6.2 挡土墙土压力计算 6.2.1 作用在挡土墙上的力系 挡土墙设计关键是确定作用于挡土墙上的力系，其中主要是确定土压力。 作用在挡土墙上的力系，按力的作用性质分为主要力系、附加J力和特殊力. 主要力系是经常作用于挡土墙的各种力，如图6—11所示, 它包括： 1．挡土墙自重G及位于墙上的衡载； 2．墙后土体的主动土压力Ea(包括作用在墙后填料破裂棱体上的荷载，简称超载); 3．基底的法向反力N及摩擦力T； 4．墙前土体的被动土压力Ep . 对浸水挡土墙而言，在主要力系中尚应包括常水位时的静水压力和浮力。 附加力是季节性作用于挡土墙的各种力，例如洪水时的静水压力和浮力、动力压力、波浪冲击力、冻胀压力以及冰压力等。 特殊力是偶然出现的力，例如地震力、施工荷载、水流漂浮物的撞击力等。 在一般地区，挡土墙设计仅考虑主要力系．在浸水地区还应考虑附加力，而在地震区应考虑地震对挡土墙的影响。各种力的取舍，应根据挡土墙所处的具体工作条件，按最不利的组合作为设计的依据。 6.2.2 一般条件下库伦(coulomb)主动土压力计算 土压力是挡土墙的主要设计荷载。挡土墙的位移情况不同，可以形成不同性质的土压力(图6—12)。当挡土墙向外移动时(位移或倾覆)，土压力随之减少，直到墙后土体沿破裂面下滑而处于极限平衡状态，作用于墙背的土压力称主动土压力；当墙向土体挤压移动，土压力随之增大，上体被推移向上滑动处于极限平衡状态，此时土体对墙的抗力称为被动土压力；墙处于原来位置不动，土压力介于两者之间，称为静止土压力.
采用哪种性质的土压力作为档土墙设计荷载，要根据挡土墙的具体条件而定。 路基档土墙一般都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，且设计时取一定的安全系数，以保证墙背土体的稳定。对于墙趾前土体的被动土压力Ep, 在挡土墙基础一般埋深的情况下，考虑到各种自然力和人畜活动的作用，一般均不计，以偏于安全. 主动土压力计算的理论和方法，在土力学中已有专门论述，这里仅结合路基挡土墙的设计，介绍库伦土压力计算方法的具体应用。 (一)各种边界条件下主动土压力计算 路基挡土墙因路基形式和荷载分布的不同，土压力有多种计算图式. 以路堤挡土墙为例，按破裂面交于路基面的位置不同，可分为5种图示：破裂面交于内边坡，破裂面交于荷载的内侧、中部和外侧，以及破裂面交于外边坡。兹分述如下： 1．破裂面交于内边坡(图6—13) 这一图式适用于路堤式或路堑式挡土墙。图中AB为挡土墙墙背，BC为破裂面，BC与铅垂线的夹角θ为破裂角，ABC为破裂棱 体。棱体上作用着三个力，即破裂棱体自重G、主动土压力的反力Ea和破裂面上的反力R。Ea的方向与墙背法线成δ角，且偏于阻止棱体下滑的方向; R的方向与破裂面法线成φ角，且偏于阻止棱体下滑的方向。取挡土墙长度为1m计算，作用于棱体上的平衡力三角形abc可得：
挡土墙计算 一、设计资料与技术要求： 1、土壤地质情况： 地面为水田，有60公分的挖淤，地表1—2米为粘土，允许承载力为[σ]=800KPa ；以下为完好砂岩，允许承载力为[σ]=1500KPa ，基底摩擦系数为f 在~之间，取。 2、墙背填料： 选择就地开挖的砂岩碎石屑作墙背填料，容重γ=20KN/M 3，内摩阻角?=35o。 3、墙体材料： 号砂浆砌30号片石，砌石γr =22 KN/M 3 ，砌石允许压应力[σr ] =800KPa ，允 许剪应力[τr ] =160KPa 。 4、设计荷载： 公路一级。 5、稳定系数： [Kc]=，[Ko]=。 二、挡土墙类型的选择： 根据从k1+120到K1+180的横断面图可知，此处布置挡土墙是为了收缩坡角，避免多占农田，因此考虑布置路肩挡土墙，布置时应注意防止挡土墙靠近行车道，直接受行车荷载作用，而毁坏挡土墙。 K1+172断面边坡最高，故在此断面布置挡土墙，以确定挡土墙修建位置。为保证地基有足够的承载力，初步拟订将基础直接置于砂岩上，即将挡土墙基础埋置于地面线2米以下。因此，结合横断面资料，最高挡土墙布置端面K1+172断面的墙高足10米，结合上诉因素，考虑选择俯斜视挡土墙。 三、挡土墙的基础与断面的设计； 1、断面尺寸的拟订： 根据横断面的布置，该断面尺寸如右图所示： 1B =1.65 m 2B =1.00 m 3B =3.40 m B =4.97 m 1N = 2N = 3N = 1H =7.00 m 2H =1.50 m H =9.49 m =d + = 1.6 m α=1arctan N =2.0arctan = o δ=?21=35 o/2= o 2、换算等代均布土层厚度0h ： 根据路基设计规范， γq h =0，其中q 是车辆荷载附加荷载强度，墙高小于2m 时，取20KN/m 2；
