挡土墙设计和计算ppt培训课件

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1、第六章 挡土墙设计和计算,第一节 挡土墙概述,一、挡土墙定义 是支撑填土或斜坡土体，防止其变形失稳，而承受侧向土压力的支挡建筑物。 用于支挡滑坡、变形体的挡土墙，一般称为抗滑挡墙，或抗滑挡土墙。 挡土墙的基本构成（见下页图） 二、挡土墙的基本类型及其特点 挡土墙类型划分方法： 1.可按材料划分：石砌挡土墙、混凝土挡土墙、钢筋混凝土挡土墙。,2.可按墙背坡的倾斜方向划分：俯斜式挡土墙、仰斜式挡土墙、垂直式挡土墙。 一般仰斜式挡土墙土压力相对较小，才用这种形式，常能取得较好效果。 3.按结构形式划分：主要有8种 1)重力式挡土墙（见图） 特点： a.依靠墙身自重承受土压力的作用。 一般用浆砌牛石砌

2、筑，缺乏 石料地区也可用混凝土。,c. 型式简单，取材容易，施工简便。 当地基承载力低时，可于墙底设钢筋混凝土基座，以减薄墙身，减小开挖,2)半重力式挡土墙用混凝土灌注，在墙背设少量钢筋，并将墙趾展宽(必要时设少量钢筋)，或基底设凸榫，以减薄墙身，节省圬工。,3)衡重式挡土墙 a.利用衡重台上的填土和全墙重心后移增加墙身稳定，减小断面尺寸。 b.墙胸陡，下墙背仰斜，可降低墙高，减少基础开挖。,4)悬臂式挡土墙 a.采用钢筋混凝土材料，由立臂、墙趾板、墙踵板三个部分组成，断面尺寸较小。 b.墙高时立臂下部的弯矩大，耗钢筋多。 c.适于石料缺乏地区及挡土墙高度不大于6m地段，当墙高大于6m时，可用

3、扶壁式。,5)扶壁式挡土墙 在悬臂式挡土墙的基础上，沿墙长方向每隔一定距离加一道扶壁，把墙面板与墙踵板联结起来。在高墙时，较悬臂式经济。,6)桩板式挡土墙 a.在深埋的桩柱间设挡土板拦挡土体。 b.适宜于土压力大，要求基础深埋，一般高度的挡墙不满足要求的情况。,7)锚杆式挡土墙 a.由肋柱、挡板、锚杆组成，靠锚杆拉力维持挡土蠕的平衡。 b.肋柱、挡板可预制。 c.适于石料缺乏，挡土墙高度超过12m，或开挖基础有困难地区。,8)垂直预应力锚杆式挡土墙 a.利用锚杆的竖向预应力，代替墙身的重量作用，抵卸土压力，节省圬工。 b.适用于岩石地基。,此外，还有加筋土挡土墙、锚定板式挡土墙等。,总结： 最

4、常用的挡墙：重力式和衡重式（这是因为我国石料丰富，可就地取材，施工方法简单） 随着国民经济发展，钢材、水泥产量增多，就常用钢筋混凝土结构的挡土墙，如：扶壁式、悬臂式、锚杆式、桩板式、竖向预应力锚杆式,三、挡土墙布置原则,针对不同的工程、不同的部门有不同的布置原则，这里仅就一般性的布置，主要是针对“斜坡整治”工程，说说一般性的布置原则： 1.对于滑坡和变形体，一般宜设置在其下部或抗滑段。 2.当滑面出口处在坡脚且有平缓地形时，可将挡墙设置在距滑坡前缘一定距离外，墙后余地填筑土、石加载，以增强抗滑力，减小挡墙承受的下滑力。（示意图）,3.当滑面出口在斜坡上时，可视滑床地质情况选定挡墙位置。（示意图

5、） 4.对多极滑坡，可根据具体情况设置多极挡墙支撑。 （示意图） 5.根据地质条件及滑坡推力、土压力的变化情况，可沿挡土墙走向分段（一般不宜小于1015m）设计大小不同的挡墙断面。 6.江河地段的挡土墙，要注意设墙前后的水流平顺，不致形成漩涡，不发生严重的局部冲刷，更不可挤压河道。 7.带拦截落石作用的挡墙，应按落石范围、规模、洋跳轨迹等进行考虑。,四、挡土墙断面形式的拟定原则,1.山区的陡坡挡土墙，其胸坡一般采用1:0.051:0.2，以利减小基础宽度，争取挡墙厚度。 2.平缓地段，其胸坡一般可用1:0.21:0.3或1:0.4。 3.背坡有仰斜、俯斜、垂直或混合坡几种，主要从采用的土压力理

