擋土墻的認知與設計擋土墻的形式及在工程中的

4.1擋土墻的認知與設計4.1.1擋土墻的形式及在工程中的應用

4.1.2土壓力計算

了解掌握4.1.3庫倫土壓力理論

4.1.4擋土墻的計算與構造

理解掌握擋土墻：用來側向支持土體的結構物，統(tǒng)稱為擋土墻。土壓力：被支持的土體作用于擋土墻上的側向壓力。1.擋土墻的常見類型：（如圖）4.1.1擋土墻的形式及在工程中的應用

2.按常用的結構形式分：重力式、懸壁式、扶臂式、錨式擋土墻4.1.1擋土墻的形式及在工程中的應用

1).重力式擋土墻

塊石或素混凝土砌筑而成，靠自身重力維持穩(wěn)定，墻體抗拉、抗剪強度都較低。墻身截面尺寸大，一般用于低擋土墻。墻頂墻基墻趾墻面墻背2.按常用的結構形式分：4.1.1擋土墻的形式及在工程中的應用

2).懸臂式擋土墻

鋼筋混凝土建造，立臂、墻趾懸臂和墻踵懸臂三塊懸臂板組成，靠墻踵懸臂上的土重維持穩(wěn)定，墻體內拉應力由鋼筋承擔，墻身截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程中常用.墻趾墻踵立壁鋼筋4.1.1擋土墻的形式及在工程中的應用

3).扶壁式擋土墻

針對懸臂式擋土墻立臂受力后彎矩和撓度過大缺點，增設扶壁，扶壁間距（0.8～1.0）h，墻體穩(wěn)定靠扶壁間填土重維持墻趾墻踵扶壁4.1.1擋土墻的形式及在工程中的應用

4).錨定板式與錨桿式擋土墻

預制鋼筋混凝土面板、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.墻板錨定板基巖錨桿4.1.1擋土墻的形式及在工程中的應用

3.擋土墻在工程中的應用擋土墻在房屋建筑、鐵路橋梁以及水利工程等土木工程中應用很廣，如圖4-2所示。4.1.1擋土墻的形式及在工程中的應用

圖4-2擋土墻應用舉例

墻體位移的方向和位移量決定著所產生的土壓力性質和土壓力大小。太沙基的模型試驗結果墻前廣州城建職業(yè)學院4.1.2土壓力計算

擋土墻在土壓力作用下，不向任何方向發(fā)生位移和轉動時，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)，作用在墻背上的土壓力稱為靜止土壓力。1).靜止土壓力ETET4.1.2土壓力計算

1.土壓力的類型當擋土墻沿墻趾向離開填土方向轉動或平行移動，且位移達到一定量時，墻后土體達到主動極限平衡狀態(tài)，填土中開始出現滑動面，這時在擋土墻上的土壓力稱為主動土壓力。2）.主動土壓力ETIETI4.1.2土壓力計算

當擋土墻在外力作用下向墻背填土方向轉動或平行移動時，土壓力逐漸增大，當位移達到一定量時，潛在滑動面上的剪應力等于土的抗剪強度，墻后土體達到被動極限平衡狀態(tài)，填土內開始出現滑動面，這時作用在擋土墻上的土壓力增加至最大，稱為被動土壓力。3）.被動土壓力ITEETI4.1.2土壓力計算

靜止土壓力對應于圖中A點，墻位移為0，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)主動土壓力對應于圖中B點，墻向離開填土的方向位移，墻后土體處于主動極限平衡狀態(tài)被動土壓力對應于圖中C點，墻向填土的方向位移，墻后土體處于被動極限平衡狀態(tài)Ea<E0<Ep4.1.2土壓力計算

4）.土壓力大小關系

產生主動和被動土壓力所需墻的位移量土類應力狀態(tài)墻運動形式可能需要的位移量砂土主動平移0.0001H繞墻趾轉動0.001H繞墻頂轉動0.02H被動平移0.05H繞墻趾轉動>0.1H繞墻頂轉動0.05H粘土主動平移0.004H繞墻趾轉動0.004H2.土壓力的影響因素4.1.2土壓力計算

