【正文】 (c) 滑動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算 圖 34 L 形擋土墻的抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算 三 .擋土墻抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算 1. 抗傾穩(wěn)定驗(yàn)算 擋土墻的抗傾穩(wěn)定性是指擋土墻抵抗繞前趾向外轉(zhuǎn)動(dòng)傾覆的能力，用抗傾覆穩(wěn)定系蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 數(shù) 0K 表示。 （一） 巖基擋土墻抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算 1. 中小型工程的巖基擋土墻 在無(wú)條件進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，可按以下公式計(jì)算抗滑穩(wěn)定性。 對(duì)于巖石 地基，抗滑和抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算及地基最大應(yīng)力和偏心距控制是穩(wěn)定計(jì)算的主要內(nèi)容，而對(duì)地基應(yīng)力大小比不像土基那樣嚴(yán)格控制。 （ 2） 抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算，以保證擋土墻不產(chǎn)生繞前趾傾覆穩(wěn)定破壞。 圖 31 擋土墻沿基底滑動(dòng)破壞 圖 32 擋土墻傾覆破壞 圖 33 擋土墻地基下沉破壞 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 第二節(jié) 擋土墻的穩(wěn)定驗(yàn)算 一 .擋土墻的穩(wěn)定檢算內(nèi)容 擋土墻設(shè)計(jì)應(yīng)保證不產(chǎn)生前述各種穩(wěn)定破壞，為此需進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算。 第 三章 擋土墻的穩(wěn)定驗(yàn)算 第一節(jié) 擋土墻穩(wěn)定破壞形式 擋土墻穩(wěn)定檢算的目的是保證擋土墻不產(chǎn)生整體穩(wěn)定性破壞。 （二） 建成無(wú)水或施工期岸墻或翼墻的揚(yáng)壓力 建成無(wú)水或施工期墻后地下水位，可根據(jù)地質(zhì)報(bào)告或調(diào)查報(bào)告確定。 墻前后填土地下水位以下墻面或墻背所受靜水壓力的計(jì)算方法與墻體完全浸與水中計(jì)算靜水壓力方法相同。對(duì)大型工程可采用繪制流網(wǎng)法或按阻力系數(shù)法求得。 當(dāng)墻后土層滲透系數(shù)小于地基土的滲透系數(shù)時(shí)，墻后水位可采用對(duì)應(yīng)部分的基地?fù)P壓力計(jì)算值。 一 .墻后水位的強(qiáng)度確定 水工建筑物在運(yùn)用中，水流不僅通過(guò)地基向下流滲透，而且還將通過(guò)兩岸翼墻和岸墻向下游滲透，這種滲透稱(chēng)為繞流滲透。 第三節(jié) 作用在擋土墻上的靜水壓力及基地?fù)P壓力 水工擋土墻多數(shù)情況下在有水情況下運(yùn)行，墻前常有水，墻后填土有滲流作用，在這種情況下，前墻墻后不但受浸水壓力作用 ，其基地還受揚(yáng)壓力作用。 在地下水位處土壓力強(qiáng)度： 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 )245( 021 ?? ?? tgHp a （ 212） 在墻底處土壓力強(qiáng)度為： )245()39。土壓力呈下圖折線分布。地下水位以上土壓力計(jì)算采用天然重度 ? ，地下水位以下采用浮重度 39。 （ 2） 填料浸水后，將對(duì)強(qiáng)度指標(biāo)產(chǎn)生影響，對(duì)砂性土影響不大，但將使粘性土的強(qiáng)度指標(biāo)（ ? 、 c ）有較大降低，進(jìn)而增大土壓力。 