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1、路 基 路 面 工 程,Subgrade and pavement engineering,河南理工大学土木工程学院道路与桥梁教研室,主讲： 徐 平,1 挡 土 墙 设 计,河南理工大学土木工程学院道路与桥梁教研室,设置挡土墙的前提： 1)受地形、地物或占地等限制而需收缩坡脚时（条件约束）； 2)采用较陡的边坡坡度时或者在坡体下滑而需采取措施以增加抗滑力时（稳定性要求）。,设置挡土墙时，要依据使用场合的特点和要求（填方或挖方路段、路段长、墙高、地基条件、回填材料等）以及各种挡土墙的特点，按重要性、美观、经济、可靠度和耐久性等方面的考虑选择合适的挡土墙类型。 挡土墙的设计包括：墙的构造（墙身、基
2、础、回填料和排水等）和组成材料的选择、土压力计算以及墙身的内部和外部稳定性分析等。,6-1 概 述,挡土墙是能够抵抗侧向土压力，防止墙后土体坍塌的结构物。 一、挡土墙的用途 1.降低挖方边坡高度，减少挖方数量，避免山体失稳坍滑； 2.收缩路堤坡脚，减少填方数量或减少拆迁和占地面积，保证路堤稳定性； 3.避免沿河路基挤缩河床，防止水流冲刷路基； 4.防止山坡覆盖层下滑和抵抗滑坡。,各种形式的挡土墙,二、类型,（一）按设置挡土墙的位置分类 路肩墙 路堤墙 路堑墙 山坡墙 桥头挡墙 （二）按墙背的倾角方向分类 俯斜式 仰斜式 垂直式直线形墙背 折线形墙背 （三）按墙体材料分类 石砌挡土墙 砖砌挡土墙
3、 混凝土挡土墙 钢筋混凝土挡土墙 木质挡土墙,各种挡土墙,（四）按不同结构形式分类 1.重力式挡土墙依靠墙身自重抵抗墙后土体侧向推力（土压力），以维持土体的稳定性。对地基承载力要求高。 按墙背形式又可分为： 直线形式 （仰斜、垂直、俯斜）； 带衡重台的形式； 不带衡重台的折线形式（凸形折线）。,2.锚定式挡土墙通过一端埋设在破裂面外侧稳定区内的锚杆或锚定板等所提供的抗拔力或被动土抗力，支持墙面挡住下滑土体的侧向推力。 锚杆式 锚定板式 桩板式 3.薄壁式挡土墙依靠压在墙踵板上的填料自重，阻止墙身的倾倒，从而支挡墙后的土体。 悬臂式 扶壁式 柱板式,4.加筋土挡土墙利用加筋土和各种墙面材料修成的
4、挡土墙。依靠拉筋与填料之间的摩擦力来抵抗侧向土压力。 5.垛式和笼式挡土墙依靠杆件（或笼）的侧限作用使墙形成一整体，以抵御墙后土体的侧向推力。 垛式 笼式,6-2 挡土墙的构造与布置,下列情况需修建挡土墙： 1.路基位于陡坡地段或岩石风化的路堑边缘地带； 2.为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑地段； 3.可能产生塌方、滑坡的不良地质； 4.水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路堤地段； 5.为节约用地减少拆迁或少占农田的地段； 6.为保护重要建筑物、生态环境或其它特殊需要地段。,一、挡土墙的布置,要求： 1)确保挡土墙基础稳定，墙身坚固，作用良好； 2)结构合理，断面经济，开挖与回填量小。 3)充
5、分利用当地材料。 4)节省劳动力和用地面积。 5)施工、养护方便与安全。,设计步骤： 1. 初步拟定12个方案 2.在横断面，初步确定其断面形式、位置、基础类型及埋置深度； 3.初步在纵断面图上布置挡土墙； 4.初步试算； 5.方案比较； 6.反复调整试算； 7.编制设计说明。,挡土墙布置 （一般在路基横断面和墙趾处的纵断面图上进行）： 1.挡土墙横向布置（横断面图上进行） 布置内容： （1）确定挡土墙形式； 路堤（肩）墙：在地形陡峻时可采用俯斜式或衡重式；在地形平坦时可采用仰斜式。 路堑墙：宜采用仰斜式或折线式。 （2）选择挡土墙的位置； 路堤墙与路肩墙可依据墙高、圬工数量、基础、填方数量、
