重力式挡土墙设计指导书

重力式挡土墙设计指导书一、重力式挡土墙的设计1、选择挡土墙的位置应根据路基横断面来确定挡土墙的位置（1）路堑挡土墙的位置应设在侧沟外侧，挡土墙的高度和长度应保证墙顶以上边坡稳定。（2）路肩挡土墙的位置，在直线地段按路基宽度确定。2、拟定挡土墙的断面尺寸和形状（1）拟定挡土墙的胸坡当地面横坡较陡时，挡土墙胸坡直接影响墙的高度，胸坡较陡的挡土墙高度较小，胸坡较缓的挡土墙高度较大。重力式挡土墙的墙胸坡度，一般在地形陡峻的山区，采用1:0.05-1:0.20。对于路肩和路堤式挡土墙，应尽可能采用较陡的胸坡。在地形平缓的地区，一般采用1:0.20-1:0.35。（2）挡土墙的墙背坡度及形式挡土墙墙背坡度及形式，应力求使墙身结构经济合理，施工开挖量小，回填工程量少，施工便，保证安全，同时还应满足土压力计算理论的适用范围，回填前挡土墙必须稳定等要求。墙背的形式与坡度也影响墙的高度，仰斜的墙最高，竖直的次之，俯斜墙背的最低。由土压力计算公式可知，仰斜墙背的主动土压力最小，竖直的次之，俯斜墙背的最大。一般说来，对于较低的挡土墙，应优先考虑仰斜及竖直墙背；对于较高的挡土墙，应优先考虑俯斜及折线形墙背。折线形墙背上部俯斜下部仰斜，综合了二者的优点，但其形状复杂，施工不便，一般只在墙身较高时才采用。选择墙背形式时，必须考虑施工的要求。例如，路堑挡土墙，由于仰斜墙背可与开挖的临时边坡紧密贴合，而俯斜墙背则在施工后尚需填土，因此选用仰斜墙背比较合理。对于路堤、路肩挡土墙，仰斜墙背填土穷实比较困难，所以采用竖直与俯斜墙背比较合理。总之，挡土墙的墙背形式必须综合考虑上述各方面的因素，经过试算、比较后才能确定。在同一工点的挡土墙，其断面形式不宜过多，以免造成施工困难和影响墙的美观。1（3）.挡土墙的尺寸a．挡土墙的高度H，在挡土墙的位置、胸坡、背坡和基础埋深确定后便可确定挡土墙的高度H。b．挡土墙的底宽和顶宽。挡土墙的底宽B≈0.5~0.7H。挡土墙的宽度应在满足构造要求的基础上初拟一个尺寸并经检算，确定一个既保证安全又经济合理的尺寸。按构造要求，浆砌片石挡土墙的墙顶宽度一般不应小于0.5m；混凝土挡墙的墙顶宽度不小于0.4m；钢筋混凝土挡墙顶宽不应小于0.2m。3．挡土墙的基础埋深挡土墙置于土质地基时，其埋置深度应符合下列要求:（1）基础埋深不小于1m，如为路堑墙，应在侧沟下至少0.6m。（2）有冲刷时，应在冲刷线下至少1m。（3）有冻害时，应在冻结线下不少于0.25m；当冻结深度超过1m时，可在冻结线下0.25m内换填渗水土，但埋置深度不小于1.25m。（4）挡土墙置于硬质岩石上时，应置于风化层以下；置于软质岩石上时，埋置深度不小于1.0m。二、重力式挡土墙的验算挡土墙是用来承受土压力的建筑物，它应具有足够的强度和稳定性。挡土墙的设计应保证在自重和外力作用下不发生全墙的滑动和倾覆，并使墙身每一截面和基底的应力与偏心距均不超过容许值。这就要求在拟定了墙身断面形式及尺寸后，对上述几方面进行检算。考虑到在相当长的范围内挡土墙的断面是不变的，所以在计算作用在挡土墙上各种力时，按平面问题处理，即截取沿挡墙纵向1延长米的挡土墙作为计算对象。（一）．作用在挡土墙上的力系作用在挡土墙上的力系，根据荷载性质和发生概率分为主要力、附加力和特殊力。一般情况下，挡土墙只考虑主要力的影响。在浸水和地震等特殊情况，还应考虑附加力和特殊力的作用。主要力是经常作用在挡土墙上的力，如图1。它包括下列的一些力:1.墙背承受的由填料自重及轨道和列车荷载产生的侧压力Ea可分解为水平2与垂直的侧压力Ex与Ey图1作用在挡土墙上的力系示意图2.墙身自重G；3.墙顶上的有效荷载W04.法向反力R及摩擦力T。5.常水位时的静水压力和浮力。附加力指偶然发生的或发生概率很小的力。如最不利计算水位的静水压力及浮力，水位退落时的动水压力、波浪压力、冻胀压力等。特殊力指暂时的或属于灾害性的力，它发生的概率很小，如地震力、临时荷载等。至于墙前被动土压力，在挡土墙检算中一般不予考虑。仅当基础埋深较深，且地层稳定，不受水流冲刷或扰动破坏时才考虑。由于挡土墙前后土体相互作用，出现被动极限平衡状态所需的墙身位移远远大于出现主动极限平衡状态所需的位移，所以，当墙后土体处于主动极限平衡状态时，墙前土体仍未达到被动极限平衡状态，墙前土体的被动抗力要比按被动土压力计算公式求得的被动土压力小。对墙前土体的被动抗力，目前尚无可靠的计算方法，根据经验并为安全计，一般取计算被动土压力的1/3作为墙前土体的被动抗力。（二）挡土墙稳定性检算对于重力式挡墙，墙的整体稳定性往往是设计中的控制因素。挡土墙的稳定性包括滑动稳定与倾覆稳定两方面。1.