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1、16 土压力、地基承载力和土坡稳定土压力、地基承载力和土坡稳定Earth Pressure, Bearing Capacity of Foundation Soil and Soil Slope Stability26.1 概述概述 6.2 作用在挡土墙上的土压力作用在挡土墙上的土压力 6.3 Rankine土压力理论土压力理论 6.4 Coulomb土压力理论土压力理论 6.5 挡土墙设计挡土墙设计 6.6 加筋土挡土墙简介加筋土挡土墙简介 6.7 地基破坏型式及地基承载力地基破坏型式及地基承载力 6.8 地基的极限承载力地基的极限承载力 6.9 土坡和地基的稳定分析土坡和地基的稳定分析36
2、.5 挡土墙设计挡土墙设计6.5.1 挡土墙类型选择挡土墙类型选择6.5.2 挡土墙的计算挡土墙的计算6.5.3 重力式挡土墙的构造措施重力式挡土墙的构造措施46.5.1 挡土墙类型选择挡土墙类型选择挡土墙的作用挡土墙的作用挡土墙是各类工程建设中常见的挡土墙是各类工程建设中常见的支挡结构支挡结构形式，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公路、铁路铁路、城市建设城市建设，同时应用于，同时应用于水坝建设水坝建设、河床整治河床整治、港口工程港口工程、水土保持水土保持、山体滑坡防治
3、山体滑坡防治等领域。等领域。51. 重力式挡土墙重力式挡土墙由块石或素混凝土砌筑而成，由块石或素混凝土砌筑而成，靠 自身重力维持稳定靠 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。，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. 悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙由钢筋混凝土建造，由钢筋混凝土建造，立臂立臂、墙趾 悬臂墙趾 悬臂和和墙踵悬臂墙踵悬臂三块悬臂板组成，三块悬臂板组成，靠 墙踵悬臂上的土重维持稳定靠 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。，墙身
4、截面尺寸 小，充分利用材料特性，市政工程中 常用。墙顶墙基墙趾墙面墙背墙顶墙基墙趾墙面墙背墙趾墙踵立壁钢筋墙趾墙踵立壁钢筋挡土墙类型挡土墙类型墙踵墙踵63. 扶壁式挡土墙针对扶壁式挡土墙针对悬臂式挡土墙立臂受力后弯矩和挠 度过大缺点悬臂式挡土墙立臂受力后弯矩和挠 度过大缺点，增设扶壁增设扶壁，扶壁间距（，扶壁间距（0.3-0.6） h，墙体稳定靠扶壁间填土重维持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，它借助于埋在填土内 的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，它借助于埋在填土内 的锚
5、定板的抗拔力抵抗侧土压力锚定板的抗拔力抵抗侧土压力，保持墙的 稳定保持墙的 稳定。锚定式挡土墙的特点在于构件断面 小，工程量省，不受地基承载力的限制，构 件可顶制。锚定式挡土墙的特点在于构件断面 小，工程量省，不受地基承载力的限制，构 件可顶制。墙趾 墙踵扶壁墙趾 墙踵扶壁墙板锚定板墙板锚定板基岩锚杆基岩锚杆7挡土墙设计原则与步骤挡土墙设计原则与步骤1选择挡土墙的形式。选择挡土墙的形式。2根据工程需要和实际情况，按经验和工程类比法确定挡土墙尺寸。根据工程需要和实际情况，按经验和工程类比法确定挡土墙尺寸。3验算（满足要求时则可，不满足时重新选定尺寸或采取其它措施）（验算（满足要求时则可，不满足时
