岩土工程设计-挡土墙许.ppt

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1、6.挡土墙的设计与计算主讲人：许主讲人：许 强强滑坡灾害防治工程阶段划分滑坡灾害防治工程阶段划分滑坡工程地质勘察滑坡工程地质勘察滑坡防治方案设计滑坡防治方案设计滑坡防治工程施工滑坡防治工程施工滑坡防治竣工验收滑坡防治竣工验收工程治理工程治理搬迁避让搬迁避让监测预警监测预警防治方案可行性研究防治方案可行性研究防治方案初步设计防治方案初步设计防治方案施工图设计防治方案施工图设计6.1 绪 论 工程地质条件工程地质条件稳定性评价及推力计算稳定性评价及推力计算治理工程方案分项设计治理工程方案分项设计治理工程方案治理工程方案工程投资估工程投资估(估、概、预）算估、概、预）算施工组织设计施工组织设计治理工

2、程的效益分析治理工程的效益分析设计步骤及设计报告主要内容设计步骤及设计报告主要内容 复杂形态和结构的斜坡稳定性分析一般都复杂形态和结构的斜坡稳定性分析一般都采用极限平衡条分法。采用极限平衡条分法。6.2 滑坡稳定性及推力计算滑坡稳定性及推力计算(1)极限平衡假设极限平衡假设：当坡体的强度指标降低：当坡体的强度指标降低Fs倍以后，坡体内存在一达到倍以后，坡体内存在一达到极限平衡状态极限平衡状态的滑的滑面，滑体处于临界失稳状态。其中，面，滑体处于临界失稳状态。其中，Fs为坡体为坡体的安全系数。的安全系数。(2)条块刚性假设条块刚性假设：对滑体进行剖分后，各条：对滑体进行剖分后，各条块为块为刚性块体

3、刚性块体，只发生整体运动而不产生条块，只发生整体运动而不产生条块内部的变形。内部的变形。极限平衡条分法的基本假设：极限平衡方程的求解 对于有对于有n个条块的滑体来说，在极限平衡个条块的滑体来说，在极限平衡状态下，状态下，滑体的未知量滑体的未知量有：有：(1)安全系数安全系数Fs，1个；个；(2)条块底面条块底面(滑面滑面)上的法向力上的法向力Ni，切向力，切向力Si及合力作用点，共及合力作用点，共3n个；个；(3)条分面条分面上的法向力上的法向力Ei，切向力，切向力Ti及合力及合力作用点，共作用点，共3n-3个；个；因此，整个滑体就有因此，整个滑体就有6n-2个未知量个未知量。而对于每一个条块

4、而言，可以建立的方而对于每一个条块而言，可以建立的方程有程有4个，其中三个为平衡方程：个，其中三个为平衡方程：另一个为在滑面上满足摩尔另一个为在滑面上满足摩尔库仑准库仑准则的破坏方程则的破坏方程(极限平衡方程极限平衡方程)：4n已知量：已知量：4n个个未知量：未知量：6n-2个个 2n-2个个？这是一个这是一个超静定问题超静定问题，求解此方程组有两条途，求解此方程组有两条途径：径：(1)引入变形协调条件，引入变形协调条件，增加方程数增加方程数；(2)通过对多余变量或相互之间的关系进行假定，以通过对多余变量或相互之间的关系进行假定，以减少变量数。减少变量数。极限平衡法常采用第二种方法求解，并且一

5、致极限平衡法常采用第二种方法求解，并且一致认可当条块宽度足够小时，可以认为底滑面合力作用认可当条块宽度足够小时，可以认为底滑面合力作用点位于底滑面中心，这就减少了点位于底滑面中心，这就减少了n个未知量。个未知量。目前的目前的极限平衡各种算法的不同之处也就在于对其余极限平衡各种算法的不同之处也就在于对其余n-2个个变量的处理上。变量的处理上。极限平衡条分法极限平衡条分法对对多余多余变变量的量的简简化假定化假定瑞典条分法瑞典条分法条条块间块间无作用力无作用力斯斯宾宾塞法塞法条条块间块间只有水平作用力只有水平作用力简简化化毕毕肖普法肖普法条条块间块间水平水平(E)与垂直与垂直(T)作用力之比作用力之

6、比为为常数常数江布法江布法假定了条假定了条间间作用力作用点的位置作用力作用点的位置传递传递系数法系数法假定了条假定了条间间作用力的方向作用力的方向 萨萨尔尔玛玛法法假定条假定条间间也也满满足极限平衡条件，可以任意条分足极限平衡条件，可以任意条分分分块块极限平衡法极限平衡法假定条假定条间间也也满满足极限平衡条件，但需垂直条分足极限平衡条件，但需垂直条分摩根斯坦摩根斯坦普普赖赖斯法斯法条条间间切向力切向力(T)和法向力和法向力(E)之比与水平方向坐之比与水平方向坐标标之之间间存在一函数关系存在一函数关系:T/E=Kf(x)常见条分法及其相应的假定 1）选择合适的计算剖面选择合适的计算剖面：选用位于

