东南大学：《路面工程》课程教学资源（教案讲义）第六章 挡土墙设计（2/2）

§65地震地区挡土墙设计 挡土墙修建在设计裂度为8度及8度以上的地震区,以及修筑在地震时可能 发生大规模滑坡、崩塌的地段或软弱地基(如软弱粘性土层)、地震强度和稳定 性验算。验算时要考虑破裂棱体和挡土墙身分别承受地震力的作用,将地震荷 载与恒载组合,并考虑常年水位的浮力;不考虑季节性浸水的影响,其他外力 包括车辆荷载的作用均不考虑。 、地震荷载的计算 在挡土墙设计中,一般只考虑水平地震力,竖向地震力因影响小,可略去 不计。作用于破裂棱体与挡土墙重心上的最大水平地震力P为 P=CKLG (6-75) 式中:Cz综合影响系数,表示实际建筑物的地震反应与理论计算间的 差异,采用0.25 KH—水平地震系数,为地震时地面最大水平加速度的统计平均值与重力 加速度的比值,见表6-16 G破裂棱体与挡土墙的重量。 表6-16 水平地震系数 设计烈度(度 水平地震系数KH 0.1 0.2 0.4 图6-45表示挡土墙重G与水平地震力P的合力G1,其与竖直线的夹角θ称 为地震角。 =arc (676) 0++ G 图6-45水平地震力与地震角 图6-46地震作用下的主动土压力 二、地震作用下的土压力 已知地震力与重力的合的大小与方向,并且假定在地震作用下土的内摩擦 角与墙背摩擦角δ不变,则墙后破棱体的平衡力系如图6-46a)所示,图b)为力多 边形abbc或力三角形abc。从图中可以看出,当用Ys=y/os0s、8s=8+0s 取代γ、δ和φ值时,地震作用下的力三角形abc与图6-13中一般情况下的力三

42 §6-5 地震地区挡土墙设计 挡土墙修建在设计裂度为8度及8度以上的地震区，以及修筑在地震时可能 发生大规模滑坡、崩塌的地段或软弱地基(如软弱粘性土层)、地震强度和稳定 性验算。验算时要考虑破裂棱体和挡土墙身分别承受地震力的作用，将地震荷 载与恒载组合，并考虑常年水位的浮力；不考虑季节性浸水的影响，其他外力 ，包括车辆荷载的作用均不考虑。 一、地震荷载的计算 在挡土墙设计中，一般只考虑水平地震力，竖向地震力因影响小，可略去 不计。作用于破裂棱体与挡土墙重心上的最大水平地震力Ps为 Ps  CZ KH G （6－75） 式中：CZ——综合影响系数，表示实际建筑物的地震反应与理论计算间的 差异，采用0.25； KH——水平地震系数，为地震时地面最大水平加速度的统计平均值与重力 加速度的比值，见表6-16； G——破裂棱体与挡土墙的重量。 表6-16 水平地震系数 设计烈度(度) 7 8 9 水平地震系数KH 0.1 0.2 0.4 图6-45表示挡土墙重G与水平地震力Ps的合力G1，其与竖直线的夹角θs称 为地震角。 s z H  arctgC K （6-76） 图6-45水平地震力与地震角 图6-46 地震作用下的主动土压力 二、地震作用下的土压力 已知地震力与重力的合的大小与方向，并且假定在地震作用下土的内摩擦 角与墙背摩擦角δ不变，则墙后破棱体的平衡力系如图6-46a)所示，图b)为力多 边形abb1c或力三角形abc。从图中可以看出，当用γs＝γ/cosθs、δs＝δ＋θs 取代γ、δ和值时，地震作用下的力三角形abc与图6-13中一般情况下的力三

