第六章擋土墻設計和計算第1頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)擋土墻概述一、擋土墻定義是支撐填土或斜坡土體，防止其變形失穩(wěn)，而承受側向土壓力的支擋建筑物。－－用于支擋滑坡、變形體的擋土墻，一般稱為抗滑擋墻，或抗滑擋土墻。－－擋土墻的基本構成（見下頁圖）二、擋土墻的基本類型及其特點擋土墻類型劃分方法：1.可按材料劃分：石砌擋土墻、混凝土擋土墻、鋼筋混凝土擋土墻。第2頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三第3頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三2.可按墻背坡的傾斜方向劃分：俯斜式擋土墻、仰斜式擋土墻、垂直式擋土墻。一般仰斜式擋土墻土壓力相對較小，才用這種形式，常能取得較好效果。3.按結構形式劃分：主要有8種1)重力式擋土墻（見圖）特點：a.依靠墻身自重承受土壓力的作用。一般用漿砌．牛石砌筑，缺乏石料地區(qū)也可用混凝土。第4頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三c.型式簡單，取材容易，施工簡便。當地基承載力低時，可于墻底設鋼筋混凝土基座，以減薄墻身，減小開挖2)半重力式擋土墻用混凝土灌注，在墻背設少量鋼筋，并將墻趾展寬(必要時設少量鋼筋)，或基底設凸榫，以減薄墻身，節(jié)省圬工。第5頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三3)衡重式擋土墻a.利用衡重臺上的填土和全墻重心后移增加墻身穩(wěn)定，減小斷面尺寸。b.墻胸陡，下墻背仰斜，可降低墻高，減少基礎開挖。第6頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三4)懸臂式擋土墻a.采用鋼筋混凝土材料，由立臂、墻趾板、墻踵板三個部分組成，斷面尺寸較小。b.墻高時立臂下部的彎矩大，耗鋼筋多。c.適于石料缺乏地區(qū)及擋土墻高度不大于6m地段，當墻高大于6m時，可用扶壁式。第7頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三5)扶壁式擋土墻在懸臂式擋土墻的基礎上，沿墻長方向每隔一定距離加一道扶壁，把墻面板與墻踵板聯結起來。在高墻時，較懸臂式經濟。第8頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三6)樁板式擋土墻a.在深埋的樁柱間設擋土板攔擋土體。b.適宜于土壓力大，要求基礎深埋，一般高度的擋墻不滿足要求的情況。第9頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三7)錨桿式擋土墻a.由肋柱、擋板、錨桿組成，靠錨桿拉力維持擋土蠕的平衡。b.肋柱、擋板可預制。c.適于石料缺乏，擋土墻高度超過12m，或開挖基礎有困難地區(qū)。第10頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三8)垂直預應力錨桿式擋土墻a.利用錨桿的豎向預應力，代替墻身的重量作用，抵卸土壓力，節(jié)省圬工。b.適用于巖石地基。此外，還有加筋土擋土墻、錨定板式擋土墻等。第11頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三總結：－－最常用的擋墻：重力式和衡重式（這是因為我國石料豐富，可就地取材，施工方法簡單）－－隨著國民經濟發(fā)展，鋼材、水泥產量增多，就常用鋼筋混凝土結構的擋土墻，如：扶壁式、懸臂式、錨桿式、樁板式、豎向預應力錨桿式…第12頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三三、擋土墻布置原則

針對不同的工程、不同的部門有不同的布置原則，這里僅就一般性的布置，主要是針對“斜坡整治”工程，說說一般性的布置原則：1.對于滑坡和變形體，一般宜設置在其下部或抗滑段。2.當滑面出口處在坡腳且有平緩地形時，可將擋墻設置在距滑坡前緣一定距離外，墻后余地填筑土、石加載，以增強抗滑力，減小擋墻承受的下滑力。（示意圖）第13頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三3.當滑面出口在斜坡上時，可視滑床地質情況選定擋墻位置。（示意圖）4.對多極滑坡，可根據具體情況設置多極擋墻支撐。（示意圖）5.根據地質條件及滑坡推力、土壓力的變化情況，可沿擋土墻走向分段（一般不宜小于10~15m）設計大小不同的擋墻斷面。6.江河地段的擋土墻，要注意設墻前后的水流平順，不致形成漩渦，不發(fā)生嚴重的局部沖刷，更不可擠壓河道。7.帶攔截落石作用的擋墻，應按落石范圍、規(guī)模、洋跳軌跡等進行考慮。第14頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三四、擋土墻斷面形式的擬定原則1.山區(qū)的陡坡擋土墻，其胸坡一般采用1:0.05~1:0.2，以利減小基礎寬度，爭取擋墻厚度。2.平緩地段，其胸坡一般可用1:0.2~1:0.3或1:0.4。3.背坡有仰斜、俯斜、垂直或混合坡幾種，主要從采用的土壓力理論適應范圍、結構經濟、開挖量少、回填量少，回填前自身穩(wěn)定等因素考慮，并應考慮與胸坡協(xié)調，滿足整體穩(wěn)定要求。4.在同一地段，其斷面形式不宜過多，以免施工困難，且影響美觀。第15頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三五、常用設計參數1.墻背土的物理力學指標2.土與墻的摩擦角3.基底摩擦系數4.基底容許承載力5.建筑材料的容重6.石砌體和混凝土塊砌體的容許應力7.混凝土的容許應力第16頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)土壓力計算一、土壓力種類及影響土壓力的因素1.土壓力的種類1)靜止土壓力（E0）擋土墻固定不動時，作用在擋土墻上的上土壓力稱為靜止土壓力。2)主動土壓力（Ea）當擋墻離開土體向前移動時，在土體中產生破裂面AB，同時在此破裂面上產生抗剪力，因而減少了作用在墻上的土壓力。此時墻后土體處于主動極限平衡狀態(tài)，作用在擋土墻上的土壓力達到最小值，稱為主動土壓力。第17頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三3)被動土壓力（Ep）當擋土墻擠壓墻后土體并產生位移時，作用在墻上的土壓力增大，最終達到被動極限平衡狀態(tài)，產生破裂面AC，AC面上的抗剪力增大了作用在墻上的土壓力。此時作用在墻上的土壓力達到最大值，稱為被動土壓力。即土壓力方向與擋墻的位移方向相反。第18頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三