7、滑坡主滑：选用位于滑坡主滑带上、方向与滑坡的主滑方向一致，能集中反映带上、方向与滑坡的主滑方向一致，能集中反映滑坡变形破坏集中的的剖面为计算设计剖面滑坡变形破坏集中的的剖面为计算设计剖面(3个个以上以上)。2）选择合适的计算方法选择合适的计算方法：如滑面已知可选用：如滑面已知可选用一般条分、一般条分、janbu、bishop、不平衡推力等方法，、不平衡推力等方法，一般需要采用二种以上的方法进行对比计算。一般需要采用二种以上的方法进行对比计算。勘察规范要求勘察规范要求：圆弧型滑面用一般条分；折圆弧型滑面用一般条分；折线一般采用不平衡推力法。线一般采用不平衡推力法。斜坡稳定性计算方法选择泄泄滩滩滑

8、滑坡坡数数字字化化平平面面图图3）没有明确存在滑面的边坡或滑坡，要搜索最危）没有明确存在滑面的边坡或滑坡，要搜索最危险的滑面，以此来求稳定性系数。险的滑面，以此来求稳定性系数。附注：附注：(1)求得的稳定性系数要与坡体的变形特点和定量求得的稳定性系数要与坡体的变形特点和定量评价相一致。评价相一致。(2)影响滑坡稳定性系数大小的主要因素是：坡体影响滑坡稳定性系数大小的主要因素是：坡体的参数和对地下水作用的考虑。的参数和对地下水作用的考虑。常见斜坡稳定性计算手段(1)手工计算手工计算(2)采用计算机软件计算采用计算机软件计算(3)I:北京理正软件；北京理正软件；(4)II:SlopeCAD(5)I

9、II:PSSA94(6)IV:其它其它(AutoCAD、GIS)手工计算手工计算参照岩土工程勘察规范，斜坡稳定性计参照岩土工程勘察规范，斜坡稳定性计算公式算公式(传递系数法传递系数法)为：为：Fs:稳定系数；稳定系数；i:第第i条块滑动面与水平面的夹角条块滑动面与水平面的夹角(度度)；i:作用于第作用于第i条块的抗滑力条块的抗滑力(KN/m);Ni:第第i条块滑动面的法向分力条块滑动面的法向分力(KN/m);Ti:作用于第作用于第i条块滑动面上的滑动分力条块滑动面上的滑动分力(KN/m),与滑动方向与滑动方向相反时取负值；相反时取负值；第第i条块的剩余下滑力传至条块的剩余下滑力传至i+1条块时

10、的传递系数条块时的传递系数 参照建筑地基基础设计规范，滑坡参照建筑地基基础设计规范，滑坡推力计算公式为：推力计算公式为：滑坡推力计算n,Fn-1:第第n块、第块、第n-1块滑块滑体的剩余下滑力体的剩余下滑力(KN/m)；传递系数传递系数滑坡推力安全系数，滑坡推力安全系数，又称设计安全系数又称设计安全系数本条块本条块本条块本条块上一条块上一条块说明：(1)第第i块的滑坡推力实际上是指第块的滑坡推力实际上是指第i条块对其下条块对其下一条块一条块(第第i+1条块条块)的推力；的推力；(2)整个滑体的推力一般是指滑体最后一个条整个滑体的推力一般是指滑体最后一个条块的推力大小。块的推力大小。(3)当坡体

11、处于极限平衡状态时，滑体的总体当坡体处于极限平衡状态时，滑体的总体推力从理论上讲应为零。推力从理论上讲应为零。(4)设计滑坡推力是指取稳定系数为设计滑坡推力是指取稳定系数为设计安全设计安全系数系数时计算出的滑坡推力。时计算出的滑坡推力。滑滑坡坡防防治治工工程程的的稳稳定定性性设设计计安安全全系系数数可可按按滑滑坡坡防防治治工工程程设设计计与与施施工工技技术术规规范范选选取取，或或按按建建筑筑边边坡坡工工程程技术规范（技术规范（GB50330-2002）选取。）选取。滑坡防治工程设计安全系数推荐表滑坡防治工程设计安全系数推荐表注：（注：（1）工况）工况自重；（自重；（2）工况）工况自重自重+地下

12、水；（地下水；（3）工况）工况自重自重+暴雨暴雨+地下水；（地下水；（4）工况）工况自重自重+地震地震+地下水。地下水。设计安全系数的取值三峡库区崩塌滑坡与塌岸地质灾害防治工程地质勘查技术要求三峡库区崩塌滑坡与塌岸地质灾害防治工程地质勘查技术要求重庆市地方标准：地质灾害防治工程设计规范重庆市地方标准：地质灾害防治工程设计规范 滑坡推力安全系数滑坡推力安全系数Fst，按滑坡在最不利按滑坡在最不利工况下的稳定性系数工况下的稳定性系数Fs确定确定。1.Fs=0.8时：时：安全等级为一级安全等级为一级 Fst=1.25 安全等级为二级安全等级为二级 Fst=1.15 安全等级为三级安全等级为三级 Fs

13、t=1.05 2.Fs0.8时：时：安全等级为一级安全等级为一级 Fst=2.25-1.25 Fs,且不大于且不大于1.5 安全等级为二级安全等级为二级 Fst=1.75-0.75 Fs,且不大于且不大于1.3 安全等级为二级安全等级为二级 Fst=1.25-0.25 Fs,且不大于且不大于1.1重庆市地方标准：地质灾害防治工程设计规范重庆市地方标准：地质灾害防治工程设计规范 3.若采用削方减载、压脚等措施后，其支挡设若采用削方减载、压脚等措施后，其支挡设计推力安全系数计推力安全系数Fst，应按减载、压脚后的滑坡应按减载、压脚后的滑坡稳定性系数稳定性系数Fs取用。取用。4.考虑地震作用时：考虑

