《路基擋土墻》

1、鐵路選線與路基鐵路選線與路基第9章 擋土墻設(shè)計(jì) 四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院道道 橋橋 系系鐘鐘 彪彪主要內(nèi)容主要內(nèi)容9.1 概述概述9.2 土壓力知識回顧土壓力知識回顧9.3 擋土墻類型擋土墻類型9.4 重力式擋土墻設(shè)計(jì)重力式擋土墻設(shè)計(jì)9.5 懸臂式擋土墻設(shè)計(jì)懸臂式擋土墻設(shè)計(jì)9.6 扶臂式擋土墻設(shè)計(jì)扶臂式擋土墻設(shè)計(jì)9.1 概述概述v 擋土墻（擋土墻（retaining wall）用來支撐天然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。一種結(jié)構(gòu)物。v在工業(yè)與民用建

2、筑、水利水電工程、鐵在工業(yè)與民用建筑、水利水電工程、鐵路、公路、橋梁、港口及航道等各類建路、公路、橋梁、港口及航道等各類建筑工程中被廣泛地應(yīng)用。筑工程中被廣泛地應(yīng)用。 擋土結(jié)構(gòu)物 概述 1 1）擋土墻按結(jié)構(gòu)型式分）擋土墻按結(jié)構(gòu)型式分： 重力式；重力式； 懸臂式；懸臂式； 扶臂式；扶臂式； 錨桿式；錨桿式； 加筋加筋土式。土式。 a a）仰斜式）仰斜式 b b）直立式）直立式 c c）俯斜式）俯斜式 d d）衡重式）衡重式重力式擋土墻重力式擋土墻擋土墻的類型擋土墻的類型懸臂式擋土墻懸臂式擋土墻 扶壁式擋土墻扶壁式擋土墻錨桿式擋土墻錨桿式擋土墻 2 2）擋土墻按建筑材料分：）擋土墻按建筑材料分：

3、磚砌；磚砌； 塊石；塊石； 素混凝土；素混凝土； 鋼筋混凝土。鋼筋混凝土。 3 3）按其剛度和位移方式分：）按其剛度和位移方式分： 剛性擋土墻；剛性擋土墻； 柔性擋土墻；臨時支撐。柔性擋土墻；臨時支撐。 剛性擋土墻剛性擋土墻是指用磚、石或混凝土所筑成的斷面較大是指用磚、石或混凝土所筑成的斷面較大的擋土墻。由于剛度大，墻體在側(cè)向土壓力作用下，僅發(fā)生的擋土墻。由于剛度大，墻體在側(cè)向土壓力作用下，僅發(fā)生整體平移或轉(zhuǎn)動，本身撓曲變形則可忽略。墻背受到的土壓整體平移或轉(zhuǎn)動，本身撓曲變形則可忽略。墻背受到的土壓力呈三角形分布，最大壓力強(qiáng)度發(fā)生在底部，類似于靜水壓力呈三角形分布，最大壓力強(qiáng)度發(fā)生在底部，類似

4、于靜水壓力分布。力分布。錨桿錨桿板樁板樁板樁板樁變形變形l 柔性擋土墻l 剛性擋土墻剛性擋土墻T型型預(yù)應(yīng)力預(yù)應(yīng)力剛性加筋剛性加筋圬圬工工式式L型型扶壁扶壁 京津城際鐵路新型扶壁式擋墻京津城際鐵路新型扶壁式擋墻古月堂西側(cè)的擋土墻漿砌塊石古月堂西側(cè)的擋土墻漿砌塊石擋土墻形式擋土墻形式-剛性擋土墻剛性擋土墻加筋土擋墻加筋土擋墻擋土墻形式擋土墻形式-剛性擋土墻剛性擋土墻柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)錨桿錨桿板樁板樁板樁板樁變形變形板樁板樁上土壓力上土壓力 實(shí)測實(shí)測 計(jì)算計(jì)算板樁板樁錨桿錨桿基坑支撐上的土壓力基坑支撐上的土壓力變形變形土壓力分布土壓力分布 擋土墻發(fā)生事故的例子擋土墻發(fā)生事故的例子山體滑坡山體滑坡延安寶塔面

