一級建造師土壓力

1、第五章 擋土墻上的土壓力5.1 概述 5.1.1 擋土墻的用途建筑物建筑物擋土墻地下室散體材料橋臺5.1.2 擋土墻的類型1)按結(jié)構(gòu)形式分類 重力式擋土墻、懸臂式擋土墻 扶壁式擋土墻、加筋土擋土墻土重W填土土重W5.1.3 土壓力的種類1)靜止土壓力e0 擋土結(jié)構(gòu)不發(fā)生任何方向的移動時，土體作用于墻背的土壓力。2)主動土壓力ea 擋土結(jié)構(gòu)物+-土壓力0+-e0epea背離土體發(fā)生位移或轉(zhuǎn)動，使土體達(dá)到主動極限平衡狀態(tài)時的土壓力。3)被動土壓力ea 天然土沿垂直截面或擋土結(jié)構(gòu)物背向著土體產(chǎn)生一定的位移或轉(zhuǎn)動，使土體達(dá)到被動極限平衡狀態(tài)時的土壓力。5.1.4 影響土壓力的因素 擋土墻位移的大小與方

2、向 擋土墻的形狀 擋土墻背后填土的性質(zhì) 擋土墻的材料 5.1.5 土坡穩(wěn)定的意義 天然土坡與人工土坡。 土坡穩(wěn)定性分析計算。 土坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工。5.2 靜止土壓力計算 擋土墻不發(fā)生任何的位移，墻背后的土體處于彈性平衡狀態(tài)。 5.2.1 計算公式及分布e0=K0ZK0 靜止土壓力系數(shù)。ZdZe0=0e0=K0HE0經(jīng)驗(yàn)值：砂土 K00.340.45；粘性土 K0 =0.50.7半經(jīng)驗(yàn)公式： K0 1sin5.2.2 靜止土壓力的應(yīng)用 地下室外墻 地下室的外墻都有內(nèi)隔墻支擋，位移與轉(zhuǎn)角為0。 巖基上的擋土墻 擋土墻的基礎(chǔ)與巖石基礎(chǔ)牢固聯(lián)結(jié)，墻不能位移與轉(zhuǎn)動。拱座拱座不允許產(chǎn)生位移與轉(zhuǎn)動。拱

3、座水閘、船閘的邊墻等。例題 設(shè)計一位于巖基上的擋土墻，墻背后的填土為砂土，重度 18.5kN/m3， 300，計算擋土墻上的土壓力。 解：按半經(jīng)驗(yàn)公式計算靜止土壓力系數(shù)K0 1sin0.5 墻底處的土壓力：e0=K0H=55.5kPa 總土壓力：E0=1/2* e0 *H=166.5kN/m擋土墻H=6m填土 166.5kN/m55.5kPa H /35.3 郎肯土壓力理論 表面水平的半無限土體，處于極限平衡狀態(tài)，當(dāng)擋土墻的墻背光滑、豎直時，可按以下公式計算。實(shí)際上郎肯把擋土墻作為了一虛構(gòu)的擋土墻，即把它作為了填土的一部分。5.3. 1 無粘性土的土壓力 1)主動土壓力 虛構(gòu)擋土墻 取一單元體

4、，1= z=z，作用在側(cè)面的壓力為3= x=K0z，當(dāng)其處于極限平衡狀態(tài)時，有：3 1 tg2(450- /2)= 1 Ka3即為其作用于擋土墻上的主動土壓力ea。主動土壓力系數(shù)zdzz=zx=K0z主動膨脹450- /2450- /2450- /2450- /2被動壓縮0fCeaepK0zz-HBAABBAZHKaHKa2C (Ka)1/2H/3EaEa粘性土ea 1 tg2(450-/2)2C tg(450-/2) ZKa 2C(Ka)1/22)被動土壓力砂土 ep3 tg2(450/2) ZKp粘性土 epZKp 2C(Kp)1/2被動土壓力系數(shù)HBAABBAZHKaHKp+2CH (K

