重力式挡土墙设计.ppt
3.墙后填土存在地下水（以无粘性土为例）,挡土墙后有地下水时，作用在墙背上的土侧压力有土压力和水压力两部分，可分作两层计算，一般假设地下水位上下土层的抗剪强度指标相同，地下水位以下土层用浮重度计算,A点,B点,C点,土压力强度,水压力强度,B点,C点,作用在墙背的总压力为土压力和水压力之和，作用点在合力分布图形的形心处,例题分析,【例】挡土墙高5m，墙背直立、光滑，墙后填土面水平，共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示，试求主动土压力Ea，并绘出土压力分布图,Ka10.307,Ka20.568,【解答】,A点,B点上界面,B点下界面,C点,主动土压力合力,10.4kPa,4.2kPa,36.6kPa,库仑土压力理论,墙背倾斜、粗糙、填土倾斜时？,库仑土压力理论,库仑C.A.Coulomb(1736-1806),一、库仑土压力基本假定,1.墙后的填土是理想散粒体 2.滑动破坏面为通过墙踵的平面 3.滑动土楔为一刚塑性体，本身无变形,二、库仑土压力,墙向前移动或转动时，墙后土体沿某一破坏面BC破坏，土楔ABC处于主动极限平衡状态,土楔受力情况：,3.墙背对土楔的反力E,大小未知，方向与墙背法线夹角为,1.土楔自重G=ABC,方向竖直向下,2.破坏面为BC上的反力R,大小未知，方向与破坏面法线夹角为,库仑土压力理论,土楔在三力作用下，静力平衡,W,E,R,W,R,E,-,=90-,、E,土楔在三力作用下，静力平衡,滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得到一系列土压力E，E是q的函数，E的最大值Emax，即为墙背的主动土压力Ea，所对应的滑动面即是最危险滑动面,库仑主动土压力系数，查表确定,土对挡土墙背的摩擦角，根据墙背光滑，排水情况查表确定,基 础 工 程 土木工程学院,主动土压力与墙高的平方成正比,主动土压力强度,主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，合力作用点在离墙底h/3处，方向与墙背法线成，与水平面成（）,说明：土压力强度分布图只代表强度大小，不代表作用方向,主动土压力,例题分析,【例1】挡土墙高6.0m，墙背俯斜，填土为砂土，=18.5kN/m3，=30o，填土坡角、填土与墙背摩擦角等指标如图所示，试按库仑理论求主动土压力Pa及作用点,【解答】,由=10o，=15o，=30o，=20o查表得到,土压力作用点在距墙底H/3=2.0m处,【例2】上例中，若填土表面水平，墙背竖直，其余条件不变，试按库仑理论求主动土压力Pa及作用点,【解答】,由=0o，=0o，=30o，=20o查表得到,土压力作用点在距墙底H/3=2.0m处,由例可见，在挡土墙高、摩擦角及填土重度、内摩擦角相同的条件下，墙背倾斜度增大10度、填土表面倾角增加15度时，主动土压力增大了61.6%。,粘性土库仑土压力计算(1)根据抗剪强度相等的原理计算由粘性土的抗剪强度指标c和计算等值抗剪强度指标等值内摩擦角D，即将c也折算在等值内摩擦角中。再代入上述公式计算主动或被动土压力。等值内摩擦角D的计算：粘性土的抗剪强度 f=tan+c等值抗剪强度 f=tanD上两式相等 tan+c=tanD 故 D=tan-1(tan+c/),(2)根据土压力相等的原理计算：为了简化计算，不论墙形和填土情况，均按=0，=0，=0的情况的土压力公式来折算等值内摩擦角。按填土为粘性土计算的土压力：按等值内摩擦角计算的土压力：两式相等，则,墙背为折线形情况,墙背由不同倾角的平面AB和BC组成，先以BC为墙背计算BC面上土压力E1及其分布，然后以AB的延长线AC 作为墙背计算ABC 面上土压力,只计入AB段土压力E2，将两者压力叠加得总压力,C,E2,E1,挡土墙设计,一、挡土墙类型,1.重力式挡土墙,块石或素混凝土砌筑而成，靠自身重力维持稳定，墙体抗拉、抗剪强度都较低。墙身截面尺寸大，一般用于低挡土墙。,2.