第七章 挡土墙

挡土墙7．1概述7．2挡土墙的类型7．2．1重力式挡土墙重力式挡土墙靠本身的重量保持墙身的稳定。从受力情况分析，仰斜式的主动土压力最小，俯斜式的主动土压力最大。7．2．2悬臂式挡土墙适用于重要工程中墙高大于5m，地基土较差，当地缺乏石料等情况。7．2．3扶壁式挡土墙当墙高达于8m时，墙后填土较高，若采用悬臂式挡土墙会导致墙身过厚而不经济。7．2．4板桩式挡土墙分为钢板桩、木板桩和钢筋混凝土板桩墙等。7．3作用在挡土墙上的土压力7．4重力式挡土墙7．4．1重力式挡土墙的选型使墙后土压力最小仰斜墙主动土压力最小，俯斜墙主动土压力最大，垂直墙主动土压力处于仰斜和俯斜两者之间。墙的背坡和面坡的选择基底逆坡坡度墙趾台阶7．4．2重力式挡土墙的构造挡土墙的埋置深度土质地基一般不小于0.5m。墙身构造一般块石挡土墙顶宽不应小于0.4m。排水措施可分别采用50×100mm、100×100mm、150×200mm矩形空，或采用50～100mm的圆孔。孔眼间距为2～3m。若挡土墙高度大于12m，则应根据不同高度加设泄水孔。填土质量要求应该选择抗剪强度高、性质稳定、透水性好的粗颗粒材料作填料，例如卵石、砾石、粗砂、中砂等。用粘性土作回填涂料是不合适的，因为粘性土遇水体积会膨胀，干燥时又会收缩，性质不稳定，由于交错膨胀与收缩可在挡土墙上产生较大的侧应力。不能用的回填土为淤泥、耕植土、成块的硬粘土和膨胀型粘土。沉降缝和伸缩缝可把沉降缝兼作伸缩缝，一般每隔10～20m设置一道，缝宽约2cm，缝内嵌填柔性防水材料。挡土墙的材料要求挡土墙的砌筑质量 7．4．3重力式挡土墙的计算挡土墙的计算通常包括下列内容：①抗倾覆验算；②抗滑移验算；③地基承载力验算；④墙身强度验算；⑤抗震计算。应使抗倾覆力矩大于倾覆力矩，两者之比值为抗倾覆安全系数Kt，即（7-3）式中Kt---每延米抗倾覆安全系数；G---每延米挡土墙的重力；Eax---每延米主动土压力的水平分力（7-4）Eaz---每延米主动土压力Ea的垂直分力（7-5）x0、xf、zf---分别为G、Eaz、Eax至墙趾O点的距离（7-6）（7-7）式中b---基底的水平投影宽度；z---土压力作用点离墙踵的高度；α---墙背与水平线之间的夹角；α0---基底与水平线之间的夹角。若墙背为垂直时，则α=90º，基底水平，α0=0。那么（7-8）（7-9）2.挡土墙抗滑移验算抗滑力和滑动力的比值称为抗滑移安全系数Ks，即：（7-10）式中Ks---抗滑移安全系数；Gn---垂直于基底的重力分力Gn=G·cosα0；（7-11）Gt---平行于基底的重力分力Gt=G·sinα0；（7-12）Ean---垂直于基底的土压力分力；（7-13）Eat---平行于基底的土压力分力；（7-14）μ---挡土墙基底对地基的摩擦系数，由试验确定，当无试验资料时，可参考表7-3选用。3．挡土墙地基承载力验算（7-17）（7-18）垂直于基底的分力为（7-19）（7-20）（7-21）（7-22）（7-23）式中b‘----基底斜向宽度当偏心距时，基底压力呈梯形或三角形分布（图7-14）。（7-24）当偏心距时，则基地压力呈三角形分布（图7-14）。（7-25）式中fa----修正后的地基承载力特征值，当基底倾斜时，应乘以0.8的折减系数。挡土墙墙身强度验算重力式挡土墙一般用毛石砌筑，需验算任意墙身截面处的法向应力和剪切应力。（7-26）式中N----由设计荷载产生的纵向力；γa----结构构件的设计抗力调整系数，取γa=1.0φ----纵向力影响系数，根据砂浆强度等级、β、e/h查表求得；β---高厚比β=H0/h；在求纵向力影响系数时先对β值乘以砌体系数，对粗料石和毛石砌体为1.5；H0为计算墙高取2h’r（h’r为墙高）；h为墙的平均厚度。e---纵向力的计算偏心距e=ek+eα；ek为标准荷载产生的偏心距，eα为附加的偏心距，；A---计算截面面积，取1m长度；f---气体抗压设计强度。