5、臨滑坡威脅延安寶塔面臨滑坡威脅9.2 土壓力知識回顧土壓力知識回顧v由于土體自重、土上荷載或結(jié)構(gòu)物的側(cè)向擠由于土體自重、土上荷載或結(jié)構(gòu)物的側(cè)向擠壓作用，擋土結(jié)構(gòu)物所承受的來自墻后填土壓作用，擋土結(jié)構(gòu)物所承受的來自墻后填土的側(cè)向壓力。的側(cè)向壓力。v土壓力類型土壓力類型被動土壓力被動土壓力主動土壓力主動土壓力靜止土壓力靜止土壓力土壓力土壓力依據(jù)依據(jù)擋土墻移動的方向和擋土墻移動的方向和墻后填土的應(yīng)力狀態(tài)墻后填土的應(yīng)力狀態(tài)3）被動土壓力）被動土壓力（Passive earth pressure)1）靜止土壓力）靜止土壓力（Earth pressure at rest)2）主動土壓力）主動土壓力（Act

6、ive earth pressure)巖石拱橋橋臺 擋土墻在墻后填土的推力作用下，不發(fā)生任何方向的移動或轉(zhuǎn)動時，擋土墻在墻后填土的推力作用下，不發(fā)生任何方向的移動或轉(zhuǎn)動時，墻后土體沒有破壞，而處于彈性平衡狀態(tài)，作用于墻背的水平壓力稱為靜墻后土體沒有破壞，而處于彈性平衡狀態(tài)，作用于墻背的水平壓力稱為靜止土壓力止土壓力E0 。 例如，地下室外墻在樓面和內(nèi)隔墻的支撐作用下幾乎無位移發(fā)生，作例如，地下室外墻在樓面和內(nèi)隔墻的支撐作用下幾乎無位移發(fā)生，作用在外墻面上的土壓力即為靜止土壓力。用在外墻面上的土壓力即為靜止土壓力。1 1） 靜止土壓力（靜止土壓力（E0 0） Eo o工程實(shí)例工程實(shí)例靜止土壓力靜

7、止土壓力 擋土墻在填土壓力作用下，向著背離土體方向發(fā)生移動或轉(zhuǎn)動時，墻擋土墻在填土壓力作用下，向著背離土體方向發(fā)生移動或轉(zhuǎn)動時，墻后土體由于側(cè)面所受限制的放松而有下滑的趨勢，土體內(nèi)潛在滑動面上的后土體由于側(cè)面所受限制的放松而有下滑的趨勢，土體內(nèi)潛在滑動面上的剪應(yīng)力增加，使作用在墻背上的土壓力逐漸減小。當(dāng)擋土墻的移動或轉(zhuǎn)動剪應(yīng)力增加，使作用在墻背上的土壓力逐漸減小。當(dāng)擋土墻的移動或轉(zhuǎn)動達(dá)到一定數(shù)值時，墻后土體達(dá)到主動極限平衡狀態(tài)，此時作用在墻背上的達(dá)到一定數(shù)值時，墻后土體達(dá)到主動極限平衡狀態(tài)，此時作用在墻背上的土壓力，稱為主動土壓力土壓力，稱為主動土壓力Ea （土體主動推墻）。（土體主動推墻）。

8、2 2） 主動土壓力（主動土壓力（Ea ）滑裂面滑裂面Ea墻后為主動土壓力墻后為主動土壓力工程實(shí)例工程實(shí)例Ep滑裂面滑裂面3 3）被動土壓力（）被動土壓力（Ep） 當(dāng)擋土墻在較大的外力作用下，向著土體的方向移動或轉(zhuǎn)動時，墻后當(dāng)擋土墻在較大的外力作用下，向著土體的方向移動或轉(zhuǎn)動時，墻后土體由于受到擠壓，有向上滑動的趨勢，土體內(nèi)潛在滑動面上的剪應(yīng)力反土體由于受到擠壓，有向上滑動的趨勢，土體內(nèi)潛在滑動面上的剪應(yīng)力反向增加，使作用在墻背上的土壓力逐漸增大。當(dāng)擋土墻的移動或轉(zhuǎn)動達(dá)到向增加，使作用在墻背上的土壓力逐漸增大。當(dāng)擋土墻的移動或轉(zhuǎn)動達(dá)到一定數(shù)值時，墻后土體達(dá)到被動極限平衡狀態(tài)，此時作用在墻背上的

