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路基路面工程第6章-挡土墙设计


第5章 内容回顾
1. 坡面防护(植物防护-种草、铺草皮、植树等,工程防
护-抹面、喷浆、灌浆、勾缝、护面)

2. 冲刷防护(直接防护-植物防护、石砌防护、抛石、石
笼等,间接防护-顺水坝、格坝、挑水坝、拦水坝等)

3. 软土地基加固(砂垫层法、换填法、反压护道法、分
阶段施工、超载预压法、竖向排

水法、挤密桩法和加

固桩法)

六、挡土墙设计
1. 概述 2. 挡土墙的构造与布置

3. 挡土墙土压力计算
4. 挡土墙设计原则

5. 重力式挡土墙设计
6. 浸水路堤挡土墙设计 7. 地震地区挡土墙设计 8. 轻型挡土墙 9. 加筋土挡土墙

问题:
? 挡土墙的用途是什么?

?
? ? ? ?

从使用位臵来分,挡土墙的类型有哪些?
从结构形式来分,挡土墙的类型有哪些? 挡土墙有哪些组成部分? 挡土墙的排水设施有哪些? 挡土墙的沉降缝和伸缩缝有什么作用?

1.概述
? 挡土墙的用途

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。
挡土墙设臵与否,宜于与其工程方案比较确定 ? 与移改路线位臵进行比较; ? 与填筑或开挖边坡相比较; ? 与坼移有关干扰路基的构造物(房屋、河流、水渠)等比较; ? 与设臵其他类型的构造物(桥、护墙)等比较

一般来说,在以下情况下适宜修建挡土墙
陡坡路段或岩石风化的路堑边坡路段;

需要降低路基边坡高度以减少大量填方、挖方的路段;
增加不良地质路段边坡稳定,以防止产生滑坍;

防止沿河路段水流冲刷;
桥梁或隧道与路基的连接地段;

节约道路用地、减少拆迁或少占农田;
保护重要建筑、生态环境或其他需要特殊保护的地段。

? 挡土墙的使用场合

路堑挡土墙:用于陡峭山坡的路堑底部,降低边坡高度、
减少开挖或者边坡防止地质不良地段的滑坡。

路堤挡土墙:在陡山坡上填筑路堤时、用以支挡路堤下滑;
收缩坡脚,减少填方量;保证沿河路堤不受水流冲刷。

路肩挡土墙:支挡陡坡路堤下滑,抬高公路,收缩坡脚、
减少占地,减少填方量。

山坡挡土墙: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)。

桥头挡土墙:支撑桥梁上部结构及保证桥头填土稳定

? 挡土墙的组成

常用的挡土墙一般由墙身、基础、排水设施与伸缩缝组成

? 挡土墙的类型

按照位臵:路堑挡土墙、路堤挡土墙、路肩挡土墙、山坡
挡土墙。

按照材料:石砌挡土墙、混凝土挡土墙、钢筋混凝土挡土
墙、砖砌挡土墙、木质挡土墙和钢板墙。

按照结构形式:重力式、半重力式、衡重式、悬臂式、扶
壁式、锚杆式、拱式、锚定板式、桩板式、垛式。

重力式挡土墙:重力式挡土地依靠墙身自重支撑土压力来
维持其稳定。—般多用片(块)石砌筑,在缺乏石料的地区
有时也用混凝土修建。工量较大、型式简单、施工方便, 可就地取材,适应性较强,故被广泛采用。

A 竖直式

B 俯斜式

C 仰斜式

D 折线式

A、B多用于路肩墙、路堤墙;C、D多用于路堑墙

衡重式挡土墙:带衡重台的挡土墙,称为街重式挡土墙,
其主要稳定条件仍凭借于墙身自重,但由于衡重台上填土
的重量使全墙重心后移,增加了墙身的稳定。 减少开挖工作量,避免过份牵动山体的稳定,有时还可以 利用台后净率拦截落石。

其墙面胸坡很陡,下墙墙背仰斜,所以可以减小墙的高度,

衡重式挡土墙适多用于路肩墙、路堤墙。

衡重式

悬臂式和扶壁式统称为薄壁式
趾板和踵板。当墙身较高时,沿墙长每隔一定距离设臵一 道扶壁连接墙面板及踵板,称为扶壁式挡土墙。 它们的共同特点是:墙身断面较小,结构的稳定性不是依 靠本身的重量,而主要依靠踵板上的填土重量来保证。它

悬臂式挡土墙由立壁和底板组成,具有三个悬臂,即立壁、

们自重轻,圬工省。适用于墙高较大的情况,但需使用一
定数量的钢材,经济效果较好。

适用于缺乏石料地区和挡土墙高度不超过7m的情况。

加筋土式挡土墙
加筋土挡土墙是由填土、填土中布臵的拉筋条以及墙面
板部分组成,在垂直于墙面的方向,按一定间隔和高度水 平地放臵拉筋材料,然后填上压实,通过填土与拉筋间的 摩擦作用,把土的侧压力传给拉筋,从而稳定土体。 拉筋材料通常为镀锌薄钢带、铝合金、高强塑料及合成纤