挡土墙计算方法 挡土墙的形式多种多样，按结构特点可分为：重力式、衡重式、轻型式、半重力式、钢悬臂式、扶壁式、柱板式、锚杆式、锚定板式及垛式等类型。当墙高＜5时，采用重力式挡土墙，可以发挥其形式简单，施工方便的优势。所以这里只介绍应用最为广泛的重力式挡土墙的设计计算方法。 一：基础资料 1. 填料内摩擦角。当缺乏试验数据时，填料的内摩擦角可参照表一选用。 表一：填料内摩擦角ψ 3. 墙背摩擦角δ（外摩擦角） 填土与墙背间的摩擦角δ应根据墙背的粗糙程度及排水条件确定。对于浆砌片石墙 体、排水条件良好，均可采用δ=ψ/2。 1）按DL5077-1997〈水工建筑物荷载设计规范〉及SL265-2001〈水闸设计规范〉 ??? ?? ? ?-=-=-=-=?δ?δ?δ?δ）（时：墙背与填土不可能滑动）（时：墙背很粗糙，排水良好 ）（：墙背粗糙，排水良好时 ）（：墙背平滑，排水不良时 0.167.067.05.05.033.033.00 从经济合理的角度考虑，对于浆砌石挡土墙，应要求施工时尽量保持墙后粗糙，可采用δ值等于或略小于?值。 ξ:填土表面倾斜角；θ：挡土墙墙背倾斜角；?：填土的内摩擦角。 ` 4. 基底摩擦系数 基底摩擦系数μ应依据基底粗糙程度、排水条件和土质确定。 5. 地基容许承载力
地基容许承载力可按照《公路设计手册·路基》及有关设计规范规定选取。 6. 建筑材料的容重 根据有关设计规范规定选取。 7. 砌体的容许应力和设计强度 根据有关设计规范规定选取。 8. 砼的容许应力和设计强度 根据有关设计规范规定选取。 二：计算 挡土墙设计的经济合理，关键是正确地计算土压力，确定土压力的大小、方向与分布。土压力计算是一个十分复杂的问题，它涉及墙身、填土与地基三者之间的共同作用。计算土压力的理论和方法很多。由于库伦理论概念清析，计算简单，适用范围较广，可适用不同墙背坡度和粗糙度、不同墙后填土表面形状和荷载作用情况下的主动土压力计算，且一般情况下计算结果均能满足工程要求，因此库伦理论和公式是目前应用最广的土压力计算方法。填土为砂性土并且填土表面水平时，采用朗肯公式计算土压力较简单。 土压力分为主动、被动、静止土压力，为安全计，应按主动土压力计算。 1）库伦主动土压力公式： a K H F 22 1 γ= )cos(δε+=F F H )sin(δε+=F F V 2 2 2)cos()cos()sin()sin(1)(cos cos ) (cos ? ? ? ???-+-+++-= βεδεβ?δ?δεεε?a K ε：墙背与铅直面的夹角，β：墙后回填土表面坡度。 2）朗肯主动土压力公式： a K H F 22 1 γ= )2/45(2?-=o a tg K 注意：F 为作用于墙背的水平主动土压力，垂直主动土压力按墙背及后趾以上的土重计算。 3）回填土为粘性土时的土压力 按等值内摩擦角法计算主动土压力，可根据工程经验确定，也可用公式计算。 经验确定时： 挡土墙高度<6m 时，水上部分的等值内摩擦角可采用280 ~300，地下水位以下部分的等 值内摩擦角可采用250 ~280。挡土墙高度>6m 时，等值内摩擦角随挡土墙高度的加大而相应降低，具体可参照SL265-2001〈水闸设计规范〉。 公式计算时：
悬臂式挡土墙计算书 项目名称__________________________ 设计_____________校对_____________审核_____________ 计算时间 2017年11月3日（星期五）18:21 一、设计数据和设计依据 1.基本参数 挡土墙类型: 一般地区挡土墙 墙顶标高: 1.100m 墙前填土面标高: 0.000m
土压力计算方法: 库伦土压力 主动土压力增大系数: λE = 1.0 3.安全系数 抗滑移稳定安全系数: K C = 1.30 抗倾覆稳定安全系数: K0 = 1.60 4.裂缝控制 控制裂缝宽度: 否 5.墙身截面尺寸 墙身高: H = 2.100m 墙顶宽: b = 0.250m 墙面倾斜坡度: 1:m1 = 1:0.0000 墙背倾斜坡度: 1:m2 = 1:0.0000 墙趾板长度: B1 = 0.500m 墙踵板长度: B3 = 0.500m 墙趾板端部高: h1 = 0.400m 墙趾板根部高: h2 = 0.400m 墙踵板端部高: h3 = 0.400m 墙踵板根部高: h4 = 0.400m 墙底倾斜斜度: m3 = 0.000 加腋类型: 两侧加腋 墙面腋宽: y1 = 0.000m 墙面腋高: y2 = 0.000m 墙背腋宽: y3 = 0.000m 墙背腋高: y4 = 0.000m 6.墙身材料参数 混凝土重度: γc = 25.00 KN/m3 混凝土强度等级: C30 墙背与土体间摩擦角: δ= 17.50° 土对挡土墙基底的摩擦系数: μ = 0.600 钢筋合力点至截面近边距离: a s = 35 mm 纵向钢筋级别: HRB400 纵向钢筋类别: 带肋钢筋 箍筋级别: HRB400 7.墙后填土表面参数 地基土修正容许承载力: f a = 260.00kPa 基底压力及偏心距验算: 按基底斜面长计算
