重力式挡土墙设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3.,墙后填土存在地下水,（以无粘性土为例）,A,B,C,(,h,1,+,h,2,),K,a,w,h,2,挡土墙后有地下水时，作用在墙背上的土侧压力有,土压力,和,水压力,两部分，可分作两层计算，一般假设地下水位上下土层的抗剪强度指标相同,，,地下水位以下土层用浮重度计算,A,点,B,点,C,点,土压力强度,水压力强度,B,点,C,点,作用在墙背的总压力为土压力和水压力之和，作用点在合力分布图形的形心处,h,1,h,2,h,例题分析,【例】,挡土墙高5,m，,墙背直立、光滑，墙后填土面水平，共分两层。各层的物理力学性质指标如图所示，试求主动土压力,E,a,，,并绘出土压力分布图,H,=,5m,1,=17kN/m,3,c,1,=0,1,=34,o,2,=19kN/m,3,c,2,=10kPa,2,=16,o,h,1,=2m,h,2,=3m,A,B,C,K,a,1,0.307,K,a,2,0.568,【,解答】,A,B,C,H=5m,h,1,=2m,h,2,=3m,A,点,B,点上界面,B,点下界面,C,点,主动土压力合力,10.4kPa,4.2kPa,36.6kPa,库仑土压力理论,墙背倾斜、粗糙、填土倾斜时？,库仑土压力理论,库仑,C.A.Coulomb,(1736-1806),一、库仑土压力基本假定,1.,墙后的填土是理想散粒体,2.,滑动破坏面为通过墙踵的平面,3.,滑动土楔为一刚塑性体，本身无变形,二、库仑土压力,G,h,C,A,B,q,墙向前移动或转动时，墙后土体沿某一破坏面,BC,破坏，土楔,ABC,处于主动极限平衡状态,土楔受力情况：,3.,墙背对土楔的反力,E,大小未知，方向与墙背法线夹角为,E,R,1.,土楔自重,G,=,ABC,方向竖直向下,2.,破坏面为,BC,上的反力,R,大小未知，方向与破坏面法线夹角为,库仑土压力理论,A,C,H,B,土楔在三力作用下，静力平衡,W,E,R,W,R,E,-,=90-,、,E,土楔在三力作用下，静力平衡,G,h,A,C,Bq,E,R,滑裂面是任意给定的，不同滑裂面得到一系列土压力,E,，,E,是,q,的函数,，,E,的,最大值,E,max,，即为墙背的主动土压力,E,a,，所对应的滑动面即是最危险滑动面,库仑主动土压力系数，查表确定,土对挡土墙背的摩擦角，根据墙背光滑，排水情况查表确定,基 础 工 程,土木工程学院,主动土压力与墙高的平方成正比,主动土压力强度,主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，合力作用点在离墙底,h,/,3,处，方向与墙背法线成,，与水平面成,（,）,h,hK,a,h,A,C,B,E,a,h/3,说明：土压力强度分布图只代表强度大小，不代表作用方向,主动土压力,例题分析,【例,1】,挡土墙高6.0m，,墙背俯斜，填土为砂土，,=18.5kN/m,3,，,=30,o,，填土坡角、填土与墙背摩擦角等指标如图所示，试按库仑理论求主动土压力,P,a,及作用点,=10,o,=15,o,=20,o,6.0m,A,B,=10,o,P,a,H/3,【,解答】,由,=10,o,，,=15,o,，,=30,o,，,=20,o,查表得到,土压力作用点在距墙底,H/3=2.0m,处,【例,2】,上例中，若填土表面水平，墙背竖直，其余条件不变，试按库仑理论求主动土压力,P,a,及作用点,【,解答】,由,=0,o,，,=0,o,，,=30,o,，,=20,o,查表得到,土压力作用点在距墙底,H/3=2.0m,处,=20,o,6.0m,A,B,P,a,H/3,由例可见，在挡土墙高、摩擦角及填土重度、内摩擦角相同的条件下，墙背倾斜度增大,10,度、填土表面倾角增加,15,度时，主动土压力增大了,61.6%,。,粘性土库仑土压力计算,(1),根据抗剪强度相等的原理计算,由粘性土的抗剪强度指标,c,和计算等值抗剪强度指标,等值内摩擦角,D,，即将,c,也折算在等值内摩擦角中。再代入上述公式计算主动或被动土压力。,等值内摩擦角,D,的计算：,粘性土的抗剪强度 ,f,=tan+c,等值抗剪强度 ,f,=tan,D,上两式相等 ,tan+c=tan,D,故 ,D,=tan,-1,(tan+c/),(2),根据土压力相等的原理计算：,为了简化计算，不论墙形和填土情况，均按,=0,，,=0,，,=0,的情况的土压力公式来折算等值内摩擦角。,按填土为粘性土计算的土压力：,按等值内摩擦角计算的土压力：,两式相等，则,墙背为折线形情况,墙背由不同倾角的平面,AB,和,BC,组成，先以,BC,为墙背计算,BC,面上土压力,E,1,及其分布，然后以,AB,的延长线,AC,作为墙背计算,ABC,面上土压力,只计入,AB,段土压力,E,2,，将两者压力叠加得总压力,B,A,C,C,E,2,E,1,挡土墙设计,一、挡土墙类型,1.重力式挡土墙,块石或素混凝土砌筑而成，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。