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1、第六章挡土墙设计 1 第六章挡土墙设计 第一节概述第二节挡土墙的构造与布置第三节挡土墙土压力计算第四节挡土墙设计原则第五节重力式挡土墙设计第六节浸水挡土墙设计第七节地震地区挡土墙设计 2 第一节概述 1 挡土墙的用途2 挡土墙的类型 3 挡土墙的用途 4 挡土墙的类型 1 按用途和使用场合分路堑挡土墙山坡挡土墙路肩挡土墙路堤挡土墙 5 挡土墙的类型 2 按支挡原理和结构特点分重力式 衡重式 混凝土半重力式 悬臂式 扶壁式 锚杆式 锚定板式 桩板式 柱板式 垛式 竖向预应力锚杆式 加筋土式 土钉式等使用最频繁的挡土墙类型是石砌重力式挡土墙 6 挡土墙的类型 3 重力式挡土墙特点依靠墙身自重抵御土
2、压力 形式简单 取材容易 施工简便 适用范围石料丰富 或用水泥混凝土 地基良好 7 挡土墙的类型 4 衡重式挡土墙特点利用衡重台上填土的重量和全墙重心的后移 增加墙身稳定 节约断面尺寸 墙面陡直 下墙墙背仰斜 可降低墙高 减少基础开挖 适用范围山区 地面横坡陡峻的路肩墙 也可用于路堑墙 兼有拦挡坠石作用 或路堤墙 8 第二节挡土墙的构造与布置 挡土墙的构造墙身基础排水设施沉降缝与伸缩缝挡土墙的布置横向布置纵向布置平面布置 9 挡土墙的构造 1 墙背墙背形式 仰斜式 垂直式 俯斜式 凸折线式和衡重式特点 10 挡土墙的构造 1 墙背墙背形式对土压力的影响 从仰斜到垂直到俯斜 土压力逐渐增大 墙背
3、形式选择与地面横坡的关系 横坡陡用垂直式 俯斜式 反之用仰斜式 墙背倾角 俯斜式墙背的倾角越大 土压力越大 仰斜式墙背的倾角越大 土压力越小 但是 墙背仰角太大 增加施工难度 还影响墙高 上下墙墙背高度确定 一般上下墙比约为2 3 11 挡土墙的构造 2 墙面墙墙面形式 仰斜式 垂直式 但必须与墙背形式协调 墙面坡度 与墙背协调 当墙前地面较陡时 为减少墙高 墙面坡度宜陡直 12 挡土墙的构造 3 墙顶墙墙一般石砌挡土墙的墙顶宽度不小于50cm 干砌时不小于60cm 如为路肩墙 应设置厚度不小于40cm的帽石 墙顶必须封闭 防止地表水进入墙后 13 挡土墙的构造 4 护栏当挡土墙较高时 应设置
4、护栏 增加驶乘人员和行人的安全感 也可诱导司机的视线 14 挡土墙的构造 5 基础基础形式 一般用条形浅基础 当地基软弱时 可采用台阶式扩大基础 浅基础无法满足要求时 也可采用桩基础 地基 通采用夯实的天然地基 必要时换填 15 挡土墙的构造 5 基础基础埋深 一般情况不小于1m 或冻结线以下0 25m 或冲刷线以下1m 岩石地基0 15 0 6m 软岩不小于1m 如冻深超过1m 基础埋深不小于1 25m 并将基底至冻结线以下0 25m的地基土换填 襟边宽度 当墙前地面倾斜时 基础还应满足襟边宽度要求 襟边宽度是指墙趾到墙前地面的水平距离 应不小于规定值 16 挡土墙的构造 6 排水设施泄水孔
5、的构造和布置 泄水孔可以是方形或圆形 尺寸在5 15cm左右 在墙面上错开布置 间距一般在2 3m左右 浸水时加密至1 2m 泄水孔后应设反滤层 17 挡土墙的构造 6 排水设施墙后排水设施 墙后水量大或墙后填料排水不良时 墙后设整层式排水层 18 挡土墙的构造 7 沉降缝与伸缩缝挡土墙必须分段设置 分段之间设伸缩缝和沉降缝 一般两缝合并设置 缝宽2 3cm 自墙顶至基底贯通 缝内填塞防水填缝料 19 挡土墙的布置 1 横向布置横向布置解决挡土墙在路基横断面上的位置问题 用路肩墙还是路堤墙 路堤墙的高低均与原地面的坡度和地基条件等有关 一般情况下 地面横坡大 挡土墙宜靠近路肩布置 反之亦然 无
