1、第5章 土压力与,土坡稳定,土力学地基基础,2,2019年5月30日星期四,挡土墙的作用挡土墙是各类工程建设中常见的支挡结构形式，它具有结构简单、占地少、施工方便和造价低廉等诸多优点。目前，不仅广泛应用于公路、铁路、城市建设，同时应用于水坝建设、河床整治、港口工程、水土保持、土地规划、山体滑坡防治等领域。 挡土墙的分类挡土墙的种类很多，按照其结构特点可以分为：,板桩墙,加筋土,锚定板,支撑式,重力式,扶臂式,悬臂式,3,2019年5月30日星期四,1、挡土墙的用途,4,2019年5月30日星期四,2、挡土墙的类型 挡土墙按结构型式分类 重力式；,5,2019年5月30日星期四,以书架为例 当没
2、有书架的时候，书本很容易向侧边倾倒，这时候我们自然会想到利用重物挡住。只要重物的自重使桌面与重物间的摩擦力大于书本倾倒的侧向力时，即可达成的目标,摩擦力,侧向力,重力,摩擦力,6,2019年5月30日星期四,2、挡土墙的类型 挡土墙按结构型式分类,悬臂式； 扶壁式；,7,2019年5月30日星期四,2、挡土墙的类型 挡土墙按结构型式分类,锚杆式；,8,2019年5月30日星期四,2、挡土墙的类型 挡土墙按结构型式分类,加筋土挡土墙,9,2019年5月30日星期四,2、挡土墙的类型 挡土墙按结构型式分类,其它型式的挡土墙,10,2019年5月30日星期四,选择原则：挡土墙的用途、高度与重要性；建
3、筑场地的地形与地质条件；尽量就地取材，因地制宜；安全而经济。,挡土墙包括墙型选择、稳定性验算、地基承载力验算、墙身材料强度验算以及一些设计中的构造要求和措施等。,1、重力式挡土墙,特点：体积大，靠墙自重保持稳定性。 适用：小型工程，挡土墙高度5m。 材料：就地取材，砖、石、素混凝土。 优点：结构简单，施工方便，应用较广。 缺点：工程量大，沉降大。,11,2019年5月30日星期四,2、悬臂式挡土墙,特点：体积小，利用墙后基础上方的土重保持稳定性。 适用：重要工程，墙高H5m。地基土质差，当地缺少石料等情况，多用于市政工程及贮料仓库。 材料：钢筋混凝土。 优点：工程量小。 缺点：费钢材，技术复杂
4、。,12,2019年5月30日星期四,3、扶壁式挡土墙,特点：为增强悬臂式挡土墙的抗弯性能，沿长度方向每隔0.81.0H做一垛扶壁。 适用：重要工程，墙高H10m。 材料：钢筋混凝土。 优点：工程量小。 缺点：技术复杂，费钢材。,13,2019年5月30日星期四,4、锚杆式挡土墙,特点：新型结构。由预制钢筋混凝土立柱、墙面板、钢拉杆和锚定板，在现场拼装。 适用：重要工程，墙高已达H=27m。 材料：钢筋混泥土、钢材。 优点：结构轻、柔性大、工程量小、造价低、施工方便。 缺点：技术复杂。,14,2019年5月30日星期四,5、加筋土挡土墙,由墙面板、拉筋及填土共同组成。依靠拉筋与填土之间的摩擦力
5、来平衡作用在墙面的土压力以保持稳定。,15,2019年5月30日星期四,1.墙背倾斜形式,仰斜、直立和俯斜,E1E2E3,1:0.25,1:0.4,底宽为h/3h/2,墙底埋深500mm,16,2019年5月30日星期四,2.墙后排水措施,泄水孔孔径100mm,外斜坡度为5%，间距23m。每隔1010m设一道伸缩缝，缝宽20mm左右。地基有变化时宜加设沉降缝。在拐角和端部处应适当加强。,17,2019年5月30日星期四,墙后填土宜选择透水性较强的填料，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。,3.填土质量要求,18,2019年5月30日星期四,以常用的重力式、
