第九講 擋土墻設(shè)計 retaining wall design

1、擋土墻設(shè)計擋土墻設(shè)計7公里公里66彎彎 滇緬公路滇緬公路 這里的山路十八彎這里的山路十八彎 擋土墻（擋土墻（earth retaining walls; earth retaining structures）是一種墻體或類似于是一種墻體或類似于墻體的結(jié)構(gòu)物，是為墻體的結(jié)構(gòu)物，是為了保證了保證填土位置填土位置或或挖挖方位置方位置穩(wěn)定，而修筑穩(wěn)定，而修筑的的永久性永久性或或臨時性臨時性構(gòu)構(gòu)造物。造物。 自古以來，廣泛應(yīng)用于土木建筑工程；路橋渡工程；水自古以來，廣泛應(yīng)用于土木建筑工程；路橋渡工程；水利水電工程；水土保持工程；礦山坑道工程等工程領(lǐng)域。利水電工程；水土保持工程；礦山坑道工程等工程領(lǐng)域。

2、1902，美國，美國Hilfiker Retaining Walls專業(yè)擋土墻公司成專業(yè)擋土墻公司成立。完成立。完成6000多個擋土墻項目，遍及美國、加拿大、非洲、多個擋土墻項目，遍及美國、加拿大、非洲、東南亞和南美等國家，形成了多種產(chǎn)品和專業(yè)施工工藝。東南亞和南美等國家，形成了多種產(chǎn)品和專業(yè)施工工藝。墻型選擇墻型選擇穩(wěn)定性驗算穩(wěn)定性驗算地基承載力驗算地基承載力驗算墻身材料強(qiáng)度驗墻身材料強(qiáng)度驗算算構(gòu)造要求和措施構(gòu)造要求和措施等等重力式重力式懸臂式懸臂式扶臂式扶臂式錨桿錨桿錨定板式錨定板式加筋擋土墻等。加筋擋土墻等。 擋土墻擋土墻結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式分類：重力式、懸臂式、扶壁式、加筋土、板分類：重力

3、式、懸臂式、扶壁式、加筋土、板樁、錨桿（索）和錨定板式等。樁、錨桿（索）和錨定板式等。 隨著擋土墻設(shè)計理論發(fā)展，根據(jù)不同工程地質(zhì)條件，出現(xiàn)了混隨著擋土墻設(shè)計理論發(fā)展，根據(jù)不同工程地質(zhì)條件，出現(xiàn)了混合式擋土墻、構(gòu)架式擋土墻，豎向預(yù)應(yīng)力錨桿擋土墻、箱型階梯式合式擋土墻、構(gòu)架式擋土墻，豎向預(yù)應(yīng)力錨桿擋土墻、箱型階梯式擋土墻和砌塊擋土墻等一些較新的擋土墻的結(jié)構(gòu)形式。擋土墻和砌塊擋土墻等一些較新的擋土墻的結(jié)構(gòu)形式。支撐建筑物支撐建筑物周圍填土的周圍填土的擋土墻擋土墻橋臺橋臺隧道隧道基坑圍基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)護(hù)結(jié)構(gòu)邊坡?lián)踹吰聯(lián)跬翂ν翂Υa頭碼頭 2007年月日凌晨，重慶市彭水縣境內(nèi)的國道發(fā)生山年月日凌晨，重慶市彭水

4、縣境內(nèi)的國道發(fā)生山體塌方，致使重慶到貴州和湖南方向的國道中斷，沒有造成體塌方，致使重慶到貴州和湖南方向的國道中斷，沒有造成人員傷亡。人員傷亡。 結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，能就地取材，適應(yīng)性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，能就地取材，適應(yīng)性強(qiáng)，因而應(yīng)用最廣；因而應(yīng)用最廣； 墻高在墻高在5 6m以下時，采用重力式擋土墻經(jīng)濟(jì)效以下時，采用重力式擋土墻經(jīng)濟(jì)效果明顯；果明顯； 高度高度 6m后，圬工結(jié)構(gòu)量大，荷載重。后，圬工結(jié)構(gòu)量大，荷載重。 重力式擋土墻以擋土墻自身重力抵抗土壓力引重力式擋土墻以擋土墻自身重力抵抗土壓力引起的彎矩，維持擋土墻在土壓力作用下的穩(wěn)定。起的彎矩，維持擋土墻在土壓力作用下的穩(wěn)定。 一般可用塊

5、石、磚，素混凝土和鋼筋混凝土等一般可用塊石、磚，素混凝土和鋼筋混凝土等材料建成、墻身截面較大。材料建成、墻身截面較大。 一般重力式擋墻，墻高一般小于一般重力式擋墻，墻高一般小于 6 8m；當(dāng)墻；當(dāng)墻高高8 12m時，宜用衡重式；時，宜用衡重式； 根據(jù)墻背傾角的不同，重力式擋土墻又可細(xì)分為仰斜根據(jù)墻背傾角的不同，重力式擋土墻又可細(xì)分為仰斜式、豎直式、俯斜式、衡重式和凸形等式、豎直式、俯斜式、衡重式和凸形等5種，每種的墻面或種，每種的墻面或墻背有一定的坡度要求，特點(diǎn)各異。墻背有一定的坡度要求，特點(diǎn)各異。 荷載作用效應(yīng)，仰斜墻的主動土壓力最小，而俯斜墻的荷載作用效應(yīng)，仰斜墻的主動土壓力最小，而俯斜墻

6、的主動土壓力最大。主動土壓力最大。 挖方與填方特點(diǎn)，路塹邊坡挖方，以墻背仰斜較合理；挖方與填方特點(diǎn)，路塹邊坡挖方，以墻背仰斜較合理；路堤邊坡填方，則以墻背俯斜或乖直較合理。路堤邊坡填方，則以墻背俯斜或乖直較合理。 墻前地形平坦，仰斜較好；地形較陡，垂直墻背為佳。墻前地形平坦，仰斜較好；地形較陡，垂直墻背為佳。 優(yōu)先采用仰斜，其次垂直，特殊情況俯斜優(yōu)先采用仰斜，其次垂直，特殊情況俯斜。墻身穩(wěn)定性能提高墻身穩(wěn)定性能提高地基應(yīng)力分布均勻地基應(yīng)力分布均勻墻身幾何尺寸較小墻身幾何尺寸較小挖基數(shù)量相對較小挖基數(shù)量相對較小 衡重式擋土墻是在凸形上下墻背再增設(shè)衡重臺（衡重式衡重式擋土墻是在凸形上下墻背再增設(shè)衡