14、地震作用时：安全等级为一级安全等级为一级 Fst=1.2 安全等级为二级安全等级为二级 Fst=1.10 安全等级为二级安全等级为二级 Fst=1.00稳定性系数计算式的注意事项：稳定性系数计算式的注意事项：(1)关于对暴雨情况的考虑关于对暴雨情况的考虑 稳定性系数计算时的注意事项正常水位正常水位1/3条间高水位条间高水位全饱水全饱水2/3条间高水位条间高水位第第i条块条块PwiPwi-1UiFsiFfi两种计算孔隙水压力的方法：两种计算孔隙水压力的方法：(1)水土合算水土合算(计算条块边界水压力计算条块边界水压力)：(2)水土分算水土分算(计算条块体力计算条块体力)：(2)关于对库水位升降情

15、况的考虑关于对库水位升降情况的考虑y隔水层隔水层(a)水位上升浸润水位上升浸润线线(2)关于对库水位升降情况的考虑关于对库水位升降情况的考虑隔水层隔水层(b)水位下降浸润水位下降浸润线线影响系数影响系数浮容重浮容重饱和容重饱和容重天然容重天然容重浮容重浮容重饱和容重饱和容重天然容重天然容重水位上升对滑坡体稳定性的影响水位上升对滑坡体稳定性的影响水位下降对滑坡体稳定性的影响水位下降对滑坡体稳定性的影响浮容重浮容重饱和容重饱和容重天然容重天然容重浮容重浮容重饱和容重饱和容重天然容重天然容重(3)关于对地震因素的考虑关于对地震因素的考虑P作用于滑坡体重心的地震水平惯性力作用于滑坡体重心的地震水平惯性

16、力(KN/m)Kh水平地震系数水平地震系数Gs滑体重力滑体重力(KN/m)地震设防烈度地震设防烈度水平地震系数水平地震系数67890.050.100.200.40C1地震力计算的综合影响系数，一般取地震力计算的综合影响系数，一般取0.25C2地震力计算的重要性修正系数，一般取地震力计算的重要性修正系数，一般取0.52 当当滑滑体体具具有有多多层层滑滑面面时时，应应分分别别计计算算各各滑滑动动面面的的滑滑坡坡推推力力，取取最最大大的的推推力力作作为为设设计计控控制值，并使每层滑坡均满足稳定要求；制值，并使每层滑坡均满足稳定要求；当当滑滑面面形形状状不不规规则则，局局部部凸凸起起面面使使滑滑体体较

17、较薄薄时时，宜宜考考虑虑从从凸凸起起部部位位剪剪出出的的可可能能性性，可可进行进行分段计算分段计算；滑坡推力计算时的注意事项 在在计计算算条条块块划划分分时时，不不宜宜将将最最下下部部条条块块分分得得太太小小，以以致致使使计计算算结结果果不不能能客客观观地地反反映映滑滑坡坡的的整体稳定状态。整体稳定状态。当滑体前部较缓，或出现反倾段时，下滑当滑体前部较缓，或出现反倾段时，下滑力可能出现负值，此时应视滑坡为稳定状态；力可能出现负值，此时应视滑坡为稳定状态；当最前部条块稳定系数不能较好地反映滑坡的当最前部条块稳定系数不能较好地反映滑坡的整体稳定性时，可采用倒数第二条块的稳定性整体稳定性时，可采用倒

18、数第二条块的稳定性系数，或最前部系数，或最前部2个条块稳定性系数的平均值。个条块稳定性系数的平均值。该剖面计算得到的稳定性系数为该剖面计算得到的稳定性系数为1.28,但若取但若取1.25的设计安全系数，则不必进行推的设计安全系数，则不必进行推力计算时，否则可能会出现意想不到的结果。力计算时，否则可能会出现意想不到的结果。坡体的剩余下滑力达坡体的剩余下滑力达10000KNm？。？。6.3.1.1 基本概念基本概念支挡结构支挡结构：为保持结构物两侧的土体、物料有：为保持结构物两侧的土体、物料有一定的高差的结构。一定的高差的结构。支挡结构支挡结构刚性支挡结构刚性支挡结构柔性支挡结构柔性支挡结构挡土墙

19、挡土墙板桩墙、内支撑板桩墙、内支撑挡土墙挡土墙：用来支承填土或山坡土体：用来支承填土或山坡土体(土压力土压力)，防止填土或土体变形失稳的一种构造物。防止填土或土体变形失稳的一种构造物。挡土墙的分类挡土墙的分类6.3 挡土墙的设计与计算 墙踵墙踵墙趾墙趾墙面墙面墙顶墙顶墙背墙背墙底墙底EpEa1:m1:n1n:地面地面倾倾角角:墙墙背摩擦角，即背摩擦角，即墙墙背与填土背与填土间间的摩的摩擦角擦角墙墙背背(面面)倾倾斜度：斜度：单单位位墙墙高与其水平高与其水平长长度之比度之比(坡比、坡率坡比、坡率)。墙墙背背(面面)倾倾角角：墙墙背背(面面)与与竖竖直面的直面的夹夹角角Ea:主动土压力主动土压力E