角形abc完全相似,因此可直接采用一般库伦土压力公式来求算地震土压力 例如:当填土表面为一平面倾角β时,由图6-13和式(6-6)可知,地震土压 力应为 E H2K 2 cos0 cos 2(-6 (6-77) cose cos'acos(a+8+0,)1+ sin(o+o) sin(p-8, -B) Vcos(a+8+0, )cos(a+B) 各种边界条件下的地震土压力均可用γs、δs、φ取代γ、δ、φ而按 般数解公式求算。必须指出,这种方法仅仅是利用原有公式来求解的计算过程 而地震土压力E的作用方向仍应按实际墙背摩擦角δ决定,在计算E和E时 采用δ而不用δs 对于地震作用下的路肩挡土墙,也可用下面的简化公式计算 Ea=(1-3C2KHtgo) Ea (6-78) 式中 般非地震地区的挡土墙主动土压力。 、地震条件下挡土墙的验 算 具体验算方法同前述,只是验算时注意考 虑地震对挡土墙的影响 四、一般防震措施 1.尽可能采用重心低的墙身断面形式 2.基础尽可能置于基岩或坚硬的均质土层 图6-47作用于地震地区挡 上;遇有软粘土、饱和砂土或严重不均匀地基时,应采取适当措施进行加固处 理 3.挡土墙宜采用浆砌片(块)石、混凝土和钢筋混凝土修筑。当采用干砌片 (块)石时,墙高须加以限制:设计烈度为8度时,一般不超过5m;9度时,一般 不超过3m。 4.墙体应以垂直通缝分段,每段长度不宜超过15m。地基变化或地面标髙 突变处,也应设置通缝 5.应严格控制砌筑质量,石料要嵌挤紧密,砂浆要饱满,砂浆标号按非地 震区要求提高一级采用。 6.墙后填料应尽量用片、碎石或砂性土分层填筑并夯实,并做好排水设施

43 角形abc完全相似，因此可直接采用一般库伦土压力公式来求算地震土压力。 例如：当填土表面为一平面倾角β时，由图6-13和式(6-6)可知，地震土压 力应为             E H K H a s s s s s s s                    1 2 1 2 1 2 2 2 2 2                      cos cos cos cos cos sin sin cos cos （6－77） 各种边界条件下的地震土压力均可用γs、δs、s取代γ、δ、 而按一 般数解公式求算。必须指出，这种方法仅仅是利用原有公式来求解的计算过程 ，而地震土压力Ea的作用方向仍应按实际墙背摩擦角δ决定，在计算Ex和Ey时 ，采用δ而不用δs。 对于地震作用下的路肩挡土墙，也可用下面的简化公式计算 Ea’＝（1－3CzKHtg）Ea （6－78） 式中：Ea——一般非地震地区的挡土墙主动土压力。 三、地震条件下挡土墙的验 算 具体验算方法同前述，只是验算时注意考 虑地震对挡土墙的影响。 四、一般防震措施 1．尽可能采用重心低的墙身断面形式。 2．基础尽可能置于基岩或坚硬的均质土层 上；遇有软粘土、饱和砂土或严重不均匀地基时，应采取适当措施进行加固处 理。 3．挡土墙宜采用浆砌片(块)石、混凝土和钢筋混凝土修筑。当采用干砌片 (块)石时，墙高须加以限制：设计烈度为8度时，一般不超过5m；9度时，一般 不超过3m。 4．墙体应以垂直通缝分段，每段长度不宜超过15m。地基变化或地面标高 突变处，也应设置通缝。 5．应严格控制砌筑质量，石料要嵌挤紧密，砂浆要饱满，砂浆标号按非地 震区要求提高一级采用。 6．墙后填料应尽量用片、碎石或砂性土分层填筑并夯实，并做好排水设施 。 图6-47 作用于地震地区挡土墙上的力系

§6-6 轻型挡土墙 重力式挡土墙具有构造简单、施工方便和就地取材等优点,但其稳定性主 要靠墙身自重来保证,因而墙身断面较大,占地较多,不能充分发挥建筑材料 的强度性能,也不易实行施工的机械化与工厂化。轻型挡土墙则常用钢筋混凝 土构件组成,墙身断面较小,墙的稳定性不是或不完全是依靠本身重量来维持 因而结构较轻巧,圬工量省,占地较少,有利于机械化施工。轻型挡土墙的 类型很多,本节仅介绍悬臂式挡土墙、锚杆挡土墙和锚定板挡土墙的型式和设 悬臂式挡土墙 (一)悬臂式挡土墙的构造及适用条件 钢筋混凝土悬臂式挡土墙是由立壁和底板组成,具有三个悬臂,即立壁 趾板和踵板,同时固定在中间夹块上,如图6-48所示。墙的稳定性依靠墙身自 重和踵板上的填土重量来保证,而趾板的设置又显著地増加了抗倾覆力矩的力 臂,因此结构形式比较经济。 悬臂式挡土墙构造简单,施工方便,能适应较松软的地基,墙高一般在6 σm之间。当墙髙较大时,立壁下部的弯矩大,钢筋与混凝土用量剧増,影响这 种结构型式的经济效果,此时可采用扶壁式挡土墙。 (二)悬臂式挡土墙设计 土压力计算 对于悬臂式挡土墙,通常采用朗金理论来计算通过墙踵的竖直面上的土压 力Ea,然后结合位于该竖直面与墙背间的土重,得到作用于墙上的总压力 一E E 3 B ∑B 图6-48悬臂式挡土墙的受力状态 悬臂式挡土墙土压力分布,如图6-48。其总土压力为