6、重新选定尺寸或采取其它措施）（1）稳定性验算（）稳定性验算（抗倾覆稳定性验算抗倾覆稳定性验算和和抗滑移稳定性验算抗滑移稳定性验算）；（）；（2）地基承载力验算；（）地基承载力验算；（3）墙身强度验算。其中，地基承载力验算的方法及要求见浅基础设计一章；墙身强度验算应根据墙身材料分别按砌体结构、素混凝土结构或钢筋混凝土结构的有关计算方法进行。）墙身强度验算。其中，地基承载力验算的方法及要求见浅基础设计一章；墙身强度验算应根据墙身材料分别按砌体结构、素混凝土结构或钢筋混凝土结构的有关计算方法进行。8以书架为例 当没有书架的时候，书本很容易向侧边倾倒，这时自然会想到利用重物 挡住。只要重物的自重使以书
7、架为例 当没有书架的时候，书本很容易向侧边倾倒，这时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桌面与重物间的摩擦力大于大于书本倾倒的侧向力书本倾倒的侧向力时， 即可达成目标。时， 即可达成目标。重力重力摩擦力摩擦力侧向力侧向力侧向力侧向力重力重力摩擦力摩擦力6.5.2 挡土墙的计算挡土墙的计算9设计挡土墙时，一般先凭经验初步拟定截面尺寸，然后进行验算。如不 满足要求，则应改变截面尺寸或采取其它措施，再重新验算，直到满足要求 为止。设计挡土墙时，一般先凭经验初步拟定截面尺寸，然后进行验算。如不 满足要求，则应改变截面尺寸或采取其它措施，再重新验算，直到满足要求 为止。 选型选
8、型 依墙背倾斜方向可分为依墙背倾斜方向可分为俯斜俯斜、直立直立和和仰斜仰斜三种。三种。衡重式挡土墙(Balance Weight Retaining Wall)：利用衡重台上部填土的重力 和墙体重心后移而抵抗土体侧压力的挡土墙。10(1) 墙背墙背仰斜（仰斜（ 0）主动土压力最小，墙身截面经济，墙背可与开挖的临时边坡紧密贴合，但墙后填土的压实较为困难，因此多用于支挡主动土压力最小，墙身截面经济，墙背可与开挖的临时边坡紧密贴合，但墙后填土的压实较为困难，因此多用于支挡挖方工程挖方工程的边坡；的边坡； (2) 墙背墙背俯斜俯斜（ 0）主动土压力最大，但墙后填土施工较为方便，易于保证回填土质量而多用
9、于主动土压力最大，但墙后填土施工较为方便，易于保证回填土质量而多用于填方工程填方工程； (3) 墙背墙背直立直立（ =0）介于前两者之间，且多用于介于前两者之间，且多用于墙前原有地形较陡的情况墙前原有地形较陡的情况，如山坡上建墙，因此时仰斜墙身较高而入土较浅，俯斜墙则土压力较大。，如山坡上建墙，因此时仰斜墙身较高而入土较浅，俯斜墙则土压力较大。11作用于墙背上的库伦总主动土压力作用于墙背上的库伦总主动土压力Ea的表达式为：的表达式为：222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos+=aK aaKHE2 21=Ka 库伦主动土压力系数；库伦主动土压力系数； H 挡土墙
10、高度；挡土墙高度； 墙后填土的重度；墙后填土的重度； 墙后填土的内摩擦角；墙后填土的内摩擦角； 墙背的倾斜角。墙背的倾斜角。俯斜时 取正号，仰斜时为负号俯斜时 取正号，仰斜时为负号； 墙后填土面的倾角；墙后填土面的倾角； 土对挡土墙的外摩擦角。土对挡土墙的外摩擦角。121. 挡土墙的高度挡土墙的高度H 墙后被支挡的填土呈水平时为墙后被支挡的填土呈水平时为墙顶的高程墙顶的高程。对长度很大的挡墙，也可使墙顶低于填土顶面，用斜坡连接，以节省工程量。对长度很大的挡墙，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 挡墙的挡墙的顶宽为构造要求确定顶宽为构造要求确定。 对
11、砌石重力式挡土墙，顶宽应大于。 对砌石重力式挡土墙，顶宽应大于0.5m，即，即2块块石加砂浆。对砼重力式 挡墙顶宽也不应小于块块石加砂浆。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。至于钢筋混凝土悬臂式或扶壁式挡土墙顶宽不小 300mm。3. 挡土墙的底宽挡土墙的底宽 挡墙的底宽由整体稳定性确定挡墙的底宽由整体稳定性确定，初定挡墙底宽，初定挡墙底宽B0.50.7H，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。，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