维等。墙面板一般用混凝土预制,也可采用半圆形铝板;
加筋土挡土墙属柔性结构,对地基变形适应性大,建筑高 度大,通用于填土路基。它结构简单,圬工量少,与其它

类型的挡上墙相比,可节省投资30%—70%,经济效益大。

锚杆式挡土墙:是一种轻型挡土墙,主要由预制的钢筋泥
凝土立柱、挡土板构成墙面,与水平或倾斜的钢锚杆联合

组成。锚杆的一端与立柱联接,另一端被锚固在稳定岩层
或土层中。墙后侧压力由挡土板传给立柱,由锚杆与岩体 之间的锚固力,即锚杆的抗拔力,使墙获得稳定。 它适用于墙高较大、石料缺乏或挖基因难地区,具有锚固 条件的路基挡土墙,一般多用于路堑挡土墙。

锚定板式挡土墙:预定板式挡土墙的结构形式与锚杆式基
本相同,只是锚杆的固定端改用锚定板,埋入墙后填料内

部的稳定层中,依靠锚定板产生的抗拔力抵抗侧压力,保
持墙的稳定。它主要适用于缺乏石料的地区,一般用于路 堤墙。

桩板式挡土墙:由桩柱和挡板组成,利用深埋的桩柱前土
要求基础埋深地段,可用于路堑墙、路肩墙。

层的被动土压力来平衡墙后主动土压力,适用于土压力大、

垛式挡土墙:用钢筋混凝土预制杆件,纵横交错装配成框
架,内填土石,以抵抗土压力,适用于缺乏石料地区的路

肩墙和路堤墙。

土钉式挡土墙:由土体、土钉和护面板三部分组成,利用
形成类似重力式挡土墙的加强体。
适用性强、工艺简单、材料用量与工程量较少,常用于稳 定挖方边坡或临时支护。

土钉对天然土体实施加固,并与喷射混凝土护面板相结合,

混凝土半重力挡土墙:在墙背设少量钢筋,并将墙趾展宽
(保证基地必要的宽度),以减薄墙身,节省圬工。一般

用与低墙。

拱式挡土墙:由拱板、立柱组成,必要时可设锚杆拉住立
柱。拱板可预制,常用于路肩墙。

2.挡土墙的构造与布置
? 挡土墙的构造

墙身:暴露在外面的为墙面,反之为墙背
从土压力大小来看,仰斜小于垂直小于俯斜。仰斜式挡土 俯斜式的断面要比仰斜式大,俯斜墙背坡度一般控制在21 度48分以下。

墙墙背越缓,压力越小,但施工困难,一般控制α<14度。

衡重式墙背上墙墙背坡度通常为1:0.25到1:0.45,下墙
一般为1:0.25,上下墙的墙高比一般采用2:3。

墙面:通常基础以上均为平面,当地面横坡比较陡时,墙

面可直立或外斜1:0.05到1:0.2,以减小墙高,当地面
横坡平缓时,墙面可放缓,一般可以采用1:0.2到1:

0.35较为经济,但不宜缓于1:0.4,以免过多增加墙高。
墙顶:对于石砌挡土墙墙顶的最小宽度,浆砌的不小于

50cm,干砌的不小于60cm。
护栏:对于路肩挡土墙,如果高度较大,应设施护栏

基础:基础设计的主要内容包括基础形式的选择和基础埋
深的确定。

挡土墙一般都使用浅基础,只有在特殊情况下,才采用深
桩基。当地基软弱的时候,可先换填。挡土墙的埋臵深度

应按照以下要求进行:当冻结深度小于或等于1m时,基底
应在冻结线不小于0.25m,并符合基础最小埋深不小于1m 还应将基底至冻结线以下0.25m范围的地基土换填为弱冻 胀材料。

的要求。当冻结深度大于1m,基底最小埋深不小于1.25米,

当挡土墙处于地质不良地段,地基土内可能产生滑动面时, 应进行抗滑稳定性分析,将基础底面埋臵在滑动面以下, 或采用其他措施,防止挡土墙滑动。

排水设施:
目的:梳干填料中的水分、防止地表水下渗造成积水、消

除粘性土由于含水量变化导致的膨胀压力,减小冻胀压力。 排水措施:设臵地面排水沟,引排地面水;夯实回填土顶 面和地面松土,防止雨水及地面水下渗,必要时可加设铺 砌;对路堑挡墙墙趾前的边沟应予以铺砌加固,以防边沟

水渗人基础;设臵墙身泄水孔,排除墙后水。

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泻水孔(图b) 。孔眼间距一般为2~3m,对于 浸水挡土墙间距为1.0~1.5m,干旱地区可适当加大,孔眼上下错 开布臵。下排排水孔的出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臵粗粒料反滤层,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)

沉降缝与伸缩缝:
设计时,一般将沉降缝与伸缩缝合并设臵,沿路线方向每

隔10~15m设臵一道,兼起两者的作用,缝宽2~3cm,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 当墙后为岩石路堑或填石路堤时,可设臵空缝。 。