5、p)1/2H/3EpEp2C (Kp)1/2 郎肯土壓力理論實(shí)質(zhì)上就是把擋土墻作為了土體的一部分，從土中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)出發(fā)，推導(dǎo)出主動和被動極限平衡狀態(tài)時的ea = e3 ， ep = e1 ，作為該點(diǎn)的主動土壓力和被動土壓力，從而確定沿墻背的土壓力強(qiáng)度分布圖，進(jìn)而計算出作用在每延米墻背上的土壓力。5.4 庫侖土壓力理論 把擋土墻后滑動楔體作為一剛體，當(dāng)其達(dá)到極限平衡狀態(tài)時，用靜力平衡方程解出作用于墻背的土壓力?；炯僭O(shè) 擋土墻向前移動； 墻背填土沿AB和填土中的某一平面BC同時下滑，形成滑動楔體 ABC； 楔體 ABC處于極限平衡狀態(tài)，不計其本身的壓縮； 楔體 ABC對墻背的推力即為主動土壓

6、力Ea。H-ABCEaRWHzZKaHKaRWEaW與Ea的夾角為1800-+(- )W與Ea的夾角 900-按比例畫出，取不同的 ，找出Ea的最大值即為Ea。無粘性土 計算被動土壓力時， Ep應(yīng)作用在墻背法線的上側(cè)，方向向下。其他分析與主動土壓力一樣。 郎肯土壓力理論表示的土壓力與庫侖土壓力理論的表示形式是一樣的，但其土壓力系數(shù)是不同的 在庫侖土壓力理論中，如果垂直 0，墻背光滑 0，填土水平 0，則庫侖公式將與郎肯公式一致，所以說，郎肯土壓力理論是庫侖土壓力理論的一種特殊形式。 庫侖主動土壓力與被動土壓力分布均呈三角形，但應(yīng)注意，墻背不垂直時，其不應(yīng)為正三角形分布。5.5 幾種常見情況的土

7、壓力5.5.1 粘性土應(yīng)用庫侖土壓力 根據(jù)抗剪強(qiáng)度相等原理粘性土抗剪強(qiáng)度 f=tg+c等值抗剪強(qiáng)度 f=tgD令以上二式相等，得：tg+tgDtgD= tg c/D tg-1( tg c/) 上式中的應(yīng)為滑動面上的平均法向應(yīng)力，常用Ea作用點(diǎn)處的自重應(yīng)力代替，即2/3H。根據(jù)土壓力相等原理為簡化計算，以郎肯土壓力這一特殊情況計算：Ea=1/2H2tg2(450-/2)- 2CHtg (450-/2)+2c2/令上式等于1/2 H2tg2(450-D /2) 砂土的主動土壓力，得： tg(450-D /2) tg (450-/2)- 2c/(H) 上式計算考慮了粘聚力與墻高的影響。但沒有計入擋土

8、墻邊界條件對D的影響，存在一定的誤差。5.5.2 填土表面作用均布荷載 把q視為虛構(gòu)的填土h的自重產(chǎn)生的。Ea=1/2H2Ka+qHKaHhqEa5.5.3 擋墻背后填土分層第層土 按郎肯土壓力計算第層土 把第層土的自重作為均布荷載作用在 第層土上。h1=(1h1)/ 2 1h1Ka1 1 h1 1 2 h2 2Hh1h2h12(h1+h2)Ka25.5.4 填土中有地下水 應(yīng)將土壓力與水壓力分別計算。 計算地下水位以下土層的主動土壓力時，應(yīng)采用浮重度和有效內(nèi)聚力、有效內(nèi)摩擦角。 作用在墻背的壓力應(yīng)為主動土壓力加水壓力。Hh1h2 h1 h2 h1KaW h2h2Ka對砂土、粉土采用水、土分算

9、；粘性土根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，采用分算或合算。5.5.5 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB50007-2002）法 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范（GB50330-2002）法計算模型見下圖Ea=c1/2H2Ka式中 c1主動土壓力增大系數(shù)。土坡高度小于5m時，宜取1；58m時，宜取1.1；大于8m時，宜取1.2。 Ka可根據(jù)擋土墻的排水條件和填土的質(zhì)量查表確定。Hq類 碎石土 中密 d2.0t/m3 類 砂 土 中密 d1.65t/m3 類 粘土夾塊石 d1.90t/m3 類 粉質(zhì)粘土 d1.65t/m3 5.5.6 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范（GB50330-2002）法 據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)頂端a處作用有分布線荷載QLeh,m