7、重臺（衡重式墻背），采用陡直墻面，借助于衡重臺上填土自重和全墻重墻背），采用陡直墻面，借助于衡重臺上填土自重和全墻重心后移，提高墻體穩(wěn)定性，適用于心后移，提高墻體穩(wěn)定性，適用于邊坡陡峻邊坡陡峻處路肩墻、路堤處路肩墻、路堤墻，也可用于路塹墻。墻，也可用于路塹墻。體量大荷載水平高體量大荷載水平高 薄壁式擋土墻是由鋼筋混凝土材料構(gòu)成的輕型支擋結(jié)構(gòu)，薄壁式擋土墻是由鋼筋混凝土材料構(gòu)成的輕型支擋結(jié)構(gòu)，依靠自重和踵板上方的填土重力來保持穩(wěn)定，所設(shè)的墻趾板增依靠自重和踵板上方的填土重力來保持穩(wěn)定，所設(shè)的墻趾板增大了抗傾覆穩(wěn)定性，減小了基底應(yīng)力。薄壁式擋土墻包含大了抗傾覆穩(wěn)定性，減小了基底應(yīng)力。薄壁式擋土墻包

8、含懸臂懸臂式式和和扶壁式扶壁式兩種形式。兩種形式。 薄壁式擋土墻斷面較小，薄壁式擋土墻斷面較小， 自重較輕，可充分發(fā)揮鋼筋混凝自重較輕，可充分發(fā)揮鋼筋混凝土材料的性能，適用于土材料的性能，適用于填方邊坡填方邊坡，多應(yīng)用于承載力較低的地基，多應(yīng)用于承載力較低的地基上或有抗震要求的地區(qū)。上或有抗震要求的地區(qū)。 一般由鋼筋混凝土建一般由鋼筋混凝土建造，主要依靠墻鍾懸臂以造，主要依靠墻鍾懸臂以上土重維持穩(wěn)定；墻體內(nèi)上土重維持穩(wěn)定；墻體內(nèi)設(shè)置鋼筋承受拉應(yīng)力，墻設(shè)置鋼筋承受拉應(yīng)力，墻身截面較小。身截面較小。 適用墻高適用墻高 5 6m，地基土質(zhì)較差，缺少石料地基土質(zhì)較差，缺少石料等情況。墻高再增加，雖等情

9、況。墻高再增加，雖提高了建筑高度，但水泥提高了建筑高度，但水泥量及斷面配筋量顯著增大，量及斷面配筋量顯著增大，造價高且不利于機(jī)械化施造價高且不利于機(jī)械化施工。工。 多用于市政工程及貯多用于市政工程及貯料倉庫。料倉庫。 墻高墻高6m以上擋土墻以上擋土墻立臂撓度較大，為了增立臂撓度較大，為了增強(qiáng)立臂的抗彎性能，常強(qiáng)立臂的抗彎性能，常沿墻的縱向每隔一定距沿墻的縱向每隔一定距離設(shè)置一道扶臂連接立離設(shè)置一道扶臂連接立壁與鍾板加固，稱為扶壁與鍾板加固，稱為扶臂式擋土墻。臂式擋土墻。 采用扶壁式，扶壁采用扶壁式，扶壁式擋土墻一般在式擋土墻一般在8 9m。當(dāng)墻高大于當(dāng)墻高大于10 15m，雖，雖然提高了建筑高

10、度，但然提高了建筑高度，但水泥量及斷面配筋量大，水泥量及斷面配筋量大，造價高，且不利于機(jī)械造價高，且不利于機(jī)械化施工?；┕ぁ?錨定板式錨定板式擋土墻由擋土墻由預(yù)制的鋼筋混凝土立柱、預(yù)制的鋼筋混凝土立柱、墻面、鋼拉桿和埋置在墻面、鋼拉桿和埋置在填土中的錨定板在現(xiàn)場填土中的錨定板在現(xiàn)場拼裝而成。依靠填土與拼裝而成。依靠填土與結(jié)構(gòu)的相互作用力維持結(jié)構(gòu)的相互作用力維持其自身穩(wěn)定。其自身穩(wěn)定。 與重力式擋墻相比，與重力式擋墻相比，結(jié)構(gòu)輕、柔性大、工程結(jié)構(gòu)輕、柔性大、工程量少、造價低、施工方量少、造價低、施工方便，適用于地基承載力便，適用于地基承載力不足地區(qū)。不足地區(qū)。 錨（索）桿式錨（索）桿式擋土墻是

11、利用嵌入堅實巖層的灌漿錨桿作為拉桿擋土墻是利用嵌入堅實巖層的灌漿錨桿作為拉桿的一種擋土結(jié)構(gòu)。的一種擋土結(jié)構(gòu)?；旌鲜交旌鲜綋跬翂跬翂?gòu)架式構(gòu)架式擋土墻擋土墻板樁墻板樁墻加筋土加筋土擋土墻擋土墻 巫山加筋擋墻變形破壞機(jī)理進(jìn)行數(shù)值和物理模擬，以及原位試巫山加筋擋墻變形破壞機(jī)理進(jìn)行數(shù)值和物理模擬，以及原位試驗，成功地指導(dǎo)了目前國內(nèi)最高的驗，成功地指導(dǎo)了目前國內(nèi)最高的57m加筋土擋墻的修復(fù)工作。加筋土擋墻的修復(fù)工作。 吉奧生態(tài)擋墻是一種以吉奧生態(tài)擋墻是一種以L型網(wǎng)格狀鋼筋作為加筋材的加筋型網(wǎng)格狀鋼筋作為加筋材的加筋擋土墻，擋土墻， 其壁面可以綠化，能夠達(dá)到人工構(gòu)造物與自然的協(xié)調(diào)其壁面可以綠化，能夠達(dá)到