土壓力可用下圖表示：第19頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三2.影響土壓力的因素影響土壓力的因素很多，歸納如下1)墻后土體的性質，包括土體的容重、含水量、內摩擦角和粘聚力的大小等；2)墻后土體的地面形狀(包括局部荷載)；3)擋土墻的結構形式、墻背的形狀和光滑程度；4)擋土墻的位移方向和位移量；5)外界條件(如地震和浸水等)其中擋墻的位移方向和位移量為土壓影響的主要因素。第20頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三二、靜止土壓力計算P0=rzK0（6-1）式中r——土體的容重z——計算點距填土表面的深度K0——靜止土壓力系數當擋土墻不產生位移和轉動時，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)。此時，作用在墻背上任意深度的靜止土壓應力P0按下式計算：第21頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三1.K0的確定目前尚無成熟的公式計算靜止土壓力系數，一般可取：砂土K0＝0.34~0.45，粘土K0＝0.25~0.7。也可按下列半經驗公式計算：k0=1-sinφ

式中φ——土的內摩擦角2.靜止土壓力的分布由（6-1）式可見，當墻后地面為平面時，靜止土壓力呈三角形分布，合力作用點在墻踵以上三分之一墻高處。總土壓力E0為：E0=rH2K0/2（6-2）式中H——擋土墻的高度。3.靜止土壓力的適用范圍地下室外墻、基巖上的擋墻、拱座等第22頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三三、朗金土壓力計算1.朗金理論的基本假定1)從極限平衡概念出發(fā)研究土體的穩(wěn)定性2)假設地面為水平面（當然也可為平面，不一定水平－后來的發(fā)展），且沿深度和側向都無限延伸（半無限土體）3)土體發(fā)生剪切時，破裂面為直線，朗金主（被）動應力狀態(tài)只存在于破裂棱體內，破裂棱體外仍處于彈性平衡狀態(tài)4)朗金理論求得的是墻踵豎直面上的總土壓力，土壓力方向與地面平行。（若墻背不垂直，求作用于擋墻上的合力，應將AV面上的總土壓力與AV面與墻背之間的土體重量合成而得。）第23頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三2.朗金主動土壓力公式1)無粘性土Pa=rzKa（6-3）其中Ka＝tg2（45°－φ/2）Pa－－任意深度的主動土壓力Ea=rH2Ka/2

（6-4）Ea－－總的主動土壓力，作用點通過三角形的形心，即在1/3H處。（示意圖）第24頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三2)粘性土Pa=rzka-2c(6—5)分布：由（6－5）式和圖可見，粘性土的主動土壓力包括兩部分：一部分是由于自重引起的土壓力rzka（指向墻背），另一部分是由于內聚力造成的負側向壓力（背離墻背，即拉力）2c,因此，墻背土壓力是這兩部分迭加的結果。計算作用在墻背的總土壓力時，考慮到墻背與土體之間幾乎不能承受拉應力，故在計算中，墻背上的土壓力一般應略去拉應力部分不計，而僅算作用在墻背上的壓應力。第25頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三這樣:Ea=r(H-H0)2Ka/2(6—6)H0的求法：o點的土壓力為0，Pa=0拉應力區(qū)的深度H0,,，常稱為臨界直立高度，這一高度表示在填土表面無荷載的條件下，在H0深度的范圍內，可以豎直開挖，即使沒有擋墻，邊坡也不會失穩(wěn)。H0可由下式求出：第26頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三將（6-7）代入（6-6）得

