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1、第五章 挡土墙,第一节 概述,挡土墙是用于支撑路基填土或者山坡土体侧压力、防止边坡或山坡变形失稳的工程构造物。广泛用于支撑路基边坡、桥台、桥头引道和隧道洞口等处。,二、挡土墙各部分的名称,一、挡土墙的用途,挡土墙设置与否，宜于与其工程方案比较确定1.与移改路线位置进行比较；2.与填筑或开挖边坡相比较；3.与坼移有关干扰路基的构造物（房屋、河流、水渠）等比较；4.与设置其他类型的构造物（桥、护墙）等比较 。,三、挡土墙的分类,用于陡峭山坡的路堑底部，降低边破高度、减少开挖或者边坡防止地质不良地段的滑坡,（一）按照挡土墙设置的位置,1、路堑挡土墙,2、路肩挡土墙,用于（1）陡坡路堤，为保证路堤稳定
2、，收缩坡脚；（2）为避免与其它建筑物(如房屋、铁路、水渠等)干扰扰或防止多占农田；（3）为防止沿河路堤受水流冲刷和淘刷。,用于地形受限，需要收缩坡脚；防止陡坡堤下滑。,3、路堤挡土墙,用以支挡山坡上可能滑坍的覆盖层土体或破碎岩层（需要时可分设数道）,4、山坡挡土墙,用于沿河路堤，需要收缩坡脚或防止水流冲淘,5.浸水挡土墙,二、按照挡土墙的结构形式,依靠墙的自重支撑土压力，污工结构。形式简单，施工方便,A、B、E多用于路肩墙、路堤墙；C、D多用于路堑墙,（一）重力式挡土墙,1.锚杆式,（二）锚定式挡土墙,2.锚定板式,（三）薄壁式挡土墙,2.扶壁式,1.悬臂式,（四）加筋土挡土墙,（五）土钉（钉
3、土）挡土墙,（六）柱板式挡土墙,（七）桩板式挡土墙,（八）垛式（框架式）挡土墙,一、一般条件下库伦主动土压力计算,（一）库仑理论的假设,1.假设墙背填料为均质散粒体， 仅有内摩擦力，而无粘聚力。 2.当墙背向外移动或饶墙趾外倾时，墙背填料会出现一通过墙踵的破裂面，设为平面。 3.破裂面上的土楔为刚性体。,第二节 挡土墙土压力计算,（二）库仑主动土压力公式的推导（破裂面交于内边坡时）,1.力的大小,由正弦定理：,2.最大主动土压力最危险破裂面的确定,当参数、固定时，Ea随破裂面的位置而变化，即Ea是破裂角的函数。为求最大土压力Ea，可以用求驻点的办法，得到如上图边界条件 的最大土压力公式和最危险
4、破裂角如下：,Pcossincos(）sincoscos（） Q=cos()cos（）cos(）cos（） Rcossincos(）sincos（）cos,3.力的方向和作用点,1）力的方向,静力平衡状态决定其与墙背法线夹角等于内摩擦角,2）力的作用点,舍弃土楔为刚体的假设，引用土楔为松散体假设，土压力对高度求导，绘出土压应力分布图，力的作用点在压应力分布图的形心处。,4.破裂面位于其他位置的库仑表达式,由于静力平衡条件不变，破裂面交于路基表面和外边坡时，只需要改变土楔重力G的表达式，同时在土压应力分布图中叠加车辆荷载，就能得到类似的表达式。如下图：,破裂面交于外边坡,二、大俯角墙背的主动土压
5、力第二破裂面法,（一）出现第二破裂面的条件,1）墙背或假想墙背的倾角必须大于第二破裂面的倾角。（即：墙背或假想墙背不妨碍第二破裂面的出现） 2）在墙背或假想墙背面上产生抗滑力必须大于其下滑力（即：使破裂面棱体不沿墙背或假象墙背下滑）,衡重式挡土墙上墙土压力分析图,（一）推导过程,1根据边界条件，计算破裂棱体（包括棱体上的荷载）的重量G,2从力三角形求Ex的方程式,3求Ex的最大值及相应的破裂角i和i（求驻点的办法）,4求主动土压力Ea的作用点,绘土压应力分布图,三、折线形墙背的土压力计算,（一）上墙土压力,不考虑下墙影响,按照俯斜墙背计算土压力,衡重式考虑是否出现第二破裂面,以墙背转折点或衡重
