基础工程第七章挡土墙

第7章挡土墙7.1概述挡土构造的作用在建筑、桥梁、道路及水利等工程中，利用各种类型的挡土结构物支撑建筑物周围填土，保持建筑物或填土的安全与稳定。•道路路堤挡土墙•边坡护坡挡土墙•地下室侧墙•桥台散粒材料挡墙•基坑支护挡墙•驳岸、水闸边墙本章主要内容•挡土墙的类型与构造•挡土墙的设计计算7.2挡土墙的类型墙顶墙基墙趾墙面墙背重力式挡土墙1.重力式挡土墙概要利用墙身自重平衡土压力，保持墙体稳定。常用砖、砌石、混凝土筑成，墙体断面较大，对地基承载力要求较高，施工方便。断面构造形式墙趾墙踵墙背墙顶衡重式减压平台墙趾墙踵立壁钢筋悬臂式挡土墙2.悬臂式挡土墙概要一般用钢筋混凝土做成，利用底板上填土的重量平衡墙背的土压力。墙体内拉力由钢筋承担，断面较小。适用于墙高5m，地基土质条件较差或缺少石料时使用。断面构造形式一般由立壁、底板两部分构成，都属于悬臂构造。墙趾墙踵扶壁扶壁式挡土墙3.扶壁式挡土墙概要用扶壁加强立壁的抗弯性能，壁间填土可以增加墙体的抗滑和抗倾覆稳定性。一般可适用于墙高10m的情况。断面构造形式沿墙的纵向每隔(1/3~1/2)h设置一道扶壁，扶壁可设在内侧，也可设在外侧。4.锚板式及板桩式挡土墙概要锚锭板式挡土墙是利用墙后填土与结构的相互作用维持墙体的稳定。其特点是结构轻，柔性大，工程量小，造价低，施工方便。适用于地基承载力比较低的地方。板桩式挡土墙是利用板桩自身或支撑结构平衡土压力，可分为悬臂式、锚杆式两类。断面构造形式锚锭板式挡土墙由钢筋混凝土立柱，墙面，钢拉杆和设置在填土中的锚锭板等构成。板桩式挡土墙通常由板桩（钢板桩、木板桩、钢筋混凝土板桩）或锚杆等组成。锚拉杆式挡土墙锚杆板桩板桩式挡土墙7.3作用在挡土墙上的土压力基本计算方法挡土墙后的土压力计算可参照《土力学》中的相关内容计算计算。地震时的土压力地震时由于地面的加速度，对挡土构造会产生附加荷载，对挡土墙自重产生的附加荷载：考虑地震影响后的主动土压力按下式计算：GkFa2aKH'cos21E7.4重力式挡土墙的设计计算1.结构选型减小墙后土压力墙体面坡和背坡的选择基底逆坡坡度墙趾台阶结构选型的具体参数与要求参见p.264~265内容2.重力式挡土墙的构造挡土墙的埋深•土质地基不小于0.5m；•存在冻土层时，埋深在冻土层以下0.25m；•风化岩层，清除风化层并加挖0.15~0.25m；•岩基按p.266表7-2取值。断面尺寸•满足墙体的强度与稳定性要求；•块石挡土墙，墙顶宽度≥0.5m,混凝土挡土墙，墙顶宽度可取0.2~0.4m。排水措施排水不良会使墙后地下水位提高，一方面增加静水压力；另一方面使土的抗剪强度降低，增大土压力而造成挡土墙失稳。一般要在墙顶，坡脚设截水沟，墙体上设排水孔，间距为2~3m，外斜5%，孔的尺寸宜≥100mm。墙前设排水沟。填土质量•宜用强度高、性质稳定、透水性好的粗粒料作为填料；•用粘性土作为填料时，适当混入碎石，对于高大挡土构造，避免使用粘性土作为填料；•不能用淤泥、耕植土、膨胀性土作为填料；•浆砌墙体的砂浆强度达70%时，方可回填。沉降缝和伸缩缝•伸缩缝可以兼作沉降缝；•每隔10~20m设置一道伸缩缝，缝宽约2cm；•缝内嵌填防水材料。其余构造要求参见p.267~268内容。2.重力式挡土墙的计算设计计算内容墙体抗倾覆稳定验算墙体抗滑移稳定验算地基承载力验算墙身强度验算抗震验算挡土墙抗倾覆稳定验算挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆。zfEaEazEaxG0dOx0xfbz抗倾覆稳定条件61zExEGxKfaxfaz0t.)cos(daazEE)sin(daaxEEcotffzbx0fbzztan当墙背垂直，α=90°，基底水平，α0=0，相应的计算公式见p.268~269。挡土墙抗滑移稳定验算挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动。抗滑稳定验算条件31GEEGKtatanns.)(0nGGcos)cos(d0aanEE0tGGsin)sin(d0aatEEEaEanEatdGGnGt0Oμ为基底摩擦系数，根据土的类别查表得到当墙背垂直，α=90°，基底水平，α0=0，相应的计算公式见p.270。挡土墙的地基承载力验算挡土墙的地基承载力验算与一般偏心受压基础的验算方法相同，先求出基底压力分布，再按浅基础同样的方法进行地基承载力验算。