性的材料,沿内、外、顶三方填塞,填深不宜小于0.15m,

? 挡土墙的布置

挡土墙位臵的选定:
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)沿河路堤设臵挡土墙时,应结合河流情况来布臵,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。

挡土墙的横向布臵:即确定挡土墙的断面形式
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、基础形式和埋臵深度,布臵排水

设施等,并绘制挡土墙横断面图。

挡土墙的纵向布臵:挡土墙纵向布臵在墙趾纵断面图上进
行,布臵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 位臵; 3)布臵各段挡土墙的基础; 4)布臵泄水孔的位臵,包括数量、间隔和尺寸等;

路线纵坡

泄水孔

沉降伸缩缝

锥坡

基地线

挡土墙正面图

挡土墙的平面布臵:
个别复杂的挡土墙,如高、长的沿河曲线挡土墙,应作平
面布臵,绘制平面图,标明挡土墙与路线的平面位臵及附

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。

问题:
? 挡土墙设计主要考虑哪些力?

?
? ? ? ?

什么是主动土压力?什么是被动土压力?
路基挡土墙受到最大土压力的破裂面如何确定? 挡土墙的设计的荷载组合如何确定? 挡土墙的稳定性验算包括哪些内容? 增强挡土墙稳定性的措施有哪些?

3.挡土墙土压力计算
? 作用在挡土墙上的力系
作用在挡土墙上的力系,按力的作用性质分为主要力系、 附加力和特殊力。
主要力系:经常作用于挡土墙的各种力,包括:
1.挡土墙自重G及位于墙上的衡载;2.墙后土体的主动土压力Ea; 3.基底的法向反力N及摩擦力T; 4.墙前土体的被动土压力Ep。 (对于浸水挡土墙而言还包括常水位时的静水压力和浮力)

附加力:是季节性作用于挡土墙的各种力,例如洪水时的静水压力
和浮力、动力压力、波浪冲击力、冻胀压力以及冰压力等。

特殊力:偶然出现的力,例如地震力、施工荷载、水流漂浮物的撞
击力等。

在一般地区,挡土墙设计仅考虑主要力系.在浸水地区还

应考虑附加力,而在地震区应考虑地震对挡土墙的影响。
各种力的取舍,应根据挡土墙所处的具体工作条件,按最

不利的组合作为设计的依据。

? 一般条件下库仑主动土压力计算

主动土压力:挡土墙向外移动 (位移或倾覆),土压力随
之减少,直到墙后土体沿破裂面下滑处于极限平衡状态。

被动土压力:墙向土体挤压移动,土压力随之增大,土体
被推移向上滑动处于极限平衡状态。 称为静止土压力。 用哪种性质的土压力作为挡土墙设计荷载,要根据挡土墙 的具体条件而定。

静止土压力:墙处于原来位臵不动,土压力介于两者之间,

路基挡土墙一般都可能有向外的位移或倾覆,因此在设计中按照墙 背土体达到主动极限平衡状态,且设计时取一定的安全系数,以保 证墙背土体的稳定。 对于墙趾的土体的被动土压力,在挡土墙基础一般埋深的情况下, 考虑到各种自然力和人畜活动的作用,一般均不计,以偏于安全。

? 路基挡土墙库仑主动土压力计算

库仑土压力理论:1776年法国的库伦(C.A.Coulomb)根
据极限平衡的概念,并假定滑动面为平面,分析了滑动楔 体的力系平衡,从而求算出挡土墙上的土压力,成为著名 的库伦土压力理论。

库仑土压力假设:
(1)挡土墙后土体为均匀各向同性无粘性土(c=0);

(2)挡土墙后产生主动或被动土压力时墙后土体形成滑
动土楔,其滑裂面为通过墙踵的平面; (3)滑动土楔可视为刚体。

路基挡土墙因路基形式和荷载分布的不同,土压力有多种
计算图式。以路堤挡土墙为例,可分为5种图示:破裂面 交于内边坡,破裂面交于荷载的内侧、中部和外侧,以及 破裂面交于外边坡。

1.破裂面交于内边坡

平衡力三角形:

当参数ψ、?、δ、α、β固定时,Ea随破裂面的位臵而变化,即Ea是 破裂角θ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破裂角如下:

1 Ea = ? H 2 2

1 ?? ? H 2 K a 2 2 ? sin(? ? ? )sin(? ? ? ) ? 2 cos ? cos(? ? ? ) ?1 ? ? cos(? ? ? ) cos(? ? ? ) ? ?

cos2 (? ? ? )

2.破裂面交于路基面

a)交于荷载内侧;b)交于荷载中部;c)交于荷载外侧。

a)交于荷载中部的主动土压力计算

最大土压力时破裂角:

其中:

交于荷载外侧和内侧的土压力仍按照上式计算,但A0和B0

表达式不同
b)交于荷载外侧

c)交于荷载内侧

3.破裂面交于外边坡

此时的土压力计算公式为:

最大土压力时破裂角:

