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1、第四章 挡土墙计算与设计,1.1 概述 1.2 重力式挡墙的组成部分 1.3 重力式挡墙的构造 1.4 重力式挡土墙的布置 1.5 重力式挡土墙计算 1.6 重力式挡土墙施工,第一节 重力式挡土墙,1.1 概述,重力式挡土墙是以自身重力来维持挡土墙在土压力作用下的稳定。重力式挡土墙可用石砌或混凝土建成，其特点是体积、重量都大。能够就地取材，施工方便，经济效果好。因此，是我国目前常用的一种挡土墙。在我国铁路、公路、水利、港湾、矿山等工程中得到广泛的应用。,重力式挡土墙一般由以下几部分组成： 1、墙身靠填土（或山体）一侧称为墙背。 2、墙身大部分外露的一侧称为墙面（或墙胸）。 3、墙身的顶面部分称
2、为墙顶。 4、墙的底面部分称为墙底。 5、墙背与墙底的交线称为墙踵。 6、墙面与墙底的交线称为墙趾。 7、墙背与竖直面的夹角称为墙背倾角，一般用表示。 8、墙踵到墙顶的垂直距离称为墙高，用H表示。 另外重力式挡墙还有护栏、排水、伸缩缝、沉降缝等部分。,1.2 重力式挡墙的组成部分,1.1.1、墙身 1、墙背 1） 重力式挡土墙当墙背只有单一坡度时，称为直线形墙背。直线形墙背可做成俯斜、仰斜、垂直三种，墙背向外侧倾斜时称为俯斜，墙背向填土一侧倾斜时称为仰斜，墙背垂直时称为垂直。 对仰斜、垂直和俯斜三种不同形式的墙背所受的土压力进行分析，在墙高和墙后填料等条件相同时，仰斜墙背所受的土压力为最小，垂
3、直墙背次之，俯斜墙背较大，因此三种挡墙形式中仰斜式的墙身断面较经济。,1.3 重力式挡墙的构造,俯斜,仰斜,垂直,2）重力式挡土墙若墙背多于一个坡度，则称为折线形墙背。折线形墙背有凸形折线墙背和衡重式墙背两种。 凸形折线墙背系将仰斜式挡土墙的上部墙背改为俯斜，以减小上部断面尺寸，所以断面较为经济，多用于路堑墙，也可用于路肩墙。 衡重式墙背可视为在凸形折线式的上下墙之间设一衡重台，并采用陡直的墙面（1：0.05），衡重式挡土墙上墙与下墙的高度之比，一般采用2:3较为经济合理。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（开挖面较大）。,凸形折线式,衡重式,3）重力式挡土墙的仰斜墙背坡度一
4、般采用1:0.25，不宜缓于1:0.30； 俯斜墙背坡度一般为1:0.251:0.40；衡重式或凸折式挡土墙下墙墙背坡度多采用1:0.251:0.30仰斜，上墙墙背坡度受墙身强度控制，根据上墙高度，采用1:0.251:0.45俯斜。 2、墙面 重力式挡墙墙面一般为直线形，其坡度应与墙背坡度相协调。同时还应考虑墙趾处的地面横坡，在地面横向倾斜时，墙面坡度影响挡土墙的高度，横向坡度愈大影响愈大。因此，地面横坡较陡时，墙面坡度一般为1:0.051:0.20，矮墙时也可采用直立；地面横坡平缓时，墙面可适当放缓，但一般不缓于1:0.35。,3、墙顶 重力式挡土墙可采用浆砌或干砌圬工。墙顶最小宽度：浆砌时
5、不小于50cm；干砌时应不小于60cm。干砌挡土墙的高度一般不宜大于6m。路肩挡土墙墙顶应以粗料石或C15混凝土做帽石，其厚度不得小于0.4m。如不做帽石或为路堤墙和路堑墙，应选用大块片石置于墙顶并用砂浆抹平。 4、墙底 重力式挡墙的墙底一般取 0.1：1的坡度，也可以直接做成水平墙底。,为什么？,4护栏 为增加驾驶员心理上的安全感，保证行车安全，在地形险峻地段的路肩墙，或墙顶高出地面6m以上且连续长度大于20m的路肩墙，或弯道处的路肩墙的墙顶应设置护栏等防护设施。护栏分墙式和柱式两种，所采用的材料，护拦高度、宽度，视实际需要而定。护栏内侧边缘距路面边缘的距离，应满足路肩最小宽度的要求。,设计
