路基路面工程第六章 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？•从使用位置来分，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：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。挡土墙的用途挡土墙设置与否，宜于与其工程方案比较确定•与移改路线位置进行比较；•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；•与设置其他类型的构造物（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。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。挡土墙的使用场合路堤挡土墙：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挡土墙的组成按照位置：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。挡土墙的类型重力式挡土墙：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。其墙面胸坡很陡，下墙墙背仰斜，所以可以减小墙的高度，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。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悬臂式挡土墙由立壁和底板组成，具有三个悬臂，即立壁、趾板和踵板。当墙身较高时，沿墙长每隔一定距离设置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、填土中布置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置拉筋材料，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。描杆式挡土墙：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。描定板式挡土墙：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层的被动土压力来平衡墙后主动土压力，适用于土压力大、要求基础埋深地段，可用于路堑墙、路肩墙。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，利用土钉对天然土体实施加固，并与喷射混凝土护面板相结合，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。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。仰斜式挡土墙墙背越缓，压力越小，但施工困难，一般控制α14度。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。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。挡土墙的构造墙面：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。挡土墙的埋置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的要求。当冻结深度大于1m，基底最小埋深不小于1.25米，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。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，将基础底面埋置在滑动面以下，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：设置地面排水沟，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；设置墙身泄水孔，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)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。。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。挡土墙的布置挡土墙的横向布置：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、基础形式和埋置深度，布置排水设施等，并绘制挡土墙横断面图。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；沉降伸缩缝基地线泄水孔路线纵坡锥坡挡土墙正面图挡土墙的平面布置：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。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，按力的作用性质分为主要力系、附加力和特殊力。作用在挡土墙上的力系主要力系：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。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。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。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。一般条件下库仑主动土压力计算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。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。路基挡土墙库仑主动土压力计算库仑土压力假设：（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