边坡工程处治技术04 挡土墙设计与施工

第四章抗滑挡土墙的设计与施工§4.1概述§4.1.1抗滑挡土墙类型、特点和适用条件1.按结构型式分类（1）重力式挡土墙（2）锚杆挡土墙设计（3）加筋土挡土墙（4）板桩式挡土墙（5）竖向预应力锚杆式挡土墙2.按材料分类（1）浆砌条石（块石）抗滑挡土墙（2）混凝土抗滑挡土墙（4）钢筋混凝土抗滑挡土墙（4）加筋土抗滑挡土墙常用挡土墙断面型式§4.1.2抗滑挡土墙布置原则（1）对于中、小型滑坡，一般将抗滑挡土墙布设在滑坡前缘。（2）对于多级滑坡或滑坡推力较大时，可分级布设抗滑挡土墙。（3）对于滑坡中、小部有稳定岩层锁口时，可将抗滑挡土墙布设在锁口处，锁口处以下部分滑体另作处理，或另设抗滑挡土墙等整治工程。（4）当滑动面出口在构筑物(如公路、桥梁、房屋建筑)附近，且滑坡前缘距建筑物有一定距离时，应尽可能将抗滑挡土墙靠近建筑物布置。（5）对于道路工程，当滑面出口在路堑边坡时，可按滑床地质情况决定布设抗滑挡土墙的位置。（6）对于滑坡的前缘面向溪流或河岸时，抗滑挡土墙可设置于稳定的岸滩地，或将抗滑挡土墙设置在坡脚。（7）对于地下水丰富的滑坡地段，在布设抗滑挡土墙前，应先进行辅助排水工程，并在抗滑挡土墙上设置好排水设施。（8）对于水库沿岸，由于水库蓄水水位的上升和下降，除在浸水斜坡可能崩塌处布设抗滑挡土墙外，在高水位附近还应设抗滑桩或二级抗滑挡土墙。§4.1.3抗滑挡土墙的设计程序开始设计条件的确定滑动层面岩土抗剪强度的确定滑坡抗滑安全系数的确定滑坡稳定性判断土压力和滑坡推力计算抗滑挡土墙壁的平面布置抗滑挡土墙的安全高度的计算断面尺寸拟订和基础埋置深度的确定抗滑挡土墙稳定性计算墙身强度验算地基应力验算结束NNNN确定剩余下滑力确定附加力抗滑稳定性验算抗倾稳定性验算§4.2抗滑挡土墙设计与计算§4.2.1抗滑挡土墙上力系分析与荷载确定1.抗滑挡土墙上的基本力系（1）作用于滑体上的外加荷载：如：建筑物自重，汽车自重等；（2）对于水库岸坡，水库蓄水时滑体有水，且与滑带水连通时，应考虑的动水压力和浮力；（3）滑体连端有贯通主滑带的裂隙，在滑动时裂隙充分，则应考虑的裂隙水对滑体的静水压力；（4）其他偶然荷载：如地震力和其他特殊力。2.滑坡推力计算滑坡推力的计算是在已知滑动面形状、位置和滑动面(带)上土的抗剪强度指标的基础上进行的，计算方法一般采用剩余下滑力法。计算滑坡推力时，作了如下假定：（1）滑坡体是不可压缩的介质，不考虑滑坡体的局部挤压变形；（2）块间只传递推力不传递拉力；（3）块间作用力(即推力)以集中力表示，其方向平行于前一块滑动面；（4）垂直于主滑方向取1m宽的土条作为计算单元，忽略土条两侧的摩阻力；（5）滑坡体的每一计算块体的滑动面为平面，并沿滑动面整体滑动；2.附加力的计算在计算滑坡推力的同时，还需考虑附加力的影响。（1）滑坡体上的外荷载加在相应的滑块自重之中。（2）对于水库岸坡等地带的滑坡，应考虑动水压力和浮力。（3）在地震烈度大于7度的地区，应考虑地震力的作用。3.设计推力的确定当滑坡推力小于主动土压力时，应把主动土压力作为设计推力，但当滑坡推力合力作用点位置较主动压力的作用点高时，挡土墙的抗倾覆稳定性取其力矩大者进行计算。§4.2.2抗滑挡土墙平面尺寸与高度的拟定1.抗滑挡土墙平面尺寸的拟定抗滑挡土墙墙面坡度常用1：0.3-1：0.5，其基底常做成反坡或锯齿形。2.抗滑挡土墙高度的拟定抗滑挡土墙高可采用试算的方法确定。§4.2.3基础的埋深基础的埋深应通过计算予以确定。一般情况下，无论何种型式的抗滑挡土墙，其基础必须埋入滑动面以下的完整稳定的岩土层中，且有足够的抗滑、抗剪和抗倾覆的能力。（基岩0.5m，坚实的土层2m，且滑动面以下）§4.2.4基底应力及地基强度验算抗滑挡土墙的基底应力、合力偏心距及地基强度计算公式为：式中：smax/min—分别为基底的最大和最小应力，KPa；B——表示墙底宽度，m；Vk——作用在基底面上的竖向力标准值，KN；e——合力作用点偏心距。