φθ第一破裂面第二破裂面第二破裂角第一破裂角ANVMAAVγ HKa 圖 25 朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算 AV 面上作用的主動(dòng)土壓力 aE ，將由主動(dòng)土壓力強(qiáng)度按直線分布求出： aaz kHHp 22222221c o sc o sc o s c o sc o sc o sc o s21 ???? ????? ??? ??? （ 210） 當(dāng)填土面水平 ? =0 時(shí)， aaz kHtgHp 2022 21)245(21 ??? ??? （ 211） （三） 浸水擋土墻的土壓力計(jì)算 水工建筑物中的擋土墻，多數(shù)在有水情況下運(yùn)用，填土中的地下水對(duì)土壓力的影響主要反映在以下兩個(gè)方面。Β166。在圖 25中土壓力作用在 AV 垂直面上，作用方向與地面平行，當(dāng)填土面為水平時(shí)（ ? =0），土壓力方向水平；當(dāng)填土面有斜坡時(shí)（ ? ? 0 ），土壓力方向與水平方向成 ? 角。理解破裂角和破裂面的概念，對(duì)判別不同土壓力理論的適用條件及特殊情況土壓力的計(jì)算等都很重要。? 和 39。 土層壓縮足夠數(shù)量產(chǎn)生的兩簇面相交成 2900 ?? 角，并與垂直線分別交成： 2s ins ina r c s in2124539。Β166。ΒA γ HKaVMVNAEa第一破裂面第二破裂面塑性平衡區(qū)θa190176。φ166。 （ 3） 為到達(dá)主動(dòng)應(yīng)力狀態(tài)，土層必須向兩側(cè)伸張 ，如 圖 24（ a）所示 ；為達(dá)到被動(dòng)應(yīng)力狀態(tài)， 土層必須由兩側(cè)向內(nèi)壓縮 如圖 24（ b）所示 ，當(dāng)土層伸張或壓縮足夠的數(shù)量時(shí)，填土內(nèi)產(chǎn)生兩簇直線的剪裂面，兩簇剪裂面所夾的鍥體內(nèi)填土各點(diǎn)均處于塑性平衡狀態(tài)，稱(chēng)為朗 肯主動(dòng)或被動(dòng)土壓力狀態(tài)。 總靜止土壓力按下式計(jì)算：020 21 KHE ?? （ 22） 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 三 .朗肯土壓力理論及其計(jì)算 （一） 朗肯理論的要點(diǎn)及基本假定 （ 1） 填土為砂性土。sin10 ???k ， 39。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 E P 被動(dòng)土壓力E 0 靜止土壓力E a 主動(dòng)土壓力墻離填土方向位移（土推墻） 墻向填土方向位移（墻推土）主動(dòng)極限平衡彈性平衡 被動(dòng)極限平衡△lHE 圖 23 土壓力分類(lèi) 二 .靜止土壓力的計(jì)算 靜止土壓力目前尚無(wú)精確的計(jì)算方法，通常采用下列公式計(jì)算，填土深處 Z處土壓力強(qiáng)度。正應(yīng)為如此，在工程設(shè)計(jì)中，一般作用于擋土墻背后的土壓力多按主動(dòng)土壓力計(jì)算。此時(shí)作用與墻背的土壓力達(dá)各種土壓力的最小值，稱(chēng)為主動(dòng)土壓力。 當(dāng)擋土墻在巖基上不產(chǎn)生傾斜或位移，而且墻體本身剛度很大，不易變形時(shí)，墻后填土不產(chǎn)生剪切破裂，則處于彈性平衡狀態(tài)，這時(shí)作用在擋土墻上的土壓力稱(chēng)為靜止土壓力。作用于擋土墻上土壓力的大小和分布除與填土指標(biāo)蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 和墻高等因素有關(guān)，還與擋土墻的位移方向和大小密切相關(guān)。因此將地震荷載與正常運(yùn)用荷載一起也作為特殊荷載組合。 第一種情況是必然會(huì)出現(xiàn)的；第二種情況是多數(shù)運(yùn)用情況，在荷載組合中屬基本荷載組合；第三種情況在偶然情況下出現(xiàn)，相應(yīng)的荷載組合屬于特殊荷載組合。 （ 3） 非常擋水期，上游為校核洪水位，下 游為相應(yīng)低水位。 在擋土墻的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算中，一般選用以下三種計(jì)算情況： （ 1） 建完期，作用于擋土墻的荷載，主有擋土墻自重力和土壓力，擋墻后地下水位高時(shí)，墻后收凈水壓力，底部受揚(yáng)壓力。 