第七章挡土墙

第7章挡土墙7．1概述7．2挡土墙的类型7．2．1重力式挡土墙重力式挡土墙靠本身的重量保持墙身的稳定。从受力情况分析，仰斜式的主动土压力最小，俯斜式的主动土压力最大。7．2．2悬臂式挡土墙适用于重要工程中墙高大于5m，地基土较差，当地缺乏石料等情况。7．2．3扶壁式挡土墙当墙高达于8m时，墙后填土较高，若采用悬臂式挡土墙会导致墙身过厚而不经济。7．2．4板桩式挡土墙分为钢板桩、木板桩和钢筋混凝土板桩墙等。7．3作用在挡土墙上的土压力7．4重力式挡土墙7．4．1重力式挡土墙的选型1．使墙后土压力最小仰斜墙主动土压力最小，俯斜墙主动土压力最大，垂直墙主动土压力处于仰斜和俯斜两者之间。2．墙的背坡和面坡的选择3．基底逆坡坡度4．墙趾台阶7．4．2重力式挡土墙的构造1．挡土墙的埋置深度土质地基一般不小于0.5m。2．墙身构造一般块石挡土墙顶宽不应小于0.4m。3．排水措施可分别采用50×100mm、100×100mm、150×200mm矩形空，或采用50～100mm的圆孔。孔眼间距为2～3m。若挡土墙高度大于12m，则应根据不同高度加设泄水孔。4．填土质量要求应该选择抗剪强度高、性质稳定、透水性好的粗颗粒材料作填料，例如卵石、砾石、粗砂、中砂等。用粘性土作回填涂料是不合适的，因为粘性土遇水体积会膨胀，干燥时又会收缩，性质不稳定，由于交错膨胀与收缩可在挡土墙上产生较大的侧应力。不能用的回填土为淤泥、耕植土、成块的硬粘土和膨胀型粘土。5．沉降缝和伸缩缝可把沉降缝兼作伸缩缝，一般每隔10～20m设置一道，缝宽约2cm，缝内嵌填柔性防水材料。6．挡土墙的材料要求7．挡土墙的砌筑质量7．4．3重力式挡土墙的计算挡土墙的计算通常包括下列内容：①抗倾覆验算；②抗滑移验算；③地基承载力验算；④墙身强度验算；⑤抗震计算。应使抗倾覆力矩大于倾覆力矩，两者之比值为抗倾覆安全系数Kt，即6.10faxfaztzExExGK（7-3）式中Kt---每延米抗倾覆安全系数；G---每延米挡土墙的重力；Eax---每延米主动土压力的水平分力)sin(aaxEE（7-4）Eaz---每延米主动土压力Ea的垂直分力)cos(aazEE（7-5）x0、xf、zf---分别为G、Eaz、Eax至墙趾O点的距离0tancot.bzzzbxfff（7-6）（7-7）式中b---基底的水平投影宽度；z---土压力作用点离墙踵的高度；α---墙背与水平线之间的夹角；α0---基底与水平线之间的夹角。若墙背为垂直时，则α=90º，基底水平，α0=0。那么cosaaxEE（7-8）sinaazEE（7-9）zzbxff2.挡土墙抗滑移验算抗滑力和滑动力的比值称为抗滑移安全系数Ks，即：3.1)(tatannsGEEGK（7-10）式中Ks---抗滑移安全系数；Gn---垂直于基底的重力分力Gn=G·cosα0；（7-11）Gt---平行于基底的重力分力Gt=G·sinα0；（7-12）Ean---垂直于基底的土压力分力)cos(0aanEE；（7-13）Eat---平行于基底的土压力分力)sin(0aatEE；（7-14）μ---挡土墙基底对地基的摩擦系数，由试验确定，当无试验资料时，可参考表7-3选用。3．挡土墙地基承载力验算)cos()sin(tan)cos(222GEGEGEGEaaa（7-17）（7-18）垂直于基底的分力为)sin()cos(00EEEEtn（7-19）（7-20）NzExEGxczExEGxcNfaxfazfaxfaz00（7-21）0''cos2bbcbe（7-22）（7-23）式中b‘----基底斜向宽度当偏心距6'be时，基底压力呈梯形或三角形分布（图7-14）。amanfbebNp2.1)61(''min（7-24）当偏心距6'be时，则基地压力呈三角形分布（图7-14）。afcNp2.132max（7-25）式中fa----修正后的地基承载力特征值，当基底倾斜时，应乘以0.8的折减系数。4．挡土墙墙身强度验算重力式挡土墙一般用毛石砌筑，需验算任意墙身截面处的法向应力和剪切应力。fANa（7-26）fAN式中N----由设计荷载产生的纵向力；γa----结构构件的设计抗力调整系数，取γa=1.0φ----纵向力影响系数，根据砂浆强度等级、β、e/h查表求得；β---高厚比β=H0/h；在求纵向力影响系数时先对β值乘以砌体系数，对粗料石和毛石砌体为1.5；H0为计算墙高取2h’r（h’r为墙高）；h为墙的平均厚度。e---纵向力的计算偏心距e=ek+eα；ek为标准荷载产生的偏心距，eα为附加的偏心距，mmher20300；A---计算截面面积，取1m长度；f---气体抗压设计强度。（2）抗剪验算AfQuva)18.0(（7-27）式中Q---由设计荷载产生的水平荷载；fv---砌体设计抗剪强度；σu---恒载标准值产生的平均压应力。5．挡土墙的抗震计算（1）抗倾覆验算（图7-16）2.10wfaxfaztzFzExExGK（7-28）（2）抗滑移验算（图7-17）2.1cos)sin(00FGEFEGKtatanns(7-29)式中F---地震力，F=k·G。