其中:

计算挡土墙压力Ea,首先是确定产生最大土压力的破裂 面,求出破裂角θ,但是θ是事先不知道的,需进行试算。

通常先假定破裂面位臵通过荷载中心,按照图式和对应的
根据试算出来的θ角重新假定破裂面,重复以上运算,直 到相符为止,最后根据此破裂角计算最大土压力。

计算公式算出的θ角与假定情况进行对比,若与假定不符,

? 大俯角墙背的主动土压力—第2破裂面法

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想墙背下滑)

此时的土压力计算公式为:

求Ex的最大值及相应的破裂角?i和?i(求驻点的办法)
? 1 2 2 Ex ? ?h" ?1 ? tg ?? ? ? ?tg ?? ? ? ?? cos?? ? ? ?? 2 2 1? a ? 2 2h0 ? Ac?1 ? by ? 1 2? ??1 ? tg?tg? i ?2 cos2 ? ? 或E x ? ? ?H 0 ?1 ? ? ? 2 H0 ? 1? b2 ? ? ? E y ? E x tg ?? i ? ? ? ? ? E a ? E x sec?? ? ? i ? ?

?1 ? ax?2 ?A

主动土压力的作用点:绘土压应力分布图如图6-11
? h ? a ?3h ? 3h1 h ? h ? ? 3h0 h ? ?0 Zx ? h ? ? 2 ' ' 3?h ? 2a h ? a h1 ? 2h0 h3 ? ? ?dy ?0 ? Z y ? B ? Z x tg? i ? ?
h

?ydy

3

'

2

2 1

2 3

? 折线形墙背的土压力计算 凸形墙背的挡土墙和衡重式挡土墙,其墙背不是一个平面 而是折面,称为折线形墙背。对这类墙背,以墙背转折点

或衡重台为界,分成上墙与下墙.分别按库伦土压力计算
土动土压力,然后取两者的矢量和作为全墙的土压力。 计算上墙土压力时不考虑下墙影响,按俯斜墙背计算土压 力。下墙计算比较复杂,一般采用简化方法进行,比如采 用延长墙背法。

(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

(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B’C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

? 粘性土压力计算 库伦理论只考虑不具有粘聚力的砂性土的土压力问题。当 墙背填料为粘性土时,土的粘聚力对主动土压力的影响很 大,因此应考虑粘聚力的影响。 (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?D 值。通常把粘性土的内摩擦角值增大5°~10°,或采用等效内摩 擦角?D为30°~35°。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=E’-Ec



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

? 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。

? 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,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。

? 被动土压力
1 2 E P ? ?H K P 2 KP ? cos 2 (? ? ? ) sin(? ? ? ) sin(? ? ? ) 2 cos x cos(? ? ? )[1 ? ] cos(? ? ? ) cos(? ? ? )
2

通常情况下挡土墙前的被动土压力可不计算,当基础埋臵较深且地 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

? 车辆荷载换算及计算参数 (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 2~10m 之间时,附加荷载强度用 直线内插法计算

(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

4.挡土墙设计原则
? 施加于挡土墙的作用或荷载

不同条件下荷载组合:

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

? 挡土墙设计原则 挡土墙按“极限状态分项系数法”进行设计,挡土墙设计 极限状态分构件承载力极限状态和正常使用极限状态。
承载力极限状态是当挡土墙出现以下任何一种状态,即认为超过了
承载力极限状态: 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强度超过而破坏,或因过度塑性 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。

正常使用极限状态是挡土墙出现下列状态之一时,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)影响正常使用的其它特定状态。

我国现行规范规定公路挡土墙的构件分析采用 承载力极限

状态的分项安全系数法为主的设计法,表达式为:
? 0 ?? G SGK ? ? Q1SQ1K ? ? ? Qi?ci SQiK ? ? R( ?f
Rk ,? d )

? 0 ——结构重要性系数;

? G ——垂直恒载引起的效应分项系数; S GK ——恒载效应;
? Q1 ——恒载及汽车活载的土压力效应分项系数; S Q1K ——恒载及汽车活载的土压力效应;

? Qi ——其它荷载效应分项系数; S QiK ——其它荷载效应;
R ——抗力安全系数; k ——构件抗力标准值;

?f

? d ——结构或结构构件几何参数的设计值.

承载能力极限状态作用(或荷载)分项系数

5.重力式挡土墙设计
? 挡土墙稳定性验算
1.抗滑稳定性分析

2.抗倾覆稳定性分析

在验算挡土墙的稳定性时,一般不计趾前土层产生的被动 土压力。验算结果如不满足以上要求,则表明抗滑稳定性 或抗倾覆稳定性不够,应改变墙身断面尺寸重新核算。

? 基底应力及合力偏心矩验算 为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力.应进行基底 应力验算;同时,为了避免挡土墙不均匀沉陷,控制作用 于挡土墙基底的合力偏心距
e0
B/2 B/6