表 21 主要荷載組合 荷載 計(jì)算 計(jì)算情況 荷 載 說(shuō) 明 自重 靜水壓力 揚(yáng)壓力 土壓力 浪壓力 泥沙壓力 地震荷載 其他 基 本 組 合 完建情況 √ √ 也可能有靜水壓力和揚(yáng)壓力 正常情況 √ √ √ √ √ √ √ 按正常擋水位組合計(jì)算靜水壓力，揚(yáng)壓力及浪壓力 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 設(shè)計(jì)情況 √ √ √ √ √ √ √ 按設(shè)計(jì)洪水位組合計(jì)算靜水壓力，揚(yáng)壓力和浪壓力 特 殊 組合 施工情況 √ √ √ 有時(shí)需考慮施工期臨時(shí)荷載 檢修情況 √ √ √ √ √ √ √ 按正常擋水位組合或冬季最低水位條件計(jì)算靜水壓力，揚(yáng)壓力浪壓力，并考慮檢修時(shí)期臨時(shí)荷載 校核情況 √ √ √ √ √ 按校核洪水位組合計(jì)算靜水壓力、揚(yáng)壓力及浪壓力 地震情況 √ √ √ √ √ √ √ 按正常擋水位組 合計(jì)算靜水壓力，揚(yáng)壓力及浪壓力 注 ，應(yīng)根據(jù)具體情況來(lái)決定。荷載組合通常分基本組合和特殊組合兩種，見(jiàn)下表。 二 .荷載組合 擋土墻在施工、建成、檢修和運(yùn)用時(shí)期、上述各種荷載會(huì)產(chǎn)生 不同組合情況。 在不同應(yīng)用條件下，作用于擋土墻上的主要荷載如下： （ 1） 擋土墻自重及填土重 ； （ 2） 在破壞體添面上的各種恒載及汽車(chē)。細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)包括合理設(shè)置溫度和沉陷縫、止水、排水和反 濾等設(shè)計(jì)。由于鋼筋混凝土擋土墻局部尺寸改變，對(duì)總體穩(wěn)定性影響不大，故可不必重新進(jìn)行穩(wěn)定檢算。對(duì)鋼筋混凝土擋土墻應(yīng)對(duì)各部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算，并選擇控制截面進(jìn)行強(qiáng)度檢算和配筋計(jì)算，同時(shí)還要進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。 （ 8）截面強(qiáng)度檢算和配筋計(jì)算 選擇最不利的設(shè)計(jì)和荷載組合情況對(duì)各部分截面 進(jìn)行驗(yàn)算和配筋計(jì)算。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，對(duì)各種設(shè)計(jì)情況分別進(jìn)行抗滑、抗傾覆穩(wěn)定和地基應(yīng)力檢算，要求穩(wěn)定安全系數(shù)、地基應(yīng)力等滿足設(shè)計(jì)要求。 （ 6）根據(jù)正常應(yīng)用、設(shè)計(jì)、校核、施工及建成等各種情況分別進(jìn)行荷載計(jì)算，然后列表計(jì)算各種荷載組合情況下的水平力、垂直力及對(duì)前趾端點(diǎn)產(chǎn)生的力矩。水工擋土墻不同部位其墻 高、水位等條件不同，設(shè)計(jì)中通常在翼墻全長(zhǎng)范圍內(nèi)選用幾個(gè)有代表性 的斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)擋土墻的運(yùn)用、布置、墻高、地基巖土層結(jié)構(gòu)、當(dāng)?shù)夭牧霞笆┕さ葪l件，通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較選擇擋土墻的結(jié)構(gòu)形式。 （ 2）根據(jù)總體建筑物對(duì)兩岸連接，擋土，水流、防滲排水等要求進(jìn)行平面和立面布置。 （三）擋土墻的細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì) 擋土墻的細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)主要包括合理分縫及止水、排水設(shè)計(jì)等。 （二）擋土墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 對(duì)于混凝土、漿砌石擋土墻應(yīng)進(jìn)行截面壓應(yīng)力。 （ 3） 根據(jù)正常運(yùn)用、設(shè)計(jì)、校核、施工和建成等情況進(jìn)行荷載計(jì)算和組合，并在穩(wěn)定和強(qiáng)度檢算中根據(jù)有關(guān)規(guī)定要求，確定合理的穩(wěn)定和強(qiáng)度安全系數(shù)。