6、悬臂式和扶壁式挡土墙为例，研究挡土墙型式选定后，初定其尺寸。,1、挡土墙的高度H 墙后被支挡的填土呈水平时为墙顶的高程。对长度很大的挡土墙，也可使墙顶低于填土顶面，用斜坡连接，以节省工程量。,2、挡土墙的顶宽 挡土墙的顶宽为构造要求确定。 对砌石重力式挡土墙，顶宽应大于0.5m，即2块块石加砂浆。对砼重力式挡墙顶宽也不应小于0.5m。至于钢筋混凝土悬臂式或扶壁式挡土墙顶宽不小300mm。,3、挡土墙的底宽 挡墙的底宽由整体稳定性确定，初定挡墙底宽B0.5H0.7H，挡墙底面为卵石、碎石时取小值，墙底为粘性土时取高值。 挡墙尺寸初定后，经挡土墙抗滑稳定与抗倾覆稳定验算。若安全系数过大，则适当减小
7、墙的底宽；反之，安全系数太小，则适当加大墙的底宽或采取其它措施。保证挡土墙既安全又经济。,19,2019年5月30日星期四,挡土墙的型式与尺寸初定后，需要验算抗滑稳定和抗倾覆稳定等。为此，首先要确定作用在挡土墙上的诸力。,1、作用在挡土墙上诸力,墙身自重G 垂直向下，作用在墙体的重心。挡土墙型式与尺寸初定后，G确定。若经验算后，尺寸修改，则G需重新计算。,土压力E 这是挡土墙的主要荷载。根据挡土墙的位移来确定土压力的种类，应用相应的公式计算。通常墙向前移，墙背作用主动土压力Ea。若挡土墙基础有一定埋深，则埋深部分前趾上因整个挡土墙前移而受挤压，故对土体作用着被动土压力Ep，但在挡土墙设计中常因
8、基坑开挖松动而忽略不计，使结果偏于安全。,基底反力 挡土墙基底反力可分解为法向分力和水平分力两部分。为简化计算，法向分力与偏心受压基底反力相同，呈梯形分布，合力用V表示，作用在梯形的重心。基底反力的水平分力用H表示。,Ea,Ep,G,20,2019年5月30日星期四,2、抗倾覆稳定验算,从挡土墙破坏的宏观调查来看，其破坏大部分是倾覆。要保证挡土墙在土压力作用下不发生绕墙趾O点的倾覆，须要求对O点的抗倾覆力矩M1大于倾覆力矩M2。 先将Ea分解为Eaz和Eax,式中 Kt-抗倾覆稳定安全系数；G挡土墙的重力x0、xf、zf分别为G、Eaz、Eax对O点的力臂，m0、b、z,土对墙背的摩擦角,墙背
9、的倾斜角,21,2019年5月30日星期四,2、抗倾覆稳定验算,验算结果不满足公式要求，可选用以下措施来解决。 修改挡土墙尺寸，如加大墙底宽，增大墙自重G，以增大抗倾覆力矩。这一方法增加较多的工程量，不经济。 伸长墙前趾，增加混凝土工程量不多，需增加钢筋用量。,将墙背做成仰斜，可减小土压力，但施工不方便。 做卸荷台，如图所示，位于挡土墙竖向墙背上，形如牛腿。卸荷台以上的土压力，不能传到卸荷台以下。土压力呈两个小三角形，因而减小了总的土压力，减小了倾覆力矩。,前趾,22,2019年5月30日星期四,3、抗滑稳定验算 挡土墙的截面尺寸一般按试算法确定。即先根据挡土墙的工程地质、填土性质以及墙身材料
10、和施工条件等凭经验初步拟定截面尺寸，然后进行验算。如不满足要求，则修改截面尺寸或采取其它措施。,挡土墙作抗滑移稳定验算时，将G和Ea都分解为垂直和平行于基底的分力。,垂直基底分力为：,平行基底分力为：,安全系数为：,式中：,23,2019年5月30日星期四,24,2019年5月30日星期四,3、抗滑稳定验算,25,2019年5月30日星期四,3、抗滑稳定验算,若验算结果不满足公式(5.24)，则应采取以下措施来解决： 修改断面尺寸，通常加大底宽增加墙自重G以增大抗滑力； 在挡土墙基底铺砂、碎石垫层，提高值，增大抗滑力； 将挡土墙基底做成逆坡，利用滑动面上部分反力抗滑，如图所示；,在软土地基上，