12、与抗倾覆稳定验算。若安全系数过大，则适当减小墙的底宽若安全系数过大，则适当减小墙的底宽；反之，；反之，安全系数太小，则适当加大墙的底宽或采取 其它措施安全系数太小，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。保证挡土墙既安全又经济。134. 作用在挡土墙上的力作用在挡土墙上的力 墙身自重 墙身自重G 土压力 土压力E通常墙向前移，墙背作用通常墙向前移，墙背作用主动土压力主动土压力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。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被动土压力Ep，但在挡土
13、墙设计中常因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。，但在挡土墙设计中常因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。zfEaEazEaxG0Ox0xfbz145. 抗倾覆稳定验算抗倾覆稳定验算0azfaxf1.6tGxE xKE z+=抗倾覆稳定条件抗倾覆稳定条件sin()azaEE=+cos()axaEE=+tanfxbz=0tanbzzf=挡土墙在土压力作用下可能挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾绕墙趾O点向外倾覆点向外倾覆zfEaEazEaxG0Ox0xfbz注：与建筑地基基础设计规
14、范GB5007-2002的形式有区别156. 抗滑稳定验算抗滑稳定验算nan s att()1.3GEKEG+=抗滑稳定条件抗滑稳定条件0cosGGn=)cos(0=aanEE挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动0sinGGt=)sin(0=aatEE为基底摩擦系数，根据土的类别查表得到为基底摩擦系数，根据土的类别查表得到zfEaEazEaxG0Ox0xfbz挡墙自重垂直于基底平面方向的分力挡墙自重平行于基底平面方向的分力土压力垂直于基底平面方向的分力土压力平行于基底平面方向的分力挡墙自重垂直于基底平面方向的分力挡墙自重平行于基底平面方向的分力土
15、压力垂直于基底平面方向的分力土压力平行于基底平面方向的分力1617基底平均应力基底平均应力pkfa基底最大压应力基底最大压应力pkmax1.2fafa为地基承载 力特征值根据墙身材料分别按砌体结构、素混凝土结构或钢筋混凝 土结构的有关计算方法进行。为地基承载 力特征值根据墙身材料分别按砌体结构、素混凝土结构或钢筋混凝 土结构的有关计算方法进行。7. 地基承载力验算地基承载力验算8. 墙身强度验算墙身强度验算181. 影响土压力的因素影响土压力的因素（1）荷载条件荷载条件（2）填土性质对土压力的影响物理力学性质不同的填土，其土压力也不同。一般说来，）填土性质对土压力的影响物理力学性质不同的填土，
16、其土压力也不同。一般说来，填土的内摩擦角和粘聚力愈大填土的内摩擦角和粘聚力愈大，主动土压力愈小主动土压力愈小，被动土压力，被动土压力(可将部分荷载传递分散到填土上可将部分荷载传递分散到填土上)愈大。反之，则主动土压力愈大，被动土压力愈小。愈大。反之，则主动土压力愈大，被动土压力愈小。土和墙之间的摩擦角愈大土和墙之间的摩擦角愈大，主动土压力愈小主动土压力愈小，被动土压力愈大。，被动土压力愈大。 填土的容重值愈大，主动土压力愈大填土的容重值愈大，主动土压力愈大。填土表面倾斜时填土表面倾斜时，较填土表面水平时，较填土表面水平时主动土压力增大主动土压力增大。（。（2）墙背形状重力式挡土墙墙背按倾斜情况可分为仰斜、直立、俯斜三种形式，用相同的计算方法和计算指标进行计算，其）墙背形状重力式挡土墙墙背按倾斜