第六章：挡土墙及土压力计算 挡土墙：为防止土体坍塌而修建的挡土结构。土压力：墙后土体对墙背的作用力称为土压力。 一、三种土压力——根据墙、土间可能的位移方向的不同，土压力可以分为三种类型： 1.主动土压力Ea ——在土压力作用下，挡土墙发生离开土体方向的位移，墙后填土达到极限平衡状态，此时墙背上的土压力称为主动土压力，记为Ea 。 2.被动土压力Ep ——在外力作用下，挡土墙发生挤向土体方向的位移，墙后填土达到极限平衡状态，此时墙背上的土压力称为被动土压力，记为Ep 。 3.静止土压力Eo ——墙土间无位移，墙后填土处于弹性平衡状态，此时墙背上的土压力称为静止土压力，记为Eo 。 二、三种土压力在数量上的关系 墙、土间无位移，墙后填土处于弹性平衡状态，与天然状态相同，此时的土压力为静止土压力；在此基础上，墙发生离开土体方向的位移，墙、土间的接触作用减弱，墙、土间的接触压力减小，因此主动土压力在数值上将比静止土压力小；而被动土压力是在静止土压力的基础上墙挤向土体，随着墙、土间挤压位移量的增加，这种挤压作用越来越强，挤压应力越来 越大，因此被动土压力最大。即：Ea 挡土墙模板计算书 一、参数信息 1.基本参数 次楞(内龙骨)间距(mm):250；穿墙螺栓水平间距(mm):750； 主楞(外龙骨)间距(mm):600；穿墙螺栓竖向间距(mm):600； 对拉螺栓直径(mm):M18； 2.主楞信息 龙骨材料:钢楞；截面类型:圆钢管48×3.5； 钢楞截面惯性矩I(cm4):12.19；钢楞截面抵抗矩W(cm3):5.08； 主楞肢数:2； 3.次楞信息 龙骨材料:木楞；次楞肢数:2； 宽度(mm):50.00；高度(mm):100.00； 4.面板参数 面板类型:胶合面板；面板厚度(mm):15.00； 面板弹性模量(N/mm2):9500.00；面板抗弯强度设计值 f c(N/mm2):13.00； 面板抗剪强度设计值(N/mm2):1.50； 5.木方和钢楞 方木抗弯强度设计值f c(N/mm2):13.00；方木弹性模量 E(N/mm2):9500.00； 方木抗剪强度设计值f t(N/mm2):1.50；钢楞弹性模量 E(N/mm2):206000.00； 钢楞抗弯强度设计值f c(N/mm2):205.00； 墙模板设计简图 二、墙模板荷载标准值计算 其中γ -- 混凝土的重力密度，取24.000kN/m3； t -- 新浇混凝土的初凝时间，可按现场实际值取，输入0时系统按200/(T+15)计算，得5.714h； T -- 混凝土的入模温度，取20.000℃； V -- 混凝土的浇筑速度，取2.500m/h； H -- 模板计算高度，取3.000m； β1-- 外加剂影响修正系数，取1.200； β2-- 混凝土坍落度影响修正系数，取1.150。 根据以上两个公式计算的新浇筑混凝土对模板的最大侧压力F； 分别计算得 65.833 kN/m2、72.000 kN/m2，取较小值65.833 kN/m2作为本工程计算荷载。 第三章 挡土墙设计 3.1. 设计资料 浆砌片石衡重式挡土墙，墙高H=7m ，填土高a=14.2m ，填料容重3 /18m KN =γ,根据内摩擦等效法换算粘土的?=42?，基底倾角0α=5.71°圬工材料选择7.5号砂浆砌25 号片石,容重为3 /23m KN k =γ，砌体[]kpa a 900=σ，[]kpa j 90=σ ，[]kpa l 90=σ， []kpa wl 140=σ，地基容许承载力[]kpa 4300=σ，设计荷载为公路一级，路基宽32m 。 3.2. 断面尺寸（如图1） 过综合考虑该路段的挡土墙设计形式为衡重式，初步拟定尺寸如下图，具体数据通过几何关系计算如下： H=7m ，H 1=3.18m ，H 2=4.52m ，H 3=0.7m ，B 1=1.948m ，B 2=2.46m ，B 3=2.67m ，B 4=2.6m ，B 41=2.61m ，B 21=0.35m ，B 11=1.27m ，h=0.26m ，311.0tan 1=α 2tan α=－0.25 j tan =0.05 βtan =1:1.75，b=8×1.5＋2+6.2×1.75＝24.85m ； 图1挡土墙计算图式： 3.3. 上墙断面强度验算 3.3.1 土压力和弯矩计算: 3.3.1.1 破裂角 作假象墙背 18 .327 .1311.018.3311.0tan 1111'1+?=+?= H B H α=0.71 ?=37.35'1α ?=74.29β 假设第一破裂面交于边坡，如图2所示： 图2上墙断面验算图式： 根据《公路路基设计手册》表3-2-2第四类公式计算： ()()βε?θ-+-?= 219021 i =33.1° ()()βε?α---?=2 1 9021i =14.9° 其中? β εsin sin arcsin ==47.85° 对于衡重式的上墙，假象墙背δ=?，而且' 1α>i α,即出现第二破裂面。 设衡重台的外缘与边坡顶连线与垂直方向的角度为0θ，则： 0tan θ= a H B H b +--111tan α=2 .1418.327 .1311.018.385.24+-?