12、人工構(gòu)造物與自然的協(xié)調(diào)一致。一致。 吉奧生態(tài)擋墻最初由美國開發(fā)，吉奧生態(tài)擋墻最初由美國開發(fā)，1988年引進(jìn)到日本，至今年引進(jìn)到日本，至今已廣泛應(yīng)用于各種道路、土地造成和其他建筑物。已廣泛應(yīng)用于各種道路、土地造成和其他建筑物。 目前目前,該技術(shù)在中國處于起步階段，已有該技術(shù)在中國處于起步階段，已有2例施工完工，例施工完工， 多多處已進(jìn)入設(shè)計或施工準(zhǔn)備階段。處已進(jìn)入設(shè)計或施工準(zhǔn)備階段。 宜興水庫宜興水庫滬杭甬高速公路拓寬工程寧波段滬杭甬高速公路拓寬工程寧波段 （1）穩(wěn)定性驗算，包括抗）穩(wěn)定性驗算，包括抗傾覆和抗滑移穩(wěn)定驗算；傾覆和抗滑移穩(wěn)定驗算； （2）地基承載力驗算；）地基承載力驗算； （3）墻

13、身強(qiáng)度驗算。）墻身強(qiáng)度驗算。試算法試算法 （1）根據(jù)擋土墻所處的條）根據(jù)擋土墻所處的條件（工程地質(zhì)、填土性質(zhì)以及件（工程地質(zhì)、填土性質(zhì)以及墻體材料和施工條件等），憑墻體材料和施工條件等），憑經(jīng)驗初步擬定截面尺寸；經(jīng)驗初步擬定截面尺寸； （2）進(jìn)行擋土墻的驗算）進(jìn)行擋土墻的驗算 （3）如不滿足要求，修改）如不滿足要求，修改截面尺寸或采取其它措施。截面尺寸或采取其它措施。 擋土墻外部穩(wěn)定性驗算，土壓力荷載效應(yīng)值應(yīng)按承載力極限擋土墻外部穩(wěn)定性驗算，土壓力荷載效應(yīng)值應(yīng)按承載力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)狀態(tài)下荷載效應(yīng)基本組合基本組合進(jìn)行計算，各分項系數(shù)取值為進(jìn)行計算，各分項系數(shù)取值為1.0。 擋土墻前的被動土壓

14、力，一般不予考慮。當(dāng)基礎(chǔ)較深，地層擋土墻前的被動土壓力，一般不予考慮。當(dāng)基礎(chǔ)較深，地層穩(wěn)定，不受水流沖刷和擾動破壞時，結(jié)合強(qiáng)身的位移條件，可以穩(wěn)定，不受水流沖刷和擾動破壞時，結(jié)合強(qiáng)身的位移條件，可以考慮適當(dāng)?shù)谋粍油翂毫??？紤]適當(dāng)?shù)谋粍油翂毫Α?在浸水和地震等特殊情況下，應(yīng)按偶然組合考慮。在浸水和地震等特殊情況下，應(yīng)按偶然組合考慮。 擋土墻地基承載力驗算，確定基礎(chǔ)地面尺寸，應(yīng)采用正常使擋土墻地基承載力驗算，確定基礎(chǔ)地面尺寸，應(yīng)采用正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合標(biāo)準(zhǔn)組合進(jìn)行計算。進(jìn)行計算。 擋土墻結(jié)構(gòu)受壓、受彎、受剪、受拉內(nèi)部承載力驗算，采用擋土墻結(jié)構(gòu)受壓、受彎、受剪、

15、受拉內(nèi)部承載力驗算，采用承載力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的承載力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合基本組合進(jìn)行計算，按要求選取相進(jìn)行計算，按要求選取相應(yīng)分項系數(shù)。應(yīng)分項系數(shù)。 計算擋土墻的變形時，傳至基底的荷載效應(yīng)按正常使用極限計算擋土墻的變形時，傳至基底的荷載效應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合，且不計入風(fēng)荷載和地震作用。狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合，且不計入風(fēng)荷載和地震作用。 采用庫侖土壓力采用庫侖土壓力計算懸扶壁式擋土墻計算懸扶壁式擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定安全度的抗傾覆穩(wěn)定安全度,比國外標(biāo)準(zhǔn)采用朗金比國外標(biāo)準(zhǔn)采用朗金土壓力計算的安全度土壓力計算的安全度高高,只有在墻后填土水只有在墻后填土水平且無粘聚力

16、時平且無粘聚力時,我國我國規(guī)范的安全度稍低。規(guī)范的安全度稍低。 土壓力計算是支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計合理經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵問題，包括土壓土壓力計算是支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計合理經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵問題，包括土壓力的力的大小大小、方向方向與與分布分布等。等。 一般常見的一般常見的K0：粘土為：粘土為0.5 0.7；砂土為砂土為0.34 0.35。合力作用點(diǎn)位于距。合力作用點(diǎn)位于距墻踵墻踵H/3處。處。 合力作用點(diǎn)距墻踵合力作用點(diǎn)距墻踵H/3處，處，作用方向與墻背成作用方向與墻背成 角。角。 ，否則主動土壓力，否則主動土壓力系數(shù)為虛根。系數(shù)為虛根。 俯斜俯斜 不宜太大，否則易不宜太大，否則易出現(xiàn)第二滑動面。出現(xiàn)第二滑動面。 仰斜仰斜 不宜

17、太大，墻背不不宜太大，墻背不宜緩于宜緩于1：0.3。 墻背（或假想墻背）傾角墻背（或假想墻背）傾角足夠足夠大，大，不妨礙第二破裂面產(chǎn)生；第二不妨礙第二破裂面產(chǎn)生；第二破裂面與墻背之間土體自重破裂面與墻背之間土體自重W1及作及作用在第二破裂面上土壓力用在第二破裂面上土壓力Ea等諸力等諸力作用下，第二破裂面與墻背之間土作用下，第二破裂面與墻背之間土體不會沿墻背下滑。體不會沿墻背下滑。產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件 上墻視為獨(dú)立墻上墻視為獨(dú)立墻背，求出主動土壓力背，求出主動土壓力E1，分布圖形為，分布圖形為abc。 下墻土壓力計算，下墻土壓力計算，延長下墻墻背延長下墻墻背CB，交，交填土表面于填土表面于D點(diǎn)；以點(diǎn)