6、论适应范围、结构经济、开挖量少、回填量少，回填前自身稳定等因素考虑，并应考虑与胸坡协调，满足整体稳定要求。 4.在同一地段，其断面形式不宜过多，以免施工困难，且影响美观。,五、常用设计参数,1.墙背土的物理力学指标 2.土与墙的摩擦角 3.基底摩擦系数 4.基底容许承载力 5.建筑材料的容重 6.石砌体和混凝土块砌体的容许应力 7.混凝土的容许应力,第二节 土压力计算,一、土压力种类及影响土压力的因素 1.土压力的种类 1)静止土压力（E0） 挡土墙固定不动时，作用在挡土墙上的上土压力称为静止土压力。 2)主动土压力（Ea） 当挡墙离开土体向前移动时，在土体中产生破裂面AB，同时在此破裂面上产

7、生抗剪力，因而减少了作用在墙上的土压力。此时墙后土体处于主动极限平衡状态，作用在挡土墙上的土压力达到最小值，称为主动土压力。,3)被动土压力（Ep） 当挡土墙挤压墙后土体并产生位移时，作用在墙上的土压力增大，最终达到被动极限平衡状态，产生破裂面AC，AC面上的抗剪力增大了作用在墙上的土压力。此时作用在墙上的土压力达到最大值，称为被动土压力。即土压力方向与挡墙的位移方向相反。,土压力可用下图表示：,2.影响土压力的因素 影响土压力的因素很多，归纳如下 1)墙后土体的性质，包括土体的容重、含水量、内摩擦角和粘聚力的大小等； 2)墙后土体的地面形状(包括局部荷载)； 3)挡土墙的结构形式、墙背的形状

8、和光滑程度； 4)挡土墙的位移方向和位移量； 5)外界条件(如地震和浸水等) 其中挡墙的位移方向和位移量为土压影响的主要因素。,二、静止土压力计算,P0=rzK0 （6-1） 式中 r土体的容重z计算点距填土表面的深度K0静止土压力系数,当挡土墙不产生位移和转动时，墙后土体处于弹性平衡状态。此时，作用在墙背上任意深度的静止土压应力P0按下式计算：,1. K0的确定 目前尚无成熟的公式计算静止土压力系数，一般可取：砂土K0 0.340.45，粘土K0 0.250.7。也可按下列半经验公式计算：k0=1-sin 式中 土的内摩擦角 2.静止土压力的分布 由（6-1）式可见，当墙后地面为平面时，静止

9、土压力呈三角形分布，合力作用点在墙踵以上三分之一墙高处。总土压力E0为：E0=rH2K0/2 （6-2） 式中 H挡土墙的高度。 3.静止土压力的适用范围 地下室外墙、基岩上的挡墙、拱座等,三、朗金土压力计算,1.朗金理论的基本假定 1)从极限平衡概念出发研究土体的稳定性 2)假设地面为水平面（当然也可为平面，不一定水平后来的发展），且沿深度和侧向都无限延伸（半无限土体） 3)土体发生剪切时，破裂面为直线，朗金主（被）动应力状态只存在于破裂棱体内，破裂棱体外仍处于弹性平衡状态 4)朗金理论求得的是墙踵竖直面上的总土压力，土压力方向与地面平行。 （若墙背不垂直，求作用于挡墙上的合力，应将AV面上

10、的总土压力与AV面与墙背之间的土体重量合成而得。）,2.朗金主动土压力公式 1)无粘性土Pa=rzKa （6-3）其中 Katg2（45/2）Pa任意深度的主动土压力Ea=rH2Ka/2 （6-4）Ea总的主动土压力，作用点通过三角形的形心，即在1/3H处。（示意图）,2)粘性土 Pa=rzka-2c (65)分布：由（65）式和图可见，粘性土的主动土压力包括两部分：一部分是由于自重引起的土压力rzka（指向墙背），另一部分是由于内聚力造成的负侧向压力（背离墙背，即拉力）2c , 因此，墙背土压力是这两部分迭加的结果。 计算作用在墙背的总土压力时，考虑到墙背与土体之间几乎不能承受拉应力，故在计

11、算中，墙背上的土压力一般应略去拉应力部分不计，而仅算作用在墙背上的压应力。,这样: Ea=r(H- H0)2Ka/2 (66) H0的求法：o点的土压力为0， Pa=0拉应力区的深度H0,，常称为临界直立高度，这一高度表示在填土表面无荷载的条件下，在H0深度的范围内，可以竖直开挖，即使没有挡墙，边坡也不会失稳。 H0可由下式求出：,将（6-7）代入（6-6）得Ea的作用点在距墙底（H-H0）/3处 3.朗金被动土压力公式当挡土墙受到外力作用，而推向土体时，填土中任意一单元体上竖向应力 保持不变，而水平向应力 逐渐增大，在这情况下，竖向方向变为小主应力，水平方向变为大主应力。最后墙后填土发生朗金