6、占地数量和使用要求等进行比较确定。,（3）确定墙高； 依据地形和地质等条件，分析计算确定。 （4）确定墙身断面、基础形式和埋置深度； 依据地质与水文地质及冲刷情况进行分析计算确定。 （5）布置排水设施。 依据地形及墙背填料情况分析确定。,2.纵向布置（在墙趾处纵断面图进行） 布置内容与要求： （1）确定挡土墙的起迄点、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。 （3）布置各挡土墙的基础。 （4）布置泄水孔的位置（包括数量、间隔和尺寸）。,3.平面布置（对于个别复杂的挡土墙进行布置） 4.设计施工图布置要求 （1）墙趾纵断面布置图； （2
7、）代表性的路基横断面图； （3）特殊情况，应绘制平面图； （4）设计说明书。,二、挡土墙的构造,挡土墙由墙身、基础、填料、排水设施和伸缩缝等部分组成 1.墙身构造 1）墙背 2）墙面 3）墙顶 4）护栏 2.基础 1)基础形式： 一般基础 台阶基础扩大基础 钢筋混凝土基础 地基换填基础 拱式基础 2)基础埋置深度要求： （1）保证基底土层的承载力（容许）对于基底可能出现的最大应力； （2）应保证基础不受冲刷； （3）应防止基础因地基冻融而破坏。,3.排水设施 目的： 1.防止地面水下渗； 2.疏干墙后土体中的积水。 地面排水： 防止地面水渗入的措施有墙后地面设置排水沟、夯实地表松土、必要时可采
8、取封闭处理等。 防止地表水渗入地基的主要措施有加固边沟（路肩墙）或在适当位置设置排水沟。 墙身排水： 设置泄水孔 设置反滤层 4.沉降与伸缩缝 5.填料 ： 宜采用透水性好的砂砾或碎石材料,6-3 挡土墙土压力计算,一、作用在挡土墙上的力系 主要力系有： 1、挡土墙自重G及墙上恒载 2、墙后土体的主动土压力Ea（包括作用在墙后填料破裂棱体上的荷载，简称超载） 3、基地的法向反力N及摩擦力T 4、墙前土体的被动土压力Ep,二、 土压力计算,1、土压力的类型（按塑性极限平衡法） 土压力同结构物的水平位移方向和大小（侧向约束力的大小和方向）有关。 1)主动土压力 2)被动土压力 3)静止土压力 2、
9、库伦（C.A.coulomb）土压力理论,假设： 1)填料为均质，各向同性的松散粒体，仅有内摩阻；填料的表面为平面； 2)墙身外倾时会出现通过墙踵的两个破裂面，破裂面为平面； 3)破裂面上的土体为刚性体；它下滑时同墙背存在摩阻力，其摩阻角为；沿破裂面的摩阻力均匀分布，其摩阻角为； 4)破裂作平面问题处理，考虑无限长墙体的单位墙段。,基本计算公式,根据静力平衡原理，确定破裂面上的土体处于极限平衡状态时给予墙背的主动土压力。 土压力值是破裂角的函数，Eaf()。令 得到最危险破裂面和其主动土压力,土压力系数,土压力分布 主动土压力系数同墙高无关，而主动土压力同墙高的平方成正比。则土压应力沿墙高呈直
10、线分布。对上述情况，土压应力呈三角形分布。即：,水平分力 垂直分力,各种边界条件下主动土压力计算,1.破裂面交于内边坡 2.破裂面交于路基面,1）破裂角交于荷载中部 2）破裂角交于荷载外侧 3）破裂角交于内侧 3.破裂角交于外边坡 4.特例：填土水平（0），墙背铅垂（0），墙背光滑（0）。土压力为：,3、大俯角墙背的主动土压力第二破裂面法,Ea是第一、二破裂面的函数 Ex是Ea的水平分力，也是第一、二破裂面的函数,出现第二破裂面的条件 （1）墙背或假想墙背的倾角 或 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）在墙背或假象墙背面上产生的抗滑力必须大于其下滑力，即
11、 ，或 ，使破裂棱体不会沿墙背或假想墙背下滑。,4、折线形墙背的土压力计算,折线墙背的土压力计算时以墙背转折点或衡重台为界限，把墙分为上墙和下墙，分别按库伦理论计算主动土压力，然后取两者的矢量和作为全墙的土压力。 上墙的土压力计算：不考虑下墙的影响，按俯斜墙背计算，注意判别是否出现第二破裂面。,下墙的土压力计算（对上墙作近似处理）： 1)延长墙背法延长下墙墙背，交于填土表面，按此虚构墙背计算土压力，并绘出全墙的土压力分布图，截取下墙部分的压应力分布图作为下墙的土压力。 该方法的缺点： 忽略了延长墙背与实际墙背之间的土楔及荷载重 假定上墙破裂面与下墙破裂面平行，实际不平行。 2)力多边形法根据静