-=1.3>i θtan =0.65，所以第一破 裂面交与坡面，与假设相符。 3.3.1.2 土压力计算 土压力系数：K= () ()()()()2 22cos cos sin 2sin 1cos cos cos ? ? ????-+-++-βα?αβ???ααα?i i i i i =0. 583 For personal use only in study and research; not for commercial use 挡土墙型式划分 重力式挡土墙：由墙身和底板构成的、主要依靠自身重量维持稳定的挡土建筑物。 半重力式挡土墙：为减少圬工砌筑量而将墙背建造为折线型的重力式挡土建筑物。 衡重式挡土墙：墙背设有衡重台(减荷台)的重力式挡土建筑物。 悬臂式挡土墙：由底板及固定在底板上的悬臂式直墙构成的，主要依靠底板上的填土重量维持稳定的挡土建筑物。 扶壁式挡土墙(扶垛式挡土墙)：由底板及固定在底板上的直墙和扶壁构成的，主要依靠底板上的填土重量维持稳定的挡土建筑物。 空箱式挡土墙：由底板、顶板及立墙组成空箱状的，依靠箱内填土或充水的重量维持稳定的挡土建筑物。 板桩式挡土墙：利用板桩挡土，依靠自身锚固力或设帽梁、拉杆及固定在可靠地基上的锚碇墙维持稳定的挡土建筑物。 锚杆式挡土墙：利用板肋式、格构式或排桩式墙身结构挡土，依靠固定在岩石或可靠地基上的锚杆维持稳定的挡土建筑物。 加筋式挡土墙：利用较薄的墙身结构挡土，依靠墙后布置的土工合成材料减少土压力以维持稳定的挡土建筑物。 级别划分 水工建筑物中的挡土墙应根据所属水工建筑物级别，按表3.1.1 确定。 根据建筑物级别确定洪水标准 水工挡土墙的洪水标准应与所属水工建筑物的洪水标准一致。 稳定计算 表 3.2.7 挡土墙抗滑稳定安全系数的允许值 滑动面的形状与边坡土质的关系 一般情况下，分三种情况： 1、均质黏性土，滑动面的形状在空间上呈圆柱状，剖面上呈曲线（圆弧）状，在坡顶处接近垂直，坡脚处趋于水平； 2、均质无黏性土，滑动面在空间上为一斜面，剖面上近于斜直线； 3、在土坡坡底夹有软层时，可能出现曲线与直线（软层处）组合的复合滑动面。 当土质地基上的挡土墙沿软弱土体整体滑动时，按瑞典圆弧法或折线滑动法计算的抗滑稳定安全系数不应小于表3.2.7规定的允许值。 无粘性土稳定计算按公式(6.3.5-1)计算。 粘性土地基上的1、2 级挡土墙，沿其基底面的抗滑稳定安全系数宜按公式(6.3.5-2)计算。tgφ 岩石地基上挡土墙沿软弱结构面整体滑动，当按公式(6.3.6)计算的稳定安全系数允许值，可根据工程实践经验按表3.2.7 中相应规定的允许值降低采用。 目录 1.重力式挡土墙 (2) 1.1土压力计算 (2) 1.2挡土墙检算 (4) 2.2设计计算 (6) 3.扶壁式挡土墙 (9) 3.1土压力计算 (9) 5.2锚杆设计计算 (17) 5.3锚杆长度计算 (17) 6.锚定板挡土墙 (18) 6.1土压力计算 (18) 6.3抗拔力计算 (18) 7.土钉墙 (19) 7.1土压力计算 (19) 7.2土钉长度计算和强度检算 (19) 7.3土钉墙内部整体稳定性检算 (20) 7.4土钉墙外部整体稳定性检算 (20) 1.重力式挡土墙 1.1土压力计算 ⑴第一破裂面 ψ?δα=++ ()00tan tan tan cot tan B A θψψ?ψ?? =-±++ ?? ? 土压力系数：()() () cos tan tan sin θ?λθαθψ+=-+ 土压力：() () () 00cos tan sin a E A B θ?γθθψ+=-+ ()cos ax a E E δα=- ()sin ay a E E δα=- ① 破裂面在荷载分布内侧 ()2 012A A a H = + ()012tan 22 H B ab H a α=-+ a a σγλ= H H σγλ= 1tan tan tan b a h θ θα -= + 21h H h =- () ()322112 23332x H a H h H h Z H a H h +-+= ??+-?? tan y x Z B Z α=- ②破裂面在荷载分布范围中 ()()001 22A a H h a H = +++ ()()000122tan 22H B ab b d h H a h α=++-++ 00h σγλ= a a σγλ= H H σγλ= 1tan tan tan b a h θθα-= + 2tan tan d h θα =+ 312h H h h =-- ()() 3222 11032103333322x H a H h H h h h Z H aH ah h h +-++= +-+ tan y x Z B Z α=- ③破裂面在荷载分布外侧 本算例来自于： 书名特种结构 作者黄太华袁健成洁筠 出版社中国电力出版社 书号5083-8990-5 丛书普通高等教育“十一五”规划教材 扶壁式挡土墙算例 某工程要求挡土高度为8.3m，墙后地面均布荷载标准值按qk =10 kN / m2 考虑， 墙后填土为砂类土，填土的内摩擦角标准值jk = 35 o，填土重度g m =18 kN / m3 ，墙后 填土水平，无地下水。