9、土壓一定數(shù)值時，墻后土體達(dá)到被動極限平衡狀態(tài)，此時作用在墻背上的土壓力，稱為被動土壓力力，稱為被動土壓力Ep（土體被動地被墻推移）。（土體被動地被墻推移）。工程實(shí)例工程實(shí)例橋臺后為被動土壓力橋臺后為被動土壓力墻前為被動土壓力墻前為被動土壓力工程實(shí)例工程實(shí)例n土壓力及位移量間的關(guān)系土壓力及位移量間的關(guān)系 + +- -EoapEaEo oEpn對同一擋土墻，在填土對同一擋土墻，在填土的物理力學(xué)性質(zhì)相同的的物理力學(xué)性質(zhì)相同的條件下條件下有以下規(guī)律：有以下規(guī)律：n1. 1. Ea Eo Epn2. 2. p a- - a +p在填土表面下任意深度在填土表面下任意深度z 處的處的靜止土壓力靜止土壓力強(qiáng)度

10、強(qiáng)度可按下式計(jì)算：可按下式計(jì)算：020 21KHE 由上式可知，靜止土壓力沿墻高由上式可知，靜止土壓力沿墻高呈三角呈三角形分布形分布。作用在單位墻長上的靜止土壓力為：。作用在單位墻長上的靜止土壓力為：zK 00 9.2.1 9.2.1 靜止土壓力的計(jì)算靜止土壓力的計(jì)算E0H3H靜止土壓力的分布靜止土壓力的分布HK 00 020 21KHE 靜止土壓力分布靜止土壓力分布 土壓力作用點(diǎn)土壓力作用點(diǎn)三角形分布三角形分布 作用點(diǎn)距墻底作用點(diǎn)距墻底H/ /3 例例6-16-1計(jì)算圖計(jì)算圖 靜止土壓力沿墻背的分布及其合力的作用點(diǎn)位置如圖。靜止土壓力沿墻背的分布及其合力的作用點(diǎn)位置如圖。 朗肯土壓力理論的假

11、設(shè)：朗肯土壓力理論的假設(shè)： 1.擋土墻背面豎直；擋土墻背面豎直； 2.墻背光滑；墻背光滑； 3.墻后填土面水平。墻后填土面水平。9.2.2 9.2.2 朗肯朗肯土壓力理論土壓力理論朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論(Rankine,1857) （Rankines earth pressure theory）是根據(jù)是根據(jù)半空間的應(yīng)力狀態(tài)半空間的應(yīng)力狀態(tài)和和土的極限平衡條土的極限平衡條件件而得出的土壓力計(jì)算方法。而得出的土壓力計(jì)算方法。 粘性土粘性土（極限平衡狀態(tài)（極限平衡狀態(tài)) )245(tg2)245(tg )245(tg2)245(tg 213231 cc或或213231 tg (45)2 tg

12、(45)2或無粘性土無粘性土（極限平衡狀態(tài)（極限平衡狀態(tài)) )1、主動土壓力、主動土壓力 (3 3)4545o o /2/2Hz(1 1)z za 1 1）無粘性土：無粘性土： Ea3HHaHK a2a22a21)245(tg21KHEHE 或或n1.1.無粘性土主動土壓力強(qiáng)度與無粘性土主動土壓力強(qiáng)度與z成正比，沿墻高呈三成正比，沿墻高呈三角形分布角形分布n2.2.合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積合力大小為分布圖形的面積，即三角形面積n3.3.合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底合力作用點(diǎn)在三角形形心，即作用在離墻底H/3處處 2) 粘性土的主動土壓力強(qiáng)度包括兩部分：粘性土的主動土壓力

13、強(qiáng)度包括兩部分：一部分是由自重引起的土壓力強(qiáng)度一部分是由自重引起的土壓力強(qiáng)度 ，另另一部分是由粘聚力引起的負(fù)側(cè)壓力強(qiáng)一部分是由粘聚力引起的負(fù)側(cè)壓力強(qiáng)度度 。azK a2Kc 30zH aHK adebc0za2Kc aKcz 20 EaH 2aa2aa0a2221)2)(21cKcHKHKcHKzHE 2、被動土壓力、被動土壓力 當(dāng)墻受到外力作用而被推向土體時，當(dāng)墻受到外力作用而被推向土體時，填土中任意一點(diǎn)的豎向應(yīng)力填土中任意一點(diǎn)的豎向應(yīng)力 仍不變，仍不變，而水平向應(yīng)力而水平向應(yīng)力 x 卻逐漸增大，直至出現(xiàn)卻逐漸增大，直至出現(xiàn)被被動朗肯狀態(tài)動朗肯狀態(tài)。此時，。此時， x 達(dá)最大限值達(dá)最大限值