（3）地基承载力验算（图7-18）当基底合力的偏心距6be时：afbebFNp2.161sin''0maxmin（7-30）当基底合力的偏心距6'be时：afcFNp2.13)sin(20max（7-31）式中00sinFNzFzExEGxcwfaxfax（7-32）（4）墙身强度验算（图7-19）①抗压验算fANa（7-33）②抗剪验算AfQuva)18.0(（7-34）计算Q值时，要考虑地震力F。[例题7-1]某挡土墙高H为5m，墙背垂直光滑，墙后填土面水平，挡土墙采用M5水泥砂浆，MU10毛石砌筑，砌体重度γk=22kN/m3，填土内摩擦角φ=30º，粘聚力c=0，填土重度γ=18kN/m3，地面荷载2.5kPa，基底摩擦系数μ=0.5，地基承载力特征值fa=200kPa，试验算挡土墙的稳定性及强度。挡土墙的截面尺寸见例图7-1-1。[解]1.计算主动土压力Ea。将地面荷载换算成土层厚度mqh139.0185.2，由于墙背垂直光滑，kPakPaKHhkPaKhKaaa97.29833.08.308.30333.0)5139.0(18)(833.0333.0139.018333.023045tan245tan22主动土压力合力Ea：（矩形面积）mkNEmkNEaa/17.45833.0/1.795)8.30833.0(211mkNEa/93.74597.29212（三角形面积）2．抗倾覆验算mkNGmkNGmkNG/25.522275.45.0/5.1042275.4221/875.62225.05.221321抗倾覆安全系数Kt：6.1315.278.115029.268)42.193.74()25.217.4()25.225.52()33.15.104()67.1875.6(tK（满足要求）3．抗滑移验算mkNEEmkNEEaaaalt/415.00995.017.4sin/149.4995.017.4cos995.025.05.25.2cos0995.025.05.225.0sin1.05.225.0tan02ln012202200mkNGGmkNGGmkNGGGGmkNEEmkNEEntanaata/81.162995.0625.163cos/281.160995.0625.163sin/625.16325.525.104785.6/456.70995.093.74sin/555.74995.093.74cos00321022022抗滑移安全系数Ks3.1367.1281.16555.74149.45.0)456.7415.081.162(sK满足要求4．地基承载力验算合力N对O点的距离c：membbcbemc3645.0892.02513.2513.2995.05.2cos2892.0456.7415.081.16278.115029.2680''mbe418.06513.26'，地基应力呈梯形分布，其基底应力为：kPabebNp2002.1979.14596.114513.2322.061513.281.16261''maxmin满足要求kPabebNp2169.02002.1809.8029.127513.23645.061513.2681.17061''minmax5．墙身强度验算（例图7-1-2）（1）抗压强度验算土压力强度：墙顶：kPahKa833.0333.0139.018I-I截面：kPaKHha815.18333.0)3139.0(18)(mkNGmkNGmkNEmkNEkPaaa/332235.0/58.4122326.121/973.26982.17321/499.23833.0982.17833.0815.18322'1'合力N对O/的距离c：mc72.058.7497.2675.383.4993.3458.74)1973.26()5.1499.2()51.133()84.058.41(对截面形心偏心距mecbe16.072.0276.12设计荷载N=1.2（G2+G3）=1.2×74.58=89.5kN/m墙身平均厚度mh13.1276.15.0抗力调整系数γa=1.0截面积A=1.76×1=1.76m2毛石砌体抗压设计强度f=0.38×0.85=0.323MPa=323kPa(0.85为水泥砂浆的强度折减系数)高厚比31.513.1320hH，毛石砌体取β=5.31×1.5=7.965标准荷载产生的偏心距ek=0.16m，附加偏心距mmmmea20103003000纵向力的计算偏心距e=ek+ea15.013.117.017.001.016.0heme由砂浆强度等级、β及he查得纵向力影响系数=0.58kNkNAfa5.8972.32932376.158.10（2）抗剪强度验算设计荷载mkNEEQaa/87.35499.24.1973.262.14.12.1'1'2毛石砌体设计抗剪强度fv=0.11×0.75=0.0825MPa=82.5kPa恒载标准值产生的平均压应力kPaAGGANu38.4376.158.7423kNkNAfuva87.359.15876.1)38.4318.05.82(1)18.0(（满足要求）7．5悬臂式挡土墙7．5．1悬臂式挡土墙的构造特点21/1Hb～32，墙趾宽度b1约等于b31。当采用双排钢筋时，墙身顶面最小宽度宜为200mm；如果墙高较小，墙身较薄，墙内配筋采用单排钢筋，则墙身顶面最小宽度可适当减小。墙身面坡采用1:0.02～0.05，底板最小宽度为200mm，若挡土墙高超过6m，宜加扶壁柱。挡土墙后应做好排水措施，以消除水压影响，减少墙背的水平推理。通常在墙身中每隔