地基为粘性土，孔隙比e =0.786 ，液性指数IL =0.245 ，地基 承载力特征值fak =230 kPa ，地基土重度g=18.5kN / m3 。根据挡土墙所处的地理位 置及墙高等因素综合考虑，选择采用扶壁式挡土墙，挡土墙安全等级为二级，试设计该挡土墙。 解: IL = 0.245 <0.25 属坚硬粘性土，土对挡土墙基底的摩擦系数m.(0.35,0.45) ， 取m=0.35 。查规范得hb =0.3 、hd =1.6 。 1）主要尺寸的拟定 为保证基础埋深大于0.5m，取d=0.7m，挡土墙总高H=8.3m+d=9m。两扶壁净距ln 取挡墙高度的1/3~1/4，可取ln=3.00 ~ 2.25 m，取ln=3.00m。 用墙踵的竖直面作为假想墙背，计算得主动土压力系数 2 jk 2 35 ° Ka = tan (45 °-) = tan (45 °-) = 0.271 22 根据抗滑移稳定要求，按式（3-6）计算得：22 ka B2 + B3 3 1.3( qH + 0.5g H )K = 1.3′(10 ′9 + 0.5′18′9) ′0.271 = 4.79 ，取 重力式挡土墙计算实例 一、 计算资料 某二级公路，路基宽8.5m ，拟设计一段路堤挡土墙，进行稳定性验算。 1．墙身构造：拟采用混凝土重力式路堤墙，见下图。填土高a=2m ，填土边坡1：1.5（'?=4133β），墙身分段长度10m 。 2．车辆荷载：二级荷载 3．填料：砂土，容重3/18m KN =γ，计算内摩擦角?=35?，填料与墙背的摩擦角2? δ=。 4．地基情况：中密砾石土，地基承载力抗力a KP f 500=，基底摩擦系数5.0=μ。 5．墙身材料：10#砌浆片石，砌体容重3/22m KN a =γ，容许压应力[a σ]a KP 1250=，容许剪应力[τ]a KP 175= 二、挡土墙尺寸设计 初拟墙高H=6m ，墙背俯斜，倾角'?=2618α（1：0.33），墙顶宽b 1=0.94m ，墙底宽B=2.92m 。 三、计算与验算 1．车辆荷载换算 当m 2≤H 时，a KP q 0.20=；当m H 10≥时，a KP q 10= 由直线内插法得：H=6m 时，()a KP q 1510102021026=+-???? ??--= 换算均布土层厚度：m r q h 83.018 150=== 2．主动土压力计算（假设破裂面交于荷载中部） （1）破裂角θ 由'?==?='?=30172352618? δ?α，， 得： '?='?+'?+?=++=56703017261835δα?ω 149.028 .77318.2381.1183.022*********.024665.0383.025.1222222000-=-=?+++'??++-+?+??=+++++-++= ） ）（（）（）（））（（）（）（tg h a H a H tg h a H H d b h ab A α 55.0443 .3893.2149.0893.2893.2428.1893.2149.056705670355670=+-=-++-=-'?'?+?+'?-=+++-=））（（） ）（（） ）（（tg tg ctg tg A tg tg ctg tg tg ωω?ωθ '?=?=492881.28θ 验核破裂面位置： 路堤破裂面距路基内侧水平距离： m b H t g tg a H 4.3333.0655.0)26()(=-?+?+=-++αθ 荷载外边缘距路基内侧水平距离： 5.5+0.5=6m 因为：0.5〈3.4〈6，所以破裂面交于荷载内，假设成立 （2）主动土压力系数K 和1K 152.2261855.055.0231=' ?+?-=+-=tg tg tg atg b h αθθ566.0261855.05.02='?+=+=tg tg tg d h αθ 282.3566.0152.26213=--=--=h h H h 395.0261855.0() 56704928sin()354928cos(()sin()cos(=?+'?+'??+'?=+++= ））tg tg tg K αθωθφθ 挡土墙计算 一、设计资料与技术要求： 1、土壤地质情况： 地面为水田，有60公分的挖淤，地表1—2米为粘土，允许承载力为[σ]=800KPa；以下为完好砂岩，允许承载力为[σ]=1500KPa，基底摩擦系数为f在0.6~0.7之间，取0.6。 2、墙背填料： 选择就地开挖的砂岩碎石屑作墙背填料，容重γ=20KN/M3，内摩阻角 =35o。 3、墙体材料： 7.5号砂浆砌30号片石，砌石γr=22 KN/M3，砌石允许压应力[σr] =800KPa，允许剪应力[τr] =160KPa。 4、设计荷载： 公路一级。 5、稳定系数： [Kc]=1.3，[Ko]=1.5。 