18、；以DC為假想墻背，求算為假想墻背，求算假想墻背土壓力，分假想墻背土壓力，分布圖布圖def；截取其中與；截取其中與下墻相應(yīng)的部分，即下墻相應(yīng)的部分，即hefg，其合力即為下，其合力即為下墻主動土壓力墻主動土壓力E2。 延長墻背法延長墻背法計算簡單，是一種簡化的近似算法。計算簡單，是一種簡化的近似算法。 根據(jù)作用于破裂楔根據(jù)作用于破裂楔體力多邊形，采用體力多邊形，采用數(shù)解數(shù)解法法求算折線墻背下墻土求算折線墻背下墻土壓力壓力E2。 土體中存在的粘聚力對擋土墻土壓力計算影響較大，一般土體中存在的粘聚力對擋土墻土壓力計算影響較大，一般采用采用等效內(nèi)摩擦角等效內(nèi)摩擦角法（綜合內(nèi)摩擦角法）或按粘性土的力學(xué)

19、指法（綜合內(nèi)摩擦角法）或按粘性土的力學(xué)指標(biāo)計算土壓力。通常粘性土內(nèi)摩擦角增大標(biāo)計算土壓力。通常粘性土內(nèi)摩擦角增大510作為等效內(nèi)作為等效內(nèi)摩擦角；或取等效內(nèi)摩擦角值為摩擦角；或取等效內(nèi)摩擦角值為3035?？辜魪?qiáng)度相等原理抗剪強(qiáng)度相等原理土壓力相等原理土壓力相等原理 考慮土體粘聚力和墻高影響考慮土體粘聚力和墻高影響，未能考慮擋墻邊界條件（地面，未能考慮擋墻邊界條件（地面傾角和墻背坡度）等因素影響。傾角和墻背坡度）等因素影響。MJ朗肯朗肯公式公式 如果允許土層有足夠的側(cè)向伸張，墻后土層頂部就會如果允許土層有足夠的側(cè)向伸張，墻后土層頂部就會出現(xiàn)拉應(yīng)力，墻后土層頂部會產(chǎn)生豎直裂縫。出現(xiàn)拉應(yīng)力，墻后土層

20、頂部會產(chǎn)生豎直裂縫。庫侖庫侖公式公式cossinEW 將粘性土粘聚力看作是土的將粘性土粘聚力看作是土的內(nèi)結(jié)構(gòu)壓力內(nèi)結(jié)構(gòu)壓力，則粘性，則粘性土可作為無粘性土來計算。土可作為無粘性土來計算。tanfctantanfctancoscoscoscostanacchHKEaacoscoscoscoscossinsin22aKa00cossinEW 浸水擋土墻墻后填料一般應(yīng)用砂性土。浸水擋土墻墻后填料一般應(yīng)用砂性土。 擋土墻浸水后，墻后土體受水的浮力作用容重減小，擋土墻浸水后，墻后土體受水的浮力作用容重減小，應(yīng)扣除計算水位以下因浮力影響而減小的土壓力。應(yīng)扣除計算水位以下因浮力影響而減小的土壓力。 砂性土的

21、內(nèi)摩擦角受水的影響不大（可以認(rèn)為不變）砂性土的內(nèi)摩擦角受水的影響不大（可以認(rèn)為不變），而粘性土的抗剪強(qiáng)度則會有所降低。，而粘性土的抗剪強(qiáng)度則會有所降低。 當(dāng)墻前水位當(dāng)墻前水位驟降，墻后出現(xiàn)驟降，墻后出現(xiàn)滲流時，擋土墻滲流時，擋土墻還將受到動水壓還將受到動水壓力作用。力作用。 當(dāng)墻后填土表面水平時，破裂角當(dāng)墻后填土表面水平時，破裂角 不受浸水影響；當(dāng)不受浸水影響；當(dāng)填土表面傾斜或有荷載作用時，則破裂角填土表面傾斜或有荷載作用時，則破裂角 受浸水影響略受浸水影響略有變化，但對土壓力計算影響不大，一般假設(shè)浸水后破裂有變化，但對土壓力計算影響不大，一般假設(shè)浸水后破裂角角 不變。不變。 擋土墻地震土壓力

22、計算，假定地震時，結(jié)構(gòu)物視為剛體擋土墻地震土壓力計算，假定地震時，結(jié)構(gòu)物視為剛體固定于地盤上，任一點(diǎn)加速度均與地表加速度相同，土體產(chǎn)固定于地盤上，任一點(diǎn)加速度均與地表加速度相同，土體產(chǎn)生水平慣性力，作為一種附加力作用在破裂棱體上。生水平慣性力，作為一種附加力作用在破裂棱體上。 地震土壓力通常采用靜力法，又稱慣性力法，增加了一地震土壓力通常采用靜力法，又稱慣性力法，增加了一個由破裂棱體自重個由破裂棱體自重W所引起的作用于棱體重心，方向水平，所引起的作用于棱體重心，方向水平，朝向墻后土體滑動方向的水平地震力朝向墻后土體滑動方向的水平地震力Ph。 地震對擋土墻破壞主要是由于水平地震力引起，分析地地震