（2）抗剪验算（7-27）式中Q---由设计荷载产生的水平荷载；fv---砌体设计抗剪强度；σu---恒载标准值产生的平均压应力。挡土墙的抗震计算抗倾覆验算（图7-16）（7-28）抗滑移验算（图7-17）(7-29)式中F---地震力，F=k·G。地基承载力验算（图7-18）当基底合力的偏心距时：（7-30）当基底合力的偏心距时：（7-31）式中（7-32）墙身强度验算（图7-19）抗压验算（7-33）抗剪验算（7-34）计算Q值时，要考虑地震力F。[例题7-1]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=30º，粘聚力c=0，填土重度γ=18kN/m3，地面荷载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例图7-1-1。[解]1.计算主动土压力Ea。将地面荷载换算成土层厚度，由于墙背垂直光滑，主动土压力合力Ea：（三角形面积）2．抗倾覆验算抗倾覆安全系数Kt：（满足要求）3．抗滑移验算抗滑移安全系数Ks满足要求地基承载力验算合力N对O点的距离c： ，地基应力呈梯形分布，其基底应力为：满足要求墙身强度验算（例图7-1-2）抗压强度验算土压力强度：墙顶：I-I截面：合力N对O/的距离c：对截面形心偏心距设计荷载N=1.2（G2+G3）=1.2×74.58=89.5kN/m墙身平均厚度抗力调整系数γa=1.0截面积A=1.76×1=1.76m2毛石砌体抗压设计强度f=0.38×0.85=0.323MPa=323kPa85为水泥砂浆的强度折减系数)高厚比，毛石砌体取β=5.31×1.5=7.965标准荷载产生的偏心距ek=0.16m，附加偏心距纵向力的计算偏心距e=ek+ea由砂浆强度等级、β及查得纵向力影响系数=0.58抗剪强度验算设计荷载毛石砌体设计抗剪强度fv=0.11×0.75=0.0825MPa=82.5kPa恒载标准值产生的平均压应力（满足要求）7．5悬臂式挡土墙7．5．1悬臂式挡土墙的构造特点～，墙趾宽度b1约等于。当采用双排钢筋时，墙身顶面最小宽度宜为200mm；如果墙高较小，墙身较薄，墙内配筋采用单排钢筋，则墙身顶面最小宽度可适当减小。墙身面坡采用1:0.02～0.05，底板最小宽度为200mm，若挡土墙高超过6m，宜加扶壁柱。挡土墙后应做好排水措施，以消除水压影响，减少墙背的水平推理。通常在墙身中每隔2～3m设置一个100～150mm孔径的泄水孔。一般每隔20～25m设一道伸缩缝。墙身受拉一侧按计算配筋，在受压一侧为了防止产生收缩与温度缝裂也要配置纵横向的构造钢筋网φ10@300，其配筋率不低于0.2%。计算截面有效高度h0时，钢筋保护层应取30mm；对于底板，不小于50mm，无垫层时不小于70mm。7．5．2悬壁式挡土墙的计算方法悬臂式挡土墙的计算，包括确定侧压力、墙身（立壁）的内力及配筋计算、地基承载力验算、基础板的内力及配筋计算、抗倾覆稳定验算、抗滑移稳定验算等。确定侧压力无地下水（或排水良好）见图7-21a主动土压力Ea=Ea1+Ea2。当墙背直立、光滑、填土面水平时，（7-35）式中Ea1----由墙后土体产生的土压力（N/m，kN/m）；Ea2----由填土面上均布荷载q产生的土压力（N/m，kN/m）；有地下水时（图7-21b）地下水位处（7-36）地下水位以下（7-37）（7-38）式中γ0----结构重要性系数，对于重要的构筑物取γ0=1.1，对于一般的构筑物取γ0=1.0，对于次要的取γ0=0.9；γG----墙后填土的荷载分项系数，可取γ0=1.2；γQ----墙后均布活荷载的荷载分项系数，取γ0=1.4。受力钢筋的数量，可按下列公式进行计算（7-39）式中As----受力钢筋截面面积；γs----系数（与受压区相对高度有关，可预先算出，列出表格）；fy----受力钢筋设计强度；h0----截面有效高度。