挡土墙设计教学课件讲解

Ea

sin(90 ) sin( )
G
G 1 rH 2 sec2 cos( ) sin( )
2
cos( )
Ea

1 rH 2 2
sec2
cos( ) sin( cos( )
) cos( ) sin( )
（2）墙身外倾时出现沿墙踵的平面破裂面，破裂面上摩阻力为tgφ； （3）破裂面上土体为刚性体，下滑时土体与墙背间存在内摩阻力tgδ； （4）考虑单位长度墙段。
2）一般情况
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路基路面工程
当破裂棱体处于极限平衡状态时：
Ea sin(90 ) G sin( )
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8）计算参数：
填料的计算内摩擦角和重度 墙背摩擦角
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填料的计算内摩擦角和重度参考值
填料种类 粘性土 砂类土 砂砾、卵石土 碎石土、不易风化的岩石碎块 不易风化的石块
计算内摩擦角 15°～30° 28°～40° 35°～40° 40°～45° 45°～50°
重度γ（kN/m3） 17 18
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路基路面工程
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挡土墙标准断面图
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路堤挡土墙横断面图
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路堑挡土墙横断面图
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挡土墙立面图
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6.5 作用在挡土墙上的力系
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主要力 附加力 特殊力
6）不同土层土压力计算
7）有限范围内土压力计算
图6-18 延长墙背法
8）被动土压力计算
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图6-19 力多边形法
上、下墙分别按库仑理论计算。上墙容易计算，下墙可采用近似方法（延长墙路背基法路）面或工力程多边形
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5）粘性土的土压力
采用等效内摩擦角[D (5 ~ 10 ) ]
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第6章 挡土墙设计
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路基路面工程
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6.1 挡土墙的用途
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1）支撑土体，保持稳定； 2）减少填挖方数量，节约用地； 3）防止水流冲刷（浸水挡土墙）； 4）防治滑坡（山坡墙）。
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]2
cos( ) cos( )
主动土压力系数
土压力水平分力和竖向分力：
Ex Ey

Ea Ea
cos( sin(
) )
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同理可求其它情况的最大主动土压力 ： 2）破裂面交于路基内、荷载的内侧 3）破裂面交于荷载范围内 4）破裂面交于荷载的外侧、路基上 5）破裂面交于外边坡
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3）按挡土墙的墙体材料分: 石砌挡墙 混凝土挡墙 钢筋混凝土挡墙 砖砌挡墙 木质挡墙 钢板墙
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挡土墙类型 重力式挡土墙 半重力式挡土
墙 悬臂式挡土墙 扶壁式挡土墙
锚杆挡土墙
锚定板挡土墙
加筋土挡土墙
（1）求破裂角θ 根据已知条件得
假设破裂面交于荷载分布范围以外
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计算结果显然与原假设不符合。故重新假定破裂面交于荷载分布范围内， 按公式计算
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校核假定：
故破裂面交于荷载分布范围内，与假设符合。破裂面位置
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2、路基挡土墙的土压力考虑： 路基挡土墙一般都有可能有向外的位移或倾覆，因此，在设计中按墙背 土体达到主动极限平衡状态考虑，且取一定的安全系数以保证墙背土体 的稳定。墙趾前土体的被动土压力一般不计。
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土压力的计算
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1）基本假设（库伦，1776年） （1）填料为均质、各向同性的散粒体，仅有内摩擦力而无粘结力，填 料表面为平面；
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6.3 挡土墙的构造
挡土墙一般由 墙身 基础 排水设施 伸缩缝组成
墙身由墙顶、墙面、墙背、 墙底（墙趾、墙踵）组成
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4）基础
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第二破裂面情况
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4）折线形墙背 上、下墙分别按库仑理论计算。上墙容易计算，下墙可采用近似方法（延长墙背法）或力多边形法。
5）粘性土的土压力
采用等效内摩擦角[D (5 ~ 10 ) ]
力多边形法
桩板式挡土墙
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各类挡土墙的适用条件（公路路基设计规范） 适用条件
适用于一般地区、浸水地区和地震地区的路肩、路堤和路堑等支挡工程。墙高 不宜超过 12m，干砌挡土墙的高度不宜超过 6m。高速公路、一级公路不应采用 干砌挡土墙。
适用于不宜采用重力式挡土墙的地下水位较高或较软弱的地基上，墙高不宜超 过 8m。
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6.2 挡土墙的类型
1）按设置位置分为： 路肩墙 路堤墙 路堑墙 山坡墙
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2）按结构特点分为： 重力式（衡重式） 薄壁式（钢筋混凝土） 锚固式（锚杆、锚碇板式） 加筋土式 柱板式 桩板式等
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2
cos( ) sin( cos( )
) cos( ) sin( )

