06路基路面工程-挡土墙设计

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章挡土墙设计总则第五节重力式挡土墙设计第七节地震地区挡土墙设计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。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.与拆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。路基在下列情况下宜修建挡土墙：（1）陡坡路段或岩石风化的路堑边坡路段；（2）需要降低路基边坡高度以减少工程量的路段；（3）强化不良地质路段边坡稳定性，防滑坍；（4）防沿河路段水流冲刷；（5）桥梁或隧道与路基的连接路段；（6）节约用地、减少拆迁、少占农田；（7）需要特殊保护的路段（建筑物、生态坏境、文化古迹）二、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、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，收缩坡脚；（2）为避免与其它建筑物(如房屋、铁路、水渠等)干扰或防止多占农田；（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，形式简单，施工方便A竖直式B俯斜式C仰斜式D折线式E衡重式A、B、E多用于路肩墙、路堤墙；C、D多用于路堑墙（1）重力式挡土墙1.锚杆式（2）锚定式挡土墙2.锚定板式锚杆式分为钢筋混凝土主栓，挡土板，钢锚杆构件段石小，工程量省适用于：特别适用于地质不良时，石料缺乏，挖基困难，有锚固条件的路基挡土墙（3）薄壁式挡土墙2.扶壁式1.悬臂式特点：自重轻，做工省，适用于墙高较大，地质条件一般，需用一定量的刚材，经济效果好。（4）加筋土挡土墙（5）土钉（钉土）挡土墙受力：放置拉筋材料，填土压实，通过填土与拉筋间的摩擦作用，把土的侧压力传给拉筋。特点：柔性结构，对地基变形随意性大，建筑高度大，适用于填土沙基，节约投资30%~70%，经济效益大。（6）柱板式挡土墙钢筋混凝土锚固桩（7）桩板式挡土墙（8）垛式（框架式）挡土墙预制件框架内填石第二节挡土墙的构造与布置挡土墙的构造：1、墙身（墙背、墙面、墙顶、护栏）2、基础：砌挡土墙之前打的地基，与挡土墙是一整体。选择形式：正常情况下浅基，特殊情况下桩基确定埋置深度：与地质条件、水文情况、冻结深度、临近建筑物的基础等因素有关（P122表6-3）3、排水设施：疏干墙后填料中的水分，免墙身承受额外的静水压力、消除黏性土的膨胀压力、减少冻胀压力地面排水：防地表水渗入墙背填料或地基，地面排水沟。墙身排水：迅速排除墙后积水，泄水孔。4、沉降缝与伸缩缝：为防止因地基不均匀、圬工砌体变化而引起墙身开裂。（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1：0.15～1：0.254）衡重式墙适用于堤墙，也可用于路堑墙。上墙俯斜墙背的坡度1：0.25～1：0.45，下墙仰斜墙背在1：0.25左右，上下墙的墙高比一般采用2：33）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2：32）俯斜墙背适用于路堤墙、路肩墙。常用1：0.15～1：0.25，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1：0.05～1：0.20，矮墙可采用陡直墙面；地面平缓时，一般采用1：0.20～1：0.35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)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，为避免加宽部分的台阶过高，可采用钢筋混凝土底板。(b)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。(c)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。(d)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。(e)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2～3m，对于浸水挡土墙孔眼间距一般1.0～1.5m，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10～15m设置一道，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•圬工：瓦工的旧称。指砌砖﹑盖瓦等工作。以砖、石或者混凝土为主要材料建造的构造物称为圬工结构。•现在圬工是指除钢筋砼（混凝土）、预应力砼、钢结构以外，由纯混凝土或砖石砌体材料建筑的。准确地说圬工就是材料强度不能充分发挥的结构,比如大体积的混凝土,内部混凝土的强度远没得到充分发挥,也就是说材料的实际应力很小,远没达到材料的设计强度。二、挡土墙的布置•横向布置：确定横断面形式、选择挡土墙位置•纵向布置•（1）确定起讫点和墙长，选择衔接方式；•（2）确定伸缩缝、沉降缝位置；•（3）布置各段挡土墙的基础；•（4）布置排水孔数量、间隔、尺寸。•平面布置：标示挡土墙与路线平面位置的关系，与其有关的地物、地貌情况。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。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。沉降伸缩缝基地线泄水孔路线纵坡锥坡挡土墙纵向剖面图一、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、特殊力。1、一般地区挡土墙受到的主要力系：1）挡土墙自重G及位于墙上的衡载2）作用于墙背上的主动土压力Ea3）基底的法向反力N及摩擦力T4）墙前土体的被动土压力Ep2、浸水地区：还包括常水位的静水压力和浮力。第三节挡土墙压力计算3、附加力：季节性作用于挡土墙上的各种力如：洪水时的静水压力和浮力，动水压力，波浪冲击力，冻胀压力，冰压力等。4、特殊力：偶然出现的力。如：地震力、施工荷载、水流漂浮物的撞击力。考虑原则：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二、一般条件下库伦主动土压力计算主动土压力：当挡土墙向外移动时（位移或倾覆），土压力随之减少，直到墙后土体沿破裂面下滑而处于平衡状态，作用于墙背上的土压力为主动土压力。被动土压力：当墙向土体挤压移动，土压力随之增大，土体被推移向上滑动而处于极限平衡状态，此时土体对墙的对抗力称为被动土压力。静止土压力：墙处于原来位置不动，土压力介于两者之间，称为静止土压力。一般情况下，路基挡土墙都可能向外位移或倾覆，取一定安全系数的主动土压力设计挡土墙，设计过程中被动土压力忽略不记。（一）各种边界条件下主动土压力计算。库仑理论的要点为：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，墙背填料会出现通过墙踵的破裂面，且为平面。3、破裂面上的土楔，为刚性体，根据静力平衡条件，确定土楔处于极限平衡状态时给予墙背的主动土压力（二）库仑主动土压力（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ψ、、δ、α、β固定时，Ea随破裂面的位置而变化，即Ea是破裂角θ的函数。maxEa？用求驻点办法得：222221cos()1=22sin()sin()coscos()1cos()cos()aaEHHKtgQQPRP242P＝cosαsinβcos(ψ－）－sincosψcos（α－β）Q=cos(α－β)cos（ψ＋）－cos(ψ－）cos（α＋δ）R＝cossinψcos(α－β）－sinαcos（ψ－）cosβ3.力的方向和作用点1）力的方向静力平衡状态，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