14、p，因因此此 p 是大主應(yīng)力，也就是被動土壓力強(qiáng)度，是大主應(yīng)力，也就是被動土壓力強(qiáng)度，而而 z 則是小主應(yīng)力。則是小主應(yīng)力。 由極限平衡條件公式可得由極限平衡條件公式可得z z無粘性土無粘性土pp2p)245(tgzKz 或或粘性土粘性土ppp2p2)245(tg2)245(tgKczKcz 或或z(3 3)(1 1)4545o o /2/2hz zp Kp 稱為稱為朗肯被動土壓力系數(shù)朗肯被動土壓力系數(shù))245(tg2p K 從以上公式可知：無粘性土的被動土壓從以上公式可知：無粘性土的被動土壓力強(qiáng)度呈力強(qiáng)度呈三角形分布三角形分布。Ep3HpHK Hp2p21KHE 從以上公式可知：粘性土的被動

15、土壓力從以上公式可知：粘性土的被動土壓力強(qiáng)度呈強(qiáng)度呈梯形分布梯形分布。Eppp2KcHK p2Kcpp2p221KcHKHE H3）繪制擋土墻上的主動土壓力、被動土壓力沿深度分布圖。）繪制擋土墻上的主動土壓力、被動土壓力沿深度分布圖。 a)a)主動土壓力主動土壓力 b)b)被動土壓力被動土壓力例題分析例題分析v【例】有一擋土墻，高有一擋土墻，高6 6米，墻背直立、光滑，墻后填土米，墻背直立、光滑，墻后填土面水平。填土為粘性土，其重度、內(nèi)摩擦角、粘聚力如下面水平。填土為粘性土，其重度、內(nèi)摩擦角、粘聚力如下圖所示圖所示 ，求主動土壓力及其作用點(diǎn)，并繪出主動土壓力求主動土壓力及其作用點(diǎn)，并繪出主動土

16、壓力分布圖分布圖h=6m =17kN/m=17kN/m3c=8kPa=8kPa =20=20o ov【解答解答】主動土壓力系數(shù)主動土壓力系數(shù)49. 0245tan2oaK墻底處土壓力強(qiáng)度墻底處土壓力強(qiáng)度kPaKchKpaaa8.382臨界深度臨界深度mKcza34.1)/(20主動土壓力主動土壓力mkNKchKzhEaaa/4 .902/ )2)(0主動土壓力作用點(diǎn)主動土壓力作用點(diǎn)距墻底的距離距墻底的距離mzh55. 1)(3/1 (02cKaz0Ea(h-z0)/36m6mhKa-2cKa17. 285.12330 . 20 . 6)64.3464.376(2/10 . 30 . 664.3

17、42h4 4）繪制擋土墻上的靜止土壓力、主動土壓力、被動土壓力沿深度的分布圖。）繪制擋土墻上的靜止土壓力、主動土壓力、被動土壓力沿深度的分布圖。 a a）靜止土壓力）靜止土壓力 b)b)主動土壓力主動土壓力 c)c)被動土壓力被動土壓力v幾種常見情況下土壓力計(jì)算幾種常見情況下土壓力計(jì)算n1.1.填土表面有均布荷載填土表面有均布荷載（以無粘性土為例）（以無粘性土為例） zqh填土表面深度填土表面深度z z處豎向應(yīng)力為處豎向應(yīng)力為( (q+q+z) )AB相應(yīng)主動土壓力強(qiáng)度相應(yīng)主動土壓力強(qiáng)度aaKqzp)( A A點(diǎn)土壓力強(qiáng)度點(diǎn)土壓力強(qiáng)度aaAqKpB B點(diǎn)土壓力強(qiáng)度點(diǎn)土壓力強(qiáng)度aaBKqhp)(

18、若填土為粘性土，若填土為粘性土，c0 0臨界深度臨界深度z0/)/(20qKczaz0 0 0說明存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)，計(jì)說明存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)，計(jì)算中應(yīng)不考慮負(fù)壓力區(qū)土壓力算中應(yīng)不考慮負(fù)壓力區(qū)土壓力z0 00說明不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)，說明不存在負(fù)側(cè)壓力區(qū)，按三角形或梯形分布計(jì)算按三角形或梯形分布計(jì)算z zqq45o/245o/2qKaHKa局部荷載局部荷載-朗肯土壓力理論：朗肯土壓力理論：n2.2.成層填土情況成層填土情況（以無粘性土為例）（以無粘性土為例） ABCD 1 1， 1 1 2 2， 2 2 3 3， 3 3paAaApaBaB上上paBaB下下paCaC下下paCaC上上paDaD擋土墻后有

