挡土墙设计.ppt

1、挡土墙设计步骤挡土墙设计步骤 1.1.根据具体情况，通过技术经济比较，确定墙趾位置。根据具体情况，通过技术经济比较，确定墙趾位置。2.2.测绘墙趾处的纵向地面线，核对路基横断面图。测绘墙趾处的纵向地面线，核对路基横断面图。3.3.收集墙趾处的地质水文资料。收集墙趾处的地质水文资料。4.4.选择墙后填料，确定填料的物理力学计算参数和地基计算参数。选择墙后填料，确定填料的物理力学计算参数和地基计算参数。5.5.进行挡土墙断面形式，构造和材料设计。进行挡土墙断面形式，构造和材料设计。6.6.进行挡土墙的纵向设计。进行挡土墙的纵向设计。7.7.确定挡土墙横断面尺寸。确定挡土墙横断面尺寸。8.8.绘制挡

2、土墙立面、横断面和平面图。绘制挡土墙立面、横断面和平面图。1 1、公路挡土墙设计与施工技术细则公路挡土墙设计与施工技术细则2 2、公路路基设计规范公路路基设计规范JTGD 30-2004JTGD 30-2004（一）作用在挡土墙上的力系（一）作用在挡土墙上的力系原则：根据挡土墙所处的具体工作条件、最不利组合原则：根据挡土墙所处的具体工作条件、最不利组合 一般地区一般地区 ：仅考虑永久荷载和基本可变荷载仅考虑永久荷载和基本可变荷载 浸水地区，地震区还应考虑其他可变荷载和偶然荷载浸水地区，地震区还应考虑其他可变荷载和偶然荷载（二）不同条件下荷载组合（二）不同条件下荷载组合1 1、车辆荷载换算土层厚

3、度、车辆荷载换算土层厚度（1 1）按墙高确定的附加荷载强度进行换算）按墙高确定的附加荷载强度进行换算：q 车辆荷载附加荷载强度，墙高小于 2 m，取 20kN/m2；墙高大于 10 m，取10kN/m2；墙高在 210m 之间时，附加荷载强度用直线内插法计 qh0（2 2）根据破裂棱体范围内布置的车辆荷载换算）根据破裂棱体范围内布置的车辆荷载换算LBQh00 B0不计车辆荷载作用时破裂棱体的宽度（不计车辆荷载作用时破裂棱体的宽度（m），对于路堤墙为破），对于路堤墙为破裂棱体范围内的路基宽度（即不计边坡部分的宽度裂棱体范围内的路基宽度（即不计边坡部分的宽度b）；）；(横向横向)有正负之分）（注意

4、：tantan)(0bHaHB 挡土墙的计算长度即挡土墙的计算长度即挡土墙的扩散长度（挡土墙的扩散长度（L L）,可按下式计算可按下式计算：（纵向）：（纵向）L挡土墙的计算长度（挡土墙的计算长度（m）；）；oaHLL30tan)2(0L0标准汽车前后轴轴距加轮胎着地长度（标准汽车前后轴轴距加轮胎着地长度（12.8+0.2=13 m）当挡土墙的扩散长度当挡土墙的扩散长度20m 时，挡土墙的计算长度时，挡土墙的计算长度L=扩散长度；扩散长度；当挡土墙的扩散长度当挡土墙的扩散长度20m 时，挡土墙的计算长度时，挡土墙的计算长度L=20m（分段长度）（分段长度）。Q布置在布置在B0L面积内的车轮总重；