6、台为界分为上墙、下墙 ，分别计算取两者矢量和,（二）下墙土压力计算,1.延长墙背法,在上墙土压力算出后，延长下墙墙背交于填土表面C，以BC为假想墙背，根据延长墙背的边界条件，用相应的库伦公式计算土压力，并绘出墙背应力分布图，从中截取下墙BB部分的应力图作为下墙的土压力。将上下墙两部分应力图叠加，即为全墙土压力,2.力多边形法,在墙背土体处于极限平衡条件下，作用于破裂棱体上的诸力，应构成矢量闭合的力多边形。在算得上墙土压力E1后，就可绘出下墙任一破裂面力多边形。利用力多边形来推求下墙土压力,四、墙后为粘性土土压力计算,（一）等效内摩擦角法,按换算前后土的抗剪强度相等的原则或土压力相等的原则来计算
7、D 值。通常把粘性土的内摩擦角值增大510，或采用等效内摩擦角D为 3035。对于矮墙偏于安全，对于高墙则偏于危险。因此在设计高墙时，应按墙高酌情降低D 值,（二）力多边形法,1.首先求得当c=0时的土压力E ，Ea=EEc ；,2.再求得由于粘聚力的作用而减少的土压力 Ec,3.用求驻点的办法求最大土压力和最危险破裂面,五、不同土层的土压力,填土为两层以上不同性质的土体，首先求得上一土层的土压力及作用点，并近似的假定上下两土层层面平行。 计算下一土层时，将上一土层视为均布荷载，按地面为一平面时的库仑公式计算。,六、有限范围填土时的土压力,挡土墙修在陡坡的半路堤上，或者山坡土体有倾向路基的层面
8、，则墙后存在着已知坡面或潜在滑动面，当其倾角陡于由计算求得的破裂面的倾角时，墙后填料将沿着陡破面(或滑动面)下滑，而不是沿着计算破裂面下滑，土压力计算的破裂面为由勘察确定的实际可能发生的破裂面。计算时不必求取最危险破裂面和最大土压力。,七、被动土压力,通常情况下挡土墙前的被动土压力可不计算，当基础埋置较深且地层稳定、不受水流冲刷和扰动破坏时，可计入，但是应对被动土压力的计算值进行大幅度的折减,八、墙背填土上的附加荷载,（一）车辆荷载换算土柱,q 车辆荷载附加荷载强度，墙高小于 2 m，取 20kN/m2；墙高大于 10 m，取10kN/m2；墙高在 210m 之间时，附加荷载强度用直线内插法计
9、算,（二）其他荷载,作用于墙顶或墙后填土上的人群荷载强度规定为 3kN/m2,作用于挡墙栏杆顶的水平推力采用 0.75kN/m，作用于栏杆扶手上的竖向力采用 1kN/m,是否考虑附加荷载由实际情况决定,第三节 重力式挡土墙设计,一、挡土墙的布置,1挡土墙位置的选定,1）路堑挡土墙大多数设在边沟旁； 2）山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处； 3）当路肩墙与路堤墙的墙高或截面圬工数量相近、基础情况相似时，应优先选用路肩墙； 4）若路堤墙的高度或圬工数量比路肩墙显著降低，而且基础可靠时，宜选用路堤墙； 5）沿河路堤设置挡土墙时，应结合河流情况来布置，注意设墙后仍保持水流顺畅，不致挤压河道而引起局部冲刷。
10、,2挡土墙的纵向布置,挡土墙纵向布置在墙趾纵断面图上进行，布置后绘成挡土墙正面图,1）确定挡土墙的起迄点和墙长，选择挡土墙与路基或其它结构物的衔接方式； 2）按地基及地形情况进行分段，确定伸缩缝与沉降缝的位置； 3）布置各段挡土墙的基础； 4）布置泄水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸等；,3挡土墙的横向布置,在墙高最大处、墙身断面或基础形式有变异处，以及其它必须桩号处的横断面图上进行。根据墙型、墙高及地基与填料的物理力学指标等设计资料，进行挡土墙设计或套用标准图，确定墙身断面、基础形式和埋置深度，布置排水设施等，并绘制挡土墙横断面图。,4平面布置,个别复杂的挡土墙，如高、长的沿河曲线挡土墙，应作
11、平面布置，绘制平面图，标明挡土墙与路线的平面位置及附近地貌与地物等情况，特别是与挡土墙有干扰的建筑物的情况。沿河挡土墙还应绘出河道及水流方向，防护与加固工程等。,二、挡土墙的构造组成,（一）墙身构造,1.墙背,1）仰斜墙背适用于路堑墙及墙趾处地面平坦的路肩墙或路堤墙。仰斜墙背的坡度不宜缓于1：0.3 ，通常在1：0.151：0.25,4）衡重式墙适用于山区地形陡峻处的路肩墙和路堤墙，也可用于路堑墙。上墙俯斜墙背的坡度1：0.251：0.45，下墙仰斜墙背在1：0.25左右，上下墙的墙高比一般采用2：3,3）凸形折线墙背多用于路堑墙，也可用于路肩墙。上下墙的墙高比一般采用2：3,2）俯斜墙背适用