地基承载力验算墙身截面尺寸及配筋确定后，可假定基础底板截面尺寸，设底板宽度为b，墙趾宽度为b1，墙纵板宽度为b2（图7-22）及底板厚度为h，并设墙身自重G1、基础板自重G2、墙踵板在宽度b2内的土重G3、墙面的活荷载G4、土的侧压力E/a1及E/a2，由下式可以求得合力的偏心距e值（7-40）讨论：当e≤b/6时，截面全部受压（7-41）当e>b/6时，截面部分受压（7-42）式中ΣG----为G1、G2、G3、G4之和；c----合力作用点至o点的距离。要求满足条件：（7-43）（7-44）式中fa----修正后的地基承载力特征值。基础板的内力及配筋计算突出的墙趾：作用在墙趾上的力有基底反力、突出墙趾部分的自重及其上土体重量，墙趾截面上的弯矩M可由下式算出（见图7-22）。式中Ma----墙趾板自重及其上土体重量作用下产生的弯矩。由于墙趾板自重很小，其上土体重量在使用过程中有可能被移走，因而一般可忽略这两项丽的作用，也即Ma=0。上式可写为（7-45）按式（7-39）计算求得的钢筋数量应配置在墙趾的下部。突出的墙踵：作用在墙踵（墙身后的基础板）上的力由墙踵部分的自重（即G2的一部分，见图7-22）及其上土体重量G3、均布活荷载G4、基底反力，在这些力的共同作用下，使突出的墙踵向下弯曲，产生弯矩M2可由下式算得（图7-22）（7-46）式中q1----墙踵自重及G3、G4产生的均布荷载。根据弯矩M2计算求得的钢筋应配置在基础板的上部。稳定性验算抗倾覆稳定验算（图7-22）（7-47）式中G1、G2----墙身自重及基础板自重；G3----墙踵上填土重。抗滑移稳定验算（图7-22）（7-48）式中（7-48）中不考虑活荷载G4。当有地下水浮力Q时，（G1+G2+G3）中要减去Q值。提高稳定性的措施当稳定性不够时，应采取相应措施。提高稳定性的常用措施有以下几种：减少土的侧压力墙后填土换成块石，增强内摩擦角φ值，这样可以减少侧压力。或在挡土墙立壁中部设减压平台，平台宜伸出图体滑裂面以外，以提高减压效果，常用于扶壁式挡土墙（图7-23）。增强墙踵的悬臂长度在原基础底板墙踵后面加设抗滑拖板，如图7-24a所示，抗滑拖板与墙踵铰接连接。II)在原基础底板墙踵部分加长，如图7-24b所示。强背后面堆土重增加，使抗倾覆和抗滑能力得到提高。提高基础抗滑能力基础底板做成倾斜面（图7-25）。倾斜角αº≤10º。抗滑移力为（7-49）滑移力为（7-50）如图7-25所示，如果倾斜坡度为1：6时，则cosα0=0.986,sinα0=0.164。由式（7-49）及式（7-50）可以看出，抗滑移力增加而滑移力却减少了。设置滑移键如图7-26所示，防滑键设置于基础底板下端，键的高度hj与键离墙趾端部A点的距离αj的比例，宜满足下列条件（7-51）被动土压力Ep值为（7-52）当键的位置满足式（7-51）时，被动土压力Ep最大。键后面土与底板间的摩擦力F为（7-53）应满足条件（7-54）式中的ψp值是考虑被动土压力Ep不能充分发挥一个影响系数，一般可取ψp=0.5。在基础底板地面夯填300～500mm后的碎石，以增加摩擦系数μ至，提高挡土墙抗滑移力。[例题7-2]悬壁式挡土墙截面尺寸如例图7-2-1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。[解]1.确定侧压力=27+4=31kN/m墙身内力及配筋计算从式（7-38）中可求得每延米设计嵌固弯矩M（HRB335级钢筋）墙身净保护层取35mm查表得γs=0.932沿墙身每米配置812（As=905mm2）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φ10@300。地基承载力验算每延米墙身自重G1每延米基底板自重G