f
( )
确定最大土压力值：
令
dEa
d

0 ，反求 (tg ) ，代入上式得 Ea 的最大值为：
Ea

1 2
rH
2Ka
Ka

cos2 ( )
cos2 cos( )[1 sin( )sin( )
重力、基底法向力及摩擦力、墙后主动 土压力、墙前被动土压力。 浸水时浮力、静水压力、动水压力等； 地震时墙体、填料水平地震惯性力、施 工荷载、水流漂浮物的撞击力等。
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主动、被动、静止土压力
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主动土压力 被动土压力 静止土压力
墙体外移时，土压力减小，由于墙背摩擦力作用，土体随之下 滑，当处于极限平衡状态时，土体作用于墙背的土压力。
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6.4 挡土墙的布置
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1、挡土墙的横向布置：确定断面形式、初步尺寸、选择位置。
2、挡土墙的纵向布置： 1）起讫点、衔接方式 2）确定变形缝的位置 3）布置基础 4）布置泄水孔位置 5）布置各特征点的桩号和标高
3、平面布置：标示与路线平面位置、地物、地貌的关系
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5）排水
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目的：防止地基承载力下降，减小墙背静水压力、冻胀压力、填 料膨胀压力等。
措施：截水沟、边沟、墙背粘土隔水层、粒料反滤层、排水层、 墙身泄水孔等。
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6）接缝 起沉降缝、伸缩缝作用。 间距10~15m，缝宽2~3cm，缝内填塞有弹性的材料。
①保证地基承载力要求，如采用扩大基础、钢筋混凝土底板等。 ②埋置深度要求：防冲刷、防冻胀
对于土质地基，无冲刷时，地面线以下至少1m； 有冲刷时，冲刷线以下至少1m； 有冻害时，冻结线以下至少0.25m。
对于石质地基，要考虑嵌岩深度和襟边宽度 对于滑动地基，处于滑动面以下至少0.5m（稳定岩层）
2m（稳定土层）
墙体内移时，土压力增大，土体向上滑动，当处于极限平衡状 态时，土体作用于墙背的土压力。
墙体不动时，土体不动，未达到极限塑性平衡状态时的土压 力。
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路基挡土墙的土压力考虑
1、主动土压力与被动土压力的区分： 假定挡土墙处于极限移动状态，土体有沿墙及假想破裂面移动的趋势， 则土推墙即为主动土压力，墙推土即为被动土压力。

f
( )
确定最大土压力值：
令
dEa
d

0 ，反求 (tg ) ，代入上式得 Ea 的最大值为：
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12
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sin( )
G 1 rH 2 sec2 cos( ) sin( )
2
cos( )
路基路面工程
Ea

1 rH 2 sec2
40~45
18
35~40
18
30~35
17
值 (0 ~ 1/ 3) (1/ 3 ~ 1/ 2) (1/ 2 ~ 2 / 3)

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6.6 车辆荷载的换算
按荷载强度换算：
h0

q r
q——附加荷载的强度(kN/m2)
H 2m 2m H 10m H 10m
q 20kN/m2
直线内插
q 10kN/m2
18～19 19
19～20
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碎石、不易风化的块石
－
、碎石类Hon土gxia、 TAN不易风化的岩石碎块
－
小卵石、砾石、粗砂、石屑
－
中砂、细砂、砂质土
－
挡土墙墙背性质 墙背光滑
墙背摩擦角参考值 填料排水情况
不良
片、块石砌体，粗糙
良好
干砌片、块石，很粗糙
良好
第二破裂面体，无滑动
良好
45~5路0基路面工程 18
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路基路面工程
a)交于荷载内侧；b)交于荷载中部；c)交于荷载外侧；d）破裂面交于外边坡 back
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20Hale Waihona Puke Baidu9/6/9
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例6.1 有一路肩挡土墙，墙高H=5m，墙身及路基断面尺寸如图所示，试计 算该挡土墙所受主动土压力。墙后填土γ=17kN /m3, ϕ＝35°， δ＝（2/3）ϕ。
力多边形法 6）不同土层土压力计算 7）有限范围内土压力计算 8）被动土压力计算 9）计算参数
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图6-20 路堤墙粘性土主动土压力计算
力多边形法
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6）不同土层土压力计算
7）有限范围内土压力计算
8）被动土压力计算
9）计算参数
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图6-22 有限范围内填土的土压力计算
宜在石料缺乏、地基承载力较低的填方路段采用，墙高不宜超过 5m。 宜在石料缺乏、地基承载力较低的填方路段采用，墙高不宜超过 15m。 宜用于墙高较大的岩质路堑地段，可用作抗滑挡土墙，可采用肋柱式或板壁式 单级墙或多级墙，每级墙高不宜大于 8m，多级墙的上、下级墙体之间应设置宽 度不小于 2m 的平台。 宜使用在缺乏石料地区的路肩墙或路堤墙，但不应建筑在滑坡、坍塌、软土和 膨胀土地区。可采用肋柱式或板壁式，墙高不宜超过 10m。肋柱式锚定板挡土墙 可采用单级或双级墙，每级墙高不宜大于 6m，上、下级墙体之间应设置宽度不 小于 2m 的平台，上下两级墙肋柱宜交错布置。 宜使用在一般地区的路肩墙或路堤墙，但不应建筑在滑坡、水流冲刷、崩塌等 不良地质地段。高速公路、一级公路墙高不宜超过 12m，二级及二级以下公路不 宜超过 20m。当采用多级墙时，每级墙高不宜大于 10m，上、下级墙体之间应设 置宽度不小于 2m 的平台。 用于表土及强风化层较薄的均质岩石地基，挡土墙高度可较大，也可用于地震 区的路堑或路堤支挡或滑坡等特殊地段的治理。
出现第二破裂面的条件： 1、墙背或假想墙背的倾角α或α’必须大于第二破裂面的 倾角αi，即墙背 或假想墙背不妨碍第二破裂面的出现； 2、在墙背或假想墙背面上产生的抗滑力必须大于其下滑力，即NR>NG， 或Ex tan(α+ δ)>Ey+ G，使破裂棱体不会沿墙背或假想墙背下滑。
������ 一般俯斜挡土墙为避免土压力过大，很少采用平缓背坡，不易出现 α>αi的情况，不出现第二破裂面；衡重式挡墙的上墙或悬臂式墙，因采 用的是假想的墙背，δ=φ，只要α>αi，即存在第二破裂面。
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（2）求土压力系数、土压力：
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3）、大俯角墙背的主动土压力—第二破裂面法
有时土体并不沿墙背滑动，而是沿另一滑动面滑动，这一般是折线形重 力墙背、悬臂墙墙背或带衡重台的墙背，其倾角大于第二破裂面的倾角αi、 且墙背面上的抗滑力大于下滑力的情况。