19、幾層不同類的土擋土墻后有幾層不同類的土層，先求豎向自重應(yīng)力，然層，先求豎向自重應(yīng)力，然后乘以后乘以該土層該土層的主動土壓力的主動土壓力系數(shù)，得到相應(yīng)的主動土壓系數(shù)，得到相應(yīng)的主動土壓力強(qiáng)度力強(qiáng)度h1h2h30aAp111aaBKhp上上A點(diǎn)點(diǎn)B點(diǎn)上界面點(diǎn)上界面B點(diǎn)下界面點(diǎn)下界面211aaBKhp下下C點(diǎn)上界面點(diǎn)上界面C點(diǎn)下界面點(diǎn)下界面22211)(aaCKhhp上上32211)(aaCKhhp下下D點(diǎn)點(diǎn)3332211)(aaDKhhhp說明：說明：合力大小為分合力大小為分布圖形的面積，作用布圖形的面積，作用點(diǎn)位于分布圖形的形點(diǎn)位于分布圖形的形心處心處f f1 = f f2 c1 = c2=0

20、2 1 2 0 c2=0c1 =0 c20 1 = 2 f f2 = f f1CBA 1 f f1 c1 2 f f2 c2H2H1B成層填土 1 = 2 c1 = c2=0f f2 f f1 f f2 f f1 CBA 1 f f1 c1 2 f f2 c2H2H1B成層填土n3.3.墻后填土存在地下水墻后填土存在地下水（以無粘性土為例）（以無粘性土為例） ABC(h1+ h2)Kawh2擋土墻后有地下水時，作用擋土墻后有地下水時，作用在墻背上的土側(cè)壓力有在墻背上的土側(cè)壓力有土壓土壓力力和和水壓力水壓力兩部分，可分作兩部分，可分作兩層計(jì)算，一般假設(shè)地下水兩層計(jì)算，一般假設(shè)地下水位上下土層的抗

21、剪強(qiáng)度指標(biāo)位上下土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)相同相同，地下水位以下土層用地下水位以下土層用浮重度計(jì)算浮重度計(jì)算0aApA點(diǎn)點(diǎn)B點(diǎn)點(diǎn)aaBKhp1C點(diǎn)點(diǎn)aaaCKhKhp21土壓力強(qiáng)度土壓力強(qiáng)度水壓力強(qiáng)度水壓力強(qiáng)度B點(diǎn)點(diǎn)0wBpC點(diǎn)點(diǎn)2hpwwC作用在墻背的總壓力作用在墻背的總壓力為土壓力和水壓力之為土壓力和水壓力之和，作用點(diǎn)在合力分和，作用點(diǎn)在合力分布圖形的形心處布圖形的形心處h1h2h1. 構(gòu)造要求：構(gòu)造要求： 一般用砂性土，墻設(shè)排水孔以及反一般用砂性土，墻設(shè)排水孔以及反濾層，填土表面設(shè)溝、堤等截流。濾層，填土表面設(shè)溝、堤等截流。2. 水下部分水下部分土壓力土壓力 P a = K a z水壓力水壓力

22、pu=u ( (靜水壓力、滲流壓靜水壓力、滲流壓力、超靜孔壓力、超靜孔壓) )填土中有水填土中有水排水管排水管排水孔排水孔土工織物反濾土工織物反濾砂礫石料砂礫石料帶卸荷臺的擋土墻土壓力帶卸荷臺的擋土墻土壓力H1H245o+/2 (H1+H2)Ka H1KaABDCECE帶卸荷臺的擋土墻土壓力帶卸荷臺的擋土墻土壓力H1H245o+/2 (H1+H2)Ka H1KaABDCECE此擋土墻上的主動土壓力計(jì)算結(jié)果及其分布：此擋土墻上的主動土壓力計(jì)算結(jié)果及其分布： 例題分析例題分析v【例】擋土墻高擋土墻高5m5m，墻背直立、光滑，墻后填土面水平，墻背直立、光滑，墻后填土面水平，共分兩層。各層的物理力學(xué)性

23、質(zhì)指標(biāo)如圖所示，試求主動共分兩層。各層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如圖所示，試求主動土壓力土壓力Ea，并繪出土壓力分布圖并繪出土壓力分布圖 h=5m 1 1=17kN/m=17kN/m3c1 1=0=0 1 1=34=34o o 2 2=19kN/m=19kN/m3c2 2=10kPa=10kPa 2 2=16=16o oh1 =2mh2 =3mABCKa1 10.3070.307Ka2 20.5680.568v【解答解答】ABCh=5mh1=2mh2=3mA點(diǎn)點(diǎn)011aaAzKpB點(diǎn)上界面點(diǎn)上界面kPaKhpaaB4 .10111上上B點(diǎn)下界面點(diǎn)下界面kPaKcKhpaaaB2 .4222211下下C