BeBVk61minmax/s基底偏心距及基底应力分布（一）maxminminmaxminmax/min1()21()()222361()6kkkVBBBBeVBBVeBeBBssssssVkmaxmaxmax612123233kkkBeVxxVxVxsss当时基底偏心距及基底应力分布（二）Vkx=3ξξB/2-ξf：地基承载力设计值(kpa)。基底合力偏心距的要求：土质地基上e≤B/6；软弱岩石地基上e≤B/5；在不易风化的岩石地基上，e≤B/4。max/minmax616263kkVBeeBBVBessmax1.2fs§4.2.5抗滑挡土墙的稳定性及强度验算1.抗滑稳定性验算式中：Vk——作用于抗滑挡土墙上的竖向合力，KN；m——抗滑挡土墙基底摩擦系数；Ep——墙前被动土压力的水平分力，KN；Eax——墙背主动土压力或剩余下滑力的水平分力；[Ks]——抗滑挡土墙所允许的最小抗滑安全系数，1.3。KPSSaxVEKKEmKPSSaxVEKKEmxxEppyyGHHZEMZEZEGZMKMMK0000/2.抗倾覆稳定性验算式中：[K0]——抗滑挡土墙所允许的最小抗倾覆安全系数，1.5。3.挡土墙截面强度验算（1）偏心受压承载力验算式中：N——由荷载设计值产生的轴向力；f——砌体抗压强度设计值；A——截面面积；j——承载力影响系数。000/KMMKHNfAjN：由荷载设计值所产生的轴向力f：砌体抗压强度设计值A：截面面积：承载力影响系数2)(1211hej对于石砌体挡土墙，偏心距按荷载标准值时不宜超过0.7ｙ，ｙ为截面中心到轴向力所在偏心方向截面边缘距离。当0.7y≤e≤0.95y时，应按正常使用极限状态验算：1WAeAfNcmkNk：轴向力标准值当e≥0.95y时，按下式计算：N：轴向力设计值。1WAeAfNcm对于混凝土灌注的挡土墙，则应按素混凝土偏心受压计算。此时，不考虑弯矩，但应考虑稳定系数的影响。受压承载力应按公式计算：当时，应在混凝土受拉区配置钢筋，否则必须满足下式方可不配置钢筋ehbfNcm)2(0jye45.010hbebhfNcmm（2）受剪承载力计算式中：V——剪力设计值；fv——砌体抗剪强度设计值；b——截面宽度，挡土墙为单位延米长；z——内力臂，z=2h/3，h为挡土墙厚度；bzfVv一般地区挡土墙稳定性验算•一般地区挡土墙作用力系当基底下受力层范围内有软弱下卧层时，按下列公式验算：zczzfpp：软弱下卧层顶面处附加压力设计值：软弱下卧层顶面处土的自重压力标准值：软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力设计值zczzppf如上层土和下层软弱土层的压缩模量比值大于等于３时，对于条形挡土墙基础，上式中Pz可按下式计算:：挡土墙条形基础底宽度：基底处土的自重压力标准值：基底至软弱下卧层顶面的距离：地基压力扩散线与竖直线之间的夹角cBpz()2czBppPBztg•当基底下受力层范围内有软弱土层时，应按圆弧滑动面法进行验算MMKsEz2.1：作用与滑动体上各力对滑动中心的抗滑力矩：作用与滑动体上各力对滑动中心的滑动力矩sEMM•位于稳定土坡上的挡墙，当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于或等于３ｍ时，其基础底面外边缘至坡顶面的水平距离应符合下式，但不得小于2.5ｍ。tgdba5.3：基础埋置深度：基础底面外边缘至坡顶的水平距离：垂直于坡顶边缘线的基础底面边长：边坡的坡角bad浸水地区挡土墙稳定性计算•浸水地区挡土墙后的填料采用岩块及渗水土时，不考虑墙前、墙后定静水压力及墙后动水压力．作用挡土墙上的力系，除一般地区所受力系外，还应计算水位以下挡土墙及填料的水浮力．挡土墙的计算水位应采用最不利水位．