6、法简单判定时作设计方案的技术经济比选 20 挡土墙的布置 2 纵向布置分段长度 一般为10 15m 基础的纵向布置形式 不大于5 的纵坡或台阶与两端路基边坡的连接 嵌入路堑或与路堤边坡锥坡连接 泄水孔的布置 1 3m错开布置 21 挡土墙的布置 2 纵向布置挡土墙的纵向布置图 图示及标注墙顶 基础顶面 基底 伸缩缝 沉降缝 泄水孔 冲刷线 冻结线 常水位 洪水位等 22 挡土墙的布置 3 平面布置在复杂情形下 挡土墙要求做平面布置 解决挡土墙与地形 地物 人工构造物等的关系问题 对于高而长 纵向曲折 邻近有建筑物 沿河 与旧墙结合等等复杂情况下的挡土墙 可绘制平面布置图 细致调整设计方案 23
7、 第三节挡土墙土压力计算 作用在挡土墙上的力系一般条件下库伦土压力计算大俯角墙背的主动土压力 第二破裂面法折线墙背的土压力计算粘性土土压力计算不同土层的土压力计算有限范围填土的土压力计算被动土压力计算 24 作用在挡土墙上的力系 1 挡土墙上的简单力系作用于一般挡土墙施的力主要有填土防及其上荷载产生的墙后土压力 墙前被动土压力 墙身自重 基底支撑力和摩擦力等 对于条件复杂的挡土墙 力系也更复杂 25 作用在挡土墙上的力系 2 荷载分类作用施加于挡土墙上的作用 或荷载 一般分为永久作用 或荷载 可变作用及偶然作用 或荷载 26 作用在挡土墙上的力系 2 荷载分类 27 作用在挡土墙上的力系 2
8、荷载分类 28 作用在挡土墙上的力系 2 荷载分类 29 作用在挡土墙上的力系 2 荷载分类 30 作用在挡土墙上的力系 3 常用作用 或荷载 组合各种作用对于挡土墙的影响不同 出现的频率也不同 应区别对待 一般地区挡土墙只计永久作用和基本可变作用 浸水地区 地震峰值加速度达到0 2g及以上地区 产生冻胀力地区 应计算其他可变作用和偶然作用 各种作用 或荷载 的组合分三种 31 作用在挡土墙上的力系 3 常用作用 或荷载 组合 32 一般条件下库伦主动土压力计算 1 土压力分类挡土墙的位移不同 产生不同类型的土压力 分主动土压力 静止土压力和被动土压力 33 一般条件下库伦主动土压力计算 2库
9、伦主动土压力计算基本假设墙后填料为均质散粒体 无粘结力 挡土墙产生一定位移后填料中形成破裂棱体 破裂面为一通过墙踵的平面 当墙后土体开始滑动时 土体处于极限平衡状态 破裂棱体处于静力平衡状态 挡土墙与破裂棱体均为刚体 34 一般条件下库伦主动土压力计算 2 库伦主动土压力计算计算图式 35 一般条件下库伦主动土压力计算 2 库伦主动土压力计算主动土压力计算基本表达式 过墙后破裂棱体的静力平衡 建立主动土压力的基本表达式 墙后地表及顶部荷载的变化不改变破裂棱体的力学关系 只是表达式可能变得十分复杂 36 一般条件下库伦主动土压力计算 2 库伦主动土压力计算主动土压力计算极限状态判断及土压力计算
10、通过求解微分方程 获得产生土压力的相应破裂角 得到土压力的具体表达式 37 一般条件下库伦主动土压力计算 2 库伦主动土压力计算主动土压力计算注意事项 地表及顶部荷载的不规则变化 可能使在某处不可导 因此对于复杂边界条件下的土压力计算 因破裂面与顶部表面的交点不同 会有若干表达式 具体计算时 求出 值后应复核边界条件 38 一般条件下库伦主动土压力计算 3 土压力分布图土压应力假设库伦土压力理论没有说明土压应力的大小 必须假设土压力沿墙高的分布 才能画出土压力分布图 土压力沿墙高的分布规律决定了土压力的作用点位置 因此 正确绘制库伦土压力分布图是很重要的 一般来说 墙后土压力的分布都是非线性的
11、 但为了处理方便 通常都作了简化 按直线或折线分布处理 39 一般条件下库伦主动土压力计算 3 土压力分布图土压力分布图的基本形式 40 一般条件下库伦主动土压力计算 3 土压力分布图复杂条件下的土压力分布图 注意顶部荷载传递假设 41 大俯角墙背主动土压力 第二破裂面法 1 第二破裂面的计算图式 42 大俯角墙背主动土压力 第二破裂面法 2 出现第二破裂面的条件几何条件 墙背不能阻碍第二破裂面的产生 即墙背倾角必须小于第二破裂面的倾角 力学条件 第二破裂面于墙背间的土体不能下滑 即墙背上的下滑力必须小于抗滑力 43 大俯角墙背主动土压力 第二破裂面法 3 第二破裂面的主动土压力计算基本表达式