?1
>B/6

?2
>B/6

1.基础地面的压应力

(1)轴心荷载作用时

(2)偏心荷载作用时
Md e0 ? Nd

2.基底合力偏心距

3.地基承载力抗力值 (1)轴心荷载作用时 (2)偏心荷载作用时 (3)地基承载抗力f:当挡土墙的基础宽度大于3m,或埋 臵深度大于0.5m时,除岩石地基外,地基承载应力抗力值 按下式计算:

(4) 当不满足式(6-53)的计算条件或计算出的结果f<1.1fk
时,可按f=1.1fk 直接确定地基承载应力抗力值。 (5) f值可以根据不同荷载组合予以提高,提高系数K按 表中的值。 (6)当偏心距e小于或等于0.333倍基础底面宽度时,可

根据土的抗剪强度指标确定地基承载应力抗力值。:

? 墙身截面强度验算 1.强度计算

2.稳定计算

a s —与材料有关的系数;
砌体沙浆标号 ?M5 M2.5 M1 混凝土

?s值

0.002

0.0025

0.004

0.002

? 增加挡土墙稳定性的措施 1.增加抗滑稳定性
设臵倾斜基底

土质地基,不陡1:5;岩石地基,不陡于1:3

采用凸榫基底

凸榫的高度按照抗滑稳定性要求设计,高宽比满足污工刚性角要求

2.增加抗倾覆稳定性 展宽墙址 改变墙面及墙背坡度

改变墙身断面类型

问题:
? 浸水路堤挡土墙受力与一般挡土墙有何不同?

?
? ? ? ?

地震地区挡土墙设计中如何考虑地震的影响?
悬臂式挡土墙设计的内容有哪些? 锚杆挡土墙设计的内容有哪些? 锚定板挡土墙设计的内容有哪些? 加筋土的基本原理是什么?

6.浸水路堤挡土墙设计
? 浸水路堤挡土墙的受力特点

1.浸水的填料受到水的浮力作用而使土压力减小; 2.砂性土的内摩擦角受水的影响不大,可认为浸水后不 变,但糯性土浸水后执剪强度显著降低; 3.墙背与墙面均受到静水压力,在墙背与墙面水平一致 时,两者互相平衡;而当有一水位差时,则墙身受到静水 压力差所引起的推力; 4.墙外水位骤然降落.或者墙后暴雨下渗在填料内出现 渗流时,填料受到渗透动水压力。 5.墙身受到水的浮力作用,使其抗倾覆及抗滑稳定性减弱。

? 浸水路堤挡土墙土压力计算

1.当填料为砂性土时
1)浸水部分填料单位重量采用浮容重;

2)浸水前后的内摩擦角不变;
3)破裂面为一平面;由于浸水后破裂位臵的变动对于 计算土压力的影响不大,因此不考虑浸水的影响。

在此情况下,浸水挡土墙墙背土压力Eb可采用不浸水
时的土压力Ea扣除计算水位以下因浮力影响而减少的土 压力ΔEb

2.当填料为粘性土时
考虑到粘性土浸水后c值显著降低,将填土的上下两部分

视为不同性质的土层,应分别计算土压力。
计算中,先求出计算水位以上填土的土压力E1;然后再将 上层填土重量作为荷载,计算浸水部分的土压力E2。El与

E2的矢量和即为全墙土压力。

在计算浸水部分的土压力E2时,先按浮容重γb将上部土层

及超载换算为均布土层作为超载,土层厚hb为:

? 静水压力、动水压力和上浮力

1.静水压力
墙胸静水压力 其水平分力和垂直分力分别为:

墙背静水压力
其水平分力和垂直分力分别为:

当计算动水压力时,墙背静水压力为:

当墙胸和墙背存在水位差时,两者的 静水压力水平分力的差为推力。垂直

分力的差计入上浮力。

2.上浮力

作用于基底的上浮力按下式计算:

总的上浮力为基底浮力与墙胸墙背垂直分力的代数和:

3.动水压力 当墙后为弱透水性填料时,在填料内部将产生渗流,由此 会产生动水压力P3,其大小按下式计算: 式中:Ij—降水曲线的平均坡度; Ω—产生动水压力的浸水部分, 即图中的阴影 部分,可近似地 取梯形abcd的面积。

动水压力P3的作用点为Ω面积的重心,其方向平行于Ij。

? 浸水路堤挡土墙稳定性验算 具体验算方法和前面一样,但要考虑浸水挡土墙的受力特

点,在最不利水位进行验算:
最高水位并不是在所有情况下都是最不利的水位;抗滑稳

定系数和倾覆稳定系数的最小值,可能同时出现在某一水
位,也可能分别出现。 设计浸水挡土墙时,须作反复的试算,以寻求最不利的水 位。为减少汁算工作量,可采用优选法。

优选法求最小稳定系数和最不利水位的步骤:

至于基底应力,在一般情况下,它随水位的降低而增大, 而在枯水位时接近或达到最大值。故在浸水挡土墙基底应 力验算中,通常以枯水位作为验算水位。

7.地震地区挡土墙设计
挡土墙修建在设计烈度为8度及8度以上的地震区,以及修 筑在地震时可能发生大规模滑坡、崩塌的地段或软弱地基 (如软弱粘性土层)处,地震强度和稳定性验算要考虑破裂

