东南大学 基础工程 第七章 挡土墙设计

a4
2 地基承载力验算
a3
G4
H1 H1 H ' 1 G a E a1 E a2 b ∑ i i 3 2 e= 2 ∑G
'
a1
G1 a2
G3
E’a
2 ’ E 1 a
G2 b2 p2 e pmin
e ≤ b/6 e > b/6
Pmax
min
6e ∑ G (1 ± 6e ) = b 2∑ G 3c
P ≤ fa
b1 h1 b pmax c pmax e p1
b
Pmax =
地基承载力验算
Pmax ≤ 1.2 f a
b/2 b/2
3 基础板内力及配筋计算
（1） 墙趾板 ） 忽略墙趾板自重及其上土体 重量产生的弯矩
2
a4
G4 a3
H1
a1
G1
G3
E’a
2 ’ E 1 a
p1b1 ( pmax p1 )b1 2b1 a2 M1 = + 2 2 3 b1 h1 1 2 p2 = ( 2 pmax + p1 )b1 pmax b 6 p1 e pmin
Ealt = Eal cos α 0 = 4.17 × 0.995 = 4.149kN/m
Ealn = Eal sin α 0 = 4.17 × 0.0995 = 0.415kN/m
Ea1
Ea2t = Ea 2 cos α 0 = 74.93 × 0.995 = 74.555kN / m
Ea2n = Ea 2 sin α 0 = 74.93 × 0.0995 = 7.456kN / m
3、扶壁式挡土墙（图7-2c） 、扶壁式挡土墙（ ） 组成：用扶壁增强悬臂式挡土墙立壁的 组成： 抗弯性能 适用范围：墙高超过 米 适用范围：墙高超过10米
针对悬臂式挡土墙立臂受力后 弯矩和挠度过大缺点， 弯矩和挠度过大缺点，增设扶 壁，扶壁间距（0.8～1.0）h， 扶壁间距（0.8～1.0） ， 墙体稳定靠扶壁间填土重维持
§7.5 悬臂式挡土墙设计
q
墙身悬臂 墙趾悬臂 墙踵悬臂
H1 H
b1 h1 b
b2
1 墙身内力及配筋
q H H/2 H/3 Ea2 Ea1
H1
b1 h1 b
b2
（q＋γH）Ka
H H M = γ 0 (γ G E a 1 + γ Q E a 2 ) 3 2 M As = γ s f y h0
钢筋混凝土建造，立臂、墙 钢筋混凝土建造，立臂、 趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂 趾悬臂和墙踵悬臂三块悬臂 板组成， 墙踵悬臂上的土 板组成，靠墙踵悬臂上的土 重维持稳定， 重维持稳定，墙体内拉应力 由钢筋承担， 由钢筋承担，墙身截面尺寸 充分利用材料特性， 小，充分利用材料特性，市 政工程中常用
墙趾 墙踵 立壁 钢筋
墙趾 墙踵 扶壁
4、板桩式挡土墙（图7-2d） 、板桩式挡土墙（ ） 组成：板桩、墙面板、锚栓 组成：板桩、墙面板、 适用：承载力较低的软基、 适用：承载力较低的软基、大型开挖工程 等
锚定板
锚杆
墙板
基岩
预制钢筋混凝土面板、立柱、 预制钢筋混凝土面板、立柱、钢拉杆和埋在土 中锚定板组成， 中锚定板组成，稳定由拉杆和锚定板来维持
Ea1t Ea2n G1 Ea2t
5、墙身强度验算 抗压验算： 抗压验算： N ≤ γ aφ Af
I N = 1.2(G2 + G3 ) = 1.2 × 74.58 = 89.5kN/m 0.72 G2 N
G3 3.0
I
γ aφ Af = 10.58 ×1.76 × 323 = 329.72kN > 89.5kN 1.26 0.5
(162.81 + 0.415 + 7.456) × 0.5 Ks = = 1.367 > 1.3 4.149 + 74.555 16.281
2.0
0.5
4.地基承载力验算 4.地基承载力验算
b 2.5 b′ = = = 2.513m cos α 0 0.995
268.029 115.78 c= = 0.892m 162.81 + 0.415 + 7.456
δ
O
α0
α
x0 xf b
Eax
x f = b z cot α
z f = z b tan α 0
2 抗滑移验算
(Gn + Ean ) Ks = ≥ 1.3 Eat Gt