5、面积内的车轮总重；纵向纵向：当取用挡土墙分段长度时，为分段长度内可能布置的车轮；当取标：当取用挡土墙分段长度时，为分段长度内可能布置的车轮；当取标准汽车的扩散长度时为一辆标准汽车重力（准汽车的扩散长度时为一辆标准汽车重力（550KN）。）。横向横向：破裂棱体宽度：破裂棱体宽度B0 范围内可能布置的车轮。车辆外侧车轮中线距路面范围内可能布置的车轮。车辆外侧车轮中线距路面（或硬路肩）、安全带边缘的距离为（或硬路肩）、安全带边缘的距离为0.5m。路肩墙则车轮外缘靠墙顶内缘布。路肩墙则车轮外缘靠墙顶内缘布置。若横向布置的车辆不为整数，则小数部分按半辆标准车计算。置。若横向布置的车辆不为整数，则小数部分

6、按半辆标准车计算。2 2、计算参数、计算参数 （1 1）填料的计算内摩擦角和重度）填料的计算内摩擦角和重度 最好按填料的实际工作情况进行试验，并考虑一定的安全度最好按填料的实际工作情况进行试验，并考虑一定的安全度后再确定。当缺乏可靠试验数据时，填料内摩擦角可参照表后再确定。当缺乏可靠试验数据时，填料内摩擦角可参照表8.3.38.3.3选选（2 2）墙背摩擦角）墙背摩擦角 值视墙背的粗糙程度和墙后填料的性质及排水条件而定。无值视墙背的粗糙程度和墙后填料的性质及排水条件而定。无试验资料时，可参考表试验资料时，可参考表8.3.48.3.4数据选用。数据选用。（3 3）基底与基底土间的摩擦系数（基底与

7、基底土间的摩擦系数（书中无此表书中无此表）一、一般条件下库伦主动土压力计算一、一般条件下库伦主动土压力计算（一）库仑理论的假设（一）库仑理论的假设1.假设墙背填料为均质散粒体，假设墙背填料为均质散粒体，仅有内摩擦力，而无粘聚力。仅有内摩擦力，而无粘聚力。2.当墙背向外移动或绕墙趾外倾时，墙背填料会出现一当墙背向外移动或绕墙趾外倾时，墙背填料会出现一通过墙通过墙踵的破裂面踵的破裂面，且为平面且为平面。3.破裂面上的土楔为刚性体，根据极限平衡状态可以确定主动破裂面上的土楔为刚性体，根据极限平衡状态可以确定主动土压力土压力Ea。4.设计中，对于被动土压力设计中，对于被动土压力Ep，往往忽略不计，往往

8、忽略不计，只考虑主动土只考虑主动土压力压力Ea。5.通过墙踵，假拟通过墙踵，假拟若干个破裂面若干个破裂面，其中使主动土压力达到最大，其中使主动土压力达到最大的那个破裂面就是最危险的破裂面，破裂面与竖直方向的夹角的那个破裂面就是最危险的破裂面，破裂面与竖直方向的夹角为为破裂角破裂角。6.假设主动土压力沿墙高成线性分布，土压力作用在墙高下三假设主动土压力沿墙高成线性分布，土压力作用在墙高下三分之一处（土楔上无荷载作用时），与墙背的法向夹角为分之一处（土楔上无荷载作用时），与墙背的法向夹角为。挡土墙土压力计算挡土墙土压力计算（二）库仑主动土压力计算步骤（二）库仑主动土压力计算步骤1、根据原始材料，确

9、定挡土墙形式和几何尺寸。、根据原始材料，确定挡土墙形式和几何尺寸。2、假设破裂面在荷载作用范围内。、假设破裂面在荷载作用范围内。3、计算破裂角、计算破裂角。4、验证计算的破裂面是否在荷载作用范围内。、验证计算的破裂面是否在荷载作用范围内。5、若在，则计算最大主动土压力的大小。、若在，则计算最大主动土压力的大小。6、若不在，则重新假设破裂面位置。、若不在，则重新假设破裂面位置。注意：注意：根据破裂面交于路基面的位置不同，挡土墙土压力计算图示可分为五种根据破裂面交于路基面的位置不同，挡土墙土压力计算图示可分为五种（以路堤挡土墙为例）：（以路堤挡土墙为例）：破裂面交于内边坡破裂面交于内边坡破裂面交于