20、p:被动土压力被动土压力描述挡土墙的基本术语顶宽顶宽底宽底宽墙高墙高6.3.1.2 挡土墙的分类挡土墙的分类按断面的几何形状及受力特点：按断面的几何形状及受力特点：挡土墙挡土墙重力式挡土墙重力式挡土墙悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙锚杆式挡土墙锚杆式挡土墙锚定板式挡墙锚定板式挡墙加筋土式挡墙加筋土式挡墙板桩式挡土墙板桩式挡土墙地地 下下 连连 续续 墙墙重力式挡土墙重力式挡土墙衡重式挡土墙衡重式挡土墙半重力式挡墙半重力式挡墙锚杆式挡土墙锚杆式挡土墙竖向预应力锚杆挡土墙竖向预应力锚杆挡土墙薄壁式挡土墙薄壁式挡土墙土钉式挡土墙土钉式挡土墙 各类挡土墙的适用范围各类挡土墙的适用范围取

21、决于取决于墙趾地形、工程地质、墙趾地形、工程地质、水文地质、建筑材料、墙的水文地质、建筑材料、墙的用途、施工方法、技术经济用途、施工方法、技术经济条件及当地的经验条件及当地的经验等因素。等因素。重力式重力式攀枝花市建筑开挖边坡攀枝花市建筑开挖边坡半重力式半重力式(1)多用混凝土灌注，在墙背设少量钢筋；多用混凝土灌注，在墙背设少量钢筋；(2)墙趾展宽，或基底设墙趾展宽，或基底设凸榫凸榫，以减薄墙身，以减薄墙身，节省圬工，适用于地基承载力低，缺乏石节省圬工，适用于地基承载力低，缺乏石料地区；料地区；衡重式衡重式悬臂式悬臂式扶壁式宜宾五粮液酒厂铜锣湾挡土墙宜宾五粮液酒厂铜锣湾挡土墙宜宾五粮液酒厂铜锣

22、湾挡土墙宜宾五粮液酒厂铜锣湾挡土墙加筋土挡墙加筋土挡墙攀枝花机场边坡加筋土挡土墙攀枝花机场边坡加筋土挡土墙墙面板墙面板拉筋拉筋锚杆式锚杆式攀枝花机场边坡锚杆式挡土墙攀枝花机场边坡锚杆式挡土墙攀枝花机场边坡锚杆式挡土墙攀枝花机场边坡锚杆式挡土墙锚定板式锚定板式肋柱肋柱挡板挡板拉杆拉杆竖向预应力锚杆式土钉式土钉式板 桩 式桩板式挡土墙桩板式挡土墙(1)在地下挖狭长深槽，灌在地下挖狭长深槽，灌注混凝土注混凝土(配筋或不配筋配筋或不配筋)、浇筑水下钢筋混凝土墙；浇筑水下钢筋混凝土墙；(2)依靠墙体自身强度或横依靠墙体自身强度或横撑抵抗土压力；撑抵抗土压力；(3)适用于大型地下开挖工适用于大型地下开挖工

23、程，较板桩墙可得到更大程，较板桩墙可得到更大的刚度、更大的深度。的刚度、更大的深度。尼泊尔色迪河桥基加固工程剖面布置示意图尼泊尔色迪河桥基加固工程剖面布置示意图地下连续墙开挖回填预应力锚索底部易冲蚀层清除坡顶路肩式挡土墙路肩式挡土墙路基上边坡防护路基上边坡防护建筑物地基边坡防护建筑物地基边坡防护路基下边坡防护路基下边坡防护高填方地段的挡土墙高填方地段的挡土墙浆砌片浆砌片(块块)石护坡墙石护坡墙挂网喷射混挂网喷射混凝土护坡凝土护坡奉节新城多种支挡结构复合的形式进行边坡防护奉节新城多种支挡结构复合的形式进行边坡防护桩板式挡土墙桩板式挡土墙锚杆式挡土墙锚杆式挡土墙重力式挡土墙重力式挡土墙浆砌块石护坡

24、浆砌块石护坡拦石墙拦石墙(缓冲墙缓冲墙)巫山库岸防护工程巫山库岸防护工程巫山库岸防护工程巫山库岸防护工程三峡库区的库岸防护三峡库区的库岸防护(巴东巴东)挡土墙设计所参考的主要规范挡土墙设计所参考的主要规范(1).砌体结构设计规范砌体结构设计规范(GB 50003-2001);(2).建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB50005-2002)(3).混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范(GB50010-2002)(4).建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB50009-2001)(5).建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范(GB50011-2001)作用在挡土墙上的力系作用在挡土墙上的力系

25、永久荷载永久荷载(permanent load)：在规定的设计状态一定出在规定的设计状态一定出现。在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与现。在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限平均值相比可忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。一般以标准值作为值的荷载。一般以标准值作为代表值代表值。可变荷载可变荷载(variable laod):在规定的设计状态不一定出在规定的设计状态不一定出现。在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平现。在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略不计的荷载。一般以常遇值或永久值均值相比