棱体和挡土墙身分别承受地震力的作用,将地震荷载与恒
载组合,并考虑常年水位的浮力。不考虑季节性浸水的影 响,其他外力,包括车辆荷载的作用均不考虑。

? 地震荷载的计算 在挡土墙设计中,一般只考虑最大水平地震力Ps:

Ps=C1CzKHG
Cz综合影响系数,表示实际建筑物的地震反应与理论计算 间的差异,一般采用0.25,KH按设计烈度在下表中取值,

C1为重要性修正系数按路线等级在表6-22中取值。

挡土地重G与水平地震力Ps的合力G1,其与竖直线的夹角 θs称为地震角: θs=arctanCzKH

? 地震作用的土压力 可采用库仑土压力公式进行计算: 用

这种方法仅仅是利用原有公式来求解的计算过程,而地震

土压力Es的作用方向仍应核实际墙背摩擦角δ决定,在计
算Ex和Ey时,采用δ而不用δS 对于地震作用下的路肩挡土墙,也可用下面的简化公式计 算:

? 挡土墙防震措施

1.尽可能采用重心低的墙身断面形式。 2.基础尽可能臵于基岩或坚硬的均质上层上;遇有不良 地基时,应采取适当措施进行加固处理。 3.挡土墙宜采用浆砌片(块)石、混凝土和钢筋混凝土修 筑。当采用干砌片(块)石时.墙高须加以限制:设计烈度 为8度时,一般不超过5m,9度时,一般小超过3m。 4.墙体应以垂直通缝分段,每段长度不宜超过15m。地 基变化或地而标高突变处,也应设臵通缝。 5.应严格控制砌筑质量,石料要嵌挤紧密.砂浆要饱满, 砂浆标号按非地震区要求提高一级采用。 6.墙后填料应尽量用片、碎石或砂性土分层填筑并夯实, 并做好排水设施。

8.轻型挡土墙
? 悬臂式挡土墙

1.悬臂式挡土墙的构造及适用条件 钢筋混凝土悬臂式挡土墙是由立壁和底板组成,具有三个 悬臂,即立壁、趾板和踵板,墙的稳定性依靠墙身自重和 踵板上的填土重量来保证,而趾板的设臵又显著地增加了 抗倾覆力矩的力臂,因此结构形式比较经济。 悬臂式挡土墙构造简单,施工方便,能适应较松软的地基, 墙高一般在6-9m之间。当墙高较大时,立壁下部的弯矩 大,钢筋与混凝土用量剧增,影响这种结构型式的经济效 果,此时可采用扶壁式挡土墙。

2悬臂式挡土墙设计 1)土压力计算 对于悬臂式挡土墙,通常采用朗金理论计算通过墙踵的竖 直面上的土压力Ea,然后结合位于该竖直面与墙背间的 土重,得到墙上的总压力。

2)底板宽度=夹板宽+踵板宽+趾板宽+胸坡修正宽度 A、踵板宽度 受滑动稳定控制,要求 路肩墙:

路堑或路堤墙:

B、趾板宽度 一般由地基应力或偏心距e来决定,要求墙踵不出现拉应 力,即有:

路肩墙:

路堑或路堤墙:

3)底板厚度计算

主要取决于结构要求和截面强度要求。
结构要求:趾板与踵板同厚(指与中间夹块连接处,趾板 端部不宜小于30cm,因板顶面要求水平)。 A根据配筋率确定截面厚度(一般配筋率0.3%-0.8%)

B防止斜裂缝开展过大确定的厚度

4)立臂厚度计算

主要取决于结构要求和强度要求。
结构要求:立壁顶部最小厚度采用15~25cm,路肩墙不宜 小于20m。胸墙一般不做垂直坡面,以免因挡墙变形、地 基不均匀沉陷及施工误差等因素的影响,造成立壁前倾。

通常采用的坡率是1:0.02~ 1:0.05
力臂弯矩计算:

剪力计算:

A根据配筋率确定截面厚度

B防止斜裂缝开展控制

? 锚杆挡土墙 1.锚杆挡土墙的构造与布臵

锚杆挡土墙是由混凝土墙面和锚杆组成,靠锚固在稳定地 层内的锚杆对墙面的水平拉力以保持墙身的稳定。墙面为 板柱式墙或板壁式墙。使用的锚杆主要有楔缝式锚杆和灌 桨锚杆两种。
楔缝式锚杆俗称小锚杆,是对锚杆施加一定压力后,使杆 端楔缝的楔子张开,从而将锚杆卡紧在岩石中。锚孔一级 直径38.50m,深度3~5m,用普通风钻即可施工。孔内压 注水泥砂浆,用来防锈和提高锚杆抗拔力。楔缝式锚杆多 用于岩石边坡防护及加固工程。