二、挡土墙类型的选择： 根据从k1+120到K1+180的横断面图可知，此处布置挡土墙是为了收缩坡角，避免多占农田，因此考虑布置路肩挡土墙，布置时应注意防止挡土墙靠近行车道，直接受行车荷载作用，而毁坏挡土墙。 K1+172断面边坡最高，故在此断面布置挡土墙，以确定挡土墙修建位置。为保证地基有足够的承载力，初步拟订将基础直接置于砂岩上，即将挡土墙基础埋置于地面线2米以下。因此，结合横断面资料，最高挡土墙布置端面K1+172断面的墙高足10米， 结合上诉因素，考虑选择俯斜视挡土墙。 三、挡土墙的基础与断面的设计； 1、断面尺寸的拟订： 根据横断面的布置，该断面尺寸如右图所示： 1B =1.65 m 2B =1.00 m 3B =3.40 m B =4.97 m 1N =0.2 2N =0.2 3N =0.05 1H =7.00 m 2H =1.50 m H =9.49 m =d 0.75 + 2.5 -1.65 = 1.6 m α=1arctan N =2.0arctan =11.3 o δ=?2 1=35 o /2=17.5 o 2、换算等代均布土层厚度0h ： 根据路基设计规范，γq h =0，其中q 是车辆荷载附加荷载强度，墙高小于2m 时，取 20KN/m 2；墙高大于10m 时，取10KN/m 2；墙高在2~10m 之间时，附加荷载强度用直线内插法计算，γ为墙背填土重度。 20 201027210--=--q 20 1058--=q 即q =13.75 γ q h =02075.13==0.6875 四、挡土墙稳定性验算 1、土压力计算 假定破裂面交于荷载内，采用《路基设计手册》（第二版）表3-2-1主动土压力第三类公式计算： 挡土墙计算方法(重力式) 挡土墙的形式多种多样，按结构特点可分为：重力式、衡重式、轻型式、半重力式、钢悬臂式、扶壁式、柱板式、锚杆式、锚定板式及垛式等类型。当墙高＜5时，采用重力式挡土墙，可以发挥其形式简单，施工方便的优势。所以这里只介绍应用最为广泛的重力式挡土墙的设计计算方法。 一：基础资料 1. 填料内摩擦角。当缺乏试验数据时，填料的内摩擦角可参照表一选用。 表一：填料内摩擦角ψ 3. 墙背摩擦角δ（外摩擦角） 填土与墙背间的摩擦角δ应根据墙背的粗糙程度及排水条件确定。对于浆砌片石墙 体、排水条件良好，均可采用δ=ψ/2。 1）按DL5077-1997〈水工建筑物荷载设计规范〉及SL265-2001〈水闸设计规范〉 ??? ?? ? ?-=-=-=-=?δ?δ?δ?δ）（时：墙背与填土不可能滑动）（时：墙背很粗糙，排水良好 ）（：墙背粗糙，排水良好时 ）（：墙背平滑，排水不良时 0.167.067.05.05.033.033.00 从经济合理的角度考虑，对于浆砌石挡土墙，应要求施工时尽量保持墙后粗糙，可采用δ值等于或略小于?值。 ξ:填土表面倾斜角；θ：挡土墙墙背倾斜角；?：填土的内摩擦角。 ` 4. 基底摩擦系数 基底摩擦系数μ应依据基底粗糙程度、排水条件和土质确定。 5. 地基容许承载力 地基容许承载力可按照《公路设计手册·路基》及有关设计规范规定选取。 6. 建筑材料的容重 根据有关设计规范规定选取。 7. 砌体的容许应力和设计强度 根据有关设计规范规定选取。 8. 砼的容许应力和设计强度 根据有关设计规范规定选取。 二：计算 挡土墙设计的经济合理，关键是正确地计算土压力，确定土压力的大小、方向与分布。土压力计算是一个十分复杂的问题，它涉及墙身、填土与地基三者之间的共同作用。计算土压力的理论和方法很多。由于库伦理论概念清析，计算简单，适用范围较广，可适用不同墙背坡度和粗糙度、不同墙后填土表面形状和荷载作用情况下的主动土压力计算，且一般情况下计算结果均能满足工程要求，因此库伦理论和公式是目前应用最广的土压力计算方法。填土为砂性土并且填土表面水平时，采用朗肯公式计算土压力较简单。 土压力分为主动、被动、静止土压力，为安全计，应按主动土压力计算。 1）库伦主动土压力公式： a K H F 22 1 γ= )cos(δε+=F F H )sin(δε+=F F V 2 2 2)cos()cos()sin()sin(1)(cos cos ) (cos ? ? ? ???-+-+++-= βεδεβ?δ?δεεε?a K ε：墙背与铅直面的夹角，β：墙后回填土表面坡度。 2）朗肯主动土压力公式： a K H F 22 1 γ= )2/45(2?-=o a tg K 注意：F 为作用于墙背的水平主动土压力，垂直主动土压力按墙背及后趾以上的土重计算。 3）回填土为粘性土时的土压力 按等值内摩擦角法计算主动土压力，可根据工程经验确定，也可用公式计算。 经验确定时： 挡土墙高度<6m 时，水上部分的等值内摩擦角可采用280 ~300，地下水位以下部分的等 值内摩擦角可采用250 ~280。挡土墙高度>6m 时，等值内摩擦角随挡土墙高度的加大而相应降低，具体可参照SL265-2001〈水闸设计规范〉。 