44 §6-6 轻型挡土墙 重力式挡土墙具有构造简单、施工方便和就地取材等优点，但其稳定性主 要靠墙身自重来保证，因而墙身断面较大，占地较多，不能充分发挥建筑材料 的强度性能，也不易实行施工的机械化与工厂化。轻型挡土墙则常用钢筋混凝 土构件组成，墙身断面较小，墙的稳定性不是或不完全是依靠本身重量来维持 ，因而结构较轻巧，圬工量省，占地较少，有利于机械化施工。轻型挡土墙的 类型很多，本节仅介绍悬臂式挡土墙、锚杆挡土墙和锚定板挡土墙的型式和设 计。 一、悬臂式挡土墙 (一)悬臂式挡土墙的构造及适用条件 钢筋混凝土悬臂式挡土墙是由立壁和底板组成，具有三个悬臂，即立壁、 趾板和踵板，同时固定在中间夹块上，如图6-48所示。墙的稳定性依靠墙身自 重和踵板上的填土重量来保证，而趾板的设置又显著地增加了抗倾覆力矩的力 臂，因此结构形式比较经济。 悬臂式挡土墙构造简单，施工方便，能适应较松软的地基，墙高一般在6～ 9m之间。当墙高较大时，立壁下部的弯矩大，钢筋与混凝土用量剧增，影响这 种结构型式的经济效果，此时可采用扶壁式挡土墙。 (二)悬臂式挡土墙设计 1．土压力计算 对于悬臂式挡土墙，通常采用朗金理论来计算通过墙踵的竖直面上的土压 力Ea，然后结合位于该竖直面与墙背间的土重，得到作用于墙上的总压力。 图6-48 悬臂式挡土墙的受力状态 悬臂式挡土墙土压力分布，如图6-48。其总土压力为

E=XH k os B B cosB+√cos32B-cos2p 式中:K为朗金土压力系数,可由有关手册查得。 当地面为水平时,β=0, K 土压力的方向平行于地面。 在墙身结构验算中,将总土压力E2分为E1和EB3,分别作用于立壁及踵板 上。总土压的分布图为△ab'c',其中Δabc部分作用在立壁上,合力为EH1梯形 bb'c'c部分作用于踵板上,合力为EB3,bc线平行于地面,通过立壁与踵板的拐 角点α。踵板还承受填土G1+G2的垂直压力 悬臂式挡土墙的土压力,也可以采用库伦方法计算,计算时应验算是否出 现第二破裂面。若条件成立,计算时假定踵板上所受的垂直力为第二破裂面以 下踵以上的土重力与主动土压力垂直分力之和,立壁则承受主动土压力的全部 水平分力 2.底板宽度计算 1)夹块宽度 同立壁底部厚度B2,计算方法后面介绍。 2)踵板宽度 踵板宽度受滑动稳定控制,要求 [K]Ex=1N(6-81) 式中:[K]—滑动稳定系数。 ⅢNL 对加设凸榫的挡土墙,在未设凸榫前 B2+ B3 要求满足K≥10: ∑N底板上所承受的垂直荷载工型 等于ΣG+Ey ΣG——底板上填土及圬工重量 . E 在墙身尺寸未定前,暂行估算。 (1)路肩墙,当胸坡垂直,顶面有3 均布荷载h时(图6-49) ti EB/2 当用朗金方法计算土压力时,活载 均按路基面全宽换算分布宽度,以简 化计算 ΣG暂按下式估算 ∑G=(B2+B3)(H+h)Y1 (6-82) 图6-49确定底板宽度简图 式中 填料容重,kNm3 μ——容重修正系数,由于计算ΣG中未计入趾板及其上部土重, 故须近似地将其容重加以修正,μ值见表6-18