24、點(diǎn)點(diǎn)kPaKcKhhpaaaC6 .362)(2222211主動土壓力合力主動土壓力合力mkNEa/6 .712/3)6 .362 . 4(2/24 .1010.4kPa10.4kPa4.2kPa4.2kPa36.6kPa36.6kPav如果墻背傾斜，具有傾角如果墻背傾斜，具有傾角 ；v墻背粗糙，與填土摩擦角為墻背粗糙，與填土摩擦角為 ；v墻后填土面任意。墻后填土面任意。如何計(jì)算擋土墻后的土壓力？如何計(jì)算擋土墻后的土壓力？9.2.3 庫侖土壓力理論庫侖土壓力理論 庫侖土壓力理論庫侖土壓力理論 是根據(jù)墻后土體處于是根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一極限平衡狀態(tài)并形成一滑動楔體滑動楔體時，從楔時

25、，從楔體的體的靜力平衡條件靜力平衡條件得出的土壓力計(jì)算理論。得出的土壓力計(jì)算理論。 基本假設(shè)基本假設(shè):n1.1.墻后的填土是理想散粒體墻后的填土是理想散粒體 n2.2.滑動破壞面為通過墻踵的平面滑動破壞面為通過墻踵的平面 n3.3.滑動土楔為一剛塑性體，本身無變形滑動土楔為一剛塑性體，本身無變形1、主動土壓力、主動土壓力 一般擋土墻的計(jì)算屬于一般擋土墻的計(jì)算屬于平面問題平面問題，故可，故可沿墻的長度方向取沿墻的長度方向取1m進(jìn)行分析。當(dāng)墻向前進(jìn)行分析。當(dāng)墻向前移動或轉(zhuǎn)動而使墻后土體沿某一破壞面破壞移動或轉(zhuǎn)動而使墻后土體沿某一破壞面破壞時，土楔向下滑動而處于時，土楔向下滑動而處于主動極限平衡狀態(tài)

26、主動極限平衡狀態(tài)。按庫倫理論求按庫倫理論求主動土壓力主動土壓力ACBWREWRE N1N2土楔受力情況：土楔受力情況：n3.3.墻背對土楔的反力墻背對土楔的反力E, ,大小未知，方大小未知，方向與墻背法線夾角為向與墻背法線夾角為n1.1.土楔自重土楔自重G= = ABC, ,方向豎直向下方向豎直向下n2. 2. 破壞面為破壞面為BC上的反力上的反力R, ,大小未知，大小未知，方向與破壞面法線夾角為方向與破壞面法線夾角為 )sin()sin( WE土楔在三力作用下，靜力平衡土楔在三力作用下，靜力平衡 GHACB ER)cos()sin(cos)sin()cos()cos(2122hE滑裂面是任意

27、給定的，不同滑裂面得滑裂面是任意給定的，不同滑裂面得到一系列土壓力到一系列土壓力E，E是是 的函數(shù)的函數(shù)，E的的最大值最大值Emax，即為墻背的主動土壓即為墻背的主動土壓力力Ea，所對應(yīng)的滑動面即是最危險滑所對應(yīng)的滑動面即是最危險滑動面動面2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21HEaaaKHE221庫侖主動土壓庫侖主動土壓力系數(shù)，查表力系數(shù)，查表確定確定土對擋土墻背的摩擦土對擋土墻背的摩擦角，根據(jù)墻背光滑，角，根據(jù)墻背光滑，排水情況查表確定排水情況查表確定0dd E主動土壓力與墻高的平方主動土壓力與墻高的平方成正比成正比aaaazKKzdzddzdE

28、221主動土壓力強(qiáng)度主動土壓力強(qiáng)度主動土壓力強(qiáng)度沿墻高呈三角形分主動土壓力強(qiáng)度沿墻高呈三角形分布，合力作用點(diǎn)在離墻底布，合力作用點(diǎn)在離墻底h/3處，處，方向與墻背法線成方向與墻背法線成，與水平面成與水平面成（）hhKahACBEah/3說明：說明：土壓力強(qiáng)度土壓力強(qiáng)度分布圖只代表強(qiáng)度分布圖只代表強(qiáng)度大小，不代表作用大小，不代表作用方向方向aaKhE221 主動土壓力主動土壓力2、被動土壓力、被動土壓力 當(dāng)擋土墻受外力作用推向填土，直至土當(dāng)擋土墻受外力作用推向填土，直至土體沿某一破裂面體沿某一破裂面BC破壞時，土楔破壞時，土楔ABC向上向上滑動，并處于滑動，并處于被動極限平衡狀態(tài)被動極限平衡狀態(tài)