10、荷载的破裂面交于荷载的破裂面交于外边坡破裂面交于外边坡内侧内侧中部中部外侧外侧计算计算Ea（三）库仑主动土压力公式的推导（三）库仑主动土压力公式的推导（破裂面交于内边坡时）破裂面交于内边坡时）1.力的大小力的大小由正弦定理：由正弦定理：2.最大主动土压力最大主动土压力最危险破裂面的确定最危险破裂面的确定当参数当参数、固定时，固定时，Ea随破裂面的位置而变化，随破裂面的位置而变化，即即Ea是破裂角是破裂角的函数。为求最大土压力的函数。为求最大土压力Ea，可以用求驻，可以用求驻点的办法，得到如上图边界条件点的办法，得到如上图边界条件 的最大土压力公式和最危的最大土压力公式和最危险破裂角如下：险破裂

11、角如下：222221cos()1=22sin()sin()coscos()1cos()cos()aaEHH K tgQQPRP242Pcossincos(）sin coscos（）Q=cos()cos（）cos(）cos（）Rcos sincos(）sincos（）cos 3.力的方向和作用点力的方向和作用点1）力的方向）力的方向静力平衡状态决定其与墙背法线夹角等于内摩擦角静力平衡状态决定其与墙背法线夹角等于内摩擦角2）力的作用点）力的作用点舍弃土楔为刚体的假设，引用土楔为松散体假设，土压力对舍弃土楔为刚体的假设，引用土楔为松散体假设，土压力对高度求导，绘出土压应力分布图，力的作用点在压应力分

12、布高度求导，绘出土压应力分布图，力的作用点在压应力分布图的形心处。图的形心处。4.破裂面位于其他位置的库仑表达式破裂面位于其他位置的库仑表达式由于静力平衡条件不变，破裂面交于路基表面和外边坡时，由于静力平衡条件不变，破裂面交于路基表面和外边坡时，只需要改变土楔重力只需要改变土楔重力G的表达式，同时在土压应力分布图中的表达式，同时在土压应力分布图中叠加车辆荷载，就能得到类似的表达式。见书中叠加车辆荷载，就能得到类似的表达式。见书中141-145页页1 1、以上是路堤挡土墙俯斜墙背的集计几种算图示，荷、以上是路堤挡土墙俯斜墙背的集计几种算图示，荷载是在行车道上布置的，此公式也可用于其它挡土载是在行

13、车道上布置的，此公式也可用于其它挡土墙：路肩挡土墙：墙：路肩挡土墙：a=b=0a=b=0 对于对于：有正，有负，有：有正，有负，有0 0 当荷载沿路肩边缘布置时，当荷载沿路肩边缘布置时，d=0.d=0.（有个（有个作业）作业）2 2、计算、计算EaEa，首先要确定产生最大土压力的破裂面，求，首先要确定产生最大土压力的破裂面，求出破裂角出破裂角，但这在事先并不知道，必须进行试算，但这在事先并不知道，必须进行试算，试算时，通常假定破裂面位置通过试算时，通常假定破裂面位置通过荷载中心荷载中心(142(142页页图图8.3.48.3.4（b b）)，按图示及相应的公式计算破裂角，按图示及相应的公式计算

14、破裂角，然后与原定的破裂面位置作比较，看是否相符，最然后与原定的破裂面位置作比较，看是否相符，最后，据此确定破裂角后，据此确定破裂角，计算，计算EaEa。二、大俯角墙背的主动土压力二、大俯角墙背的主动土压力第二破裂面法第二破裂面法（一）出现第二破裂面的条件（一）出现第二破裂面的条件1）墙背或假想墙背的倾角必须大于第二破裂面的倾角。）墙背或假想墙背的倾角必须大于第二破裂面的倾角。（即：墙背或假想墙背不妨碍第二破裂面的出现）（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抗滑力必须大于其下滑力）在墙背或假想墙背面上产生抗滑力必须大于其下滑力（即：使破裂面棱体不沿墙背或假象墙