,2.悬臂式挡土墙,钢筋混凝土建造，立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂板组成，靠墙踵悬臂上的土重维持稳定，墙体内拉应力由钢筋承担，墙身截面尺寸小，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,墙趾,墙踵,立壁,钢筋,3.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，增设扶壁，扶壁间距（,0.8,1.0,）,h,，,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，稳定由拉杆和锚定板来维持,墙趾,墙踵,扶壁,墙板,锚定板,基岩,锚杆,重力式挡土墙,一、重力式挡土墙的选型,1,使墙后土压力最小,重力式挡土墙按墙背的倾斜情况分为仰斜、垂直和俯斜三种。仰斜墙主动土压力最小，俯斜墙主动土压力最大，垂直墙主动土压力处于仰斜和俯斜两者之间，因此仰斜墙较为合理，墙身截面设计较为经济，应优先考虑应用。在进行墙背的倾斜形式选择时，还应根据使用要求、地形条件和施工等情况综合考虑确定。,2,、墙的背坡和面坡的选择,在墙前地面坡度较陡处，墙面坡可取,1,：,0.051:0.2,，也可采用直立的截面。当墙前地形较平坦时，对于中、高挡土墙，墙面坡可用较缓坡度，但不宜缓于,1,：,0.4,，以免增高墙身或增加开挖宽度。仰斜墙墙背坡愈缓，则主动土压力愈小，但为了避免施工困难，墙背仰斜时其倾斜度一般不宜缓于,1,：,0.25,。面坡应尽量与背坡平行,(,图,77),。,3,基底逆坡坡度,在墙体稳定性验算中，倾覆稳定较易满足要求，而滑动稳定常不易满足要求。为了增加墙身的抗滑稳定性，将基底做成逆坡是一种有效的办法,(,图,78),。对于土质地基的基底逆坡一般个育大于,0.I,：,1(n,：,1),。对于岩石地基一般不宜大于,0.2,：,1,。出于基底倾斜，会使基底承载力减少，因此需将地基承载力特征值折减。当基底逆坡为,0.1,：,1,时，折减系数为,0.9,；当基底逆坡为,0.2,：,1,时，折减系数为,0.8,。,二、挡土墙计算,1.稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定,2.地基承载力验算,挡土墙计算内容,3.墙身强度验算,抗倾覆稳定验算,z,f,E,a,E,az,E,ax,G,a,a,0,d,抗倾覆稳定条件,挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾,O,点向外倾覆,O,x,0,x,f,b,z,抗滑稳定验算,抗滑稳定条件,E,a,E,an,E,at,d,G,G,n,G,t,a,a,0,O,挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动,三、重力式挡土墙的体型与构造,m,为基底摩擦系数，根据土的类别查表得到,1.墙背倾斜形式,重力式挡土墙按墙背倾斜方向分为仰斜、直立和俯斜三种形式，三种形式应根据使用要求、地形和施工情况综合确定,2.挡土墙截面尺寸,砌石挡土墙顶宽不小于0.5,m，,混凝土墙可缩小为0.20,m,0.40m，,重力式挡土墙基础底宽约为墙高的1/2,1/3,为了增加挡土墙的抗滑稳定性，将基底做成逆坡,当墙高较大，基底压力超过地基承载力时，可加设墙趾台阶,E,1,仰斜,E,2,直立,E,3,俯斜,三种不同倾斜形式挡土墙土压力之间关系,E,1,E,2,E,3,逆坡,墙趾台阶,3.墙后排水措施,挡土墙后填土由于雨水入渗，抗剪强度降低，土压力增大，同时产生水压力，对挡土墙稳定不利，因此挡土墙应设置很好的排水措施，增加其稳定性,墙后填土宜选择透水性较强的填料，例如砂土、砾石、碎石等，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,4.填土质量要求,泄水孔,粘土夯实,滤水层,泄水孔,粘土夯实,粘土夯实,截水沟,（二）滑动稳定性验算,3,.,1,=,滑动力,抗滑动力,s,K,(,),3,.,1,-,+,=,t,at,an,n,s,G,E,E,G,K,m,（三）地基承载力验算,滑动稳定验算,f,f,2,.,1,p,kmax,p,k,a,a,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该高度的主动土压力，求得该截面的内力，然后按,砌体结构设计规范,进行受压和受剪承载力验算：,（四）墙身强度验算,某地修筑一直立式挡土墙，墙背光滑，墙高,6m,，墙后填土面水平，填土面上有均布荷载,q=20kPa,，填土情况见附图。墙身砌体重度,rk,22kN,m3,，墙体用,M5,水泥砂浆和,MU30,片石砌筑，墙底于地基之间的摩擦系数,=0.5,，地基承载力设计值,f=250kPa,，片石砌体抗压强度容许值,=800kPa,，抗剪强度容许值,=80kPa,。试设计此挡土墙。,