东南大学-基础工程-第七章--挡土墙设计

第七章挡土墙设计retainingwall§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（retainingwall）用来支撑天然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。挡土结构物及其土压力概述Rigidwall支撑天然斜坡E地下室侧墙E填土E填土堤岸挡土墙拱桥桥台E§7.2挡土墙类型按断面的几何形状和受力特点可分为：重力式、悬臂式、扶壁式、板桩式和地下连续墙等。1、重力式挡土墙（图7-2a）以挡土墙自身重力来维持挡土墙在土压力作用下的稳定。墙顶墙基墙趾墙面墙背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。适用范围：高度小于6米、地层稳定、开挖土石方不会危及相邻建筑物的地段俯斜直立仰斜土压力最大土压力中等土压力最小倾斜形式应根据使用要求、地形和施工条件等综合考虑。2、悬臂式挡土墙（图7-2b）组成：三悬臂（立壁、墙址、墙踵）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：钢筋混凝土优点：墙体截面小适用范围：墙高超过6米、地基较差、工程较重要等情况。墙趾墙踵立壁钢筋钢筋混凝土建造，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3、扶壁式挡土墙（图7-2c）组成：用扶壁增强悬臂式挡土墙立壁的抗弯性能适用范围：墙高超过10米墙趾墙踵扶壁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、板桩式挡土墙（图7-2d）组成：板桩、墙面板、锚栓适用：承载力较低的软基、大型开挖工程等墙板锚定板基岩锚杆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Rankine和Coulomb土压力理论§7.3作用在挡土墙的土压力§7.3.1墙后填土有地下水§7.3.2地震时的土压力FkG2'12cosaaEHK地震角(表7－1)水平地震系数水土合算和水土分算§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§7.4.1选型•1墙后土压力最小•2墙的背坡和面坡选择•3基底逆坡选择•4墙趾台阶EaG0Oz•1、埋置深度•应根据持力层地基土的承载力、冻结因素确定•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§7.4.2构造•方案1方案2§7.4.3计算•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zfEaEazEaxG0dOx0xfbz6.10faxfaztzExEGxK)cos(daazEE)sin(daaxEEcotzbxf0tanbzzf2抗滑移验算3.1)(tatannsGEEGK0cosGGn)cos(0daanEE0sinGGt)sin(0daatEEEaEanEatdGGnGt0O3地基承载力验算zfEaEazEaxG0dOx0xfbzNT0azfaxfGxExEzcN'2bec'0cosbbp≤fapmax≤1.2famaxmin''6(1)1.2aNepfbb基底倾斜时，fa应乘以0.8的折减系数4墙身强度验算砌体结构设计规范aNAf抗压验算：抗剪验算：(0.18)avuQfA5挡土墙的抗震计算•(1)抗倾覆验算01.2azftaxfwGxExKEzFz•(2)抗滑移验算00(sin)1.2cosnansattGEFKEGF(3)地基承载力验算max0min''sin6(1)1.2aNFepfbb(4)墙身强度验算aNAf抗压验算：抗剪验算：(0.18)avuQfA计算Q时要考虑地震力F例题•某挡土墙高H为5m，墙背垂直光滑，墙后填土面水平，挡土墙采用M5水泥砂浆，MU10毛石砌筑，砌体重度γk＝22kN/m3，填土内摩擦角φ＝30˚，粘聚力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fa＝200kPa，试验算挡土墙的稳定性及强度，挡土墙的截面尺寸见图所示。2.00.50.254.752.5kN/m2解：1.计算主动土压力10.83354.17/aEkNm21(30.80.833)574.93/2aEkNmEa2aqkEa1aHk1(0.83330.8)579.1/2aEkNm2.抗倾覆验算112.50.25226.875/2GkNm2124.7522104.5/2GkNm314.752252.25/2GkNm6.8751.67104.51.3352.252.25268.0292.3151.64.172.2574.931.42115.78tK11.67xm21.33xm32.25xm2.00.50.254.75G2G3G1O3.