EEaGEnEtmeO法线δθα-δθ’αα0Gx0xfEazEaxzfαα0pminpmaxpmaxceb’/2b’/2bNO土压力与自重的合力：)()()(dddcosGEsinGtancosE2GEGEaa2a2合力E作用于基底的荷载分量：)()(dd0t0nsinEEcosEE基底法向荷载N(En)的偏心距（对前趾O点取矩）：0faxfaz0faxfaz0cosbbc2b'eNzE-xExGczE-xExGcN'基底压力分布：amaxaminmax2f13c2Np6be2f1b6e1bNpp6be.'.'''：：fa：修正后的地基承载力特征值，当基底倾斜时应乘以0.8的折减系数当墙背直立、基底水平时，取α=90°，α0=0，b=b’代入计算。挡土墙墙身强度验算（按砌体结构验算）重力式挡土墙通常需验算薄弱截面的抗压强度与抗剪强度。如取图中I-I截面作为验算截面：IEa’IO’G’Eaz’Eax’Ah’rceb/2b/2NO•计算出墙高为h’r的土压力Ea’，墙体自重G’；•求出由Ea’、G’构成的合力在I-I截面上的产生的竖向分力N及其作用位置；•抗压验算：AfNa•抗剪验算式中各项参数参见p.272说明。A180fQuva).(挡土墙的抗震计算重力式挡土墙的抗震计算要验算考虑地震与不考虑地震两种情况，按最不利情况选择墙体断面（由于考虑地震附加组合时，安全度降低）。•抗倾覆验算21zFzExEGxKwfaxfaz0t.δEaIEazEaxzzfα0KG=FbGOαzwx0xf•抗滑移验算δEaEanEatGnα0KG=FGOαGtα021cosFGEsinFEGK0tat0anns.)(•地基承载力验算0wfaxfaz0a0maxa0minmaxsinFNzFzExExGc2f13csinFN2p6be2f1b6e1bsinFNpp6b'e.)('.''：：Nx0EazEaxGα0KG=FOαzfxfcezw•墙身强度验算抗压强度：抗剪强度：AfNaA180fQuva).(IF=KG’IO’G’Eaz’Eax’Aceb/2b/2NO整体稳定验算按土坡稳定分析的方法验算挡土构造的整体稳定性。7.5悬臂式挡土墙的设计计算设计计算内容墙体抗倾覆稳定验算墙体抗滑移稳定验算地基承载力验算墙身强度验算墙身的配筋计算构造特点•b/H1=1/2~1/3；•底板与立壁可按悬臂构造进行设计计算；•墙顶宽度不小于0.2m；•底板最小厚度200mm；•墙身每隔2~3m设置排水孔；•每隔20~25m设置伸缩缝；•钢筋的配置要求按规范处理，具体要求见p.279说明。bb1H1墙趾墙踵立壁H1设计计算方法•侧向压力计算hb1HIIH/2H1b2bEa1Ea2H/3(q+γH)KaHh1h2qKaσa”σa’地下水位将后踵的垂直面作为假想墙背，利用朗肯土压力理论计算作用在墙背的侧向压力。无地下水（或排水良好）有地下水在地下水位处：地下水位以下：a2a1a2aaa2a2a1EEE245tanKqHKEKH21E,)(,a1aKh2wa21ahKhh)'('•墙身内力与配筋计算墙身按固定在底板上的悬壁板考虑，每延米墙身控制截面上的设计弯矩：墙身坡面1：0.02~0.05；底部钢筋的1/2~1/3伸至顶部；受力钢筋配置在墙背受拉侧；受压侧配置构造钢筋。0yssa2Qa1G0hfMA2HE3HEM,)(•地基承载力验算a4hb1OG3b2bEa1’Ea2’H’cpmaxp1b/2eG1G2a2a1a3G4pmaxp2eb/2pmin合力偏心距：地基承载力验算：4321a2a144332211GGGG2H'E'3H'E'aGaGaGaG2be)(3cG2p6beb6e1bGpp6beimaximinmax：：aminmaxamaxf2pp2f1p.•底板的内力与配筋计算前趾底板：当Ma忽略不计时：墙踵底板：a211maxa111max111Mbp2p61M32b2bpp2bpM)()(211max1bp2p61M)(2221min122min2min121min222min2212bpqpq261bpp3p3q6123bpp2bp2bqM)]()([)]([)(•稳定性验算抗倾覆稳定验算抗滑移稳定验算不考虑地面活载对抗滑稳定的影响。612HE3HE'aGaGaGKa2a1332211t.'''31EE'GGGKa2a1321s.'补充练习：某重力式挡土墙为梯形断面，各部尺寸如图示，墙体材料重度γt=22kN/m3，墙后填土重度γ=19kN/m3，墙背外摩擦角δ=20°，墙底磨擦系数μ=0.55，基底持力层承载力特征值fa=180kPa，试验算该挡土墙的抗倾覆、抗滑移稳定性及持力层地基承载力是否满足要求。2.2mfa=180kPac=0φ=30°γ=19kN/m3δ=20°μ=0.550.6mγt=22kN/m35mα