Ea的作用點在距墻底（H-H0）/3處3.朗金被動土壓力公式當擋土墻受到外力作用，而推向土體時，填土中任意一單元體上豎向應力保持不變，而水平向應力逐漸增大，在這情況下，豎向方向變?yōu)樾≈鲬?，水平方向變?yōu)榇笾鲬?。最后墻后填土發(fā)生朗金被動破壞。第27頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三（1）無粘性土Pp＝rzKp（6-9）Kp=tg2（45°+φ/2）Pp－任意深度的被動土壓力，Kp－被動土壓力系數Ep=rH2Kp/2

（6-10）

（2）粘性土

第28頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三實際觀測表明：朗金土壓力的計算結果與實測土壓力有偏差。一般主動土壓力偏大，被動土壓力偏小。這是因為墻背與土體之間實際上是有摩擦力的。（示意圖）第29頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三四.庫倫土壓力計算1.庫倫理論的基本假定（1）墻后土體為散粒均質物質（理想散體，C=0），依靠顆粒間的摩擦力抵抗土體的相對移動。（2）將具有和對數螺旋線相似的破裂面以一平面代替。第30頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三（3）主被動狀態(tài)下形成的破裂枝體，及滑移方向如上圖所示。在墻背后土體開始破裂時，土體處于極限平衡狀態(tài)。反力E和R分別與各自的作用面的法線成δ角（墻背摩擦角）和φ角（土的內摩擦角）（4）擋土強及破裂枝體均視為剛體，在外力作用下無壓縮或伸張變形。2.庫侖主動土壓力公式當墻后地面及墻背都為平面時第31頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三從上圖和公式可知：Ea是破裂角θ的函數，也即x的函數，為了求出最大的Ea，我們對x求導：第32頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三－－主動土壓力的分布：－－當δ=0,a=0,i=0時，經化簡得：這就是朗金土壓力公式（無粘性土）可見朗金土壓力公式是庫侖土壓力公式的一個特例。第33頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三3.主動土壓力的庫爾曼圖解法圖解法是數解法的一種輔助手段，有時比數解法還要簡便，現介紹一種常用的圖解法－庫爾曼圖解法。第34頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三（1）作圖步驟：1）在上圖中，由B點引一直線BD與水平線成φ角，并給基線BL與墻背AB成φ＋δ角；2）作出要破裂面BC1,求出破裂棱體ABC1的重量W1，以某一比例尺于BD線上截取BD1=W1;自D1作BC的平行線交BC1于E1，則△Bd1e1與力平衡三角形△a1bc1相似，E1D1即為假定破裂面BC1的主動土壓力；同上法再作破裂面BC2,BC3,……BC11,得E2,E3,……EN.然后將E1,E2,E3,……EN諸點逐漸連成曲線；5）沿曲線劃與BD平行的直線，得切點E，過E點作基線BL的平行線交BD于D點。則ED為所求之主動土壓力EA，連BE并延長交地面于C點，BC即為所求破裂面。第35頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三（2）土壓力的作用點首先求得破裂棱體的重心N；然后過N作破裂面BC的平行線交墻背于F點，點F即為土壓力的近似作用點；土壓力的方向于AB的法線夾角為δ。第36頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三4.庫侖被動土壓力公式Kp－－被動土壓力系數，其它符號意義同前。用庫侖公式計算被動土壓力，常會引起很大的誤差，而且偏于不安全，它隨a，δ和i角的加大而迅速增大，這主要是由于實際的破裂面不是一個平面的緣故。另外，要產生計算的全部被動土壓力，土體需要有較大的位移，而結合實際具體建筑物的特點和要求，一般不允許達到這個條件。因此，實際的被動土壓力不會達到計算的數值，故在設計時要考慮折減，采用庫侖公式計算的1/3—1/2等。第37頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三5.庫侖理論（主動土壓力）的適用范圍庫侖理論可用于墻背為不同的坡度和粗糙度，以及墻后地面為規(guī)劃或不規(guī)劃形狀的土壓力計算，適用范圍較廣。在一般情況下，均能滿足工程的要求。但在使用中應當注意下列幾個問題：（1）庫侖理論較適用于砂性土，當用于粘性土時，通常將土的內摩擦角加大一些，采用“綜合內摩擦角法”（2）庫侖理論僅適用于墻背為平面或近似平面的擋土強，當墻背為“L”形（包括衡重式擋土強）時，可按下頁圖所示的方法，以墻背頂點和墻踵的連線為假象墻背計算土壓力。此時，墻背摩擦角等于土的內摩擦角。第38頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三（3）仰斜墻背緩到一定程度后，庫侖理論將出現較大的誤差，并偏于不安全。一般仰斜墻背坡度以不緩于1：0.3為宜。第39頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三五、復雜條件下的土壓力計算1.墻后填土表面有均布荷載及局部荷載1)墻背豎直光滑，填土水平，才用朗金土壓力公式計算。a.直接采用公式：b.將均布荷載換成當量土重。即用假象的土重來代替均布荷載（rh0=q）則當量土層厚度為：h0=q/r則地面下某深度的土壓力為：第40頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三2)墻背傾斜、且粗糙，填土表面也傾斜時，采用庫侖土壓力計算。將均布荷載換算成當量土層厚度，假想填土面A’C與墻AB的延長線交于A’點，故A’B作為假想墻面計算土壓力。假想擋墻高為（H+h’），根據幾何關系，求出故:主動土壓力Pa=r(h’+z)Ka3)墻后填土有局部荷載，且地形復雜－－這時就會出現破裂面高于“荷載內”和“荷載外”的問題第41頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三－－這時對荷載的處理仍然換算成“當量土層厚度”我們知道，破裂棱體的體積V隨著擋土墻和破裂面的位置而變化，但總可以歸納為一個表達式：當邊界條件一定時，A0,B0為常數，就可以從破裂棱體的幾何關系中求得。第42頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三這樣有關手冊便據此建立了各種邊界條件下的庫侖主動土壓力計算公式，并列表排出：－－關于破裂面高于“荷載內”、“荷載外”的處理：a.首先假設破裂面高于“荷載內”或“荷載外”，用相應公式計算破裂角。b.據計算的破裂角校核假設是否成立若成立：則計算成立，繼續(xù)向下求土壓力若不成立：則選用其它邊界條件公式計算，然后再校核。〔舉例說明〕第43頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三2.不同土層的土壓力計算