抗滑移验算aqkEa1Ea2aHk2.00.5G2G3G1Ea1nEa1tEa2nEa2taltal0cos4.170.9954.149kN/mEEalnal0sin4.170.09950.415kN/mEEa2ta20cos74.930.99574.555kN/mEEa2na20sin74.930.09957.456kN/mEE1236.875104.552.25163.625kN/mGGGGt0sin163.6250.099516.281kN/mGGn0cos163.6250.995162.81kN/mGG(162.810.4157.456)0.51.3671.34.14974.55516.281sK4.地基承载力验算maxmin6170.68160.322112.5132.513Nepbb127.031.2200kPa8.8202.52.513mcos0.995bb'0.3640.41826bbec268.029115.780.892m162.810.4157.456c2.00.5G2G3G1Ea1nEa1tEa2nEa2tNT5、墙身强度验算'1aE'2aE0.51.0G3G2N1.260.5II3.00.72aNAf抗压验算：抗剪验算：(0.18)avuQfA231.2()1.274.5889.5kN/mNGGa10.581.76323329.72kN89.5kNAfa2a11.21.4QEE35.87kN/m2374.5843.38kPa1.76GGAavu(0.18)1(82.50.1843.38)1.76fA158.9kN35.87kN§7.5悬臂式挡土墙设计•墙身悬臂•墙趾悬臂•墙踵悬臂bb2b1h1qHH11墙身内力及配筋bb2b1h1qHH1Ea2Ea1H/2H/3（q＋γH）Ka)23(210HEHEMaQaG0hfMAyss2地基承载力验算bb2b1h1G4H1G3G2G1a1a2a3a4E’a2E’a1)61(minmaxbebGPGHEHEaGbeaaii23212'11'6/be6/becGP32maxafPafP2.1max地基承载力验算eeb/2b/2pmaxpmaxpminp1p2c3基础板内力及配筋计算bb2b1h1G4H1G3G2G1a1a2a3a4E’a2E’a1eeb/2b/2pmaxpmaxpminp1p2c211max111max2111)2(61322)(2bppbbppbpM（1）墙趾板忽略墙趾板自重及其上土体重量产生的弯矩3基础板内力及配筋计算bb2b1h1G4H1G3G2G1a1a2a3a4E’a2E’a1eeb/2b/2pmaxpmaxpminp1p2c2221min122min222min2212)]()(2[6123)(22bpqpqbppbpbqM（2）墙踵板q1：墙踵板自重及G3和G4产生的均布荷载。4稳定性验算•（1）抗倾覆稳定性6.12312'11'332211HEHEaGaGaGKaat•（2）抗滑移稳定性3.1)(2'1'321aasEEGGGKbb2b1h1G4H1G3G2G1a1a2a3a4E’a2E’a1提高稳定性措施减少土的侧压力增加内摩擦角，设置减压平台增加墙踵的悬臂长度设置抗滑拖板，墙踵部分加长。提高基础的抗滑能力基础板做成倾斜面设置滑移键•悬臂式挡土墙截面尺寸如图所示。墙面上活荷载q=4kPa，地基土为粘性土，承载力特征值fa=100kPa。墙后填土重度γ=18kN/m3，内摩擦角φ=30o。挡土墙底面处在地下水位以上。求挡土墙墙身及基础底板的配筋，进行稳定性验算和土的承载力验算，挡土墙材料采用C25级混凝土及HPB235，HRB335级钢筋。18001000600200q＝4kPa2500G3G2G1a1a2a3a4500100100G4100100【解】：•1.确定侧压力222121tan45tan45222aaaEEEHqH22213030183tan(45)43tan4522227431kN/m•2.墙身内力及配筋计算0123311.2271.443232GaQaHHMEE32.48.440.8kNm/m2ssy040800000884mm/m0.932300165MAfhs221c0408000000.126111.91000165Mafbh•沿墙身每米配置8Ф12的竖向受力钢筋，钢筋的1/2伸至顶部，其余的在墙高中部（1/2墙高处）截断。在水平方向配置构造分布筋10@300。0.932s•3地基承载力验算11(0.10.2)32511.3kN/m2G21(0.10.2)1.6250.20.2257kN/m2G30.1311854.9kN/m2G4414kN/mG18001000600200q＝4kPa2500G3G2G1a1a2a3a4500100100G422221130tan45183.2tan452222alEH30.7kN/m22a230tan4543.2tan454.3kN/m22EqH11223344121234()322aaHHGaGaGaGaEEbeGGGG3.23.2(11.30.7270.8754.91.341.3)30.74.31.832211.3754.9451.20.90.237m77.2maxmin677.260.237111.811.8Gepbb76.8kPa9.0kPamaxa1.2120kPapf76.8942.9kPa100kPa2p•4基础底板的内力及配筋计算8.1366.0971.371.25.21.439.61.82(11.3754.9)1.241.4e