29、。此時土楔。此時土楔ABC在其自重在其自重W和反力和反力R和和E的作用下平衡。的作用下平衡。按庫倫理論求按庫倫理論求主動土壓力主動土壓力土楔受力情況：土楔受力情況：n3.3.墻背對土楔的反力墻背對土楔的反力E, ,大小未知，方大小未知，方向與墻背法線夾角為向與墻背法線夾角為n1.1.土楔自重土楔自重G= = ABC, ,方向豎直向下方向豎直向下n2. 2. 破壞面為破壞面為BC上的反力上的反力R, ,大小未知，大小未知，方向與破壞面法線夾角為方向與破壞面法線夾角為 WR N1N2EWERBAC 按求主動土壓力同樣的原理可求得被動按求主動土壓力同樣的原理可求得被動土壓力的庫倫公式為：土壓力的庫倫

30、公式為：2222p)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21 HE或或p2p21KHE Kp 稱為稱為庫倫被動土壓力系數(shù)庫倫被動土壓力系數(shù) 庫倫被動土壓力強(qiáng)度沿墻高呈庫倫被動土壓力強(qiáng)度沿墻高呈三角形分三角形分布布，被動土壓力的作用點(diǎn)在，被動土壓力的作用點(diǎn)在距墻底距墻底H/3處處。 被動土壓力強(qiáng)度可按下式計(jì)算：被動土壓力強(qiáng)度可按下式計(jì)算： ppzK 1.朗肯土壓力理論：朗肯土壓力理論： （1）依據(jù)：半空間的應(yīng)力狀態(tài)和土的極限平衡條件）依據(jù)：半空間的應(yīng)力狀態(tài)和土的極限平衡條件 （2）概念明確、計(jì)算簡單、使用方便）概念明確、計(jì)算簡單、使用方便 （3）理論公式直接適用于粘

31、性土和無粘性土）理論公式直接適用于粘性土和無粘性土 （4）由于忽略了墻背與填土之間的摩擦，主動土壓）由于忽略了墻背與填土之間的摩擦，主動土壓 力偏大，被動土壓力偏小。力偏大，被動土壓力偏小。朗肯土壓力理論與庫侖土壓力理論的比較朗肯土壓力理論與庫侖土壓力理論的比較 2.庫侖土壓力理論：庫侖土壓力理論：（1）依據(jù)：墻后土體極限平衡狀態(tài)、楔體的靜力平衡條件）依據(jù)：墻后土體極限平衡狀態(tài)、楔體的靜力平衡條件（2）理論假設(shè)條件）理論假設(shè)條件（3）理論公式僅直接適用于無粘性土）理論公式僅直接適用于無粘性土（4）考慮了墻背與土之間的摩擦力，并可用于墻背傾斜，填）考慮了墻背與土之間的摩擦力，并可用于墻背傾斜，填

32、土面傾斜的情況。但庫倫理論假設(shè)破裂面是一平面，與按滑土面傾斜的情況。但庫倫理論假設(shè)破裂面是一平面，與按滑動面為曲面的計(jì)算結(jié)果有出入。動面為曲面的計(jì)算結(jié)果有出入。滑動面滑動面滑動面滑動面9.3 9.3 擋土墻類型擋土墻類型 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、懸臂式、扶壁式、板樁式和地重力式、懸臂式、扶壁式、板樁式和地下連續(xù)墻等。下連續(xù)墻等。 1、重力式擋土墻、重力式擋土墻 以擋土墻自身重力來維持擋土墻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。在土壓力作用下的穩(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

33、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。 材料：磚石、混凝土等材料：磚石、混凝土等 形狀：簡單梯形形狀：簡單梯形 優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)、施工方便優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)、施工方便 缺點(diǎn)：體積、重量都大，開挖量大缺點(diǎn)：體積、重量都大，開挖量大適用范圍：高度小于適用范圍：高度小于6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2、懸臂式擋土墻、懸臂式擋土墻 組成：三懸臂（立壁、墻址、墻踵）組成：三懸臂（立壁、墻址、墻踵） 受力：以受力：以墻踵底板上