土壓力的計算是個比較復雜的問題。除了擋土墻位移外，土壓力的性質、分布、大小還與墻后填土的性質、地下水；墻和土的相對位移量；土體與墻之間的摩擦；擋土墻類型等因素有關。1）.靜止土壓力計算

h

v

h

v

h=p0zzzH(a)(b)

靜止土壓力強度（E0）可按半空間直線變形體在土的自重作用下無側向變形時的水平側向應力

h來計算。下圖表示半無限土體中深度為z處土單元的應力狀態(tài)：4.1.2土壓力計算

3.土壓力計算

設想用一擋土墻代替單元體左側的土體，擋土墻墻背光滑，則墻后土體的應力狀態(tài)并沒有變化，仍處于側限應力狀態(tài)。豎向應力為自重應力：

z=z

水平向應力為原來土體內部應力變成土對墻的應力，即為靜止土壓力強度p0：

E0=

h=K0z（4-2）側壓力系數4.1.2土壓力計算

K0HH3P0(c)zp

f=c+tg

(d)

h=p0zzH(b)

靜止土壓力沿墻高呈三角形分布，作用于墻背面單位長度上的總靜止土壓力（E0）：E0=(kN/m)P0的作用點位于墻底面往上1/3H處，單位[kN/m]。（d）圖是處在靜止土壓力狀態(tài)下的土單元的應力摩爾圓，可以看出，這種應力狀態(tài)離破壞包線很遠，屬于彈性平衡應力狀態(tài)。

4.1.2土壓力計算

4.1.2土壓力計算

2）.主動土壓力的計算4.1.2土壓力計算

3.土壓力計算2）.主動土壓力的計算4.1.2土壓力計算

3.土壓力計算4.1.2土壓力計算

3）.被動土壓力的計算4.1.2土壓力計算

3.土壓力計算3）.被動土壓力的計算4.1.2土壓力計算

3.土壓力計算【例4-3】已知條件同【例4-1】，試計算作用在此擋土墻上的被動土壓力，并繪出土壓力分布圖。4.1.2土壓力計算

a.填土表面有均布荷載作用時pazqHqKaγHKaσz4）.幾種常見情況下的主動土壓力計算4.1.2土壓力計算

b.填土成層和有地下水時的土壓力計算注意：地下水水位以下用浮容重

和水下的

值(a)(b)(c)4.1.2土壓力計算

c.填土有地下水時的土壓力計算總側壓力=土壓力+水壓力4.1.2土壓力計算

d.填土同時有均布荷載和地下水時的土壓力計算總側壓力=荷載時土壓力+水壓力4.1.2土壓力計算

【例4-4】某擋土墻高5m，墻背垂直、光滑，墻后填土面水平，填土分為兩層，各層土的物理力學性質指標如圖4-14所示，試計算該擋土墻主動土壓力及其作用點位置，并繪出土壓力分布圖。圖4-14例4-14主動土壓力分布圖4.1.2土壓力計算