15、背下滑）（即：使破裂面棱体不沿墙背或假象墙背下滑）衡重式挡土墙上墙土压力分析图衡重式挡土墙上墙土压力分析图（一）推导过程（一）推导过程1根据边界条件，计算破裂棱体（包括棱体上的荷载）的重量根据边界条件，计算破裂棱体（包括棱体上的荷载）的重量G2从力三角形求从力三角形求Ex的方程式的方程式3求求Ex的最大值及相应的破裂角的最大值及相应的破裂角 i和和 i（求驻点的办法）（求驻点的办法）4求主动土压力求主动土压力Ea的作用点的作用点iiiiaxtgtgGEEcosixaixyixxEEtgEEtgtgHhHbbyAcEtgtghaaxAEseccos1212111cos12111220020222

16、222或绘土压应力分布图绘土压应力分布图 ixyhhxtgZBZhhhahahhhhhhhahdyydyZ30122302112300223333三、折线形墙背的土压力计算三、折线形墙背的土压力计算（一）上墙土压力（一）上墙土压力不考虑下墙影响不考虑下墙影响,按照俯斜墙背计算土压力按照俯斜墙背计算土压力,衡重式考虑是否出现第二破裂面衡重式考虑是否出现第二破裂面以墙背转折点或衡重台为界分为上墙、下墙以墙背转折点或衡重台为界分为上墙、下墙，分别计算取两者矢量和，分别计算取两者矢量和（二）下墙土压力计算（二）下墙土压力计算1.延长墙背法延长墙背法在上墙土压力算出后，延长下在上墙土压力算出后，延长下墙

17、墙背交于填土表面墙墙背交于填土表面C，以，以BC为假想墙背，根据延长墙背的为假想墙背，根据延长墙背的边界条件，用相应的库伦公式边界条件，用相应的库伦公式计算土压力，并绘出墙背应力计算土压力，并绘出墙背应力分布图，从中截取下墙分布图，从中截取下墙BB 部分部分的应力图作为下墙的土压力。的应力图作为下墙的土压力。将上下墙两部分应力图叠加，将上下墙两部分应力图叠加，即为全墙土压力即为全墙土压力 2.力多边形法力多边形法在墙背土体处于极限平衡条件下，作用于破裂棱体上的诸力，应构成矢量闭合的力在墙背土体处于极限平衡条件下，作用于破裂棱体上的诸力，应构成矢量闭合的力多边形。在算得上墙土压力多边形。在算得上

18、墙土压力E1后，就可绘出下墙任一破裂面力多边形。利用力多边后，就可绘出下墙任一破裂面力多边形。利用力多边形来推求下墙土压力形来推求下墙土压力 四、墙后为粘性土土压力计算四、墙后为粘性土土压力计算（一）等效内摩擦角法（一）等效内摩擦角法按换算前后土的抗剪强度相等的原则或土压力相等的原则来计算按换算前后土的抗剪强度相等的原则或土压力相等的原则来计算 D 值。值。通常把粘性土的内摩擦角值增大通常把粘性土的内摩擦角值增大510，或采用等效内摩擦角，或采用等效内摩擦角 D为为 3035。对于矮墙偏于安全，对于高墙则偏于危险。因此在设计高墙时，对于矮墙偏于安全，对于高墙则偏于危险。因此在设计高墙时，应按墙