23、對擋土墻破壞主要是由于水平地震力引起，分析地震作用下土壓力時，只考慮水平地震力影響。震作用下土壓力時，只考慮水平地震力影響。 等效內(nèi)摩擦角不僅隨墻高變化，且與墻頂以上等效內(nèi)摩擦角不僅隨墻高變化，且與墻頂以上路堤填土高有關(guān)。另外，即使墻高相同，路塹墻與路堤填土高有關(guān)。另外，即使墻高相同，路塹墻與路堤墻兩者的填土狀況也不相同，只考慮墻高來確路堤墻兩者的填土狀況也不相同，只考慮墻高來確定等效內(nèi)摩擦角還是存在問題的。定等效內(nèi)摩擦角還是存在問題的。 力多邊形法計算可以較好的解決上述問題。力多邊形法計算可以較好的解決上述問題。 大多數(shù)填土均或多或少的具有粘聚力，設(shè)計中通常采大多數(shù)填土均或多或少的具有粘聚力

24、，設(shè)計中通常采用等效內(nèi)摩擦角，或者力多邊形法來計算粘性土土壓力。用等效內(nèi)摩擦角，或者力多邊形法來計算粘性土土壓力。 等效內(nèi)摩擦角法一般為等效內(nèi)摩擦角法一般為30 35，適用設(shè)計墻高，適用設(shè)計墻高6 8m，低墻偏大（保守），高墻偏?。ㄎｋU）。，低墻偏大（保守），高墻偏?。ㄎｋU）。墻高確定等墻高確定等效內(nèi)摩擦角效內(nèi)摩擦角 仰斜墻背較俯斜墻背的土壓力小，而后仰愈大，土壓力愈仰斜墻背較俯斜墻背的土壓力小，而后仰愈大，土壓力愈小。當(dāng)?shù)孛嬗袡M向坡度時，相應(yīng)墻高增加，但考慮高度增加影小。當(dāng)?shù)孛嬗袡M向坡度時，相應(yīng)墻高增加，但考慮高度增加影響，墻身截面仍然是仰斜相對俯斜小，且后仰愈大，墻身截面響，墻身截面仍然是

25、仰斜相對俯斜小，且后仰愈大，墻身截面愈小。愈小。 因此，重力式擋土墻的墻背坡度一般用因此，重力式擋土墻的墻背坡度一般用1:0.25的坡度。的坡度。 仰斜坡愈大，庫倫公式計算值愈偏小。仰斜仰斜坡愈大，庫倫公式計算值愈偏小。仰斜1:0.25時，偏時，偏小小10%左右；仰斜左右；仰斜1:0.3或或1:0.35，則偏小，則偏小15% 20%。 后仰度過大，墻身重心后移，墻背仰斜大于后仰度過大，墻身重心后移，墻背仰斜大于1:0.25時，墻時，墻身向填土方向傾斜，給施工造成困難，基底負(fù)偏心過大，且身向填土方向傾斜，給施工造成困難，基底負(fù)偏心過大，且墻踵壓應(yīng)力過大。墻踵壓應(yīng)力過大。 墻背的土壓力分布特性與墻

26、背的土壓力分布特性與墻身位移墻身位移條件有關(guān)，墻身位移有條件有關(guān)，墻身位移有以下四種形式：（以下四種形式：（1）繞墻踵轉(zhuǎn)動；（）繞墻踵轉(zhuǎn)動；（2）繞墻頂轉(zhuǎn)動；（）繞墻頂轉(zhuǎn)動；（3）平移；（平移；（4）組合位移形式。）組合位移形式。 繞墻踵轉(zhuǎn)動時土壓力接近三角形分布，其余位移形式則呈繞墻踵轉(zhuǎn)動時土壓力接近三角形分布，其余位移形式則呈曲線分布。實際墻體位移是土壓力作用和地基土不均勻沉降綜曲線分布。實際墻體位移是土壓力作用和地基土不均勻沉降綜合，常為各種形式位移的組合，墻背土壓力分布多呈曲線形。合，常為各種形式位移的組合，墻背土壓力分布多呈曲線形。（1）曲線形分布實測土壓力總值與按庫侖理論計算土壓力

27、）曲線形分布實測土壓力總值與按庫侖理論計算土壓力總值近似相等；總值近似相等；（2）在平面填土情況下，曲線分布土壓力作用點(diǎn)距墻踵高）在平面填土情況下，曲線分布土壓力作用點(diǎn)距墻踵高度約為（度約為（0.400.43H）。）。模型試模型試驗驗 使用庫侖理論計算土壓力簡便的原因在于它假設(shè)在使用庫侖理論計算土壓力簡便的原因在于它假設(shè)在極限狀態(tài)下破裂面是平面。然而，這一假定與實際情況極限狀態(tài)下破裂面是平面。然而，這一假定與實際情況不符。試驗和理論均表明，破裂面為一曲面，而用粘土不符。試驗和理論均表明，破裂面為一曲面，而用粘土填料時曲面更顯著，在斷面上呈對數(shù)螺旋線形狀。填料時曲面更顯著，在斷面上呈對數(shù)螺旋線形

28、狀。 假定破裂面為平面，庫侖理論計算結(jié)果使假定破裂面為平面，庫侖理論計算結(jié)果使主動土壓主動土壓力的計算值偏小力的計算值偏小。同時，這一假定使得破裂棱體平衡所。同時，這一假定使得破裂棱體平衡所必須的力系對于任一點(diǎn)力矩和等于零的條件不能滿足。必須的力系對于任一點(diǎn)力矩和等于零的條件不能滿足。 極限平衡理論是根據(jù)破裂棱體靜力平衡條件，假定極限平衡理論是根據(jù)破裂棱體靜力平衡條件，假定墻身及破裂棱體均為剛體，無法考慮土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)墻身及破裂棱體均為剛體，無法考慮土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，以及墻身、基底及填土的共同作用，只能求得極限系，以及墻身、基底及填土的共同作用，只能求得極限平衡時的土壓力，而得不到位移。平衡時