在擋土墻設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮以下各種條件： （ 1） 填土及地基指標(biāo)的合理選取。 第三節(jié) 擋土墻設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和一般步驟 一 .擋土墻設(shè)計(jì)的基本要求 為做出合理的擋土墻設(shè)計(jì)，應(yīng)滿足 以下兩項(xiàng)基本要求： （一）選擇合理的結(jié)構(gòu)形式 擋土墻的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)建筑物總體布置要求、墻的高度、地基條件、當(dāng)?shù)夭牧霞笆┕l件等通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較確定。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 （ 3）建造擋土墻材料的重度及各種強(qiáng)度指標(biāo)。其他有關(guān)資料 如下： （ 1）在凍土地區(qū)要提供凍結(jié)深度，地基土及回填土的凍脹性指標(biāo)，如凍脹量、凍脹力等?；靥钔恋奈锢砹W(xué)為 指標(biāo)如 摩擦 角、粘聚力、重度等是決定土壓力的關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)于大中型或重要工程應(yīng)通過(guò)室內(nèi)或室外試驗(yàn)取得。 （ 2） 提供天然狀態(tài)下的地下水位資料。 三 .地質(zhì)和水文地質(zhì)資料 擋土墻設(shè)計(jì)需提供以下地質(zhì)和水文地質(zhì)資料 （ 1） 擋土墻地基的巖土層結(jié)構(gòu)及其工程性質(zhì)如承載力、基地 摩擦 系數(shù)和強(qiáng)度指標(biāo)等。 （ 4） 根據(jù)總體防滲排水要求提 出對(duì)擋土墻需滿足的側(cè)向防滲排水要求。 （ 1） 建筑物的工程等級(jí)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) （ 2） 建筑物總體布置圖，并根據(jù)總體布置要求提出對(duì)擋土墻平面和立面的布置及基本尺寸的要求。 板樁錨桿錨定板板樁 （ 懸臂式 ） （ 錨定式 ） 圖 18 板樁式擋土墻 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第二節(jié) 擋土墻設(shè)計(jì)基本資料 一 .建筑物總體設(shè)計(jì)資料 擋土墻是整個(gè)樞紐或單體建筑物的組成部分。板樁一般采用木板、鋼板或鋼筋混凝土板。 八 .板樁式擋土墻 板樁式擋土墻分無(wú)錨式板樁和錨定板樁兩種。由于墻后填土部位地基承 受壓力遠(yuǎn)大于空箱底部地基壓力，常使地基產(chǎn)生不均勻沉降，致使空箱擋土墻向填土方向傾斜。適于在墻的高度很大且地基承載力較低的情況下采用。這種擋土墻主要靠自重維持穩(wěn)定。在上述跨度內(nèi)一般底板與邊墻采用整體式結(jié)構(gòu)較經(jīng)濟(jì)，而且整體性強(qiáng)，受力條件好。 立墻底板頂板前墻底板墻踵后墻 圖 16 U 形槽結(jié)構(gòu) 圖 17 空箱式擋土墻 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 六 .U 形槽結(jié)構(gòu) 在小型函閘等水工建筑出口及閘室部位，常采用 U形槽 結(jié)構(gòu)， U形槽結(jié)構(gòu)分立墻和底板兩部分，其形式如圖 16 所示。 其穩(wěn)定性也主要靠底板以上填土重來(lái)保證。這種擋土墻在水工建筑物中應(yīng)用廣泛， 8m 以下高度范圍內(nèi)應(yīng)用較多。其穩(wěn)定性主要靠底板以上填土重 來(lái)保證。因此在同樣地基條件下其建筑高度可大于重力式擋土墻。半重力式擋土墻可分整體型半重力式 和輕型半重力式兩種。 上墻衡重臺(tái)下墻墻踵基礎(chǔ)前趾上墻墻背墻踵基礎(chǔ)前趾 圖 12 衡 重式擋土墻 圖 13 半重力式擋土墻 三 .半重力式擋土墻 半重力式擋土墻采用混凝土建造，與重 力式擋土墻比較有以下兩個(gè)特點(diǎn)：其一是立墻斷面減