10、ax=(2QL/h)(Ka)1/2 據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)頂端a處作用有寬度b的均布荷載qL； ehk= Ka qL=450+/2QLaHheh,maxaHehqLb 土壓力的計算常應(yīng)用于邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，如：人工邊坡的支護(hù)設(shè)計、基坑開挖的支護(hù)設(shè)計、高路堤的邊坡支護(hù)設(shè)計。詳見各規(guī)范。 例題 已知某擋土墻高h(yuǎn)=6.00m，墻背垂直、光滑，墻后填土水平，其他條件見圖所示。示計算作用在擋土墻上的主動土壓力。q=19kN/m2H=6h1=2h2=4 1=19.0kN/m3 C1=10kPa, =160 2=20.0kN/m3 C2=0, =3005.6 重力式擋土墻設(shè)計 在開挖明塹、填方陡坎邊界地段，為支擋土

11、體，保證其穩(wěn)定而修建的結(jié)構(gòu)物稱為擋土墻。依靠墻體本身的重量抵抗土壓力的擋土墻稱為重力式擋土墻。5.6.1 構(gòu)造要求（GB50007） 適用于高度H6m、地層穩(wěn)定、開挖土石方時不會危及相鄰建筑物安全的地段； 擋土墻的基底可設(shè)置逆坡。土質(zhì)地基：1:10巖質(zhì)地基：1:5 塊石擋土墻的墻頂寬度不宜小于400mm；混凝土擋土墻的墻頂寬度不宜小于200mm。 基礎(chǔ)埋置深度，應(yīng)根據(jù)地基承載力、水流沖刷、巖石裂隙發(fā)育、風(fēng)化程度及預(yù)計滑裂面的深度等因素綜合確定。土質(zhì)地基不宜小于0.5m；巖質(zhì)地基不宜小于0.3m。 應(yīng)每隔1020m設(shè)置一道伸縮縫。當(dāng)?shù)鼗凶兓瘯r宜加設(shè)沉降縫。在擋土結(jié)構(gòu)的拐角處，應(yīng)采取加強(qiáng)的構(gòu)造措

12、施。 (GB50330)規(guī)定： 當(dāng)采用重力式擋土墻時，土質(zhì)邊坡不宜大于8m，巖質(zhì)邊坡不宜大于10m。5.6.2 穩(wěn)定性驗(yàn)算1)抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算(Wn+Ean) /(Eat-Wt)1.3Wn =WcosoWt =WsinoEat = Ea sin(- o- )Ean = Ea cos(- o- )式中 土對擋土墻基底的摩擦系數(shù)，由試驗(yàn)確定，也可按表選用。WEaob 土對擋土墻墻背的摩擦角，可按表選用。安全系數(shù)2)抗傾覆驗(yàn)算(Wx0+Eazxf)/Eazzf 1.6Eax=Easin(-)Eaz=Eacos(-)xf=b-cotzf=z-tat0WEaox0 xfbz0zo3)整體滑動穩(wěn)定性驗(yàn)算

13、土質(zhì)邊坡采用圓弧法驗(yàn)算；巖質(zhì)邊坡可采用平面滑動法驗(yàn)算。4)重力式擋土墻地基承載力驗(yàn)算 基底合力的偏心距不應(yīng)大于0.25倍基礎(chǔ)的寬度。 擋土墻基底產(chǎn)生的平均壓力pk應(yīng)滿足：pk fa當(dāng)偏心荷載時，pkmax 1.2fa式中 pk 相應(yīng)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時，擋土墻底面處的平均壓力； fa修正后的地基承載力特征值。pk =(Fk+Wk)/b式中 Fk 相應(yīng)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時，上部傳遞的荷載。5)擋土墻墻身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的驗(yàn)算 11剖面的剪應(yīng)力驗(yàn)算 墻背材料的壓力驗(yàn)算115.6.3 反濾層設(shè)計 在泄水孔進(jìn)水側(cè)應(yīng)設(shè)置反濾層或反濾包。尺寸不應(yīng)小于500mm500mm500mm；在其頂部和底部應(yīng)設(shè)置厚度不小于300mm的粘土隔水層。設(shè)計原則 為確保易受沖刷的材料有充分的反濾層保護(hù)，與土相接觸的多孔粒料排水層必須沒有任何連續(xù)的、大得足以使通過的開口，即反濾層的顆粒必須是較細(xì)的；每一種排水方法必