29、的土壓力，而得不到位移。 許多情況下位移量有限，不可能達(dá)到主動極限平衡許多情況下位移量有限，不可能達(dá)到主動極限平衡狀態(tài)，墻面系上作用力采用主動土壓力不盡合理。狀態(tài)，墻面系上作用力采用主動土壓力不盡合理。 目前，尚未有計算介于靜止土壓力和主動土壓力之目前，尚未有計算介于靜止土壓力和主動土壓力之間的土壓力的方法，一般采用修正系數(shù)的經(jīng)驗方法。間的土壓力的方法，一般采用修正系數(shù)的經(jīng)驗方法。地基承載力地基承載力外部穩(wěn)定外部穩(wěn)定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度結(jié)構(gòu)強(qiáng)度抗傾覆穩(wěn)定抗傾覆穩(wěn)定抗滑移穩(wěn)定抗滑移穩(wěn)定整體滑動整體滑動偏心抗壓偏心抗壓結(jié)構(gòu)彎拉結(jié)構(gòu)彎拉結(jié)構(gòu)沖剪結(jié)構(gòu)沖剪0aazaxzfzx0 xfbo抗傾覆驗算抗傾覆驗算cos(

30、90)sin()axaaEEEsaxfME zsin(90)cos()azaaEEErEazfME x0rGMGx0rrErGazfMMMGxE x01.5 1.6azfaxfGxE xKE z0aazaxzfzx0 xfbo 如驗算結(jié)果不能滿足要求，可按以下措施處理：如驗算結(jié)果不能滿足要求，可按以下措施處理： （1）增大擋土墻斷面尺寸，使）增大擋土墻斷面尺寸，使G增大，但工程量也相應(yīng)增大；增大，但工程量也相應(yīng)增大； （2）伸長墻趾。但墻趾過長，如厚度不夠，需配置鋼筋；）伸長墻趾。但墻趾過長，如厚度不夠，需配置鋼筋； （3）墻背做成仰斜，可減小土壓力；）墻背做成仰斜，可減小土壓力； （4）在擋

31、土墻垂直背上做卸荷臺。）在擋土墻垂直背上做卸荷臺。技術(shù)處置技術(shù)處置0+0aanatb+0+GGnGt抗滑移驗算抗滑移驗算0+0aanatb+0+GGnGt00cos(90)cos()ataaEEE00sin(90)cos()anaaEEE0cosnGG()fnanRGE0sinttRGG()1.3fnanattattRGEKEREG 如驗算結(jié)果不能滿足要求，可按以下措施處理：如驗算結(jié)果不能滿足要求，可按以下措施處理： （1）增大擋土墻斷面尺寸，使）增大擋土墻斷面尺寸，使G增大；增大； （2）墻基底面做成砂、石墊層，以提高）墻基底面做成砂、石墊層，以提高 值；值； （3）墻底做成逆坡，利用滑動面

32、上部分反力抗滑；）墻底做成逆坡，利用滑動面上部分反力抗滑； （4）軟土地基上，其它方法無效或不經(jīng)濟(jì)時，可在墻踵后加拖板。）軟土地基上，其它方法無效或不經(jīng)濟(jì)時，可在墻踵后加拖板。技術(shù)處置技術(shù)處置 土質(zhì)較軟弱時，可土質(zhì)較軟弱時，可能產(chǎn)生接近于圓弧狀的能產(chǎn)生接近于圓弧狀的滑動面而喪失其穩(wěn)定性，滑動面而喪失其穩(wěn)定性，可采用條分法進(jìn)行分析可采用條分法進(jìn)行分析驗算。驗算。SG1k起有利作用的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)起有利作用的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng);SG2k起不利作用的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)起不利作用的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng):021121.21.40.8nG kQ kQikG kSSSS 地基承載力驗算方法和要求同

33、天然地基淺基礎(chǔ)驗算。地基承載力驗算方法和要求同天然地基淺基礎(chǔ)驗算。kapfkmaxa1.2pf0226yMMbbbecN承載力承載力偏心驗算偏心驗算在一般土質(zhì)地基上，在一般土質(zhì)地基上，e b/6在軟弱巖石地基上，在軟弱巖石地基上，e b/5;在不易風(fēng)化巖石上，在不易風(fēng)化巖石上，e b/4 擋土墻墻身材料強(qiáng)度應(yīng)進(jìn)行偏心受壓、抗剪強(qiáng)度等擋土墻墻身材料強(qiáng)度應(yīng)進(jìn)行偏心受壓、抗剪強(qiáng)度等驗算要求。根據(jù)規(guī)范如下規(guī)范進(jìn)行驗算：驗算要求。根據(jù)規(guī)范如下規(guī)范進(jìn)行驗算：GB500102002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB500032001砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 擋土墻設(shè)計階段通常分為初步設(shè)計和施工

34、設(shè)計兩個階段。擋土墻設(shè)計階段通常分為初步設(shè)計和施工設(shè)計兩個階段。 初步設(shè)計階段初步設(shè)計階段：根據(jù)設(shè)計任務(wù)書明確的主要技術(shù)條件，論：根據(jù)設(shè)計任務(wù)書明確的主要技術(shù)條件，論證擋土墻結(jié)構(gòu)修建可行性，提出平面布置，結(jié)構(gòu)類型選擇的最證擋土墻結(jié)構(gòu)修建可行性，提出平面布置，結(jié)構(gòu)類型選擇的最佳方案，給出工程量及造價的概算。佳方案，給出工程量及造價的概算。 施工設(shè)計階段施工設(shè)計階段：確定擋土墻結(jié)構(gòu)平面布置，結(jié)構(gòu)類型，截：確定擋土墻結(jié)構(gòu)平面布置，結(jié)構(gòu)類型，截面形式及構(gòu)造，決定整個結(jié)構(gòu)全部尺寸，給出工程數(shù)量造價。面形式及構(gòu)造，決定整個結(jié)構(gòu)全部尺寸，給出工程數(shù)量造價。對控制工程及獨(dú)立高墻作出單獨(dú)設(shè)計。應(yīng)給出平面布置圖，