如果墻后填土有幾層不同種類的水平土層組成，則第一層的土壓力仍按均質計算；第二層的土壓力，可將第一層的土層作為均布載荷作用在第二層的頂面，并按第二層的指標計算土壓力；多層時，以此類推。第44頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三3.有限范圍填土的土壓力計算上述各種主動土壓力的計算方法，僅適用于墻后填土在足夠寬的范圍內是均質的，在這一范圍內，能夠形成破裂面。若墻后存在已知的坡面或潛在的滑動面，而且其傾角較按土壓力公式計算得的破裂角還陡時，如圖所示：則墻后填土將沿此面下滑，此時，作用在墻背的土壓力應按正弦定理，由下式計算：式中：W－破裂體（下滑體）ABC的重量

－破裂體與坡面BC間的摩擦角。當坡面無地下水，并按規(guī)定挖臺階填筑時，可采用填料的內摩擦角。當墻后地面為一平面（包括有均布荷載）時,土壓應力的分布如上圖所示。并可由此近似的計算土壓力的作用點位置。第45頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三圖中，θ－填土按庫侖公式計算的破裂角；h1－填土表面能夠按庫侖破裂角形成破裂面的擋土墻高度。第46頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三Ea1－墻高h1時，按庫侖公式計算的主動土壓力；бh1бH－分別為距強頂h1和墻踵處的土壓應力；其中：бh1按庫侖公式計算，而бH=2(Ea-Ea1)h2-бh1土壓力合力作用點的高度為：Z=(Ea1Z1+Ea2Z2+Ea3Z3)/Ea,當地面有局部荷載時，土壓力合力的作用點可以通過破裂體的重心與坡面或滑動面的平行線同墻背相交近似求得。4.地震作用時，擋土墻的土壓力計算第47頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三作用于擋土墻的地震主動土壓力按庫侖公式計算。僅需作很少的代換。如下圖所示，地震作用時，由于地震水平力T的作用，破裂棱體上諸力的力多邊形發(fā)生了變化。設W1為破裂棱體向重心W與破裂棱體所受水平慣性力T的合力，其與豎直線的夾角η稱為地震角。其值可從下表查得：地震角η