12、被动破坏。,（1）无粘性土PprzKp （6-9）Kp= tg2（45+/2） Pp任意深度的被动土压力，Kp被动土压力系数Ep=rH2Kp/2 （6-10） （2）粘性土,实际观测表明：朗金土压力的计算结果与实测土压力有偏差。一般主动土压力偏大，被动土压力偏小。这是因为墙背与土体之间实际上是有摩擦力的。（示意图）,四.库伦土压力计算,1.库伦理论的基本假定 （1）墙后土体为散粒均质物质（理想散体，C=0），依靠颗粒间的摩擦力抵抗土体的相对移动。 （2）将具有和对数螺旋线相似的破裂面以一平面代替。,（3）主被动状态下形成的破裂枝体，及滑移方向如上图所示。在墙背后土体开始破裂时，土体处于极限平衡

13、状态。反力E和R分别与各自的作用面的法线成 角（墙背摩擦角）和角（土的内摩擦角） （4）挡土强及破裂枝体均视为刚体，在外力作用下无压缩或伸张变形。,2.库仑主动土压力公式 当墙后地面及墙背都为平面时,从上图和公式可知：Ea是破裂角 的函数，也即x的函数，为了求出最大的Ea，我们对x求导：,主动土压力的分布：当 =0,a=0,i=0时，经化简得：这就是朗金土压力公式（无粘性土） 可见朗金土压力公式是库仑土压力公式的一个特例。,3.主动土压力的库尔曼图解法 图解法是数解法的一种辅助手段，有时比数解法还要简便，现介绍一种常用的图解法库尔曼图解法。,（1）作图步骤： 1）在上图中，由B点引一直线BD与

14、水平线成角，并给基线BL与墙背AB成角； 2）作出要破裂面BC1,求出破裂棱体ABC1的重量W1，以某一比例尺于BD线上截取BD1=W1; 自D1作BC的平行线交BC1于E1，则 Bd1e1与力平衡三角形 a1bc1相似，E1D1即为假定破裂面BC1的主动土压力； 同上法再作破裂面BC2 ,BC3,BC11,得E2,E3,EN.然后将E1,E2,E3,EN诸点逐渐连成曲线； 5）沿曲线划与BD平行的直线，得切点E，过E点作基线BL的平行线交BD于D点。则ED为所求之主动土压力EA，连BE并延长交地面于C点，BC即为所求破裂面。,（2）土压力的作用点 首先求得破裂棱体的重心N；然后过N作破裂面B

15、C的平行线交墙背于F点，点F即为土压力的近似作用点；土压力的方向于AB的法线夹角为 。,4.库仑被动土压力公式,Kp被动土压力系数，其它符号意义同前。用库仑公式计算被动土压力，常会引起很大的误差，而且偏于不安全，它随a，和i角的加大而迅速增大，这主要是由于实际的破裂面不是一个平面的缘故。另外，要产生计算的全部被动土压力，土体需要有较大的位移，而结合实际具体建筑物的特点和要求，一般不允许达到这个条件。因此，实际的被动土压力不会达到计算的数值，故在设计时要考虑折减，采用库仑公式计算的1/31/2等。,5.库仑理论（主动土压力）的适用范围 库仑理论可用于墙背为不同的坡度和粗糙度，以及墙后地面为规划或

16、不规划形状的土压力计算，适用范围较广。在一般情况下，均能满足工程的要求。但在使用中应当注意下列几个问题： （1）库仑理论较适用于砂性土，当用于粘性土时，通常将土的内摩擦角加大一些，采用“综合内摩擦角法” （2）库仑理论仅适用于墙背为平面或近似平面的挡土强，当墙背为“L”形（包括衡重式挡土强）时，可按下页图所示的方法，以墙背顶点和墙踵的连线为假象墙背计算土压力。此时，墙背摩擦角等于土的内摩擦角。,（3）仰斜墙背缓到一定程度后，库仑理论将出现较大的误差，并偏于不安全。一般仰斜墙背坡度以不缓于1：0.3为宜。,五、复杂条件下的土压力计算,1.墙后填土表面有均布荷载及局部荷载 1)墙背竖直光滑，填土水平，才用朗金土压力公式计算。 a.直接采用公式：,