11、抗滑稳定安全系数相差很小，采取其它方法无效或不经济时，可在挡土墙踵后面加钢筋混泥土拖板。利用拖板上的填土重增大抗滑力。拖板和挡土墙之间用钢筋连接，如图所示。,26,2019年5月30日星期四,4、地基承载力验算,挡土墙的基底压力应小于地基承载力。否则，地基将丧失稳定性而产生整体滑动。挡土墙基底常属偏心受压情况，其验算方法可见7.5.2。即要求应同时满足：,(3.28),同时要求eb1/4(b1为挡土墙没有台阶时的墙身宽度)。对基底逆坡者，如逆坡度为0.1:1时，要求Pmax0.9f；逆坡坡度为0.2:1时，则要求Pmax0.8f。当墙体高度不太大而地基并软弱时，或者挡土墙墙顶面没有直接承受竖向
12、荷载，基底压力的验算，一般均能满足要求。,27,2019年5月30日星期四,5、挡土墙的墙身强度验算 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(GBJ3-88)进行抗压强度和抗剪强度验算。 应当指出，一些满足截面强度验算的挡土墙，由于施工质量差，石缝的砂浆不饱满，因而造成墙体破坏。因此，挡土墙的施工质量也不容忽视。,28,2019年5月30日星期四,根据上述土压力理论分析，希望作用在挡土墙上的土压力值越小越好。这样可使挡土墙断面小，省方量，降低造价。各种土压力中，最小土压力为
13、主动土压力Pa, 而Pa的产生与数值大小与墙后填土的种类和性质密切相关。由此可见，挡土墙后的填土并非无关紧要，更不能随便什么土填平即可，而应作为挡土墙工程的组成部分，正规地进行设计与选择。,1、理想的回填土 卵石、砾石、粗砂、中砂的内摩擦角大。主动土压力系数Ka=tg(45-/2)小，由作用在挡土墙上主动土压力小，使墙节省工程量保持稳定性。无疑，上述粗粒土为挡土墙后理想的回填土。,2、可用的回填土 细砂、粉砂、含水量接近最优含水量的粉土、粉质粘土和低塑性粘土为可用的回填土，如当地无粗粒土，外运不经济，就地取材。,29,2019年5月30日星期四,3、不能用的回填土 凡软粘土、成块的硬粘性土、膨
14、胀土和耕植土，因性质不稳定，在冬季冰冻时或雨季吸水膨胀都将产生额外的土压力，对挡土墙的稳定性产生不利影响，故不能用作墙后的回填土。,30,2019年5月30日星期四,1、无排水措施的危害 在挡土墙建成使用期间，有大量雨水渗入挡土墙后填土中，结果使填土的重度增加，内摩擦角减小，土的强度降低，导致填土对墙的土压力增大，同时墙后积水，增加水压力，对墙的稳定性产生不利影响。若遇软弱地基，则因土压力增大造成挡土墙破坏。根据某地区对挡土墙的实地调查，仅1966年，因无排水措施或排水不良发生挡土墙破坏达十多处。因此挡土墙设计中必须设置排水。,2、排水措施的部位与构造 截水沟 凡挡土墙后有较大的面积或挡山坡，
15、则应填土顶面、离挡土墙适当的距离设截水沟，把坡上、外部径流截断排除。截水沟的剖面尺寸要根据暴雨集水面积计算确定，并应用混凝土衬砌。截水沟纵向设适当坡度。截水沟出口应远离挡土墙，如图5.38(a)所示。,31,2019年5月30日星期四,泄水孔 若已渗入挡土墙中的水则应将其迅速排出，通常在挡土墙的下部设置泄水孔。 当墙高H12m时，可在墙的中部加一排泄水孔，一般泄水孔的直径为5cm10cm，间距为2m3m。泄水孔应高于墙前水位，以免倒灌。此外，在泄水孔入口处，应用易渗的粗粒材料做反滤层，并在泄水孔入口下方铺设粘土夯实层，防止积水渗入地基不利于墙的稳定。同时，墙前亦应做散水、排水沟或粘土夯实隔水层
16、，避免墙前水渗入地基，泄水孔的布设如图5.38(b)、(c)所示。,32,2019年5月30日星期四,例5-4试对例5-2的挡土墙进行稳定验算。初选墙体截面尺寸如图所示，墙身砌体重度为22kN/m3，0.5。(Ea=61.67kN/m),解墙体重力，分为三部分：,【例】某挡墙高为6m，墙背直立，填土面水平，墙背光滑，用毛石和M2.5水泥砂浆砌筑，砌体重度g22kN/m3，填土内摩擦角j40，c0，g19kN/m3，基底摩擦系数m0.5，地基承载力设计值f180kPa，试设计此挡土墙。 【解】 1.挡土墙断面尺寸的选择 重力式挡墙的顶宽约H/12，底宽取H/3H/2 ，初步定顶宽0.7m，底宽2