26、不可忽略不计的荷载。一般以常遇值或永久值作为作为代表值代表值。偶然荷载偶然荷载(accident load):在设计考虑的时间内不一定在设计考虑的时间内不一定出现。在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很出现。在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。偶然荷载的大且持续时间很短的荷载。偶然荷载的代表值代表值由有关规由有关规范规定或参照有关资料和工程经验综合分析确定。范规定或参照有关资料和工程经验综合分析确定。6.3.2.3.1 6.3.2.3.1 基本概念基本概念6.3.2.3.2 6.3.2.3.2 作用于挡土墙上的永久荷载作用于挡土墙上的永久荷载挡土墙挡土墙自重自

27、重G；由于填土作用于墙背的由于填土作用于墙背的主动土压力主动土压力Ea；由于墙前土体作用于墙面的由于墙前土体作用于墙面的被动土压力被动土压力Ep(一般设计时一般设计时不予考虑，当有条件保证墙前土体永远存在方可考虑不予考虑，当有条件保证墙前土体永远存在方可考虑)；填土中的填土中的地下水压力地下水压力或或常水位常水位时的静水压力与浮力；时的静水压力与浮力；填土上其他工程填土上其他工程超载超载引起的土压力；引起的土压力；由以上荷载引起的由以上荷载引起的基底的竖向反力基底的竖向反力；基底的基底的摩擦力摩擦力；预加应力预加应力；墙背与墙背与第二破裂面第二破裂面之间的有效荷载之间的有效荷载Wr。墙顶上的有

28、效荷载墙顶上的有效荷载W0。6.3.2.3.3 6.3.2.3.3 作用于挡土墙上的可变荷载作用于挡土墙上的可变荷载设计水位设计水位的静水压力和浮力；的静水压力和浮力；车辆荷载引起的土压力车辆荷载引起的土压力(公路公路)；水位退落时的动水压力水位退落时的动水压力(库岸库岸)；波浪压力；波浪压力；冻胀力和冰压力；冻胀力和冰压力；温度荷载温度荷载主要可变荷载附加可变荷载6.3.2.3.4 6.3.2.3.4 作用于挡土墙上的偶然荷载作用于挡土墙上的偶然荷载地震荷载；地震荷载；施工及临时荷载、如起吊机、人群、堆施工及临时荷载、如起吊机、人群、堆载等载等撞击力撞击力6.3.2.3.5 6.3.2.3.

29、5 荷载组合荷载组合(1)主要组合主要组合：永久荷载与可能发生的主要可：永久荷载与可能发生的主要可变荷载组合；变荷载组合；(2)附加组合附加组合：永久荷载与主要可变荷载和附：永久荷载与主要可变荷载和附加可变荷载组合；加可变荷载组合；(3)偶然组合偶然组合：永久荷载、主要：永久荷载、主要(附加附加)可变荷可变荷载与载与一种一种偶然荷载组合。偶然荷载组合。一般情况下，不同组合情况下，设计安全一般情况下，不同组合情况下，设计安全系数的取值是不一样的。且主要组合、附加组系数的取值是不一样的。且主要组合、附加组合、偶然组合的稳定性系数依次减小。合、偶然组合的稳定性系数依次减小。挡土墙验算方法挡土墙验算方

30、法验算方法容许应力法容许应力法极限状态法极限状态法(采用总安全系数采用总安全系数)(采用分项安全系数采用分项安全系数)承载力极限状态承载力极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态将结构材料视为理想的弹性体，在荷载作将结构材料视为理想的弹性体，在荷载作用下产生的应力和变形不超过规定的容许用下产生的应力和变形不超过规定的容许值。值。R：材料的极限强度：材料的极限强度(材料抗力材料抗力)；S：容许应力：容许应力(设计荷载设计荷载)；K:(计算计算)安全系数安全系数(稳定性系数稳定性系数)。K:设计设计(目标目标)安全系数安全系数6.3.2.4.1 6.3.2.4.1 容许应力法容许应力法 结构设计的

31、结构设计的目的目的是使所设计的结构能满足是使所设计的结构能满足各种预定的功能要求。建筑结构应具备的各种预定的功能要求。建筑结构应具备的功能功能要求要求是安全性、适用性和耐久性。是安全性、适用性和耐久性。上述功能要求称为上述功能要求称为结构的可靠性结构的可靠性(度度)，即：结即：结构在规定的时间内构在规定的时间内(如设计基准期如设计基准期50年年)，在规，在规定的条件下定的条件下(正常设计、正常施工、正常使用和正常设计、正常施工、正常使用和维护维护)，完成预定的功能的能力，完成预定的功能的能力(概率概率)。极限状态法的极限状态法的理论基础理论基础是概率论和结构可靠性是概率论和结构可靠性分析。分析

32、。6.3.2.4.2 6.3.2.4.2 极限状态法极限状态法 概概 述述(1)重力式挡土墙是以重力式挡土墙是以自身重力自身重力来维持挡土墙在来维持挡土墙在土压力作用下的稳定。它是我国目前最常用土压力作用下的稳定。它是我国目前最常用的一种挡土墙形式。的一种挡土墙形式。(2)重力式挡土墙多用重力式挡土墙多用浆砌片浆砌片(块块)石砌筑石砌筑，缺乏，缺乏石料或力学上有特殊要求时石料或力学上有特殊要求时混凝土预制块混凝土预制块作作为砌体，也可直接用为砌体，也可直接用混凝土浇筑混凝土浇筑，一般不配，一般不配筋或只在局部范围内配置少量钢筋。筋或只在局部范围内配置少量钢筋。(3)常规的重力式挡土墙的常规的重

