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1、第一章 设计基本原则 第一节 概 述 为保持结构物两侧的土体、物料有一定高差的结构称为支挡结构。如以刚性较大的墙体支承填土和物料并保证其稳定的为挡土墙；而对于具有一定柔性的结构，如板桩墙、开挖支撑称为柔性挡土墙或支护结构。 支挡结构在各种土建工程中得到广泛的应用，如公路、铁路的挡土墙，桥台，水利、港湾工程的河岸及水闸的岸墙，民用与工业建筑的地下连续墙，开挖支撑等。随着大量土木工程在地形复杂地区的兴建，支挡结构愈加显得重要，支挡结构的设计，将直接影响到工程的经济效益和安全。 支挡结构类型很多，现以最常用的重力式挡土墙为例，说明一下它的各部名称(图11)。 靠近回填土一侧称为墙背；而回填土墙的另一
2、侧大部分暴露在外面的为墙面；墙的底面称为墙底；墙背与基底交线为墙踵；墙面与基底的交线为墙趾。墙面、墙背的倾斜度是指两者与竖直面之间的夹角。通常，工程中常用单位竖直高度及斜面相应水平投影长度之比，如墙背斜度为1：n。 墙背一侧较高的土体称为回填土。墙背后不论是回填土，还是未经扰动的土体或其他物料均称为回填土。墙背填土表面的荷载称为超载。 第二节 支挡结构分类及适用范围 支挡结构类型的划分方法较多，按结构形式、建筑材料、施工方法及所处环境条件等进行划分。按断面的几何形状及其受力特点，常见的挡土墙形式可分为：重力式、悬臂式、扶壁式、锚杆式、锚定板式、加筋土挡土墙，作为基坑的支护结构有排桩式支护结构、
3、地下连续墙、水泥土墙、土钉墙及逆作拱等；如按材料区分可分成：木质、砖砌、石砌、混凝土及钢筋混凝土、钢制的支挡结构。 支挡结构作为一种结构物，其类型是各种各样的，其适用范围，将取决于结构物所处地形，工程地质，水文地质，水文资料，建筑材料，结构用途，结构本身的特性，施工方第1页 法，技术经济条件及当地的经验等因素。表11仅供参考。第二章 常用设计资料 第一节 设计应具备资料 支挡结构设计的必备的资料，应根据设计阶段及工程的要求，收集不同的设计资料。 初步设计是在设计任务书中所确定的设计主要条件下，确定支挡结构的平面布置及其类型的选择，经过一定的方案比较，对选定的方案应给出工程数量的计算和造价的概算
4、。 施工设计是根据初步设计，最后确定支挡结构的平面布置、结构类型、断面形状及全部尺寸、工程数量及造价，对于重要的独立支挡结构，如高墙应作出个别施工设计。 般情况下，各设计阶段应收集与其相应的设计资料，表21中概要列出，仅供参考。第23页第三章 土压力计算公式及图表 第一节 土压力概论 作用在支挡结构上的土压力，即填土(填土和填土表面上荷载)或挖土坑壁原位土对支挡结构产生的侧向土压力，它是支挡结构物所承受的主要荷载。因此，设汁支挡结构物时，首先要确定土压力的大小、方向和作用点。这是一个复杂的问题，它与支挡结构物的形状、刚度、位移，背后填土的物理力学性质，墙背和填土表面的倾斜程度等有关。 作用在支
5、挡结构上的土压力，根据结构的位移方向、大小及背后填土所处的状态，可分为三种： 1静止土压力 如果支挡结构在土压力作用下，结构不发生变形和任何位移(移动或转动)，背后填土处于弹性平衡状态，如图31(b)所示。则作用在结构上的土压力称为静止土压力，并以E o表示。 2主动土压力 若挡土墙(由于支挡结构本身无变形，则取重力式挡土墙为代表，以后简称挡土墙)在填土产生的土压力作用下离开填土方向向墙前发生位移时，则随着位移的增大，墙后土压力将逐渐减小。当位移达到表31中所列数值时，土体出现滑裂面，墙后填土处于主动极限平衡状态。此时，作用于挡土墙上的土压力称为主动土压力，用E a表示，如图31(a)所示。第
6、43页 3被动土压力 如挡土墙在外荷载作用下，使墙向填土方向位移，随着位移增大，墙受到填土的反作用力逐渐增大，当位移达到表31所需的位移量，土体出现滑裂面，墙背后填土就处于被动极限平衡状态，如图31(c)所示。这时作用于墙背上的土压力称为被动土压力，以Jp表示。 由图32可以看出填土所处平衡状态，土压力与挡土墙位移的关系。 土压力计算，实质是土的抗剪强度理论的一种应用。静止土压力计算，主要是应用弹性理论方法和经验方法。计算主、被动土压力，主要是应用极限平衡理论(处于塑性状态)的库仑理论和朗金理论及依上述理论为基础发展的近似方法和图解法。一般挡土墙均属平面问题，故在以后研究中均取沿墙长度方向每延
7、长米计算。 第二节 静止土压力计算 当建筑在坚实地基上的挡土墙具有足够大的断面，墙在墙后的填土的推力作用下，不产生任何位移和变形时，即挡土墙绝对不动时，墙后土体同墙背的侧限作用而处于弹性平衡状态。此时，作用于墙背上的土压力就是静止土压力。 静止土压力可根据半无限弹性体的应力状态求解。图33中，在填土表面以下任意深度z处M点取一单元体(在M点附近一微小正六面体)，作用于单元体上力有二：一为竖直向的土的自重应力O c，其值等于土柱的重量：二是侧向压应力，是由于侧向不能产生变形而产生的，也就是填土受到挡土墙的静止压力。它的反作用力就是我们要求的静止土压力。由半无限弹性体在无侧移的条件下，其侧向压力与