17、.5m 2.土压力计算作用点高度2m，水平。 3.挡土墙自重作用点距O点,挡土墙设计算例1,4.抗倾覆稳定性验算满足 5.抗滑移稳定性验算满足 6.地基承载力验算合力点距O点距离,偏心距基底压力足够 7.墙身强度验算，略。,挡土墙设计算例4,37,2019年5月30日星期四,习题 5-1、5-3、5-4,38,2019年5月30日星期四,习题提示与解答,P115 5-1 某砂土场地需放坡开挖深度为5m的基坑，砂土的自然休止角30。(1)求极限坡角(即K1)；(2)取安全系数K1.3，求允许坡角;(3)取20，求稳定安全系数K。,解：由,由,39,2019年5月30日星期四,5-2 某某挡上墙高
18、5m，假定墙背垂直、光滑，墙后填土面水平，填土的粘聚力c=llkPa，内摩擦角=20，重度=18kN/m，试作出墙背主动土压力(强度)分布图形，并求土动土压力的合力。,解：式(5-8a)计算：,40,2019年5月30日星期四,5-2 某某挡上墙高5m，假定墙背垂直、光滑，墙后填土面水平，填土的粘聚力c=llkPa，内摩擦角=20，重度=18kN/m，试作出墙背主动土压力(强度)分布图形，并求土动土压力的合力。,41,2019年5月30日星期四,5-3 高度为6m的挡土墙，墙背直立、光滑，墙后填土面水平，填土面上有均布荷载q20kPa，填土情况见图。试作出墙背主动土压力分布图及计算主动土压力合
19、力的大小和作用点位置。,解：,42,2019年5月30日星期四,5-3 高度为6m的挡土墙，墙背直立、光滑，墙后填土面水平，填土面上有均布荷载q20kPa，填土情况见图。试作出墙背主动土压力分布图及计算主动土压力合力的大小和作用点位置。,合力：,设合力Ea作用点距墙底的距离为y：,43,2019年5月30日星期四,5-4 对5-2中的挡土墙，取图所示的毛石砌体截面，砌体重度为22kN/m3，挡土墙下方为坚硬粘性土，土对挡土墙基底的摩擦系数0.45。试对该挡土墙进行抗滑和抗倾覆稳定验算。,解：(1)计算主动土压力及作用点位置 由5-2知，Ea46.6kN/m3，Z1.08m。,(2)计算挡土墙自
20、重及重心位置 将挡土墙截面分为三部分，如图所示，分别计算它们的自重及作用点离O点的距离:,44,2019年5月30日星期四,5-4 对5-2中的挡土墙，取图所示的毛石砌体截面，砌体重度为22kN/m3，挡土墙下方为坚硬粘性土，土对挡土墙基底的摩擦系数0.45。试对该挡土墙进行抗滑和抗倾覆稳定验算。,(3)抗倾覆稳定验算,(4)抗滑移稳定验算,不满足要求。重新设计！,45,2019年5月30日星期四,例5-4墙高H=6.0m，=10，=10，=20，=30，=18.5kN/m3，f=180kPa。设计挡土墙的尺寸。,解设顶宽1.0m，底宽5.0m,则,土压力计算据题意用库仑理论。据=30, =20 =10，=10，查图5.19，得Ka=0.46,由式(5.16),抗滑稳定验算查表5.4 =0.4，由式(5.24),46,2019年5月30日星期四,因Ks偏大将底宽5.04.0，则,抗倾覆稳定验算 求诸力对墙趾O点的力臂,由式(5.25)，得Kt:,47,2019年5月30日星期四,地基承载力验算,作用在基底上总的竖向力,合力作用点与O点的距离,偏心距,基底边缘应力,要求满足,48,2019年5月30日星期四,49,2019年5月30日星期四,习题 5-1、5-3、5-4,50,2019年5月30日星期四,本章结束,