33、力式挡土墙的墙高一般不超过墙高一般不超过6m，否则应使用半重力式、衡重式以及其它形否则应使用半重力式、衡重式以及其它形式的挡土墙。式的挡土墙。挡土墙设计概述挡土墙设计概述(4)以以墙背的倾角墙背的倾角及形态来划分及形态来划分,重力式挡土重力式挡土墙可划分为以下几种类型。墙可划分为以下几种类型。6.3.3.2.1 墙身构造(1)重力式挡土墙的重力式挡土墙的墙背坡度一般采用墙背坡度一般采用1：0.201：0.3。仰斜墙背坡度不宜缓于仰斜墙背坡度不宜缓于1：0.3,一般为一般为1：0.25；俯斜俯斜墙背坡度一般为墙背坡度一般为1：0.251:0.4；衡重式或凸折式挡；衡重式或凸折式挡土墙下墙墙背坡度

34、多采用土墙下墙墙背坡度多采用1：0.251:0.30仰斜，上墙仰斜，上墙墙背坡度一般采用墙背坡度一般采用1：0.251:0.45。(2)重力式挡土墙重力式挡土墙墙面坡度一般为墙面坡度一般为1：0.051:0.20,一般不一般不得缓于得缓于1：0.35。(3)仰斜式挡土墙墙面一般与墙背坡度仰斜式挡土墙墙面一般与墙背坡度一致或缓于一致或缓于墙背墙背坡度。坡度。(4)衡重式挡土墙墙面坡度一般采用衡重式挡土墙墙面坡度一般采用1：0.05，且其上墙，且其上墙与下墙高度之比一般采用与下墙高度之比一般采用4：6较为经济合理。较为经济合理。墙墙面面墙墙背背坡坡度度 重力式挡土墙的构造重力式挡土墙的构造46(1

35、)混凝土和石砌的挡土墙，墙顶宽度不混凝土和石砌的挡土墙，墙顶宽度不宜小于宜小于0.5m;(2)整体灌注的混凝土挡墙，墙顶宽度不整体灌注的混凝土挡墙，墙顶宽度不宜小于宜小于0.4m；(3)钢筋混凝土挡墙顶宽不宜小于钢筋混凝土挡墙顶宽不宜小于0.2m.(4)通常顶宽约为通常顶宽约为H/12，而墙底宽约为而墙底宽约为(0.50.7)H。(5)挡土墙墙顶应根据需要挡土墙墙顶应根据需要(公路路肩挡公路路肩挡土墙土墙)以粗石料或以粗石料或C15混凝土作帽石混凝土作帽石,厚度不小于厚度不小于0.4m,宽度不小于宽度不小于0.6m，突出墙顶外的帽檐宽为突出墙顶外的帽檐宽为0.1m。如不设如不设帽石帽石，可选用

36、大块片石置于墙顶用砂，可选用大块片石置于墙顶用砂浆抹平浆抹平。墙墙顶顶(1)当墙身高度超过一定限度时，基底应力当墙身高度超过一定限度时，基底应力往往成为控制截面尺寸的重要因素。为了使往往成为控制截面尺寸的重要因素。为了使地基压应力不超过地基承载力和提高墙体抗地基压应力不超过地基承载力和提高墙体抗倾覆能力，可在墙底加设倾覆能力，可在墙底加设墙趾台阶墙趾台阶。(2)墙趾的高度与宽度比，应按圬工的墙趾的高度与宽度比，应按圬工的刚性刚性角角确定。要求确定。要求墙趾台阶连线与竖直线之间的墙趾台阶连线与竖直线之间的夹角夹角，对于石砌圬工不大于对于石砌圬工不大于35，对对于混凝于混凝土圬工不大于土圬工不大于

37、45。墙墙趾趾(3)一般一般墙墙趾的趾的宽宽度度不大于不大于墙墙高的高的1/20，也不，也不应应小于小于0.1m。墙墙趾趾的的高高度度应应按按刚刚性角确定，但不宜小于性角确定，但不宜小于0.4m。(1)挡土墙墙身及基础，采用挡土墙墙身及基础，采用混凝土混凝土不低于不低于C15；(2)采用采用砌石、石料砌石、石料的抗压强度一般不小于的抗压强度一般不小于Mu30,(3)寒冷及地震区寒冷及地震区，石料的重度不小于，石料的重度不小于20KN/m3,经过经过25次冻融循环，应无明显次冻融循环，应无明显破损。破损。(4)挡土墙高小于挡土墙高小于6m，砂浆砂浆采用采用M5；超过超过6m时宜采用时宜采用M7.