19、高酌情降低应按墙高酌情降低 D 值值（二）力多边形法（二）力多边形法1.首先求得当首先求得当c=0时的土压力时的土压力E，Ea=EEc ；2.再求得由于粘聚力的作用而减再求得由于粘聚力的作用而减少的土压力少的土压力 Ec3.用求驻点的办法求最大土压力用求驻点的办法求最大土压力和最危险破裂面和最危险破裂面 五、不同土层的土压力五、不同土层的土压力填土为两层以上不同性质的土体，首先求得上一土层的土压力及作用填土为两层以上不同性质的土体，首先求得上一土层的土压力及作用点，并近似的假定上下两土层层面平行。点，并近似的假定上下两土层层面平行。计算下一土层时，将上一土计算下一土层时，将上一土层视为均布荷载

20、，按地面为一平面时的库仑公式计算。层视为均布荷载，按地面为一平面时的库仑公式计算。六、有限范围填土时的土压力六、有限范围填土时的土压力挡土墙修在陡坡的半路堤上，或者山坡土体有倾向路基的层面，则墙后存在着已知挡土墙修在陡坡的半路堤上，或者山坡土体有倾向路基的层面，则墙后存在着已知坡面或潜在滑动面，当其倾角陡于由计算求得的破裂面的倾角时，墙后填料将沿着坡面或潜在滑动面，当其倾角陡于由计算求得的破裂面的倾角时，墙后填料将沿着陡破面陡破面(或滑动面或滑动面)下滑，而不是沿着计算破裂面下滑，土压力计算的破裂面为由勘下滑，而不是沿着计算破裂面下滑，土压力计算的破裂面为由勘察确定的实际可能发生的破裂面。计算

21、时不必求取最危险破裂面和最大土压力。察确定的实际可能发生的破裂面。计算时不必求取最危险破裂面和最大土压力。七、被动土压力七、被动土压力EH KKxPPP1212222cos()coscos()sin()sin()cos()cos()通常情况下挡土墙前的被动土压力可不计算，当基础埋置较深且地层通常情况下挡土墙前的被动土压力可不计算，当基础埋置较深且地层稳定、不受水流冲刷和扰动破坏时，可计入，但是应对被动土压力的稳定、不受水流冲刷和扰动破坏时，可计入，但是应对被动土压力的计算值进行大幅度的折减计算值进行大幅度的折减 重力式挡土墙本身必须具有足够的整体稳定性，墙身界面应重力式挡土墙本身必须具有足够的

22、整体稳定性，墙身界面应具有足够的强度，以抵御墙后的土体。为此，重力式挡土墙具有足够的强度，以抵御墙后的土体。为此，重力式挡土墙的设计应满足下列要求：的设计应满足下列要求：要求要求指标指标1.1.不产生墙身沿基不产生墙身沿基底的滑移破坏底的滑移破坏滑动稳定系数滑动稳定系数 KcKc1.31.32.2.不产生墙身绕墙不产生墙身绕墙趾的倾覆趾的倾覆倾覆稳定系数倾覆稳定系数K K0 01.51.53.3.不出现因基底过不出现因基底过度的不均匀沉降而度的不均匀沉降而引起的墙身倾斜引起的墙身倾斜作用于基底的合力偏心距作用于基底的合力偏心距e e (土质）；土质）；e e (石质石质)4.4.地基不出现过大

23、地基不出现过大的下沉的下沉基底最大压应力小于等于地基的容许承载能力基底最大压应力小于等于地基的容许承载能力5.5.墙身截面不产生墙身截面不产生开裂、破坏开裂、破坏墙身截面上的压应力墙身截面上的压应力maxmax及剪应力及剪应力1 1，拉应力，拉应力minmin小小于材料的容许应力于材料的容许应力6B4B1.1.挡土墙滑动稳定性验算挡土墙滑动稳定性验算GEyExEpa a0XyCEfEGK)(注意：注意：1、墙趾前土体的被动土压力，在计算中一、墙趾前土体的被动土压力，在计算中一般忽略不计。般忽略不计。2、f为基底的摩擦系数，无试验资料时，可为基底的摩擦系数，无试验资料时，可参考下表进行取值参考下