12、于路堤墙、路肩墙。常用1：0.151：0.25，不超过4m的低墙可用垂直墙背,5）其他类型挡土墙的墙背形式可参考有关规范和设计手册,墙面一般均为平面，其坡度应与墙背坡度相协调。墙面坡度直接影响挡土墙的高度。因此，在地面横坡较陡时，墙面坡度一般为1：0.051：0.20，矮墙可采用陡直墙面；地面平缓时，一般采用1：0.201：0.35较为经济。,2.墙面,墙顶最小宽度，浆砌挡土墙不小于50cm，干砌不小于60cm。浆砌路肩墙墙顶一般宜采用粗石料或混凝土做成顶帽，厚40cm。如不做顶帽，对路堤墙和路堑墙，墙顶应以大块石砌筑，并用砂浆勾缝，或用5号砂浆抹平顶面，砂浆厚2cm。干砌挡土墙墙顶50cm高
13、度内，应用25号砂浆砌筑，以增加墙身稳定。干砌挡土墙的高度一般不宜大于6m。,3.墙顶,为保证交通安全，在地形险峻地段，或过高过长的路肩墙的墙顶应设置护栏。为保持土路肩最小宽度，护栏内侧边缘距路面边缘的距离，二、三级路不小于0.75m，四级路不小于0.5m。,4.护栏,（二）基础构造,1.基础类型,1）大多数挡土墙都直接修筑在天然地基上。,2）当地基承载力不足，地形平坦而墙身较高时，为了减小基底压应力和增加抗倾覆稳定性，采用扩大基础。,a）墙趾或墙踵部分加宽；b）钢筋混凝土底板； c）换填地基；d）台阶基础；e）拱形基础,3）当地基压应力超过地基承载力过多时，需要的加宽值较大，为避免加宽部分的
14、台阶过高，可采用钢筋混凝土底板。,4）地基为软弱土层时，可采用砂砾、碎石、矿渣或灰土等材料予以换填。,5）当挡土墙修筑在陡坡上，而地基又为完整、稳固、对基础不产生侧压力的坚硬岸石时，可设置台阶基础，以减少基坑开挖和节省圬工。,6）如地基有短段缺口(如深沟等)或挖基困难(如需水下施工)，可采用拱形基础。,2.基础埋置深度,对于土质地基，基础埋置深度应符合下列要求： (1)无冲刷时，应在天然地面以下至少1m； (2)有冲刷时，应在冲刷线以下至少1m； (3)受冻胀影响时，应在冻结线以下不少于0.25m。当冻深超过1m时，采用1.25m，但基底应夯填一定厚度的砂砾或碎石垫层，垫层底面亦应位于冻结线以
15、下不少于0.25m。,碎石、砾石和砂类地基，不考虑冻胀影响，但基础埋深不宜小于1m。,对于岩石地基，应清除表面风化层，将基底嵌入岩层一定深度。当风化层较厚难以全部清除时，可根据地基的风化程度及其容许承载力将基底埋入风化层中。,当挡土墙位于地质不良地段，地基土内可能出现滑动面时，应进行地基抗滑稳定性验算，将基础底面埋置在滑动面以下，或采用其它措施，以防止挡土墙滑动。,（三）排水设施,浆砌块(片)石墙身应在墙前地面以上设一排泄水孔(图a)。墙高时，可在墙上部加设一排汇水孔(图b) 。孔眼间距一般为23m，对于浸水挡土墙孔眼间距一般1.01.5m，干旱地区可适当加大，孔眼上下错开布置。下排排水孔的出
16、口应高出墙前地面或墙前水位0.3m；,为防止水分渗入地基，下排泄水孔进水口的底部应铺设30cm厚的粘土隔水层。泄水孔的进水口部分应设置粗粒料反滤层，以免孔道阻塞。当墙背填土透水性不良或可能发生冻胀时，应在最低一排泄水孔至墙顶以下0.5m的范围内铺设厚度不小于0.3m的砂卵石排水层(图c),（四）沉降缝与伸缩缝,设计时，一般将沉降缝与伸缩缝合并设置，沿路线方向每隔1015m设置一道，兼起两者的作用，缝宽23cm，缝内一般可用胶泥填塞，但在渗水量大，填料容易流失或冻害严重地区，则宜用沥青麻筋或涂以沥青的木板等具有弹性的材料，沿内、外、顶三方填塞，填深不宜小于0.15m，当墙后为岩石路堑或填石路堤时，可设置空缝。,干砌挡土墙，缝的两侧应选用平整石料砌筑，使成垂直通缝,（一）作用在挡土墙上的力系,三、重力式挡土墙设计验算,原则：根据挡土墙所处的具体工作条件、最不利组合一般地区 仅考虑主要力系浸水地区 考虑附加力地震区 考虑地震力,
