一級建造師市政公用工程管理與實務考試必備講義匯編 城市橋梁篇九

第五章?lián)跬翂ι系耐翂毫?.1概述5.1.1擋土墻的用途建筑物建筑物擋土墻地下室散體材料橋臺5.1.2擋土墻的類型1)按結構形式分類重力式擋土墻、懸臂式擋土墻扶壁式擋土墻、加筋土擋土墻土重W填土土重W5.1.3土壓力的種類1)靜止土壓力e0擋土結構不發(fā)生任何方向的移動時，土體作用于墻背的土壓力。2)主動土壓力ea擋土結構物+△-△土壓力0+△-△e0epea背離土體發(fā)生位移或轉動，使土體達到主動極限平衡狀態(tài)時的土壓力。3)被動土壓力ea天然土沿垂直截面或擋土結構物背向著土體產生一定的位移或轉動，使土體達到被動極限平衡狀態(tài)時的土壓力。5.1.4影響土壓力的因素擋土墻位移的大小與方向擋土墻的形狀擋土墻背后填土的性質擋土墻的材料5.1.5土坡穩(wěn)定的意義天然土坡與人工土坡。土坡穩(wěn)定性分析計算。土坡支護結構的設計與施工。5.2靜止土壓力計算

擋土墻不發(fā)生任何的位移，墻背后的土體處于彈性平衡狀態(tài)。5.2.1計算公式及分布e0=K0γZK0－靜止土壓力系數(shù)。ZdZe0=0e0=K0γHE0經驗值：砂土K0＝0.34~0.45；粘性土K0=0.5~0.7半經驗公式：K0＝1－sinφ`5.2.2靜止土壓力的應用地下室外墻地下室的外墻都有內隔墻支擋，位移與轉角為0。巖基上的擋土墻擋土墻的基礎與巖石基礎牢固聯(lián)結，墻不能位移與轉動。拱座拱座不允許產生位移與轉動。拱座水閘、船閘的邊墻等。例題設計一位于巖基上的擋土墻，墻背后的填土為砂土，重度γ＝18.5kN/m3，φ`＝300，計算擋土墻上的土壓力。解：按半經驗公式計算靜止土壓力系數(shù)K0＝1－sinφ`＝0.5墻底處的土壓力：e0=K0γH=55.5kPa總土壓力：E0=1/2*e0*H=166.5kN/m擋土墻H=6m填土166.5kN/m55.5kPa

H/35.3郎肯土壓力理論

表面水平的半無限土體，處于極限平衡狀態(tài)，當擋土墻的墻背光滑、豎直時，可按以下公式計算。實際上郎肯把擋土墻作為了一虛構的擋土墻，即把它作為了填土的一部分。5.3.1無粘性土的土壓力1)主動土壓力

虛構擋土墻取一單元體，σ1=σz=γz，作用在側面的壓力為σ3=σx=K0γz，當其處于極限平衡狀態(tài)時，有：σ3＝σ1tg2(450-φ/2)=σ1

Kaσ3即為其作用于擋土墻上的主動土壓力ea。主動土壓力系數(shù)zdzσz=γzσx=K0γz主動膨脹450-φ/2450-φ/2450-φ/2450-φ/2被動壓縮0τfσφCeaepK0γzγz-△HBAABBAZγHKaγHKa2C(Ka)1/2H/3EaEa粘性土ea＝σ1tg2(450-φ/2)－2Ctg(450-φ/2)＝γZKa－2C(Ka)1/22)被動土壓力砂土ep＝σ3tg2(450＋φ/2)＝γZKp粘性土ep＝γZKp＋

2C(Kp)1/2被動土壓力系數(shù)＋△HBAABBAZγHKaγHKp+2CH(Kp)1/2H/3EpEp2C(Kp)1/2郎肯土壓力理論實質上就是把擋土墻作為了土體的一部分，從土中一點的應力狀態(tài)出發(fā)，推導出主動和被動極限平衡狀態(tài)時的ea=e3，ep=e1，作為該點的主動土壓力和被動土壓力，從而確定沿墻背的土壓力強度分布圖，進而計算出作用在每延米墻背上的土壓力。5.4庫侖土壓力理論