設計烈度（°）789非浸水1°303°6°水下2°305°10°第48頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三地震作用時，各種邊界條件的庫侖主動土壓力公式與一般庫侖公式完全相同。地震作用時土壓力與墻背法線之間的夾角仍為δ，由Ea計算Eax,Eay的公式不變。5.浸水擋土墻的土壓力計算當擋土墻填土中有地下水時，墻除受到土壓力的作用外，還受到水壓力的作用，計算時必須加以考慮。填土中的地下水的作用：（1）水位以上一部分土由于毛細水的作用而產生假粘聚力；（2）粘性土的粘聚力會有所下降；第49頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三（3）粘性土膨脹而產生一定的壓力；（4）填土的重度會有顯著的改變；－－在一般計算中，不考慮前三個因素的影響；－－對于被水淹沒的填土，為了保證安全，有時假定粘聚力為零；－－土的重度（容重）改變，對土壓力影響最大，必須考慮。方法：與成層土情況相同，假定水上、水下兩層土的內摩擦角，粘聚力和都相同，僅是土的容重不同。地下水位以下取有效容重（即浮容重）進行計算。此外，再增加水位以下的靜水壓力。第50頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三從上圖可以看出：以表示粘性土的抗剪強度，僅與一定的墻高H相對應（M點）。按設計擋土墻，對低于H的擋墻過于保守，而對高于H的擋土墻則處于不安全?？梢娛请SH而變化的。為了消除這一不利影響，我們應該建立a－－按土體抗剪強度相等的原理計算：6.粘性土的土壓力計算（1）朗金土壓力公式（2）綜合內摩擦角法綜合內摩擦角法是用增大內摩擦角的方法來考慮粘聚力的影響，然后，按照砂性土的土壓力公式計算土壓力。綜合內摩擦角通常采用經驗數據第51頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三b－按土壓力相等的原理計算由總土壓力相等推出：第52頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三事實上，影響土體綜合內摩擦角的因素很多，按土體抗剪強度或土壓力相等的原理計算，雖然考慮了土體的C和墻高的影響，但未能考慮擋土墻的邊界條件（如地面傾角，墻背坡度等）對的影響。因此，要選取能真正反映粘性土抗剪強度的是比較困難的。要解決這一問題，還需要在今后的工程實踐中去補充完善。第53頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)擋土墻設計及計算擋土墻在墻背后土體壓力作用下，必須具有足夠的整體穩(wěn)定性和結構強度。設計時應檢算以下幾個方面：（1）沿基底的滑動穩(wěn)定性；（2）繞基礎趾部轉動的傾覆穩(wěn)定性；（3）基底壓應力是否大于等于地基容許承載力；（4）墻身截面是否滿足結構強度要求。一.擋土墻穩(wěn)定性檢算1.作用在擋土墻上的力系第54頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三作用在擋土墻上的力系由三大部分組成：主要力、附加力和特殊力。主要力土壓力（滑坡推力）墻身重力墻頂上的有效荷載墻背與第二破裂面之間的有效荷載基底法向反力及摩擦力常水位時的靜水壓力和浮力附加力計算水位的靜水壓力和浮力水位退落時的動水壓力波浪壓力凍脹壓力和冰壓力溫度變化的影響第55頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三特殊力地震力施工及臨時荷載其它特殊力作用在擋土墻上的力系，一般只考慮主要力系。只有在浸水和地震等特殊情況下，才考慮附加力和特殊力的作用。擋土墻前部的被動土壓力，一般不予考慮。當基礎埋置較深，且地層穩(wěn)定，不受水流沖刷和擾動破壞時，結合墻身的位移條件，可考慮適量的被動土壓力。第56頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三2.擋土墻穩(wěn)定性和強度驗算要求（1）滑動安全系數KSKS1.3（考慮主要力系時）1.2（主要力＋附加力）（2）傾覆安全系數K0K01.5（主要力）1.3（主要力＋附加力）（3）偏心距（e0）e0

B/6（B為墻底寬度）

B/4（巖石地基）第57頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三（4）基底應力（鐵路）σ<=[σ]（主要力）

σ<=1.2[σ]（主要力＋附加力）（建筑）σ<=1.2ff－－地基承載力設計值（5）墻身截面檢算壓應力<=容許應力剪應力<=容許應力若墻身截面出現拉應力，其值應小于材料容許抗彎曲拉應力。注：擋墻高度>12m時，應適當加大滑動安全系數KS和傾覆安全系數K0。第58頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三3.擋土墻的穩(wěn)定檢算（1）一般地區(qū)擋土墻的穩(wěn)定檢算一般地區(qū)擋土墻上作用的力系如圖所示，其檢算公式如下：－－滑動穩(wěn)定：－－傾覆穩(wěn)定：第59頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三－－基底應力－－基底合力的偏心距(右圖)第60頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三以上各式中：—作用于基底上的總垂直力（KN）W—墻身自重（KN）EXEY—墻后主動土壓力的水平分力、豎直分力（ KN）Ep—墻前被動土壓力的水平分力（KN）—穩(wěn)定力系對墻趾的總力矩（KN.m.）—傾覆力系對墻趾的總力矩（KN.m.）ZW、ZX、ZY、ZP—W、EX、EY、EP對墻趾的力臂（m）第61頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三B—基底寬度C—作用于基底的合力的作用點距墻趾的距離（m）e0—偏心距（合力的）f—基底摩擦系數（2）浸水擋土墻的穩(wěn)定檢算浸水擋土墻，墻后填料采用巖塊或滲水土時，不考慮墻前墻后靜水壓力和墻后動水壓力的影響。其墻背作用的力系，除一般地區(qū)擋土墻所規(guī)定的力系外，尚應考慮檢算水位以下擋土墻及填料的浮力。－－計算水位采用最不利水位第62頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三擋土墻上作用的力系如圖所示：穩(wěn)定性檢算公式如下：—滑動穩(wěn)定：—傾覆穩(wěn)定：—基底合力的偏心距第63頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三—基底應力：注意：（1）墻身所受浮力，應根據基底地層的滲水情況確定；—當基底為砂類土、碎石類土和節(jié)理很發(fā)育的巖基時，按計算水位的100%計算—當基底為節(jié)理不很發(fā)育的巖基時，按計算水位的50%計算（2）浸水擋土墻不考慮墻前被動土壓力作用；（3）對浸水擋土墻，應按浸水與非浸水兩種情況檢算，且都應滿足穩(wěn)定要求。第64頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三（3）地震地區(qū)擋土墻的穩(wěn)定檢算地震地區(qū)擋土墻上作用的力系如圖示：圖中：EX、EY—地震地區(qū)作用在墻背上的主動土壓力水平、垂直分力Pi—墻身水平地震力ZK—水平地震力對墻比的力臂其它符號意義同一般地區(qū)擋土墻第65頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三a－－Pi的求法：式中：Pi—驗算截面以上墻身重心處的水平地震力