8、竖直方向压力之间的关系为： 静止土压力系数K o，与土的种类有关，而同一种土的K o，还与其孔隙比、含水量、加压条件、压缩程度有关。常见土的静止土压力系数K o如表32所示。第44页第四章 特殊情况下土压力计算 第一节 折线型墙背土压力计算 为了减小主动土压力的作用，或提高挡土墙的稳定性，常采用各种折线形的挡土墙背，如图41所示。 一、延长墙背法 对于图41所示之挡土墙背的土压力计算，常采用延长墙背法。将各段直线段延长，依次按库仑理论公式计算各段墙背的土压力。计算时，首先将AB段墙背视为挡土墙单斜向墙背，按 1与角算出沿墙ab的主动土压力强度分布，如图41中abd。再延长下部墙背BC与填土表面
9、交于c点cC为新的假想墙背，按 2和角计算出沿墙ce的主动土压力强度分布图，如图41中cef三角形。在墙背倾角为负值的情况下，BC段墙背上主动土压力作用方向取水平方向。最后取土压力分布图aefgda宋表示沿折线墙背作用的主动土压力强度分布图。 用延长墙背法有一定误差。实践证明，如果上、下墙背的倾角相差超过10以上时，有必要进行修正。这主要是忽略了延长墙背与实际墙背之间的土体及作用其上荷载的重量，多考虑了由于延长墙背和实际墙背土压力方向不同而引起的竖向分量之差。但由于本方法计算简便，一直为工程设计人员广泛采用。文献44指出延长墙背法，有时偏于安全，但也有时偏于不安全，在重要设计中最好采用力多边形
10、法。 当上部与下部墙背形成凹形或墙背过缓，土体将会出现第二破裂面，则应按第二破裂面土压力公式计算。 二、力多边形法 根据作用在破裂楔体上各力所构成的力多边形如图42所示。由此图可求得作用于下部墙背的土压力正E a 2： W下部分墙延长墙背与破裂面之间的土体及其上荷载的重量； 第63页 下部分墙后土体破裂角； A o、B o-与边界条件有关的系数，可以从破裂棱体几何关系中求得，如图4-2中。 其中 只R 1墙后填土对上部分墙的破裂面的反力， E l x作用在上墙背上的水平土压力。 为求得E 2和破裂角，取。 由于力多边形能满足破裂楔体静力平衡矢量闭合条件，因而消除了延长墙背法的误差。第五章 土压
11、力图解法及电算 第一节 库尔曼图解法 挡土墙后填土表面是不规则形状，或者有集中力、不连续等较复杂的荷载，这时就不能直接应用朗金或库仑理论的已有计算土压力的公式及图表。即使应用以上两种理论去求解，也是比较繁琐的。但应用图解法求解土压力则很方便。 土压力图解法是数解法的一种辅助手段，有时比数值解法还要简便，图解法的方法很多，各有优缺点，本手册介绍一种简便而又应用广泛的库尔曼法。 一、填土表面无超载 库尔曼法是基于库仑理论，应用楔体平衡的试算法求主动土压力的一种图解法。按库仑理论土压力计算的原理，当墙后填土达到极限平衡状态时，填土将沿破裂面滑动，而形成滑动楔体。作用在滑动楔体上的力有三个：土楔体的自
12、重大小、方向均已知；E、R方向已知、大小未知。利用平衡力的封闭三角形，即可求得填土推力正。若假定多个不同的滑动面，可按不同滑动楔体的G、R、正，连续画出多个平衡力的封闭三角形，得出沿不同滑动面滑动时产生的不同推力E 1、E 2、E n。将不同推力连成曲线，并作此曲线的铅垂线(平行于G)，得切点m，自m点作平行丑的直线，交OG线于n点，则mn为E的最大值，就是主动土压力值E a(图51)。 库尔曼图解法具体步骤： 1如图52所示，按比例绘出挡土墙和土坡的剖面图，取单位延长米的墙体计算； 第80页2过墙踵B点作自然坡面BF，与水平线成角，作BL与BF成=90角； 3任意假定BC l为滑动面，算出滑
13、动楔体ABC l的重量G l，并按一定比例在BF线上取Bn lG l，自n 1点引BL的平行线，与BC l线交于m l点，则m ln l即为滑动面BC l的主动土压力E l； 4同理，再假定若干个滑动面(最少五个)BC 2、BC 3、BC n等，重复上述步骤，可得出相应的n 2、n 3n n及m 2、m 3、m n等诸点； 5将m 1、m 2、mn各点连成曲线，作该曲线平行于BF线的切线，得切点m，再从m点作与BL平行线，交BF于n点，则mn为所求的主动土压力E a值； 6过m点作BC线，即为相应于正。的滑裂面。 以上作图仅能求得主动土压力正。大小和方向，其作用点可用下法近似求得(图53)： a求出滑动楔体ABC的重心O点； b自O点引BC的平行线，交于墙背O点，该点可视为E a的作用点。 二、填土表面有任意荷载 当填土表面有任意荷载时，求主动土压力图解法基本作法同无荷载时作法。仅需将假定的滑动楔体宽度AC i内的荷载(集中力或分布荷载的合力)和滑动楔体的土