45 E H K K       1 2 2 2 2 2 2         cos cos cos cos cos cos cos （6－79） 式中：K为朗金土压力系数，可由有关手册查得。 当地面为水平时，β＝0， K  tg           1 1 45 2 2 sin sin    （6－80） 土压力的方向平行于地面。 在墙身结构验算中，将总土压力Ea分为EH1和EB3，分别作用于立壁及踵板 上。总土压的分布图为Δab’c’，其中Δabc部分作用在立壁上，合力为EH1梯形 bb’c’c部分作用于踵板上，合力为EB3，bc线平行于地面，通过立壁与踵板的拐 角点α。踵板还承受填土G1＋G2的垂直压力。 悬臂式挡土墙的土压力，也可以采用库伦方法计算，计算时应验算是否出 现第二破裂面。若条件成立，计算时假定踵板上所受的垂直力为第二破裂面以 下踵以上的土重力与主动土压力垂直分力之和，立壁则承受主动土压力的全部 水平分力。 2．底板宽度计算 1)夹块宽度 同立壁底部厚度B2，计算方法后面介绍。 2)踵板宽度 踵板宽度受滑动稳定控制，要求 ［Kc］Ex＝fN (6－81） 式中：［Kc］——滑动稳定系数。 对加设凸榫的挡土墙，在未设凸榫前 ，要求满足Kc≥1.0； ΣN——底板上所承受的垂直荷载 ，等于ΣG＋Ey； ΣG——底板上填土及圬工重量， 在墙身尺寸未定前，暂行估算。 (1)路肩墙，当胸坡垂直，顶面有 均布荷载h0时(图6-49) 当用朗金方法计算土压力时，活载 均按路基面全宽换算分布宽度，以简 化计算。 ΣG暂按下式估算 ΣG＝（B2＋B3）（H＋h0）γμ （6－82） 式中：γ——填料容重，kN/m 3 ； μ——容重修正系数，由于计算ΣG中未计入趾板及其上部土重， 故须近似地将其容重加以修正，μ值见表6-18。 图6-49确定底板宽度简图

(6-83) f(B2+B,H+ho) (2)路堑墙或路堤墙,当墙顶地面坡角为β,胸坡垂直时(图6-5 ]E=/∑ =八(B+B(H+2gm+E (6-84) E.-/B, B H+B,/gB 表6-18 容重修正系数μ值 容重 摩擦系数f (kNm3)030035040045050060070084100 16 1071081091.10112113115117120 18105106107108109111121141.16 1.03 041051.061071.081.10 (3)当墙胸具有1:m的倾斜度时,上面两个计算式应加上胸坡修正宽度Δ B3 △B3=mH12 (6-85) 3)趾板宽度 趾板宽度B1除高墙受倾覆稳定系数K控制外,一般都由地基应力或偏心距e 来决定,要求墙踵不出现拉应力,如图6-49所示,即 e≤∑B/6 ∑B,∑B e 6 则Z ∑ 将M=∑(鸟+B 2+B代入上式后得 3{M,-M)3(B2+B1+2B)3M ∑B=- ∑N N B,+B、+B 已知ΣN=[K]Ex/f,代入上式得 B 025(B2+B3) (6-86) 对于路肩墙(图6-56)

46      K E f N f B B H h c x     = 2 3 0  （6－83） (2)路堑墙或路堤墙，当墙顶地面坡角为β，胸坡垂直时(图6-55)       K E f N f B B H B tg fE B K E fE f H B tg c x y c x y                     = 2 3 3 3 3 1 2 1 2     (6-84) 表6-18 容重修正系数μ值 容重 (kN/m 3） 摩擦系数 f 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.60 0.70 0.84 1.00 16 1.07 1.08 1.09 1.10 1.12 1.13 1.15 1.17 1.20 18 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.11 1.12 1.14 1.16 20 1.03 1.04 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.10 1.12 (3)当墙胸具有1：m的倾斜度时，上面两个计算式应加上胸坡修正宽度Δ B3 ΔB3＝mH1 /2 （6－85） 3)趾板宽度 趾板宽度B1除高墙受倾覆稳定系数K0控制外，一般都由地基应力或偏心距e 来决定，要求墙踵不出现拉应力，如图6-49所示，即 e≤ΣB／6 当e B Z B   N    2 6 则Z B M M N N y     3  0 将 M N B B y  B          2 3 1 2 代入上式后得     1 2 3 0 2 3 1 0 3 2 3 3 2 B B B N B B B M N M M B y             已知ΣN＝［Kc］Ex／f，代入上式得   B M f K E B B c x 1 0 2 3 15   0 25  . . ( ) (6－86） 对于路肩墙(图6-56)