灌浆锚杆又称大锚杆,要用钻机钻孔,锚孔直径一般为 100~150mm,锚杆插入锚孔后再灌注水泥砂浆。当用于

土层时,由于土层与锚杆间的锚固能力较差,尚需采用加
压灌浆或内部扩孔的方法来提高其抗拔力,称为颈压锚杆

或扩孔锚杆。国外还采用化学液体灌浆,利用化学液体
的膨胀性来提高锚杆的抗拉能力。灌浆锚杆一般多用于路 堑挡土墙。

当挡土墙较高时,应布臵两级或两级以上,两级之间设

1~2m宽的平台。每级挡土墙不宜过高,一级为5~6m。为
便于立柱及挡土板的安装,以竖直墙背为多。

决定立柱的间距应考虑工地的起吊能力和锚杆的抗拔能
力.一般可选用2.5~3.5m。每根立柱视其高度可布臵2~3 根或更多的锚杆,锚杆的位臵应尽可能使立柱的弯矩均匀 分布,方便钢筋布臵。 挡土板一般设计成矩形或槽形,长度比立柱间距短10cm 由下部泄水孔将水排入边沟内。

左右,以便留出锚杆位臵。墙后应回填矽卵石等透水材料,

2.锚杆挡土墙设计
1)土压力计算:同一般挡土墙

2)档土板内力计算:

3)力柱内力计算: 根据其受力特性按照简支梁

或连续梁计算

4)锚杆设计
锚杆为轴心受拉构件,按容许应力法设计截面。按单锚理 论来设计锚杆长度,即个考虑锚杆与锚固层岩体的整体稳 定性问题。 A锚杆截面设计:

由立柱计算中得到的反
力Rn求锚杆的轴向力Nn: 得到钢筋截面面积:

B锚杆长度设计:

锚杆长度包括非锚固长度(由墙面与稳定地层之间的实际
距离决定)和锚固长度(由地层情况和抗拔力计算)

对于岩质边坡,岩层与砂浆间的粘结强度大,锚固长度取
决于砂浆对钢筋的锚固力。为了提高锚固力,水泥砂浆不 得低于30号。要求锚固力大于钢筋的抗拉强度,即

如为半岩质或土质边坡.锚固长度取决于砂浆与围岩接触 面上的抗剪强度,即

C锚杆与立柱的连接

主要有三种形式:(1)焊短钢筋锚固;(2)弯钩锚固;(3)螺
母锚固c弯钩锚因适用于就地浇筑,其余两种适用于预制 构件。

? 锚定板挡土墙 1.锚定板挡土墙的构造

锚定板挡土墙是由钢筋混凝土墙面、钢拉杆、锚定板以及
其间的填土共同形成的一种组合挡土结构,它借助于埋在 填土内的锚定板的抗技力,平衡挡土墙塌背水平土压力, 从而改变挡土墙的受力状态,达到轻型的目的。它具有省 料省工、能适应承载力较低地区的特点,在我国铁路与公

路工程中,已开始应用于路肩或路堤挡土塌和桥台。

锚定板挡土墙的结构形式和受力状态与锚杆挡土墙基本相

同,主要区别是:锚杆挡土墙的锚杆是插入稳定地层的钻 而锚定板挡土墙的钢拉杆及其端部的铺定板都埋设在人工
填土当中,抗拔力来源于锚定板前的填土的被动抗力。 锚定板挡土墙的墙面是由挡土板和立柱组成,挡土板通常 为钢筋混凝土矩形板或槽形板,立柱为钢筋混凝上矩形截 面柱,立柱间距多采用1~2m,每根立柱上可布臵单根、 每根拉杆端部的锚定板通常为单独的钢筋混凝土方形板。

孔中,抗拔力来源于灌浆锚杆与孔壁地层之间的粘结强度,

双根或多根拉杆,钢拉杆采用普通圆钢,外设防锈保护层。

2.锚定板挡土墙设计
1)锚定板设计

锚定板尺寸由铺定板的容许抗拔力确定,极限抗拔力与锚
定板面积近似地成正比例关系,极限抗拔力除以一定的安 全系数,便是所采用的容许抗拔力。 单块锚定板的抗拔力与锚定板的理设位臵、板的尺寸和填 料的物理力学性质有关。铁道科学研究院等单位根据现场