38、5，在寒冷及地震地区应在寒冷及地震地区应选用选用M10。墙墙身身材材料料(1)为避免因地基不均匀沉降而引起墙身开裂，根为避免因地基不均匀沉降而引起墙身开裂，根据地基地质条件的变化和墙高、墙身断面的变化情据地基地质条件的变化和墙高、墙身断面的变化情况需设置况需设置沉降缝沉降缝。(2)为防止圬工砌体因收缩硬化和温度变化而产生为防止圬工砌体因收缩硬化和温度变化而产生裂缝，应设置裂缝，应设置伸缩缝伸缩缝。(3)沉降缝和伸缩缝一般可以合并设置，沉降缝和伸缩缝一般可以合并设置，间距为间距为10-25m。缝宽。缝宽2030mm。缝内沿墙的前、后、顶缝内沿墙的前、后、顶三边填塞沥青麻筋或沥青木板，填塞深度不应

39、小于三边填塞沥青麻筋或沥青木板，填塞深度不应小于0.2m。(4)当墙背后岩石边坡或墙背填料为石料，且为冻当墙背后岩石边坡或墙背填料为石料，且为冻害不严重地区，也可不填塞，即设置空缝。害不严重地区，也可不填塞，即设置空缝。(4)干砌挡土墙可以不设沉降缝和伸缩缝。干砌挡土墙可以不设沉降缝和伸缩缝。沉沉降降缝缝和和伸伸缩缩缝缝 排水措施作用：(1)疏干墙后土体地下水和防止地表水下渗后积水，疏干墙后土体地下水和防止地表水下渗后积水，以免墙后积水致使墙身承受额外的以免墙后积水致使墙身承受额外的静水压力静水压力；(2)减少季节性冰冻地区填料的减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力冻胀压力；(3)消除粘性土填料浸

40、水后的消除粘性土填料浸水后的膨胀压力膨胀压力。常见排水措施:(地表排水+墙身排水)(1)(1)设置设置地表排水沟和截水沟地表排水沟和截水沟；(2)(2)夯实夯实回填土顶面和地表松土表面，防治下渗回填土顶面和地表松土表面，防治下渗(3)(3)在墙体中设置在墙体中设置泄水孔泄水孔；(4)(4)在墙后设置在墙后设置排水层排水层；(5)(5)在填土层中修建在填土层中修建盲沟及集水管盲沟及集水管；(6)(6)在临水面设置在临水面设置防水层防水层(防止冻害和水对墙身的腐蚀防止冻害和水对墙身的腐蚀)泄水孔为泄水孔为0.050.2m的方孔或圆孔的方孔或圆孔 重力式挡土墙抗滑稳定性验算重力式挡土墙抗滑稳定性验算

41、.1.1 挡土墙的抗滑稳定性验算挡土墙的抗滑稳定性验算 挡土墙的抗滑稳定性是指墙体在土挡土墙的抗滑稳定性是指墙体在土压力和其它外荷载的作用下，基底摩擦压力和其它外荷载的作用下，基底摩擦阻力抵挡挡土墙滑移的能力，用抗滑稳阻力抵挡挡土墙滑移的能力，用抗滑稳定性系数定性系数Kc表示。表示。考虑基本组合考虑基本组合(主要组合主要组合)时抗滑稳定系数不应小于时抗滑稳定系数不应小于1.3;考虑附加组合时不应小于考虑附加组合时不应小于1.2;考虑偶然组合时，不应小考虑偶然组合时，不应小于于1.1。挡墙高超过。挡墙高超过12m时应适当提高时应适当提高kc值。值。(1)(1)水平基底挡土墙的抗滑稳定性验算水平基

42、底挡土墙的抗滑稳定性验算G：挡土墙每延米的自重：挡土墙每延米的自重(包括墙包括墙顶上的有效荷载、墙背与第二破顶上的有效荷载、墙背与第二破裂面之间的有效荷载裂面之间的有效荷载)Ex,Ey:主动土压力的水平向和竖主动土压力的水平向和竖直向的分量；直向的分量；Ep:墙前被动土压力；墙前被动土压力；：基底摩擦系数(tg)。Ea 挡土墙的抗倾覆稳定性验算挡土墙的抗倾覆稳定性验算 挡土墙的抗倾覆稳定性是指墙体抵抗墙身挡土墙的抗倾覆稳定性是指墙体抵抗墙身绕绕墙趾墙趾向外转动倾覆的能力，用抗倾覆稳定系向外转动倾覆的能力，用抗倾覆稳定系数数K0表示。表示。My:稳定力系定力系对墙趾的趾的总力矩；力矩；M0:倾覆

43、力系覆力系对墙趾的趾的总力矩。力矩。考虑基本组合考虑基本组合(主要组合主要组合)时，抗倾覆稳定系数不时，抗倾覆稳定系数不应小于应小于1.5（新规范为（新规范为1.6）;考虑附加组合时不应小于考虑附加组合时不应小于1.3;考虑偶然组合时，不应小于考虑偶然组合时，不应小于1.1。挡墙高超过。挡墙高超过12m时应适当提高时应适当提高k0值。值。(1)(1)水平基底挡土墙的抗倾覆稳定性验算水平基底挡土墙的抗倾覆稳定性验算墙背俯斜(2)(2)倾斜基底挡土墙的抗倾覆稳定性验算倾斜基底挡土墙的抗倾覆稳定性验算z：土压力作用点离墙：土压力作用点离墙踵的高度踵的高度x0:挡土墙重心离墙趾的挡土墙重心离墙趾的水平