悬臂式挡土墙,钢筋混凝土建造，立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组成，靠墙踵悬臂上的土重维持稳定，墙体内拉应力由钢筋承担，墙身截面尺寸小，充分利用材料特性，市政工程中常用,3.扶壁式挡土墙,针对悬臂式挡土墙立臂受力后弯矩和挠度过大缺点，增设扶壁，扶壁间距（0.81.0）h，墙体稳定靠扶壁间填土重维持,4.锚定板式与锚杆式挡土墙,预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆和埋在土中锚定板组成，稳定由拉杆和锚定板来维持,重力式挡土墙,一、重力式挡土墙的选型,1使墙后土压力最小,重力式挡土墙按墙背的倾斜情况分为仰斜、垂直和俯斜三种。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，因此仰斜墙较为合理，墙身截面设计较为经济，应优先考虑应用。在进行墙背的倾斜形式选择时，还应根据使用要求、地形条件和施工等情况综合考虑确定。,2、墙的背坡和面坡的选择,在墙前地面坡度较陡处，墙面坡可取1：0.051:0.2，也可采用直立的截面。当墙前地形较平坦时，对于中、高挡土墙，墙面坡可用较缓坡度，但不宜缓于1：0.4，以免增高墙身或增加开挖宽度。仰斜墙墙背坡愈缓，则主动土压力愈小，但为了避免施工困难，墙背仰斜时其倾斜度一般不宜缓于1：0.25。面坡应尽量与背坡平行(图77)。,3基底逆坡坡度,在墙体稳定性验算中，倾覆稳定较易满足要求，而滑动稳定常不易满足要求。为了增加墙身的抗滑稳定性，将基底做成逆坡是一种有效的办法(图78)。对于土质地基的基底逆坡一般个育大于0.I：1(n：1)。对于岩石地基一般不宜大于0.2：1。出于基底倾斜，会使基底承载力减少，因此需将地基承载力特征值折减。当基底逆坡为0.1：1时，折减系数为0.9；当基底逆坡为0.2：1时，折减系数为0.8。,二、挡土墙计算,1.稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定,2.地基承载力验算,挡土墙计算内容,3.墙身强度验算,抗倾覆稳定验算,d,抗倾覆稳定条件,挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆,抗滑稳定验算,抗滑稳定条件,挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动,三、重力式挡土墙的体型与构造,m为基底摩擦系数，根据土的类别查表得到,1.墙背倾斜形式,重力式挡土墙按墙背倾斜方向分为仰斜、直立和俯斜三种形式，三种形式应根据使用要求、地形和施工情况综合确定,2.挡土墙截面尺寸,砌石挡土墙顶宽不小于0.5m，混凝土墙可缩小为0.20m0.40m，重力式挡土墙基础底宽约为墙高的1/21/3,为了增加挡土墙的抗滑稳定性，将基底做成逆坡,当墙高较大，基底压力超过地基承载力时，可加设墙趾台阶,三种不同倾斜形式挡土墙土压力之间关系,E1E2E3,3.墙后排水措施,挡土墙后填土由于雨水入渗，抗剪强度降低，土压力增大，同时产生水压力，对挡土墙稳定不利，因此挡土墙应设置很好的排水措施，增加其稳定性,墙后填土宜选择透水性较强的填料，例如砂土、砾石、碎石等，若采用粘土，应混入一定量的块石，增大透水性和抗剪强度，墙后填土应分层夯实,4.填土质量要求,墙身强度的验算，一般选在墙截面突变处，例如墙底台阶的上截面。验算时，先计算此截面以上的墙体的重力和相应该高度的主动土压力，求得该截面的内力，然后按砌体结构设计规范进行受压和受剪承载力验算：,（四）墙身强度验算,某地修筑一直立式挡土墙，墙背光滑，墙高6m，墙后填土面水平，填土面上有均布荷载q=20kPa，填土情况见附图。墙身砌体重度rk22kNm3，墙体用M5水泥砂浆和MU30片石砌筑，墙底于地基之间的摩擦系数=0.5，地基承载力设计值f=250kPa，片石砌体抗压强度容许值=800kPa，抗剪强度容许值=80kPa。试设计此挡土墙。,