ηc—綜合影響系數，硬質巖石地基采用0.2，其它地基用0.25Kh—水平地震系數Wi—驗算截面以上的墻身重

ηi—水平地震力沿墻高的墻大系數，一般H<12時,ηi取1；第66頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三b.穩(wěn)定檢算：—滑動穩(wěn)定：—傾覆穩(wěn)定：—基底合力的偏心距：—基底應力：第67頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三C.擋土墻的抗震措施：—漿砌片石擋土墻的高度不宜超過12m（8°裂度）、10m（9°裂度）—混凝土擋土墻的施工縫或銜重式擋土墻的變截面處，必須設置榫頭或采用短鋼筋加固，榫頭的面積不應小于截面面積的20％—當設計裂度為8°和9°時，漿砌片石擋墻一般應采用100號砂漿砌筑—擋土墻應分段修筑在同一土層上，每段長度不宜大于15m。在擋土墻的分段處，地基土層或墻高度變化較大處應設置沉降縫—位于可液化土及軟土地基上的擋土墻，應采用砂樁、碎石樁等加固地基處理。當采用樁基時，樁尖應伸入穩(wěn)定土層內。第68頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三二.擋土墻截面強度檢算設計擋土墻時，除應進行全墻穩(wěn)定性檢算外，為保證墻身具有足夠的強度，還需要對墻身截面的應力進行檢算。對一般的擋土墻，選一、二個控制面進行強度檢算即可?？刂菩越孛娴倪x取：形狀變化處與應力較大處第69頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三1.石砌和混凝土擋土墻的截面檢算（1）法向應力檢算如圖，水平截面1－1以上墻背的主動土壓力為Ea，墻身自重W，二者合力為R0。將R分解為豎直力和水平力T，則1－1截面兩端的法向應力為：第70頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三上式中：B’－截面寬度（m）e0－截面偏心距（m）W－計算截面以上墻身自重（kN）

∑N－計算截面以上垂直力之和（KN）[σ]－墻身砌體容許壓應力（Kpa）Ea－水平截面1－1以上墻背的主動土壓力其它符號意義如圖（2）剪應力檢算分兩種對墻身水平截面進行平剪檢算—平剪對墻身傾斜截面進行斜剪檢算—斜剪一般的：1）對矩形、梯形斷面的重力式擋土墻只進行平剪檢算；2）衡重式擋墻，除進行平剪檢算外，還應在衡重臺處作斜剪檢算第71頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三—平剪計算—斜剪計算思路：如下圖所示，設衡重式擋土墻在衡重臺處沿傾斜方向被剪裂，裂縫與水平面成β角。沿剪裂面上的作用力是主動土壓力的水平分力EX和豎直力（∑N＝EY＋W1＋W2）在該面上的切向分力PZ和PW。當EX、EY、W1位一定時，β角不同，該面上的剪應力τ亦隨之不同，則最大剪應力τ

max可由dτ/dt=0導出。要求τ

max<=[τ]第72頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三第73頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三*若墻趾前緣有加寬，應注意剪切面下方是否切入加寬體，檢算時，可計算出h值進行檢查。一般情況下，重力式擋土墻墻身截面的剪應力遠小于其容許值，通?？刹蛔鳈z算，但對截面尺寸突變處應引起注意！2.半重力式擋土墻的截面檢算半重力式擋土墻采用混凝土灌注，墻身截面偏心距較大，超過允許拉應力時，墻背需設置來承受拉力。同樣趾板亦需按彎矩大小設置鋼筋。由左式解出β，代入τ=…,即得最大計算剪應力τ