12、力平衡条件，作用于破裂棱体上的诸力应构成力多边形来求算下墙土压力。,5、粘性土土压力计算,粘结力存在对主动土压力影响大（土压力减小） 1.换算内摩擦角法将内摩擦角和内粘结力，换算成较实有内摩擦角大的“等效内摩擦角” 原则： 1)换算前后的抗剪强度相等 2)换算前后的土压力相等 2.力多边形法（数解法） 1)考虑深度hc范围内为垂直裂缝区，不计此范围土压力 2)考虑破裂面上的粘结力,6、不同土层的土压力计算,假设土的分层面与地表面平行,1)先求上层土压力E1； 2)将上层土重作为超载，求算下层土压力E2； 3)求E1和E2的矢量和。,7、有限范围填土的土压力计算,当墙后存在已知的陡坡面或潜在的滑
13、动面，且当其倾角陡于有计算求得的破裂面的倾角时，墙后的填料将沿着陡的坡面下滑，不沿计算破裂面下滑。（已知破裂面），根据静力平衡方法求得,8、被动土压力,由于产生被动极限状态，要求土体产生较大的变形，而一般建筑物来说常常是不容许的，应进行折减。如拱桥桥台的情况是台推土，但拱桥不容许变形，故进行桥台设计时，取静止土压力。,9、车辆荷载的换算及计算参数,1）、车辆荷载换算 （1）根据破裂棱体范围内布置的车辆荷载换算。,（2）按墙高确定的附加荷载强度进行换算 将汽车荷载按均布荷载，换算成容重与前后填料相同的均布土层。 q：附加荷载强度： 墙高小于等于2m,取20kN/m; 墙高大于等于10m,取10
14、kN/m 墙高H在210m，进行线性内插,2）计算参数,（1）填料的计算内摩擦角和容重 根据实际工作情况进行试验确定，无条件时可按表66数据选用。 （2）墙背摩擦角 大小与墙背的粗糙度、填料性质及墙后排水有关。见表67。 墙背愈粗糙，墙背摩擦角大。 填料的内摩擦角愈大，墙背摩擦角大。 排水条件愈好，墙背摩擦角大。,10、挡土墙设计原则,1）挡土墙的荷载计算方法 挡土墙的荷载组合 荷载分类： A.永久作用（荷载）：见表6-8； B.可变作用（荷载）：见表6-8； (1)基本可变作用（荷载）； (2)其他可变作用（荷载）； (3)施工荷载。 C.偶然作用（荷载）：见表6-8。,常用作用（或荷载）组
15、合,极限状态 整个结构或结构的某一部分超过某一特定状态，就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。 极限状态实质上是结构可靠（有效）或不可靠（失效）的界限。 界限状态分类： 承载能力极限状态 正常使用极限状态,承载能力极限状态：对应于结构或结构构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载。 挡土墙出现以下任何一种状态，即认为超过了承载能力极限状态： 1.整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体失去平衡； 2.挡土墙构件或连接部件因材料承受的强度超过极限而破坏,或因过量塑性变形而不适于继续承载； 3.挡土墙结构变为机动体系或局部失去平衡。 构件承载力极限状态表达:,正常使用极限状态
16、：对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定。 挡土墙出现以下任何一种状态，即认为超过了正常使用极限状态： 1.影响正常使用或外观变形； 2.影响正常使用或耐久性的局部破坏（包括裂缝）； 3.影响正常使用的其他特定状态。,1)承载能力极限状态分项荷载系数表611 2)当对挡土墙进行基础合力偏心距和圬工结构合力偏心距计算时，除被动土压力分项荷载系数用0.3外，其它全部荷载系数规定采用1.0,三、 计算状态及荷载系数,四、挡土墙稳定性验算,挡土墙的一般破坏形式及原因： 1)挡土墙沿基底滑动而造成的破坏（基底抗滑力不足）； 2)挡土墙绕墙趾转动所引起的倾覆（抗倾覆力矩不足）； 3)因基础产生过大或不均匀的沉陷而引起的墙身倾斜； 4)因墙身材料强度不足而产生的墙身