12、 与一般情形的土压力计算比较 基本表达式包括两个自变量 即多了第二破裂角 44 大俯角墙背主动土压力 第二破裂面法 3 第二破裂面的主动土压力计算基本极限状态判断 按二元函数的极值判别式计算 求得破裂角后也应检验假设条件是否属实 45 折线墙背的土压力计算 1 延长墙背法上下墙土压力分别计算 上墙为一般挡土墙 延长下墙墙背后按一般挡土墙计算土压力 然后在土压力分布图上截取下墙相应部分的土压力作为下墙土压力 这样就得到了全墙的土压力 46 折线墙背的土压力计算 2 力多边形法绘出上 下墙对应的力多边形 上墙为一般挡土墙 由下墙的力四边形建立基本表达式 求出下墙土压力 47 粘性土土压力计算 1
13、等效内摩擦角法 强度等效 按土体抗剪强度相等的原则 将粘结力转化为内摩擦力 土体的内摩擦角增大为等效内摩擦角 实际墙高小于换算高时 偏于安全 反之亦然 48 粘性土土压力计算 2 法力多边形法 数解法 开裂深度 挡土墙向前位移 粘性土表面因拉应力而开裂 开裂深度直至拉应力等于零处 49 粘性土土压力计算 2 法力多边形法 数解法 计算图式 50 不同土层的土压力计算 自上而下分层计算 将计算层以上土体按超载处理即可 51 库伦被动土压力计算 计算过程与主动土压力相同 墙后土体处于被动极限状态 计算公式的结构相同 土压力系数为被动土压力系数 库伦被动土压力误差较大 达到库伦被动极限时的位移很大
14、一般构造物不允许出现这样的变形 被动土压力作为墙前抗力出现 计入被动土压力往往带来很大的不安全因素 所以或者不计被动土压力的影响 或者大幅折减后再计入 52 车辆荷载换算及计算参数 1 车辆荷载换算车辆荷载换算为等代均布土层作用于挡土墙的墙后填土上 其中荷载强度q按规范规定取用 53 车辆荷载换算及计算参数 2 计算参数填料的计算内摩擦角和重度 有条件时取样试验确定 否则根据经验查表确定 墙背摩擦角 影响墙背摩擦角的因素较多 墙背越粗糙 填料内摩擦角越大 墙后排水条件越好 墙背摩擦角也越大 反之亦然 一般可根据经验查表确定 54 第四节挡土墙设计原则 挡土墙的极限状态挡土墙承载力极限状态设计的
15、基本表达式 55 挡土墙的极限状态 1 超过承载力极限状态的条件整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体而失去平衡 如滑动 倾覆 挡土墙构件或联结件因超过材料强度而破坏 或因过度塑性变形而不适于继续承载 挡土墙结构变为机动体系或局部失稳 56 挡土墙的极限状态 2 超过超常使用极限状态的条件影响正常使用或影响外观的过大变形 影响正常使用或耐久性的局部破坏 包括裂缝 影响正常使用的其它特定状态 57 挡土墙承载力极限状态设计的基本表达式 0 结构重要性系数S 作用 或荷载 效应的组合设计值R 挡土墙的结构抗力Rf 抗力材料的强度标准值 f 结构材料 岩土性能的分项系数 d 结构或构件几何参数的设计值
16、当无可靠数据时 可采用几何参数标准值 58 第五节重力式挡土墙设计 挡土墙稳定性分析基底应力及合力偏心距验算墙身截面强度验算增加挡土墙稳定性的措施衡重式挡土墙设计 59 挡土墙稳定性分析 1 抗滑稳定性验算滑动稳定方程 G 作用于基底以上的重力 Ey 墙后主动土压力的竖向分量 Ex 墙后主动土压力的水平分量 Ep 墙前被动土压力的水平分量 0 基底倾斜角度 基底水平时 0 0 基底与地基间的摩擦系数 Q1 Q2 主动土压力分项系数 墙前被动土压力分项系数 60 挡土墙稳定性分析 1 抗滑稳定性验算抗滑稳定系数Kc N 作用于基底以上合力的竖向分力 墙前被动土压力水平分量的0 3倍 61 挡土墙稳定性分析 2 抗倾覆稳定性验算倾覆稳定方程 Zx 墙后主动土压力的竖向分量到墙趾的距离 Zy 墙后主动土压力的水平分量到墙趾的距离 Zp 墙前被动土压力的水平分量到墙趾的距离 ZG 墙身 基础 基础上填土重力及作用于墙顶的其他荷载的竖向力合力重心到墙趾的距离 62 挡土墙稳定性分析 2 抗倾覆稳定性验算抗倾覆定系数K0 63 挡土墙稳定性分析 3 稳定系数的要求 64 基底应力及合力偏心距验算