抗拔试验的结果,提出容许抗拔力的建议值如下:对于埋
臵深度为3~5m的锚定板,其容许抗拔力为100~120kpa; 锚定板尺寸由拉杆拉力及容许抗拔力计算确定。

埋臵深度为6~10m的锚定板,其容许抗拔力为130~150kPa。

2)锚定板挡土墙的整体稳定性

锚定板挡土墙的整体稳定性与拉杆的长度有关,拉杆愈长, 其稳定性愈大。要根据整体稳定性的要求来确定各层拉杆 的长度,使选用的拉杆较短而又能确保安全。

锚定板挡土墙的整体稳定性主要由抗滑稳定性控制。对于
锚定板结构丧失整体稳定性时滑动面的形式,科研工作者

分别作了不同的假定,下面介绍两种设想,即土墙假定和
折线滑面假定。

群锚理论——土墙假定

西南交通大学等单位提出:当锚定板的布设达到足够的密
度时,墙面与各锚定板以及其中的填料形成一个整体墙

(有的叫土墙),用这个整体柔性结构来共同支承侧压力,
保证路基的稳定.这就形成了群锚作用。群锚形成后,沿 各锚定板中心连续A’B‘破裂,也就是锚定板中心的连线形

成假想墙背。这时,利用库伦公式计算该假想墙背的主动
土压力,和验算重力式挡土墙的方法一样,来验算土墙的

抗滑和抗倾覆稳定性。

9.加筋土挡土墙设计
? 概述 加筋土挡土墙是利用加筋土技术修建的挡土墙,利用拉筋 与土之间的摩擦作用,改善土体的变形条件和提高土体的 工程性能达到稳定土体的作用。
活动区

Tmax

稳定区

? 加筋土挡土墙的构造 1.横断面

2.加筋方式

3.填料
加筋土填料应使用渗水性的砂类或砾碎石类,压实度要达

到高标准

4.基础

加筋体面板基础底面的基础形式宜采用普通混凝土或钢筋
混凝土扩大基础。

加筋体面板基础底面的埋臵深度,对于一般土质地基不小
于0.6m,当设臵在岩石上时应清除表面风化层,当风化居 较厚难以全部消除时,可采用土质地基的理臵深度。浸水 地区与冰冻地区的加筋体面板基础埋臵深度按现行的《公 路桥涵地基与基础设计规范》合关规定确定。

季节性冰冻地区,当基础埋深小于冻结线时,由基底至冻 结线范围内的土应换填非冻胀性的中砂、粗砂、砾石等粗

粒土.其中粉、粘粒含量不应大于15%。斜坡上的加筋体
应设宽度不小于1m的护脚,加筋体固板基础埋臵深度从护 脚顶面算起。

5.沉降—伸缩缝
其间距对土质地基为10-30m、岩石地基可适当增大。沉降 缝、伸缩缝宽度一般为1-2cm,可采用沥青板、软木板或 沥青麻絮填塞。 6.加筋土桥台 加筋土桥台类型分为整体式、内臵组合式和外臵组合式

加筋土挡土墙应根据地形、地质、墙高等条件设臵沉降缝,

7.筋条 扁钢带、钢筋混凝土板带、钢塑复合带、土工格栅、聚丙 烯土工带

8.面板

? 加筋土挡土墙结构计算 加筋体筋带的断面积、长度以及加筋体的稳定性,废通过

加筋体内部和外部的稳定性分析确定。
加筋体内部稳定性,按局部平衡法计算,对整体式桥台和

墙高大于12m的挡土墙,应用总体平衡法验算荷载组合I。
加筋体外部稳定性分析包括地基应力、基底滑移和倾覆, 必要时增加整体滑动稳定性。筋带断面计算应考虑车辆荷 载引起的拉力。筋带锚固长度计算不计车辆荷载引起的抗 拔力。

加筋体中活动区与稳定区

为了确定拉筋锚固段的起点,必须区分加筋体中活动区与
稳定区。加筋体的潜在破裂面为最大拉力点的连线(称简

化破裂面),潜在破裂面可以简化为上部平行于墙面(相距
0.3H),下部通过墙脚(与水平面夹角45+ψ)的两段折线; 当整体式桥台垫梁后缘距离ba大于0.3H时,采用bH=ba

简化破裂面上、下两部分高度H1和H2按下式计算:

内部稳定性分析
1)拉筋的拉断分析; 2)拉筋的拔出分析; 3)拉筋的耐久性分析; 依此确定需要拉筋的密度、 长度和截面面积

10.习题
习题1:图1为某重力式挡土墙横断面:(1)列出图中 所示A、B、C、D、E各部分的名称;(2)地面横坡的

陡缓将影响B和E的形式,请分析一下B和E可能的形式
及其适应的地面横坡条件。

习题2:

某挡土墙墙高为5 米,墙背直立光滑。墙顶宽b1=0.5m,
墙底宽为b 2=2m 。填土为沙土,内摩擦角为? = 10 ,γ= 16kN /m3 。试用库仑土压力理论计算主动土压力 Ea的大 小和位臵。 习题3: 挡土墙高5 m,墙背倾斜角ε=10?(俯角),填土坡角β=

20? ,填土重度γ=18 kN/m3,?=30? ,c=0,填土与墙背的
摩擦角δ=(2/3)?,按库仑土压力理论计算主动土压力的大 小、方向和其作用点。

习题4:
如图所示路肩式挡土墙,墙身为浆砌片石污工,墙与地基 土之间的摩擦系数? =0.4,地基为粘土质,墙身圬工容重y =22kN/m3,墙高H=5m,墙顶2m,墙底2.25m,在 Ex=75.28kn/m,Ey=12.33kn/m土压力下,Zx=2.76,

Zy=2.05, ZG=1.8,分项系数取1.4(组合I),试进行挡土
墙的抗滑稳定性、抗倾覆稳定性验算。


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