4.1.2土壓力計算

4.1.3庫倫土壓力理論為使問題簡化，庫倫理論作了以下假設：(1)墻后填土為均質的無黏性土(c=0)，填土表面傾斜(β＞0)；(2)擋土墻是剛性的，墻背傾斜，傾角為ε；(3)墻面粗糙，墻背與土體之間存在摩擦力(δ＞0)；(4)滑動破裂面為通過墻踵的平面。4.1.3庫倫土壓力理論圖4-16無黏性土的庫倫主動土壓力1.主動土壓力合力4.1.3庫倫土壓力理論2.被動土壓力合力4.1.3庫倫土壓力理論3.朗肯、庫倫土壓力理論比較（1）分析方法兩者均是求解墻后土體達到極限狀態(tài)時的土壓力，即主動土壓力和被動土壓力。但所采用的方法不同。朗肯理論：應用半空間中的應力狀態(tài)和極限平衡理論的概念比較明確，將墻后土體視作半無限體中的一部分，由土中一點的極限平衡條件計算土壓力，公式簡單，便于記憶；庫倫理論：根據墻后滑動土楔體的靜力平衡條件推導得土壓力計算公式，考慮了墻背與土之間的摩擦力，并可用于墻背傾斜、填土面傾斜的情況。4.1.3庫倫土壓力理論3.朗肯、庫倫土壓力理論比較（2）基本假定朗肯理論：墻背直立、光滑的、墻后填土水平；庫倫理論：無黏性土，滑動面為平面，滑動體為剛體。（3）適用范圍朗肯理論：對于黏性土和無黏性土，都可以用該公式直接計算，在工程中得到廣泛應用；庫倫理論：可用于墻背傾斜、粗糙，填土面不水平等情況，但只適用于無黏性填土；對于黏性填土，則必須采用規(guī)范推薦的公式。4.1.3庫倫土壓力理論3.朗肯、庫倫土壓力理論比較（4）計算結果朗肯土壓力理論：在工程中，墻背光滑的條件較難得到滿足，因而用該理論計算出的結果與工程實際是有出入的。由于忽略了墻背與填土之間摩擦的影響，使計算的主動土壓力偏大，而計算的被動土壓力偏小。庫倫土壓力理論：在計算主動土壓力時，只有當墻背的斜度不大，墻背與填土間的摩擦角較小時，破裂面才接近于一個平面，因此，計算結果與按曲線滑動面計算的有出入。在通常情況下，這種偏差在計算主動土壓力時約為2％～10％，可以認為已滿足實際工程需要；但在計算被動土壓力時，由于破裂面接近于對數螺線，因此計算結果誤差較大，有時可達2～3倍，甚至更大。4.1.4擋土墻的計算與構造1.重力式擋土墻的構造設計（1）擋土墻的墻型

圖4-17?重力式擋土墻形式(a)俯斜；(b)垂直；(c)仰斜4.1.4擋土墻的計算與構造（2）擋土墻截面尺寸一般重力式擋土墻的墻頂寬度約為墻高的1/12，墻底寬度約為墻高的1/2～1/3。塊石擋土墻的墻頂寬度不宜小于0.4m；混凝土擋土墻的墻頂寬度不宜小于0.2m。（3）基底逆坡坡度與墻趾臺階為了增強墻身的抗滑穩(wěn)定性，可在基底設置逆坡。對于土質地基，基底逆坡坡度不宜大于1∶10；對于巖質地基，基底逆坡坡度不宜大于1∶5，如圖4-18(a)所示。為了降低基底壓力，增大抗傾覆力矩，可加設墻趾臺階，其高寬比可取h∶a=2∶1，a不得小于20cm，如圖4-18(b)所示。圖4-18

基底逆坡與墻趾臺階(a)土質地基1∶n≤1∶10；(b)巖質地基1∶n≤1∶54.1.4擋土墻的計算與構造（4）基礎埋置深度重力式擋土墻的基礎埋置深度，應根據地基承載力、水流沖刷、巖石裂隙發(fā)育及風化程度等因素進行確定。在特強凍脹、強凍脹地區(qū)，應考慮凍脹的影響。在土質地基中，基礎埋置深度不宜小于0.5m；在軟質巖地基中，基礎埋置深度不宜小于0.3m。（5）伸縮縫重力式擋土墻應每間隔10～20m設置一道伸縮縫。當地基有變化時，宜加設沉降縫。在擋土結構的拐角處，應采取加強的構造措施。（6）排水措施擋土墻常因排水不良而使填土中大量積水，導致土的抗剪強度降低、重度增加、土壓力增大、地基軟化，有時還會受到水的滲流或靜水壓力的影響，結果造成擋土墻的破壞。因此，對于可以向坡外排水的擋土墻，應在擋土墻上設置排水孔。排水孔應沿著橫、豎兩個方向設置，其間距宜取2～3m，排水孔外斜坡度宜為5%，孔眼尺寸不宜小于100mm。擋土墻后面應做好濾水層，必要時應做排水暗溝。當擋土墻后面有山坡時，應在坡腳處設置截水溝，如圖4-19所示。4.1.4擋土墻的計算與