35、縱對控制工程及獨(dú)立高墻作出單獨(dú)設(shè)計。應(yīng)給出平面布置圖，縱平面圖，墻的大樣圖，相關(guān)的一些構(gòu)造圖，工程量及造價計算平面圖，墻的大樣圖，相關(guān)的一些構(gòu)造圖，工程量及造價計算表，設(shè)計說明表。表，設(shè)計說明表。地形地形地質(zhì)地質(zhì)擋墻擋墻類型類型擬定擬定尺寸尺寸工程工程經(jīng)驗經(jīng)驗調(diào)整尺寸調(diào)整尺寸工程措施工程措施抗滑穩(wěn)定抗滑穩(wěn)定抗傾穩(wěn)定抗傾穩(wěn)定基底應(yīng)力基底應(yīng)力截面強(qiáng)度截面強(qiáng)度工工程程驗驗算算施工圖施工圖滿足滿足不足不足 （1）墻背）墻背主動土壓力（仰主動土壓力（仰斜最小、直立居斜最小、直立居中和俯斜最大），中和俯斜最大），仰斜墻背較為合仰斜墻背較為合理。理。 （2）開挖臨時邊坡后筑墻，仰斜墻背可與邊坡緊密貼合，）開

36、挖臨時邊坡后筑墻，仰斜墻背可與邊坡緊密貼合，仰斜墻背比較合理；如在填方地段筑墻，仰斜墻背填土的夯實仰斜墻背比較合理；如在填方地段筑墻，仰斜墻背填土的夯實較困難，俯斜墻和直立墻較合理。較困難，俯斜墻和直立墻較合理。 （3）從墻前地形陡緩，較為平坦時，用仰斜墻背較為合理；）從墻前地形陡緩，較為平坦時，用仰斜墻背較為合理；如墻前地形較陡，宜用直立墻，俯斜墻的土壓力較大，而仰斜如墻前地形較陡，宜用直立墻，俯斜墻的土壓力較大，而仰斜墻需加高墻身。墻需加高墻身。 墻前地面較陡，墻面坡可取墻前地面較陡，墻面坡可取1:0.05 1:0.2，亦可采用直立，亦可采用直立截面；墻前地形較為平緩時，中、高擋土墻墻面坡

37、度可較緩，截面；墻前地形較為平緩時，中、高擋土墻墻面坡度可較緩，但不宜緩于但不宜緩于1:0.4；仰斜墻背坡度不宜緩于；仰斜墻背坡度不宜緩于1:0.25，且墻面應(yīng)盡，且墻面應(yīng)盡量與墻背平行。量與墻背平行。 為了增加墻身的抗為了增加墻身的抗滑穩(wěn)定性，基底做成逆滑穩(wěn)定性，基底做成逆坡是一種有效方法。土坡是一種有效方法。土質(zhì)地基的基底逆坡不宜質(zhì)地基的基底逆坡不宜大于大于0.1:1，巖石地基不，巖石地基不宜大于宜大于0.2:1，逆坡過大，逆坡過大，可能使墻身連同基底下可能使墻身連同基底下的三角形土體一起滑動。的三角形土體一起滑動。 墻高較大時，為了使墻高較大時，為了使基底壓力不超過地基承載基底壓力不超過

38、地基承載力特征值，可加墻趾臺階，力特征值，可加墻趾臺階，這對墻的傾覆穩(wěn)定也有利。這對墻的傾覆穩(wěn)定也有利。墻趾臺階高寬比可取墻趾臺階高寬比可取2:1，但寬度不得小于但寬度不得小于20cm。 此外，基底法向反力此外，基底法向反力的偏心距應(yīng)滿足的偏心距應(yīng)滿足 eb1/4（b1為無臺階基底寬度）。為無臺階基底寬度）。 如無特殊要求，塊石擋土墻一般不應(yīng)小于如無特殊要求，塊石擋土墻一般不應(yīng)小于0.5m，混凝土擋土墻可取混凝土擋土墻可取0.2 0.4m。泄水孔泄水孔：間距宜?。洪g距宜取2 3m，外斜，外斜5，孔眼直徑宜不小于，孔眼直徑宜不小于100mm。 反濾層反濾層：泄水孔入口處應(yīng)用易于滲水的粗顆粒材料（

39、卵、碎石：泄水孔入口處應(yīng)用易于滲水的粗顆粒材料（卵、碎石等），設(shè)置濾水層以免淤塞。等），設(shè)置濾水層以免淤塞。 隔水層隔水層：墻后地面及最低泄水孔下部應(yīng)鋪設(shè)粘土層并夯實。：墻后地面及最低泄水孔下部應(yīng)鋪設(shè)粘土層并夯實。 墻前回填土應(yīng)分層夯實，并修筑散水溝或排水溝。墻前回填土應(yīng)分層夯實，并修筑散水溝或排水溝。 截水溝截水溝：墻后有山坡時，應(yīng)在坡下設(shè)置截水溝。：墻后有山坡時，應(yīng)在坡下設(shè)置截水溝。 墻后填土宜選用透水性較強(qiáng)的填料。當(dāng)采用粘性土作填墻后填土宜選用透水性較強(qiáng)的填料。當(dāng)采用粘性土作填料時，宜摻入適量的塊石；季節(jié)性凍土地區(qū)，墻后填土應(yīng)選料時，宜摻入適量的塊石；季節(jié)性凍土地區(qū)，墻后填土應(yīng)選用非凍脹

40、性填料（如爐渣、碎石、粗砂等）；對于重要的、用非凍脹性填料（如爐渣、碎石、粗砂等）；對于重要的、高度較大的擋土墻，不宜采用粘性填料。高度較大的擋土墻，不宜采用粘性填料。 墻后填土均應(yīng)分層夯實，以提高填土質(zhì)量。墻后填土均應(yīng)分層夯實，以提高填土質(zhì)量。 擋土墻每隔擋土墻每隔10 20m應(yīng)設(shè)置伸縮縫。當(dāng)?shù)鼗凶兓瘯r宜應(yīng)設(shè)置伸縮縫。當(dāng)?shù)鼗凶兓瘯r宜加設(shè)沉降縫。在拐角處應(yīng)適當(dāng)采取加強(qiáng)的構(gòu)造措施。加設(shè)沉降縫。在拐角處應(yīng)適當(dāng)采取加強(qiáng)的構(gòu)造措施。 “粘聚力理論粘聚力理論”Coherent Gravity Theory (Vidal，1966)， 由筋土簡單摩擦加固原理轉(zhuǎn)化而來。由筋土簡單摩擦加固原理轉(zhuǎn)化而來。