Gt Ean Gn O G
G n = G cos α 0
δ
Ea Eat
G t = G sin α 0
E an = E a cos(α α 0 δ )
块石或素混凝土砌筑而成， 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。 体抗拉、抗剪强度都较低。 墙身截面尺寸大， 墙身截面尺寸大，一般用 于低挡土墙。 于低挡土墙。
墙趾 墙基 墙面 墙顶
墙背
适用范围：高度小于6 适用范围：高度小于6米、地层稳定、开挖土 地层稳定、 石方不会危及相邻建筑物的地段
' ′ b b e = c = 0.364 < = 0.418 2 6
max min
Ea1n G3 G2
N T 2.0 0.5
p
N 6e 170.681 6 × 0.322 = 1 ± = 1 ± b′ b′ 2.513 2.513
= 127.03 8.82 < 1.2 × 200kPa
方案1 方案1
方案2 方案2
§7.4.3 计算
计算内容： 计算内容： 抗倾覆验算 抗滑移验算 地基承载力验算 墙身强度验算 抗震验算
1抗倾覆验算 抗倾覆验算
Kt =
Gx0 + Eaz x f Eax z f
Baidu Nhomakorabea
≥ 1.6
E az = E a cos(α δ )
G Eaz Ea zf z
E ax = E a sin(α δ )
第七章 挡土墙设计 retaining wall
§7.1 概述 §7.2 挡土墙类型 §7.3 作用在挡土墙上的土压力 §7.4 重力式挡土墙设计 §7.5 悬臂式挡土墙设计 §7.6 扶臂式挡土墙设计
§7.1 概述
挡土墙（retaining wall）用来支撑天然 挡土墙（ ）
或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳 定性，或使部分侧向荷载传递分散 到填土上的一种结构物。
qka
Ea2
γ Hka
∑G = G + G
1
2
+ G3 = 6.875 + 104.5 + 52.25 = 163.625kN/m
Ea1n G3 G2 Ea1t Ea2n G1 Ea2t
Gt = ∑ G sin α 0 = 163.625 × 0.0995 = 16.281kN/m
Gn = ∑ G cos α 0 = 163.625 × 0.995 = 162.81kN/m
x2 = 1.33m
G2 O G1
0.5
x3 = 2.25m
0.25
6.875 × 1.67 + 104.5 × 1.33 + 52.25 × 2.25 268.029 Kt = = = 2.315 > 1.6 4.17 × 2.25 + 74.93 × 1.42 115.78
2.0
3. 抗滑移验算
(4)墙身强度验算 墙身强度验算
抗压验算： 抗压验算：
N ≤ γ aφ Af
抗剪验算： 抗剪验算：
Q ≤ γ a ( f v + 0.18σ u ) A
计算Q时要考虑地震力 计算 时要考虑地震力F 时要考虑地震力
例题
某挡土墙高H为5m，墙背垂直光滑，墙后填土面水 某挡土墙高H 5m，墙背垂直光滑， 挡土墙采用M5水泥砂浆，MU10毛石砌筑 M5水泥砂浆 毛石砌筑， 平，挡土墙采用M5水泥砂浆，MU10毛石砌筑，砌体 填土内摩擦角φ 30， 重度γ 重度γk＝22kN/m3，填土内摩擦角φ＝30 ，粘聚力 填土重度γ 地面荷载q 2.5kPa， c＝0，填土重度γ＝18kN/m3，地面荷载q＝2.5kPa， 基底摩擦系数μ 0.5，地基承载力特征值f 基底摩擦系数μ＝0.5，地基承载力特征值fa＝ 200kPa，试验算挡土墙的稳定性及强度，挡土墙的 200kPa，试验算挡土墙的稳定性及强度， 截面尺寸见图所示。 截面尺寸见图所示。
倾斜形式 应根据使用要求、地形和施工条件等综合考虑。 应根据使用要求、地形和施工条件等综合考虑。
俯斜
直立
仰斜 土压力最小
土压力最大 土压力中等
