墻趾部分 110.226(77.926)60.6kPa1.8p21max11126MPP b212 77.960.60.612.98kN m/m61200mmh 0120045155mmh 221c01129800000.0451 11.9 1000 155sMf bh20112980000286mm0.977 155 300sssyMAh f0.977s 可利用墻身豎向受力鋼筋下彎?？衫脡ι碡Q向受力鋼筋下彎。 （2

23、）墻踵部分）墻踵部分34212GGGGGqb21.2 1 0.15 254.5kN/mGG 11.2 54.9 1.4 44.575.98kN/m1.0q22minmaxmin()bppppb1.026(77.926)54.83kPa1.8221min12212()()6MqPqPb212(75.9826)(75.98 54.83)1620.19kN m/m12hh0102155mmhh222102201900000.0711 11.9 1000 155scMf bhs0.96322ss02y20190000450mm0.963 155 300MAhf 選用選用12200,12200, 2s5

24、65mmA 5 穩(wěn)定性驗(yàn)算穩(wěn)定性驗(yàn)算 （1 1）抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算）抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算1 1223311.3 0.727 0.8754.9 1.3rMG aG aG a 85.6kN m/msa1a23.23.230.74.33233HHMEE39.6kN m/mrts85.62.161.639.6MKM（2）抗滑移驗(yàn)算）抗滑移驗(yàn)算0.3123sa1a2()GGGKEE0.3(11.3754.9)30.74.30.631.3 抗滑移驗(yàn)算結(jié)果不滿足要求。選用底面夯填抗滑移驗(yàn)算結(jié)果不滿足要求。選用底面夯填300300500mm500mm厚碎石提高值后，仍不滿足要求，厚碎石提高值后，仍不滿足要求，所以采用底

25、板加設(shè)防滑鍵所以采用底板加設(shè)防滑鍵 bminmaxmin1.0()9(76.89)46.7kPa1.8jbappppb0.8mia 30tan 450.8tan 450.46m22iiha22max76.846.730tan45tan450.462222bpippEh85.22kN/mmin46.79()(1.80.8) 0.322bippFba8.36kN/mpa0.5 85.228.361.461.330.74.3EFE 計(jì)算結(jié)果滿足要求，防滑鍵計(jì)算高度為計(jì)算結(jié)果滿足要求，防滑鍵計(jì)算高度為0.46m0.46m，實(shí)際工程可取實(shí)際工程可取0.5m0.5m。 7.6 扶壁式擋土墻設(shè)計(jì)扶壁式擋土墻

26、設(shè)計(jì)v1 1 墻身（立壁）計(jì)算墻身（立壁）計(jì)算三邊固定，一邊自由的雙向板；三邊固定，一邊自由的雙向板；單向板單向板v2 2基礎(chǔ)底板計(jì)算基礎(chǔ)底板計(jì)算墻趾板同懸臂式；墻踵板和立墻趾板同懸臂式；墻踵板和立壁相同壁相同v3 3扶壁計(jì)算扶壁計(jì)算固定在基礎(chǔ)底板的一個變截面固定在基礎(chǔ)底板的一個變截面懸臂懸臂T T形梁形梁墻趾墻趾墻踵墻踵扶壁扶壁 1 1 懸臂式擋土墻截面尺寸如圖所懸臂式擋土墻截面尺寸如圖所示。墻面上活荷載示。墻面上活荷載q=3kPaq=3kPa，地基，地基土為粘性土，承載力特征值土為粘性土，承載力特征值f fa a=110kPa=110kPa。墻后填土重度。墻后填土重度=18.5kN/m=18.5kN/m3 3，內(nèi)摩擦角，內(nèi)摩擦角=32=32o o。擋土墻底面處在地下水位以上。擋土墻底面處在地下水位以上。求擋土墻墻身及基礎(chǔ)底板的配筋，求擋土墻墻身及基礎(chǔ)底板的配筋，進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算和土的承載力驗(yàn)進(jìn)