34、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：鋼筋混凝土材料：鋼筋混凝土 優(yōu)點(diǎn)：墻體截面小優(yōu)點(diǎn)：墻體截面小 適用范圍：墻高超過適用范圍：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，立臂、墻鋼筋混凝土建造，立臂、墻趾懸臂和墻踵懸臂三塊懸臂趾懸臂和墻踵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

35、工程中常用3、扶壁式擋土墻、扶壁式擋土墻 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：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、板樁式擋土墻 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

36、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，穩(wěn)定由拉桿和錨定板來維持9.4 重力式擋土墻設(shè)計(jì)重力式擋土墻設(shè)計(jì)v9.4.1 9.4.1 重力式擋土墻構(gòu)造重力式擋土墻構(gòu)造v9.4.2 9.4.2 重力式擋土墻計(jì)算重力式擋土墻計(jì)算9.4.1 9.4.1 重力式擋土墻構(gòu)造重力式擋土墻構(gòu)造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1 1 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。 v2 2、埋置深度、埋置深度v

37、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. .土質(zhì)地基一般不小于土質(zhì)地基一般不小于0.5m.0.5m.v3 3、剖面擬定、剖面擬定v確定頂寬確定頂寬: :塊石擋土墻頂寬不應(yīng)小于塊石擋土墻頂寬不應(yīng)小于0.4m0.4mv確定墻面坡度確定墻面坡度v增加抗滑穩(wěn)定性之措施增加抗滑穩(wěn)定性之措施v設(shè)置伸縮縫設(shè)置伸縮縫v4 4墻后排水措施墻后排水措施v擋土墻常因雨水下滲而又排水不良，擋土墻常因雨水下滲而又排水不良，地表水滲入墻后填土，使填土的抗剪強(qiáng)地表水滲入墻后填土，使填土的抗剪強(qiáng)度降低，土壓力增大，對擋土墻的穩(wěn)定度降低，土壓力增大，對擋土墻的穩(wěn)定不利。因此，應(yīng)設(shè)置不利

38、。因此，應(yīng)設(shè)置 其它墻后土坡設(shè)置截水溝地面鋪設(shè)防水層墻后濾水層、排水暗溝墻身泄水孔排水措施排水措施 v 方案方案1 1 方案方案2 25 5填土質(zhì)量要求填土質(zhì)量要求宜選擇透水性較強(qiáng)的材料，如砂土、礫石、宜選擇透水性較強(qiáng)的材料，如砂土、礫石、碎石等。碎石等。 9.4.2 9.4.2 重力式擋土墻計(jì)算重力式擋土墻計(jì)算v計(jì)算內(nèi)容：計(jì)算內(nèi)容：抗滑移驗(yàn)算抗滑移驗(yàn)算抗傾覆驗(yàn)算抗傾覆驗(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)算1 抗滑移驗(yàn)算抗滑移驗(yàn)算3 . 1)( tatannsGEEGK 0cos GGn )cos(0 aanEE0sin GGt )sin(0 aatEEEaEanEatGGn

39、Gt0O增加抗滑穩(wěn)定的措施增加抗滑穩(wěn)定的措施 2抗傾覆驗(yàn)算抗傾覆驗(yàn)算zfEaEazEaxG0Ox0 xfbz6 . 10 faxfaztzExEGxK)cos( aazEE)sin( aaxEE cotzbxf 0tan bzzf 4 4）在擋土墻豎直墻背上作卸載臺，形狀如牛腿，則平臺以上的土壓力不）在擋土墻豎直墻背上作卸載臺，形狀如牛腿，則平臺以上的土壓力不能傳遞到平臺以下，總土壓力減小，抗傾覆穩(wěn)定性增大。能傳遞到平臺以下，總土壓力減小，抗傾覆穩(wěn)定性增大。 擋土墻上的卸載臺擋土墻上的卸載臺 3 地基承載力驗(yàn)算地基承載力驗(yàn)算zfEaEazEaxG0Ox0 xfbzNTPmaxPminb0azf

40、axfGxE xE zcN 2bec 0cosbb p fa pmax 1.2famaxmin6(1)1.2aNepfbb 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 f f 抗壓驗(yàn)算：抗壓驗(yàn)算：抗剪驗(yàn)算：抗剪驗(yàn)算：(0.18)avuQfA 例題v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/m

41、18kN/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

42、.25226.875/2GkN m 2124.7522104.5/2GkN m 314.752252.25/2GkN m 6.875 1.67104.5 1.3352.252.25268.0292.3151.64.172.2574.93 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/mGGGGt0sin163.625 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 200kPa8.8202.52.513mcos