把擋土墻后滑動楔體作為一剛體，當其達到極限平衡狀態(tài)時，用靜力平衡方程解出作用于墻背的土壓力?；炯僭O擋土墻向前移動；墻背填土沿AB和填土中的某一平面BC同時下滑，形成滑動楔體△ABC；楔體△ABC處于極限平衡狀態(tài)，不計其本身的壓縮；楔體△ABC對墻背的推力即為主動土壓力Ea。H-△βεαABCδEaφRWHzγZKaγHKaRWEaW與Ea的夾角為1800-[ψ+(α-φ)]W與Ea的夾角ψ＝900-ε-δ按比例畫出，取不同的α，找出Ea的最大值即為Ea。無粘性土

計算被動土壓力時，Ep應作用在墻背法線的上側，方向向下。其他分析與主動土壓力一樣。郎肯土壓力理論表示的土壓力與庫侖土壓力理論的表示形式是一樣的，但其土壓力系數(shù)是不同的在庫侖土壓力理論中，如果垂直ε＝0，墻背光滑δ＝0，填土水平β＝0，則庫侖公式將與郎肯公式一致，所以說，郎肯土壓力理論是庫侖土壓力理論的一種特殊形式。庫侖主動土壓力與被動土壓力分布均呈三角形，但應注意，墻背不垂直時，其不應為正三角形分布。5.5幾種常見情況的土壓力5.5.1粘性土應用庫侖土壓力根據抗剪強度相等原理粘性土抗剪強度τf=σtgφ+c等值抗剪強度τf=σtgφD令以上二式相等，得：σtgφ+＝σtgφDtgφD=tgφ＋c/σφD＝tg-1(tgφ＋c/σ)上式中的σ應為滑動面上的平均法向應力，常用Ea作用點處的自重應力代替，即＝2/3γH。根據土壓力相等原理

為簡化計算，以郎肯土壓力這一特殊情況計算：

Ea=1/2γH2tg2(450-φ/2)-2CHtg(450-φ/2)+2c2/γ

令上式等于1/2γH2tg2(450-φD/2)

[砂土的主動土壓力]，得：

tg(450-φD/2)

＝tg(450-φ/2)-2c/(γH)

上式計算考慮了粘聚力與墻高的影響。但沒有計入擋土墻邊界條件對φD的影響，存在一定的誤差。5.5.2填土表面作用均布荷載把q視為虛構的填土γh`的自重產生的。Ea=1/2γH2Ka+qHKaHh`qEa5.5.3擋墻背后填土分層

第①層土按郎肯土壓力計算

第②層土把第①層土的自重作為均布荷載作用在

第②層土上。h1`=(γ1h1)/γ2

γ1h1Ka1①γ1h1φ1②γ2h2φ2Hh1h2h1`γ2(h1`+h2)Ka25.5.4填土中有地下水

應將土壓力與水壓力分別計算。計算地下水位以下土層的主動土壓力時，應采用浮重度和有效內聚力、有效內摩擦角。作用在墻背的壓力應為主動土壓力加水壓力。Hh1h2γh1φ

γ`h2φ`γh1KaγW

h2γ`h2K`a對砂土、粉土采用水、土分算；粘性土根據工程經驗，采用分算或合算。5.5.5建筑地基基礎設計規(guī)范（GB50007-2002）法

建筑邊坡工程技術規(guī)范（GB50330-2002）法計算模型見下圖Ea=ψc1/2γH2Ka式中ψc1－主動土壓力增大系數(shù)。土坡高度小于5m時，宜取1；5～8m時，宜取1.1；大于8m時，宜取1.2。Ka－可根據擋土墻的排水條件和填土的質量查表確定。HqⅠ類碎石土中密ρd≥2.0t/m3Ⅱ類砂土中密ρd≥1.65t/m3Ⅲ類粘土夾塊石ρd≥1.90t/m3Ⅳ類粉質粘土ρd≥1.65t/m3

5.5.6建筑邊坡工程技術規(guī)范（GB50330-2002）法據支護結構頂端a處作用有分布線荷載QLeh,max=(2QL/h)(Ka)1/2據支護結構頂端a處作用有寬度b的均布荷載qL；ehk=KaqLβ=450+φ/2QLaHheh,maxβφaHehβqLβb土壓三力的三計算三常應三用于三邊坡三支護三結構三的設三計中三，如三：人三工邊三坡的三支護三設計三、基三坑開三挖的三支護三設計三、高三路堤三的邊三坡支三護設三計。三詳見三各《三規(guī)范三》。例題三已三知某三擋土三墻高三h=三6.三00三m，三墻背三垂直三、光三滑，三墻后三填土三水平三，其三他條三件見三圖所三示。三示計三算作三用在三擋土三墻上三的主三動土三壓力三。q=19kN/m2H=6h1=2h2=4γ