44、距离；水平距离；b:基底的水平投影宽度基底的水平投影宽度墙背俯斜EpZp(1)当挡土墙的抗滑稳定性满足要求，而抗倾覆当挡土墙的抗滑稳定性满足要求，而抗倾覆稳定性不满足要求时，可适当展宽墙趾，以稳定性不满足要求时，可适当展宽墙趾，以增大稳定力矩的力臂。增大稳定力矩的力臂。(2)展宽部分一般用与墙身相同的材料砌筑。展宽部分一般用与墙身相同的材料砌筑。(3)(3)基础展宽可分级设置成台阶基础展宽可分级设置成台阶(墙趾台阶墙趾台阶)，每，每级的宽度和高度的关系应符合刚性角的要求级的宽度和高度的关系应符合刚性角的要求。附 注：重力式挡土墙极限状态法验算重力式挡土墙极限状态法验算当砌体结构作为一个刚体，需

45、验算整体稳定性时，当砌体结构作为一个刚体，需验算整体稳定性时，例如倾覆、滑移、漂浮等，应按下式验算：例如倾覆、滑移、漂浮等，应按下式验算：0：结结构重要性系数。构重要性系数。对对安全等安全等级为级为一一级级或或设计设计使用年限使用年限为为50年以上的年以上的结结构构件，不构构件，不应应小于小于1.1；对对安全等安全等级为级为二二级级或或设设计计使用年限使用年限为为50年的年的结结构构件，不构构件，不应应小于小于1.0；对对安全等安全等级为级为三三级级或或设计设计使用年限使用年限为为1-5年的年的结结构构件，不构构件，不应应小于小于0.9。SG1k:起有利作用的永久荷载标准值的效应；起有利作用的

46、永久荷载标准值的效应；SG2k:起不利作用的永久荷载标准值的效应；起不利作用的永久荷载标准值的效应；SQ1k:在基本组合中起控制作用的一个可变荷载标准值的效应在基本组合中起控制作用的一个可变荷载标准值的效应 SQik:第第i个可变荷载标准值的效应个可变荷载标准值的效应 基底应力及合理偏心距验算基底应力及合理偏心距验算(1)为了保证挡土墙的基底应力不超过地基为了保证挡土墙的基底应力不超过地基的容许承载力，应进行基底应力验算。的容许承载力，应进行基底应力验算。(2)为了使挡土墙墙型结构合理和避免发生为了使挡土墙墙型结构合理和避免发生显著的不均匀沉陷显著的不均匀沉陷(降降)，还应控制作用于，还应控制

47、作用于挡土墙基底的合理偏心距。挡土墙基底的合理偏心距。基底两边缘点，即趾部和踵部的法向压应力基底两边缘点，即趾部和踵部的法向压应力P1,P2可表示为：可表示为：或基底压应力不得大于地基的容许承载力基底压应力不得大于地基的容许承载力f。当。当附加组合时，地基容许承载力可提高附加组合时，地基容许承载力可提高25%。f 为地基承载力设计值。为地基承载力设计值。基底的一侧将出现拉应力，考虑到一般情况下基底的一侧将出现拉应力，考虑到一般情况下地基与基础不能承受拉应力，故不计拉应力而地基与基础不能承受拉应力，故不计拉应力而按照应力重分布来计算最大压应力按照应力重分布来计算最大压应力(由虚线变为由虚线变为实

48、线实线)。根据力的平衡条件，总压应力等于。根据力的平衡条件，总压应力等于N，实线三角形的形心必在三角形的形心必在N的作用的作用线上，故基上，故基底底压应力三角形的底力三角形的底边长度等于度等于3ZN。于是：于是：缺图3-13P1P2Pmax对于倾斜基底，基底合力和合理偏心距的验算对于倾斜基底，基底合力和合理偏心距的验算公式与平底的基本公式类似。公式与平底的基本公式类似。根据正弦定理，倾斜基底的宽度根据正弦定理，倾斜基底的宽度B为：为：缺图3-14倾斜基底方向力倾斜基底方向力N对墙趾的力臂趾的力臂为ZN：倾斜基底的合理偏心距倾斜基底的合理偏心距e为：为：基底的法向应力为：基底的法向应力为：挡土墙

49、截面强度验算挡土墙截面强度验算 为了保证墙身的安全可靠，还应对墙体本身进行验算。为了保证墙身的安全可靠，还应对墙体本身进行验算。主要包括主要包括墙体正应力强度墙体正应力强度、偏心距偏心距、截面剪应力强度截面剪应力强度以及以及偏偏心受压构件的偏心压缩承载力心受压构件的偏心压缩承载力和和弯曲承载力弯曲承载力进行验算。进行验算。挡土墙强身强度验算挡土墙强身强度验算正应力强度偏 心 距剪应力强度 G1:计算截面以上的墙体重量；计算截面以上的墙体重量；Eaz1、Eax1:计算截面以计算截面以上主动土压力的竖向、水平分力；上主动土压力的竖向、水平分力；e1:计算截面处的偏心距；计算截面处的偏心距；B1：计算截面的截面宽度；：计算截面的截面宽度；x：G1到截面左侧的距离；到截面左侧的距离；xf1:Eaz1到截面左侧的距离；到截面左侧的距离；zf1:Eax1到截面的高度；到截面的高度；f,ftm为为砌体或混凝土的抗压、抗拉强度设计值；砌体或混凝土的抗压、抗拉强度设计值；fv：砌体抗剪强度：砌体抗剪强度设计值设计值；N1：截面以上作用于截面的总竖向荷载；：截面以上作用于截面的总竖向荷载；Mo:截截面以上全部荷载对截面形心的总力矩；面以上全部荷载对截面形心的总力矩；N0：截面以上总竖：截面以上总竖向合力。向合力。