24、表进行取值基底类别基底类别摩擦系数摩擦系数基底类别基底类别摩擦系数摩擦系数粘性土粘性土软塑状态软塑状态 0.250.25砾（卵）石类土砾（卵）石类土0.400.500.400.50硬塑状态硬塑状态0.250.300.250.30软质岩石软质岩石0.400.600.400.60半坚硬状态半坚硬状态0.300.400.300.40表面粗糙的硬质岩石表面粗糙的硬质岩石0.600.700.600.70砂砂0.400.402.2.挡土墙滑倾覆稳定性验算挡土墙滑倾覆稳定性验算xxyyGZEZEGZK03.3.基底合力偏心矩和压应力验算基底合力偏心矩和压应力验算yxxyyGNEGZEZEGZBZBe22ZN

25、作用于基底的合力法向分力作用于基底的合力法向分力N对墙趾对墙趾O的力臂（的力臂（m）。）。当当eB/6时，墙趾或墙踵处的压应力按下式计算：时，墙趾或墙踵处的压应力按下式计算：BeBEGy61minmax,当当eB/6时，基底出现拉应力，一般均不考虑地基能承受此拉力，时，基底出现拉应力，一般均不考虑地基能承受此拉力，则基底应力重分布，此时按照下式计算最大压应力：则基底应力重分布，此时按照下式计算最大压应力：NyZEG3)(2max4.4.墙身截面强度验算墙身截面强度验算第四节第四节 加筋土挡土墙设计加筋土挡土墙设计一、加筋土的机理一、加筋土的机理Tmax活动区活动区稳定区稳定区二、加筋土挡土墙的

26、构造二、加筋土挡土墙的构造 1.横断面横断面2.加筋方式加筋方式3.基础基础加筋体面板基础底面的基础形式宜采用普通混凝土或钢筋混凝土扩大基础，加筋体面板基础底面的基础形式宜采用普通混凝土或钢筋混凝土扩大基础，基础埋深规定同重力式挡土墙。基础埋深规定同重力式挡土墙。4.沉降沉降伸缩缝伸缩缝加筋土挡土墙应根据地形、地质、墙高等条件设置沉降缝，其间距对土质加筋土挡土墙应根据地形、地质、墙高等条件设置沉降缝，其间距对土质地基为地基为1030m、岩石地基可适当增大。当设置整体式路檐板时，酌情设、岩石地基可适当增大。当设置整体式路檐板时，酌情设置伸缩缝，其间距一般与沉降缝一致。置伸缩缝，其间距一般与沉降缝

27、一致。5.填料填料加筋土填料应使用渗水性的砂类或砾碎石类，压实度要达到高标准。加筋土填料应使用渗水性的砂类或砾碎石类，压实度要达到高标准。6.筋带筋带扁钢带、钢筋混凝土板带、钢塑复合带、土工格栅、聚丙烯土工带扁钢带、钢筋混凝土板带、钢塑复合带、土工格栅、聚丙烯土工带7.面板面板三、加筋土挡土墙的结构分析三、加筋土挡土墙的结构分析1.外部稳定性分析外部稳定性分析1）滑动稳定性分析；）滑动稳定性分析；2）倾覆稳定性分析；）倾覆稳定性分析；3）基底偏心矩和基底应力验算；）基底偏心矩和基底应力验算；4）建于软土地基上或地基下可能存在深层滑动时，）建于软土地基上或地基下可能存在深层滑动时，应做加筋体与地基整体稳定分析应做加筋体与地基整体稳定分析方法同重力式挡土墙方法同重力式挡土墙1.内部稳定性分析内部稳定性分析1）拉筋的拉断分析；）拉筋的拉断分析；2）拉筋的拔出分析；）拉筋的拔出分析；3）拉筋的耐久性分析；）拉筋的耐久性分析；依此确定需要拉筋的密度、长度和依此确定需要拉筋的密度、长度和截面面积截面面积