6、中必须重视,1.1.2 基础 地基不良和基础处理不当，往往引起挡土墙的破坏，因此，应重视挡土墙的基础设计。基础设计的程序是：首先应对地基的地质条件作详细调查，必要时须做挖探或钻探，然后再来确定基础类型与埋置深度。,1、基础类型 1）挡土墙大多数都是直接砌筑在天然地基上的浅基础。 2）当地基承载力不足且墙趾处地形平坦时，为减少基底应力和增加抗倾覆稳定性，常常采用扩大基础，将墙趾部分加宽成台阶（路堑墙），或墙趾墙踵同时加宽（路堤或路肩墙），以加大承压面积。 加宽宽度视基底应力需要减少的程度和加宽后的合力偏心距的大小而定，一般不小于20cm。 台阶高度按基础材料的刚性角的要求确定，对于砖、片石、块石
7、、粗料石砌体，当用低于5号的砂浆砌筑时，刚性角应不大于35；对混凝土砌体，应不大于40。,为什么？,3）当地基压应力超过地基承载力过高时，需要的加宽值较大，为避免加宽部分的台阶过高，可采用钢筋混凝土底板基础，其厚度由剪力和主拉应力控制。,补充： 刚性基础的宽度大小应能使所产生的基础截面弯曲拉应力和剪应力不超过基础圬工材料的强度限值。满足了这个要求，就得到墩台身边缘处的垂线与基底边缘的连线间的最大夹角max ，即称为刚性角。 力学分析基础底面积越大其底面压强越小，对地基的负荷越有利，但放大的尺寸超过一定范围，超过基础材料本身的抗拉，抗剪能力，就会引起破坏，破裂的方向不是沿柱或墙的外侧垂直向下的，
8、而是与垂线形成一个角度，这个角度就是材料刚性角见右附图。,4）当挡土墙修筑在陡坡上，而地基又为较为稳定的坚硬岩石时，为节省圬工和基坑开挖数量，可采用台阶形基础。台阶的高宽比应不大于2：1。台阶宽度不宜小于50cm。最下一个台阶的宽度应满足偏心距的有关规定，并不宜小于1.52.0m。 5）如地基有短段缺口(如深沟等)或挖基因难(如局部地段地基软弱等)，可采用拱形基础，以石砌拱圈跨过，再在其上砌筑墙身。但应注意土压力不宜过大。以免横向推力导致拱圈开裂。设计时应对拱圈予以验算。 当地基为软弱土层，如淤泥、软粘土等，可采用砂砾、碎石、矿渣或石灰土等材料予以换填，以扩散基底压应力，使之均匀地传递到下卧软
9、弱土层中。,2、基础埋置深度 挡土墙基础应视地形、地质条件埋置足够的深度，以保证挡土墙的稳定性。设置在土质地基上的挡土墙，基底埋置深度应符合下列要求： 无冲刷时，一般应在天然地面下不小于1.0m； 有冲刷时，应在冲刷线下不小于1.0m； 受冻胀影响时，应在冰冻线以下不小于0.25m。非冻胀土层中的基础，例如岩石、卵石、砾石、中砂或粗砂等，埋置深度可不受冻深的限制。 挡土墙基础设置在岩石上时，应清除表面风化层；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相应的容许承载力将基底埋在风化层中。当墙趾前地面横坡较大时，基础埋置深度用墙趾前的安全襟边宽度来控制，以防地基剪切破坏。襟边宽度见下表。
10、,挡土墙安全襟边宽度,1.1.3、排水设施 挡土墙的排水处理是否得当，直接影响到挡土墙的安全及使用效果。因此，挡土墙应设置排水设施，以疏干墙后坡料中的水分，防止地表水下渗造成墙后积水，从而使墙身免受额外的静水压力；消除粘性土填料因含水量增加产生的膨胀压力；减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力。 挡土墙的排水设施通常为地面排水和墙身排水两部分组成。 1）地面排水可设置地面排水沟等引排地面水；夯实回填土顶面和地面松土，防止雨水和地面水下渗，必要时可加设铺砌；对路堑挡土墙墙趾前的边沟应予以铺砌加固，以防止边沟水渗入基础。,2）墙身排水主要是为了迅速排除墙后积水。浆砌挡土墙应根据渗水量在墙身的适当高度处布
11、置泄水孔。泄水孔尺寸可视泄水量大小分别采用5cm10cm、10cm10cm、15cm 20cm的方孔，或直径510cm的圆孔。泄水孔间距一般为2 3m，上下交错设置。最下排泄水孔的底部应高出墙趾前地0.3m；当为路堑墙时，出水口应高出边沟水位0.3m；若为浸水挡土墙则应高出常水位以上0.3m，以避免墙外水流倒灌。为防止水分渗入地基，在最下一排泄水孔的底部应设置30cm厚的粘土隔水层。 在泄水孔进口处应设置粗粒料反滤层，以避免堵塞孔道。当墙背填土透水性不良或有冻胀可能时，应在墙后最低一排泄水孔到墙顶0.5m之间设置厚度不小于0.3m的砂、卵石排水层或采用土工布。 干砌挡土墙墙身透水可不设泄水孔。