公式计算时： 解：（1）用库伦理论计算作用在墙上的主动土压力 已知：φ=30°，α=10°，β=0°，δ=15° 由公式计算得K a=0.4 主动土压力 E a=1/2γH2K a =1/2×18.5×52×0.4 =92.5kn/m 土压力的垂直分力 E az=E a sin(δ+α) =92.5sin25 =39.09kn/m 土压力的水平分力 E az=E a cos(δ+α) =92.5cos25 =83.83kn/m （2）挡土墙断面尺寸的选择 根据经验初步确定强的断面尺寸时，重力式挡土墙的顶宽约为1/12×H,底宽约为（1/2~1/3）H.设顶宽b1=0.42m，可初步确定底宽B=2.5m. 墙体自重为 G=1/2(b1+B)HγG=1/2(0.42+2.5) ×5×24=175.2kn/m （3）滑动稳定性验算 查表得，基底摩擦系数μ=0.4，由公式求得抗滑动稳定安全系数： K s=（G+E ay）μ/E ax=(175.2+39.09) ×0.4/83.83=1.02<1.3 其结果不满足抗滑稳定性要求，应修改断面尺寸，取顶宽b1=0.5m,底宽B=3.5m,再进行上述验算，此时墙体自重为： G=1/2(b1+B)HγG=1/2(0.5+3.5) ×5×24=240 kn/m K s=（G+E ay）μ/E ax=(240+39.09) ×0.4/83.83=1.33>1.3 满足抗滑稳定要求 （4）倾覆稳定验算 求出自重G的重心距离墙趾O点距离X0=0.77，土压力水平分力的力臂Hf=H/3=5/3m,土压力垂直分力力臂Xf=3.2，求得抗倾覆安全系数为 Kt=（GXo+EazXf）/ EaxHf=(240×0.77+39.09×3.2)/83.83×5/3 =2.22>1.6 抗倾覆验算满足要求，且安全系数较大，可见一般挡土墙抗倾覆稳定性验算，满足要求。 （4）地基承载力验算 作用在基础底面上总得垂直力 N=G+Eay=240+39.09=279.09 合力作用点距离o点的距离 C=（GXo+EazXf- EaxHf）/N=(240×0.77+39.09×3.2-83.83×5/3)/279.09 =0.6 偏心距e=B/2-C=3.5/2-0.6=1.15>B/6=0.58 基底压力P max min=N/A[1±6e/B] 挡土墙型式划分 重力式挡土墙：由墙身和底板构成的、主要依靠自身重量维持稳定的挡土建筑物。 半重力式挡土墙：为减少圬工砌筑量而将墙背建造为折线型的重力式挡土建筑物。 衡重式挡土墙：墙背设有衡重台(减荷台)的重力式挡土建筑物。 悬臂式挡土墙：由底板及固定在底板上的悬臂式直墙构成的，主要依靠底板上的填土重量维持稳定的挡土建筑物。 扶壁式挡土墙(扶垛式挡土墙)：由底板及固定在底板上的直墙和扶壁构成的，主要依靠底板上的填土重量维持稳定的挡土建筑物。 空箱式挡土墙：由底板、顶板及立墙组成空箱状的，依靠箱内填土或充水的重量维持稳定的挡土建筑物。 板桩式挡土墙：利用板桩挡土，依靠自身锚固力或设帽梁、拉杆及固定在可靠地基上的锚碇墙维持稳定的挡土建筑物。 锚杆式挡土墙：利用板肋式、格构式或排桩式墙身结构挡土，依靠固定在岩石或可靠地基上的锚杆维持稳定的挡土建筑物。 加筋式挡土墙：利用较薄的墙身结构挡土，依靠墙后布置的土工合成材料减少土压力以维持稳定的挡土建筑物。 级别划分 水工建筑物中的挡土墙应根据所属水工建筑物级别，按表3.1.1 确定。 根据建筑物级别确定洪水标准 水工挡土墙的洪水标准应与所属水工建筑物的洪水标准一致。 稳定计算 表 3.2.7 挡土墙抗滑稳定安全系数的允许值 滑动面的形状与边坡土质的关系 一般情况下，分三种情况： 1、均质黏性土，滑动面的形状在空间上呈圆柱状，剖面上呈曲线（圆弧）状，在坡顶处接近垂直，坡脚处趋于水平； 2、均质无黏性土，滑动面在空间上为一斜面，剖面上近于斜直线； 3、在土坡坡底夹有软层时，可能出现曲线与直线（软层处）组合的复合滑动面。 当土质地基上的挡土墙沿软弱土体整体滑动时，按瑞典圆弧法或折线滑动法计算的抗滑稳定安全系数不应小于表3.2.7规定的允许值。 无粘性土稳定计算按公式(6.3.5-1)计算。 粘性土地基上的1、2 级挡土墙，沿其基底面的抗滑稳定安全系数宜按公式(6.3.5-2)计算。tgφ 岩石地基上挡土墙沿软弱结构面整体滑动，当按公式(6.3.6)计算的稳定安全系数允许值，可根据工程实践经验按表3.2.7 中相应规定的允许值降低采用。 挡土墙计算实例 一、设计资料与技术要求： 1、概况： 大泉线K3+274到地面K3+480路基左侧侵占河道，为防止水流冲刷路基设置路肩挡土墙。 2、确定基础埋深： 参照原路段设置浆砌片石护坡，基础埋深设置1.5m；基底土质取砂类土，基底与基底土的摩擦系数μ=0.3，地基承载力基本容许值f=370kPa。 3、墙背填料： 选择天然砂砾做墙背填料，重度γ=18kN/m3，内摩擦角φ=35o,墙后土体对墙背的摩擦角δ=（2/3）φ=23 o。 4、墙体材料： 采用浆砌片石砌筑，采用M7.5号砂浆、MU40号片石，砌石γr=23 KN/M3，轴心抗压强度设计值[σa] =1200KPa，允许剪应力[τj] =90KPa，容许弯拉应力[σwl]＝140KPa。