max第74頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三（1）拉力檢算選取墻身幾個控制面，包括與底板連接處，逐一計算各截面的偏心距及拉應力。在拉應力超過容許拉應力的墻身范圍內，墻身必須按拉應力大小設置受拉鋼筋。計算方法如下：計算截面受拉區(qū)寬度BL為：第75頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三計算截面總拉力Nt（每延米）計算鋼筋面積（每延米）As第76頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三上述鋼筋面積的計算方法未考慮鋼筋與混凝土的變形條件，得出的鋼筋面積偏小，但計算精度足夠實際需要，方法簡便，故有實用價值。—構造要求：a。受力鋼筋最小直徑為10mm；最大間距200mm；b.分布鋼筋最小直徑為6mm；每米不少于3根。—鋼筋布置示意圖如下頁：（2）剪應力檢算墻身截面剪應力一般不受控制，檢算公式為：第77頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三第78頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三三.基礎設計擋土墻的破壞有的是由于地基不良或基礎處理不當引起的。設計時應充分掌握基底的地質條件，再確定基礎類型和埋置深度。擋土墻基礎一般采用明挖基礎。當地基為松軟土層時，可采用換填或樁基礎。水下挖基有困難時，也可以采用樁基礎或沉井基礎。1.基礎埋置深度要求（1）在凍結深度以下不小于0.25m，同時不小于1m；（2）受水沖刷時，在沖刷線以下不小于1m；（3）巖石基礎上，應清除基巖的表面風化層；（4）墻基在斜坡地面，其墻趾嵌入地層的最小尺寸應符合下表要求。第79頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三地質類別H（m）L（m）嵌入示意圖較完整的硬巖層0.250.25~0.5一般硬巖層0.60.6~1.5軟巖層1.01.0~2.0土層>=1.01.5~2.52.擴大基礎設計當擋土墻受傾覆穩(wěn)定、基底應力和偏心距控制時，可用擴大基礎，即加設墻趾臺階的方法解決—放大腳墻趾臺階的寬度，根據傾覆穩(wěn)定、基底應力和偏心距等條件，由試算確定。其具體要求如下：第80頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三（1）混凝土和漿砌片石墻趾臺階—墻趾臺階的寬度△b0.1≤△b≤H/20（一般）—墻趾臺階的高度h1由材料的剛性角確定，剛性角≤35°（砌體）；

≤45°（混凝土）。一般要求h1不小于0.4m。（2）鋼筋混凝土底板當基底應力與地基容許承載力相差較大，需要加寬的△

b較大時，為避免h1過高，可采用鋼筋混凝土底板。第81頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三—剪應力要求：（不考慮鋼筋抗剪能力）—抗彎要求：鋼筋面積AS第82頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三—混凝土榫頭長度（L）注意：*趾部懸臂頂面采用斜坡時，其端部之最小厚度不得小于30cm。*分布鋼筋按有關規(guī)范辦理。第83頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三3.切割臺階基礎當擋土墻修筑在陡坡上，而地基又為完整、穩(wěn)固、風化輕微、節(jié)理不發(fā)育的巖層，其抗壓強度大于30MPa，地基不產生側壓力時，可設置如圖所示的臺階基礎，以節(jié)省基礎開挖和墻身材料。1)尺寸擬定臺階高度：1.0±(h1-h4)臺階寬度：視地質條件布置第84頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三基礎頂面襟邊寬度：D=0.2m~2e0最下一臺底寬不宜小于1.5~2.0m，且大于1.25e（2）穩(wěn)定性檢算考慮臺階基礎的設置條件，其側壓力不因增設基礎而增加，因而抗滑穩(wěn)定可不作檢算，地基強度較高，承載力一般不控制。通常只需驗算其傾覆穩(wěn)定系數和偏心距即可。公式與前面相似。*有時因地面橫坡太陡，切割臺階基礎的高度與寬度之比不能滿足上述要求時，其傾覆穩(wěn)定可能不滿足K?！?.5的要求。為了保證K?！?.5，設置切割臺階錨桿基礎。第85頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三4.換土地基當基礎設置在軟弱土層上（如淤泥、軟粘土等），基底應力不滿足設計要求，可用質量較好的土換填一定深度，以擴散基礎應力，使之均勻的傳遞到下臥土層中去。（不詳講）5.樁基礎（略）第86頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三四、增加擋土墻穩(wěn)定性的措施1.增加抗傾覆穩(wěn)定的方法1)改變墻身胸坡和背坡由此可知：a)改變胸坡：ZN↑→∑My↑→K0↑b)改變背坡：E↓→M0↓→K0↑第87頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三2)改變墻身形式3)擴大基礎加設墻趾臺階，ZN，∑My減小2增加抗滑穩(wěn)定的方法1)設傾斜基底第88頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三

重力式及衡重式擋土墻，當穩(wěn)定性受滑動控制時，可采用傾斜基底。第89頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三－－基底傾斜度：一般地區(qū)擋土墻：≤0.2:1（土質地基）