41、加筋土復(fù)合體中拉應(yīng)力通過土與筋材間剪切作用傳遞到加筋土復(fù)合體中拉應(yīng)力通過土與筋材間剪切作用傳遞到相鄰拉筋上，而筋材間土體自身僅承受壓應(yīng)力及剪切應(yīng)力，相鄰拉筋上，而筋材間土體自身僅承受壓應(yīng)力及剪切應(yīng)力，從而使加筋土體成為具有一定自承約束的復(fù)合結(jié)構(gòu)。從而使加筋土體成為具有一定自承約束的復(fù)合結(jié)構(gòu)。 法國法國LCPC-Laboratoire Central des Ponts et Chaussees，建立了張拉破壞，加筋土系統(tǒng)工作機(jī)理，建立了張拉破壞，加筋土系統(tǒng)工作機(jī)理模型模型(Schlosser and Long, 1973) 英國南安普敦英國南安普敦NSW-New South Wales Ins

42、titute of Technology建立了另一加筋土系統(tǒng)工作機(jī)理模型建立了另一加筋土系統(tǒng)工作機(jī)理模型Sigma Model (Hausmann,1976) 。張拉破壞張拉破壞Tensile Failure邊界破壞邊界破壞Bond Failure 迄今為止，加筋土系統(tǒng)工作機(jī)制模型以迄今為止，加筋土系統(tǒng)工作機(jī)制模型以Sigma Model最為簡單、全面和合理。最為簡單、全面和合理。Sigma Model為加筋為加筋土粘聚力理論范疇，提出加筋土系統(tǒng)兩種破壞模式，土粘聚力理論范疇，提出加筋土系統(tǒng)兩種破壞模式，從機(jī)制上闡述了加筋土破壞模式與應(yīng)力水平、筋帶從機(jī)制上闡述了加筋土破壞模式與應(yīng)力水平、筋帶用

43、量、張拉特性、以及筋土間剪切特征等相關(guān)性。用量、張拉特性、以及筋土間剪切特征等相關(guān)性。加筋土靜力平衡示意圖加筋土靜力平衡示意圖RS1A33RH=r+3AtanaV=1AAtanHV )tan(tan)tan(31AArmultrmazFThAtantantan)tan(31AFThAAmult 對于一定的加筋土系統(tǒng)，在高應(yīng)力水平時，破壞模式以對于一定的加筋土系統(tǒng)，在高應(yīng)力水平時，破壞模式以張拉強(qiáng)度破壞為特征，此時加筋土張拉強(qiáng)度破壞為特征，此時加筋土“預(yù)約力預(yù)約力” r （Prestress）由筋材張拉特性確定，且達(dá)到最大值由筋材張拉特性確定，且達(dá)到最大值 rmax。tan)tan(31AAr2

44、45pprmultkkcFThA3312)245tan()245tan()245tan()245tan(multprFTkhAc2假定破壞面假定破壞面與最大主應(yīng)與最大主應(yīng)力面的夾角力面的夾角11tantantanriAluFAhtanluFhtantan)tan(311AFAA Sigma Model中，加筋土處于低應(yīng)力水平破壞以筋土間中，加筋土處于低應(yīng)力水平破壞以筋土間接觸面錨固破壞為特征，加筋土系統(tǒng)的接觸面錨固破壞為特征，加筋土系統(tǒng)的 r 與接觸面剪切性與接觸面剪切性能和應(yīng)力水平有關(guān)。能和應(yīng)力水平有關(guān)。其中其中tan)tan(31AAr245)245tan()245tan()()245ta

45、n()245tan(11113rrarakFkF)11(sin1aarKFFKr加筋土的強(qiáng)度包線加筋土的強(qiáng)度包線050100 150 200 250 300 350 400Kpa050100150200Kparrmaxrreinforcedunreinforcedcr 加筋土擋墻（加筋土擋墻（Mechanically Stabilized Earth Wall），建），建立在加筋土立在加筋土Reinforced Earth （H.Vidal，1964）概念之）概念之上。與傳統(tǒng)擋墻相比，具有很好的柔性和抵抗地震荷載的動上。與傳統(tǒng)擋墻相比，具有很好的柔性和抵抗地震荷載的動力穩(wěn)定性，且造價上有優(yōu)勢。

46、力穩(wěn)定性，且造價上有優(yōu)勢。 美國每年新建美國每年新建MSEW超過超過700,000m2，集中在交通工程領(lǐng)，集中在交通工程領(lǐng)域，已占到各類支擋域，已占到各類支擋2/3以上（以上（Vernon R. Schaefer，1998） 。各類擋墻的造價比較各類擋墻的造價比較3691215擋墻高度H/m50150250350450550每平方米面板造價/美元合成材料加筋土擋墻金屬加筋土擋墻金屬扶朵式擋墻鋼筋混凝土扶朵式擋墻鋼筋混凝土懸臂式擋墻合成材料加筋土擋墻的不同型式合成材料加筋土擋墻的不同型式反折自錨整體面板拼裝面板圬工面板 由于暴露于空氣介質(zhì)中的土工合成材料對于紫外線、由于暴露于空氣介質(zhì)中的土工合成材料對于紫外線、高溫等反應(yīng)敏感，反折自錨高溫等反應(yīng)敏感，反折自錨MSEW一般應(yīng)采用某種與該支一般應(yīng)采用某種與該支擋結(jié)構(gòu)柔性相似的材料做一外封層，例如可以采用噴漿混擋結(jié)構(gòu)柔性相似的材料做一外封層，例如可以采用噴漿混凝土、噴射水泥砂漿等。凝土、噴射水泥砂漿等。 Lee（1973）針對金屬條帶）針對金屬條帶MSEW，提出一套設(shè)計方法。，提出一套設(shè)計方法。Bell(1975)將這一方法成功用于合成材料將這一方法成功用于合成材料MSEW設(shè)計中。設(shè)計中。 美國美國NCMA(1993)，F(xiàn)HWA(1995)和和AASHTO(1997)頒頒布合成材料加筋土設(shè)計規(guī)范