2、悬臂式挡土墙（图7-2b） 、悬臂式挡土墙（ ） 组成：三悬臂（立壁、墙址、墙踵） 组成：三悬臂（立壁、墙址、墙踵） 受力： 墙踵底板上的土重力来维持挡土 受力：以墙踵底板上的土重力来维持挡土 墙在土压力作用下的稳定 材料： 材料：钢筋混凝土 优点： 优点：墙体截面小 适用范围：墙高超过6米、地基较差、工 适用范围：墙高超过 米 地基较差、 程较重要等情况。 程较重要等情况。
Q 抗剪验算： 抗剪验算： ≤ γ a ( f v + 0.18σ u ) A
′ Q = 1.2 Ea′2 + 1.4 Ea1 = 35.87kN/m
σ=
G2 + G3 74.58 = = 43.38kPa A 1.76
0.5 1.0
E 'a 1 E 'a 2
γ a ( f v + 0.18σ u ) A = 1× (82.5 + 0.18 × 43.38) ×1.76 = 158.9kN > 35.87kN
§7.3 作用在挡土墙的土压力
Rankine 和 Coulomb 土压力理论
§7.3.1 墙后填土有地下水
水土合算和水土分算
§7.3.2 地震时的土压力
F = kG
水平地震系数
1 γ 2 Ea = H Ka ' 2 cos α
地震角(表 － 地震角 表7－1)
§7.4 重力式挡土墙设计
§7.4.1 选型 §7.4.2 构造 §7.4.3 计算
概述
挡 土 结 构 物 及 其 土 压 力
支 撑 天 然 斜 坡
Rigid wall
堤岸挡土墙
填 土
E
E
填土 E
地下室侧墙
拱桥桥台
E
§7.2 挡土墙类型
按断面的几何形状和受力特点可分为： 按断面的几何形状和受力特点可分为： 重力式、悬臂式、扶壁式、板桩式和 重力式、悬臂式、扶壁式、板桩式和地 下连续墙等 下连续墙等。 1、重力式挡土墙（图7-2a） 、重力式挡土墙（ ） 以挡土墙自身重力来维持挡土墙在 土压力作用下的稳定。 土压力作用下的稳定。
2.5kN/m2
4.75
0.25 2.0 0.5
解：1. 计算主动土压力
1 Ea = (0.833 + 30.8) × 5 = 79.1kN / m 2 Ea 1 = 0.833 × 5 = 4.17 kN / m
Ea 2 1 = × (30.8 0.833) × 5 = 74.93kN / m 2
Kt =
Gx0 + Eaz x f Eax z f + Fzw
≥ 1.2
(Gn + Ean + F sin α0 ) ≥ 1.2 Ks = Eat Gt + F cos α0 (3)地基承载力验算 地基承载力验算 N + F sin α 0 6e max pmin = (1 ± ' ) ≤ 1.2 f a ' b b
§7.4.1 选型
1 墙后土压力最小 2墙的背坡和面坡选择
G Ea
α0
4墙趾台阶
z
3基底逆坡选择
O
α
§7.4.2 构造
1、埋置深度 应根据持力层地基土的承载力、冻结因素确 应根据持力层地基土的承载力、 定 2、墙身构造 3、排水措施 4、填土质量要求 5、沉降缝和伸缩缝 6、挡土墙材料要求 7、挡土墙的砌筑质量
α0
α
E at = E a sin(α α 0 δ )
3 地基承载力验算
c=
G N Tα x0 xf
Gx0 + E az x f E ax z f
'
N
Eaz
δ
O
Ea zf z
Eax
α0
b b ' e = c b = 2 cos α 0 N 6e max pmin = ' (1 ± ' ) ≤ 1.2 f a b b
基底倾斜时，fa 基底倾斜时， 应乘以0.8的折减系数
b
p ≤ fa pmax ≤ 1.2fa
4 墙身强度验算
砌体结构设计规范 抗压验算： 抗压验算：
N ≤ γ aφ Af
抗剪验算： 抗剪验算：
Q ≤ γ a ( f v + 0.18σ u ) A
5 挡土墙的抗震计算
(1)抗倾覆验算 抗倾覆验算 (2)抗滑移验算 抗滑移验算
qka
x1 = 1.67 m
Ea1
Ea2
2. 抗倾覆验算
G1 = 1 × 2.5 × 0.25 × 22 = 6.875kN / m 2
γ Hka
G3
4.75
G2 =
1 × 2 × 4.75 × 22 = 104.5kN / m 2 1 G3 = × 4.75 × 22 = 52.25kN / m 2