≤0.3:1（巖石地基）浸水地區(qū)擋土墻：不設傾斜角（f小于0.5）0.1:1（f大于等于0.5）－－有關計算斜底斜寬：斜底增加的高度：第90頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三斜底增加的面積：斜底增加的自重：全墻穩(wěn)定性檢算公式：第91頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三*浸水地區(qū)及地震地區(qū)的斜基底穩(wěn)定性校核公式參照上述辦法和前面講的公式計算。2)凸榫基礎在擋土墻底部設凸榫基礎，是增加擋土墻抗滑穩(wěn)定的另一種方法。（具體不講）第92頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)擋土墻構造及有關注意事項一、擋土墻構造1.重力式擋土墻胸坡和背坡一般采用1:0.2—1:0.8，衡重式擋土墻胸坡一般采用1:0.05，上墻背坡在1:0.35—1:0.45之間，下墻背坡一般為1:0.25左右。上下墻的墻高比一般采用2:3。2.采用混凝土塊和石砌體的擋土墻，墻頂寬度不應小于0.5m，整體灌注的混凝土墻，墻頂寬度不應小于0.4m，鋼筋混凝土墻頂寬度不應小于0.2m。3.漿砌片石的墻面應選用較大和表面較平的片石筑，并抹成平縫，一般不另鑲面。擋土墻各周邊的夾角不宜小于60度。第93頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三4.沿墻長每隔10~25m和與其它建筑物連接處應設置伸縮縫。在基底的地層變化處，應設置沉降縫。伸縮縫和沉降縫可合并設置，縫寬0.02一0.03m?？p內、沿墻的內，外、頂三邊填塞瀝青麻筋或瀝青木板，塞入深度不小于0.2m。5.沿墻高和墻長應設置泄水孔，按上下左右每隔2—3m交錯布置。折線墻背的易積水處亦應設置。泄水孔尺寸一般為5X10cm、10X10cm、15X20cm的方孔或直徑為5一10cm的圓孔。最下一排泄水孔應高出地面，或水面0.3m，而在浸水地區(qū)的擋土墻應設在常水位以上0.2m。對有凍結和春融現象地區(qū)的擋土墻，應根據具體情況加密泄水孔，以加快墻后的填料或土層的疏干。第94頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三6.為防止泄水孔堵塞，在泄水孔進水側應設置反濾層，厚度不小于0.3m，并在最底排泄水孔下部設置隔水層，不使積水滲入基底。若墻背為非滲水土時，應在墻后最低排泄水孔至墻頂下0.5m之間填筑不小于0.3m厚的砂礫石等反濾層，若墻后用滲水性材料回填時，可不設反濾層。對墻后為膨脹性粘土的擋土墻，其反濾層的設計除按級配要求外．應適當加厚。－－附屬設備1)防護欄桿（H>6m，且連續(xù)長度大于20m時）2)檢查梯第95頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三二、材料要求1.在有石料的地區(qū)，擋土墻應盡可能采用水泥砂漿砌片石砌筑。2.片石極限抗壓強度均不得低于30Mp3.浸水及潮濕地區(qū)，全體軟石料，軟化系數>=0.84.砂漿級別標號：M7.5（75#）一般地區(qū)及寒冷地區(qū)M10（100#）浸水地區(qū)及嚴寒地區(qū)5.在缺乏天然石科的地區(qū)：一般地區(qū)采用C15混凝土或片石混凝土寒冷地區(qū)采用C20混凝土或片石混凝土第96頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三三、設計、施工注意事項1.擋土墻基礎如置于基巖時，應清除表層風化部分；如置于土層時，不應放在軟土、松土和未經特殊處理的回填土上。2.墻頂設有護墻和護坡時，應采取措施，防止護墻和護坡沿著土體表面下滑。如在護墻和護坡背后設耳墻，或作粗糙面，使與土體密貼，或在護墻和護坡與擋土墻頂接觸處沒平臺。必要時應根據計算加大墻身截面。3.經常受侵蝕性環(huán)境水作用的擋土墻，應采用抗侵蝕的水泥砂漿砌筑或抗侵蝕的混凝土灌注，否則應采取其他防護措施。第97頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三4.沿河、濱湖、水庫地區(qū)或海岸附近的鐵路擋土墻，由于基底受水流沖刷和波浪侵襲，常導致墻身的整體破壞，應注意加固與防護。5.漿砌片石擋土墻的砂漿水灰比必須符合要求，砂漿應填塞飽滿。巖石基坑砌料應靠緊基坑側壁，使與巖層結為整體。6.砌筑擋土墻時，不得做成水平通縫。墻趾臺階轉折處，不得做成豎直通縫。第98頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三7.墻身砌出地面后，基坑必須及時回填夯實，并做成不小于4％的向外流水坡，以免積水下滲，影響墻身穩(wěn)定。8.墻后臨時開挖邊坡的坡度，隨不同土層和邊坡高度而定。松散坡積層地段的擋土墻，宜分段跳槽開挖，挖成一段，砌筑一段，以保證施工安全。9.施工前應作好地面排水系統(tǒng)，保持基坑干燥。10.浸水擋土墻墻后應盡量采用滲水土填筑，以利迅速宣泄積水，減少由于水位漲落引起的動水壓力。第99頁，共114頁，2023年，2月20日，星期三第五節(jié)其它類型的擋土墻一、懸臂式擋土墻1.概述懸臂式擋土墻是種輕型支擋建筑物1)形式：2)組成：3)適用條件：石料缺乏地區(qū)和地