路基设计手册P604 5、设计荷载： 公路一级。 6、稳定系数： 抗滑稳定系数[Kc]=1.3，抗倾覆稳定系数[Ko]=1.5。 二、挡土墙的设计与计算； 1、断面尺寸的拟订： 查该路段路基横断面确定最大墙高为6.8m，选择仰斜式路肩挡土墙，查标准图确 定断面尺寸，如下图所示： 2、换算等代均布土层厚度0h ： 根据路基设计规范，γq h =0，其中q 是车辆荷载附加荷载强度，墙高小于2m 时，取 20KN/m 2；墙高大于10m 时，取10KN/m 2；墙高在2~10m 之间时，附加荷载强度用直线内插法计算，γ为墙背填土重度。 kPa 1410)1020(2 108.610q =+-?--= γq h =018 14==0.78kPa 3、计算挡土墙自重并确定其重心的位置 A 墙=9.104m 3,则每延米挡土墙自重G = γA 墙l 0 = 23×9.104×1KN = 209.392 KN 挡土墙重心位置的确定可用桥通辅助工具里面计算截面型心的工具来查询，对于同一种材料的物体来说，形心位置和重心位置重合。 墙趾到墙体重心的距离Z G = 1.654 m 。 4、计算主动土压力 不同形式挡土墙体积计算方法 土木工程中，常见的土石方工程有：场地平整、基坑（槽）与管沟开挖、路基开挖、人防工程开挖、地坪填土，路基填筑以及基坑回填。要合理安排施工计划，尽量不要安排在雨季，同时为了降低土石方工程施工费用，贯彻不占或少占农田和可耕地并有利于改地造田的原则，要作出土石方的合理调配方案，统筹安排。 特点： （1）面广，量大，劳动繁重（2）施工条件复杂 范围： 土石方工程专业承包企业资质分为一级、二级、三级承包工程范围：一级企业：可承担各类土石方工程的施工。二级企业：可承担单项合同额不超过企业注册资本金 5 倍且60 万立方米及以下的土石方工程的施工。三级企业：可承担单项合同额不超过企业注册资本金 5 倍且15 万立方米及以下的土石方工程的施工。 土石方工程竣工验收资料土石方工程分几种性质，一种是场地平整，一种是开劈石山。这些专业目前我们还没有专门归档目录，归档时，你可以按照所施工的标准产生的文件进行分类，经质量验收部门核准，符合施工与验收规范所应提交的文件，确认齐全的情况下进行归档。如果土石方工程完成后与主体无关联的，这种土石方工程，企业投资的项目可以归建设单位归档查存。属政府投资的应归档移交给市城建档案馆。 土石方工程定额工程量计量 基本知识内容介绍： 1. 按照土石方的坚硬和开挖难易程度分类：一、二类土（亦称普通土），三类土（亦称坚土），四类土（亦称砂砾坚土） ...... 2.按照开挖方式分为： 人工土石方、机械土石方 3. 按照施工过程分为：平整场地、开挖土方（槽、坑、土方、 山坡切土）、石方工程、土石方运输、土方回填、打夯、碾压等 4. 开挖深度区分 5.干湿土的区分 6. 运土方法和距离7. 土方施工措施（放坡与支挡土板）工程量计 算规则一、计算土石方工程量前，应确定下列各项资料：1、土壤及岩石类别的确 定：土石方工程土壤及岩石类别的划分，依工程勘测资料与《土壤及岩石分类表》对照后确定（见表1-1）2、地下水位标高及排（降）水方法；3、土方、沟槽、基坑挖（填）起止标高、施工方法及运距； 4 、岩石开凿、爆破方法、石渣清运方法及运距； 5、其他有关资料。二、土石方工程量计算一般规则： 1.土方体积，均以挖掘前的 天然密实体积为准计算。如遇有必须以天然密实体积折算时，可按表A1-2 所列数值换算。 土方体积折算表表A1-2 虚方体积天然密实度体积夯实后体积松填体积 1.00 0.77 0.67 0.83 1.30 1.00 0.87 1.08 1.50 1.15 1.00 1.25 1.20 0.92 0.80 1.00 2、挖土一律以设计室外地坪标高为准计算。三、平整场地及辗压工程量，按下列规定 计算：I、人工平整场地是指建筑场地在±30cm以内挖、填土方及找平。挖、填土，厚 度超过±30cm 以外时，按场地土方平衡竖向布置图另行计算。2、平整场地工程量按建 筑物外墙外边线每边各加2m,以平方米计算。3、建筑场地原土辗压以平方米计算， 填土辗压按图示填土厚度以立方米计算。判断关键依据：看挖的高度以及填的深度是否 超过（> ；h或=）300mm 四、挖掘沟槽、基坑土方工程量，按下列规定计算：I、 沟槽、基坑划分：凡图示沟槽底宽在3m 以内,且沟槽长大于槽宽三倍以上的为沟槽。 凡图示基坑底面积在20m2 以内,且坑底的长与宽之比小于或等于 3 的为基坑。凡图 示沟槽底宽3m 以外,坑底面积20m2 以外,平整场地挖土方厚度在30cm 以外,均按挖土 方计算。若：B W 3m,且L> ; 3B，则为挖沟槽；若：B<3m，且S = L X B <20 m2,则为挖基坑若: B > ; 3m ,或S > ; 20 m2,则为挖土方 (长为I宽为b) 3、挡土墙模板计算书
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