1=19.0kN/m3C1=10kPa,φ=160γ

2=20.0kN/m3C2=0,φ=3005.三6三重三力式三擋土三墻設三計三在開三挖明三塹、三填方三陡坎三邊界三地段三，為三支擋三土體三，保三證其三穩(wěn)定三而修三建的三結構三物稱三為擋三土墻三。三依靠三墻體三本身三的重三量抵三抗土三壓力三的擋三土墻三稱為三重力三式擋三土墻三。5.三6.三1三構三造要三求（三GB三50三00三7）適用三于高三度H三<6三m、三地層三穩(wěn)定三、開三挖土三石方三時不三會危三及相三鄰建三筑物三安全三的地三段；擋土三墻的三基底三可設三置逆三坡。土質三地基三：<三1:三10巖質三地基三：<三1:三5塊石三擋土三墻的三墻頂三寬度三不宜三小于三40三0m三m；三混凝三土擋三土墻三的墻三頂寬三度不三宜小三于2三00三mm三?；A三埋置三深度三，應三根據三地基三承載三力、三水流三沖刷三、巖三石裂三隙發(fā)三育、三風化三程度三及預三計滑三裂面三的深三度等三因素三綜合三確定三。土三質地三基不三宜小三于0三.5三m；三巖質三地基三不宜三小于三0.三3m三。應每三隔1三0～三20三m設三置一三道伸三縮縫三。當三地基三有變三化時三宜加三設沉三降縫三。在三擋土三結構三的拐三角處三，應三采取三加強三的構三造措三施。(G三B5三03三30三)規(guī)三定：當采三用重三力式三擋土三墻時三，土三質邊三坡不三宜大三于8三m，三巖質三邊坡三不宜三大于三10三m。5.三6.三2三穩(wěn)三定性三驗算1)三抗滑三移穩(wěn)三定性三驗算[(Wn+Ean)μ]三/(Eat-Wt)≥三1.三3Wn=Wc三os三αoWt=W三si三nαoEat=三Easi三n(α-三αo-三δ)Ean=Eaco三s(α-三αo-三δ)式中μ－土三對擋三土墻三基底三的摩三擦系三數(shù)，三由試三驗確三定，三也可三按表三選用三。WEaδαoαbδ－土三對擋三土墻三墻背三的摩三擦角三，可三按表三選用三。安全三系數(shù)2)三抗傾三覆驗三算(Wx0+Eazxf)/Eazzf≥三1.三6Eax=Easi三n(α-三δ)Eaz=Eaco三s(α-三δ)xf=b-c三otαzf=z-t三atα0WEaδox0xfbz0zαoα3)三整體三滑動三穩(wěn)定三性驗三算土質三邊坡三采用三圓弧三法驗三算；三巖質三邊坡三可采三用平三面滑三動法三驗算三。4)三重力三式擋三土墻三地基三承載三力驗三算基底三合力三的偏三心距三不應三大于三0.三25三倍基三礎的三寬度三。擋土三墻基三底產三生的三平均三壓力pk應滿三足：pk≤fa當偏三心荷三載時三，pkm三ax≤1三.2fa式中pk－相三應荷三載效三應標三準組三合時三，擋三土墻三底面三處的三平均三壓力三；fa－修三正后三的地三基承三載力三特征三值。pk=(Fk+Wk)/b式中Fk－相三應荷三載效三應標三準組三合時三，上三部傳三遞的三荷載三。5)三擋土三墻墻三身結三構強三度的三驗算1－三1剖三面的三剪應三力驗三算墻背三材料三的壓三力驗三算115.三6.三3三反三濾層三設計在泄三水孔三進水三側應三設置三反濾三層或三反濾三包。三尺寸三不應三小于三50三0m三m×三50三0m三m×三50三0m三m；三在其三頂部三和底三部應三設置三厚度三不小三于3