最不利水位的确定，需要对不同水位验算而求得．无经验设计者可在（0.7～0.9）Ｈ之间选定。确定的最不利水位高于设计水位，还是应按设计水位计算。浸水地区挡土墙作用力系:zf•抗滑稳定•抗倾覆稳定',,()1.3azsxaxNGEKEEmm''0',01.5yazfzaxfMGxExKMEz•浸水地区一般不考虑墙前被动土压力作用。墙身所受到的浮力，应根据基础地层的渗水情况确定：当地基为砂类土，碎石土和节理发育的岩石地基，按计算水位的１００％计算；当地基为节理不发育的岩石地基时，按计算水位的５０％计算。•通常应按浸水与非浸水两种情况验算，都应满足稳定要求。•如为滨海，湖，水库及大的江河的挡土墙及护岸墙，应当考虑波浪压力，冰压力，按相应规范进行计算。地震地区挡土墙稳定性计算•地震区挡土墙根据其重要性及地基土的性质，应验算其抗剪强度和稳定性．•地震地区挡土墙作用力系•抗滑稳定•抗倾覆稳定''''()1.1azpsaxiaxiGEENKEFEFmm'001.2yazfppzaxfikMGxExEzKMEzFz挡土墙基础设计•挡土墙的破坏，很多是由于地基不良，或者是基础设计和地基处理不当而应起的．设计时应当充分掌握基地的地质条件，在确定基底的类型和埋置深度．•挡土墙一般采用明挖基础．当地基为松软土层时，可采用换填或桩基础。水下挖基有困难时，可采用桩基础或沉井基础。础埋置深度要求•在冻结深度以下0.25ｍ，同时不少于1ｍ埋深。•受流水冲刷时，在冲刷线以下不小于1ｍ。挡土墙基地的冲刷深度，除按不同河段位置的设计水位和相应的流速，设计产生的一般冲刷和局部冲刷外，尚应对河床、地层及冲刷的资料，进行综合分析，比较计算与实测资料，最后确定冲刷深度。扩大基础设计•当挡土墙受倾覆稳定，基地应力和偏心距控制时，可采用扩大基础，即假设强制台阶的方法来解决。•强制台阶的宽度，应根据倾覆稳定，及地应力和偏心距等条件，由试算决定。•混凝土和浆砌片石墙趾台阶图•钢筋混凝土底板当基底应力和地基承载力设计值相差较大时，需要加宽的较大，为避免过高，造成材料浪费，或则无法满足地基承载力的要求。可采用钢筋混凝土底板，它除了满足抗弯要求以外，其高度还应满足剪应力和主拉应力的要求。•土板计算图示•强制的钢筋混凝土板，各截面的剪力和弯矩可按下列公式进行。换土地基•当基础设置在较弱土层上，地基承载力不满足设计时，可用较好的土换填一定深度，以扩散基础压力，使之均匀的传递到下卧土层中。•换土法最好用于其下卧层为岩层或砂类卵石及粗粒等透水性良好的土层，而且基地面距良好土层不深，施工不困难。•换土深度愈大，传布到下卧层的压力强度愈小。但会增大工程量、不经济，同时也会增加施工的难度，通常不宜小于1.5ｍ，也不宜大于3.0ｍ。•当然，对软弱地基的处理方法很多，如选用机械压实，对载预压，砂井真空预压，砂桩，碎石桩，灰土桩，水泥土桩及桩基等方法。设计者应根据当地的实际条件，进行多方案比较，综合考虑确定地基的处理方法，以保证基础及挡土墙的稳定。§4.3抗滑挡土墙的施工§4.3.1填料选择为保证抗滑挡土墙既能安全正常工作，又减少其断面尺度，降低工程后造价，其墙后填料的选择也是一项重要的工作。一般以块石、砾石为好。这样的填料透水性也强，抗剪强度稳定，易排水。粘性土的压实性和透水性都较差，并且又常具有吸水膨胀性和冻胀性，产生侧向膨胀压力，影响挡土墙的稳定性。当不得不采用粘性土作填料时，应适当加以块石或碎石。任何时候不能采用淤泥、膨胀土作墙后填料。§4.3.2墙身材料选择墙身材料的选择应与抗滑挡土墙的结构形式相适应。对于重力式抗滑挡土墙，墙身材料一般采用条石、块石或块石砼或素砼。一般应选择Mu30号以上的条石或块石；砼的强度等级一般不应低于C15。对于锚杆式抗滑挡土墙、板桩式抗滑挡土墙、竖向预应力锚杆式抗滑挡土墙等形式，最好采用砼或钢筋砼。砼强度等级不宜低于C20。预应力锚杆的锚固区域，砼等级不低于C30。§4.3.3施工注意事项（1）