12、,1.1.4、沉降缝和伸缩缝 为了防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，应根据地基的地质条件及墙高、墙身断面的变化情况设置沉降缝。 为了防止圬工砌体因砂浆硬化收缩和温度变化而产生裂缝，必须设置伸缩缝。 工程中 通常把沉降缝与伸缩缝合并在一起，统称为沉降伸缩缝或变形缝。沉降伸缩缝的间距按实际情况而定，对于非岩石地基，宜每隔1015m设置一道沉降伸缩缝；对于岩石地基，其沉降伸缩缝间距可适当增大。沉降伸缩缝的缝宽般为23cm。浆砌挡土墙的沉降伸缩缝内可用胶泥填塞，但在渗水量大、冻害严重的地区，宜用沥青麻筋或沥青木板等材料，沿墙内、外顶三边填塞，填深不宜小于15m；当墙背为填石且冻害不严重时，可仅留空隙
13、，不嵌填料。 对于干砌挡土墙，沉降伸缩缝两侧应选平整石料砌筑，使具形成垂直通缝。,1.1.5、墙身材料 挡土墙所用的砖石及混凝土材料，应质地均匀、强度符合要求，并具有耐风化和抗侵蚀性能，在冰冻地区还应具有耐冻性。 1）块石应大致方正，厚度不小于0.15m，宽度和长度相应为厚度的1.52倍和1.53倍较合适。片石应具有两个大致平行的面，厚度不应小于0.15m，其中一条长边不小于0.3m，体积不小于0.01m3。 2）用大卵石砌筑时，石料应经过选择，并剖开凿毛，使之具有两个较大的平行面。砌筑时，不应形成通缝和过大的三角缝，砂浆需饱满。 3）砌筑挡土墙所用的砂浆编号按表选用。高寒地区、地震烈度8度且
14、墙高大于12米和地震烈度9度以上的地震地区，砂浆强度按表列强度等级提高一级。 4）各项材料的最低强度等级为：石料抗压强度不小于30Mpa（MU30）；混凝土C15，砖MU10。但砖砌体不应用于盐渍土地区的挡土墙。 5）干砌挡土墙，墙高时最好采用块石砌筑，在墙身超高6m或石料质量较低时，可沿墙高每隔34m设置厚度不小于0.5m的砂浆水平层，以增加墙身的稳定性。,砌筑挡土墙砂浆强度等级,1.4 重力式挡土墙的布置 挡土墙的布置是挡土墙设计的一个重要内容，通常在路基横断面图和墙趾纵断面图上进行。布置前应现场核对路基横断面图，不满足要求时应补测，并测绘墙趾处的纵断面图，收集墙趾处的地质和水文等资料。
15、(一) 横向布置 横向布置主要是在路基横断面图上进行，其内容有：选择挡土墙的位置、确定断面形式、绘制挡土墙横断面图等。 1、挡土墙的位置选择 路堑挡土墙，大多设置在边沟的外侧。路肩墙应保证路基宽度布设。路堤墙应与路肩墙进行技术经济比较，以确定墙的合理位置。 2、确定断面形式 不论是路堤墙，还是路肩墙当地形陡峻时，可采用俯斜式或衡重式；地形平坦时，则可采用仰斜式。对路堑墙来说，宜采用仰斜式或折线式。（工程实际中一般路肩墙用衡重式，路堤墙用俯斜式、路堑墙用仰斜式） 3、绘制挡土墙横断面图 挡土墙横断面图的绘制，选择在起讫点、墙高最大处、墙身断面或基础形式变异处，以及其他必须桩号处的横断面图上进行。
16、根据墙身形式、墙高和地基与填料的物理力学指标等设计资料，进行设计（需提供计算书）或套用标准图（非国家标准图集要提供计算书），确定墙身断面尺寸，基础形式和埋置深度，布置排水设施，指定墙背填料的类型等。,(二) 纵向布置 纵向布置主要在墙趾纵断面图上进行，布置后绘制挡土墙正面图。 1、确定挡土墙的起讫点和墙长，选择挡土墙与路基或其他结构物的连接方式。 路肩墙与路堑连接应嵌入路堑中23m；与路堤连接采用锥坡和路堤衔接；与桥台连接时为了防止墙后回填土从桥台尾端与挡土墙连接处的空隙中溜出，应在台尾与挡土墙之间设置隔墙及接头墙。路堑挡土墙在隧道洞口应结合隧道洞门、翼墙的设置情况平顺衔接；与路堑边坡衔接时，一般将墙顶逐渐降低到2m以下，使边坡坡脚不致于伸人边沟内，有时也可用横向端墙连接。 2、按地基及地形情况进行分段，布置沉降伸缩缝的位置。 3、布置各段挡土墙的基础。 沿挡土墙长度方向有纵坡时，挡土墙的纵向基底宜做成不大于5的纵坡。当墙址地面纵坡不超过5时基底可按此纵坡布置；若大于5时，应在纵向挖成台阶，台阶的