滑动稳定检算3挡土墙的滑动稳定是指在土压力和其他外力作用下，基底摩擦阻力抵抗挡土墙滑移的能力，用滑动稳定系数Kc表示，即作用于挡土墙的最大可能的抗滑力与实际下滑力之比，在一般情况下，有:cxNfKE式中∑N—作用于挡土墙墙底的竖向力，为墙身自重G、墙背主动土压力的竖直分力Ey、墙顶的有效荷载Wo三者之合，即0yNGEW挡土墙的容重γ=22.0KN/m3，或可以自己拟定。Ey—墙背主动土压力的水平分力F—基底摩擦系数，可以通过现场试验确定，如无试验值，如表1。表1基底摩擦系数f地基类别f软塑粘土0.25硬塑粘土0.30砂黏土、黏砂土、半干硬黏土0.30-0.40砂类土0.40碎石质土0.50软质岩0.40-0.60硬质土0.60-0.70滑动稳定系数K不应小于1.3，考虑附加力时，Kc不应小于1.2。当墙高大12-15m，应注意加大Kc值以保证挡土墙的滑动稳定性。当挡土墙的滑动稳定性不满足要求时，可采取下列措施增强其稳定性:（1）增大基底摩擦系数。石质基底除掉风化、软弱部分后，保留部分硬块，增加抗滑能力。土质基底可换填0.3-0.5m的碎石。（2）增大挡墙截面。（3）设反斜基底。反斜基底是将挡土墙墙底做成倾向墙踵的斜坡。如图４4所示，反斜基底倾斜度在一般地区挡土墙不大于0.2:1。浸水地区挡土墙，基底摩擦系数f0.5时，不宜设反斜基底；0.5﹤f0.6时，可设0.1:1的反斜基底；基底摩擦系数f≥0.6时，可设0.2:1的反斜基底。图３凸榫基础示意图图４反斜基底示意图设反斜基底时抗滑稳定系数Kc的计算设反斜基底后，由于墙踵下降了△h，计算土压力时墙高应增加了△h，即计算墙高'HHh，如图4所示。00tan1tantanBh若将竖直方向的力N和水平方向的力Ex分别按倾斜基底的法线和切线方向分解，则作用在反斜基底上的法向力'N为：'00cossinNNEx切向力'N为：00cossinNExN挡土墙在加设反斜基底后的抗滑稳定系数为：'0'0(sin)tancNfNExfKTExN2.倾覆稳定性检算5挡土墙的倾覆稳定是指它抵抗墙身绕墙趾向外倾覆的能力，用抗倾覆稳定系数K0表示，其值为对墙趾产生的抗倾覆力矩与倾覆力矩的比值：如图500MyKM式中：∑My－对墙趾产生的抗倾覆力距之和∑MO—对墙趾产生的倾覆力距之和GMyGZEyZy0MExZx抗倾覆稳定系数不应小于1.5。考虑附加力时不应小于1.30当墙高大于12-15m时，应注意加大K0值。以保证挡土墙的倾覆稳定性。当挡墙的抗倾覆稳定系数不满足要求时，可采取下列措施增加挡墙的抗倾覆稳定性：（1）改缓墙胸和墙背坡，增大抗倾覆力臂ZG和Zy；（2）改变挡墙类型，如将重力式改为衡重式，墙背加卸荷板等；（3）展宽墙趾，如图6，在墙趾前增加△b宽的台阶，台阶一般用与墙身相同的，台阶一般用与墙身相同的材料砌筑。台阶可分级设置，每级台阶的高度和宽度应符合刚性角的要求（即台阶的斜向连线与竖直线的夹角，对于石砌均工不大于35O，对于混凝土均工不大于45O）。图5倾覆稳定性计算图6墙趾展宽（三）挡墙基底应力和合力偏心距检算为了保证挡土墙的基底应力不超过地基的容许承载力，应进行基底应力检算；为了使挡土墙结构合理和避免发生显著的不均匀沉陷，还应控制基底的合力6偏心距。如图7所示：作用于基底的合力的法向分力为∑N，它对墙趾的力臂为ZnGGZEyZyExZxZnN图7合力偏心距检算合力偏心距e为：2BeZn在土质地基上，要求e≤B/6，在不易风化的岩石地基上，要求e≤B/4。基底两边缘点，即趾部和踵部的法向压应力1、2分别为：12NMFW式中∑M—各力对挡墙基底中性轴的力距之和W—挡墙基底抗弯截面模量F—挡墙基底面积由于沿纵向取1延长米挡土墙进行检算，所以：221,1/6/6FBBWBB。MNe126(1)NeBB基底压应力不得大于地基的容许承载力〔σ〕，当考虑主力和附加力时，地基容许承载力可提高20%。当按主力计算时，墙踵的基底压应力可超过地基的容7许承载力，一般地区最大不得超过30%。当|e|B/6时，基底的一侧将出现拉应力，考虑到一般情况下地基与基础间不能承受拉力，故不计拉力而按应力重分布计算基底最大压应力。如图8，基底应力分布图将由虚线图形变为实线图形。由二力平衡定理，实线三角形的形心必在∑N作用线上，基底压应力三角形分布图的底边长度等于3Zn.基底压应力分布图的面积应等于基底合力的竖向分∑N，即：图8基底应力重分布max132nNZ基底最大压应力max23nNZ设反斜基底时基底应力及合力偏心距的计算设反斜基底时，基底宽'B如图98图9设置反斜基底时的计算简图'0coscos()BB式中：0—基底与水平面的夹角—墙背与竖直面的夹角作用在反斜基底上的法向力为：'00cossinNNEx它对墙趾的力臂为0'MyMN倾斜基底的合力偏心距'''2nBeZ基底的法向应力为：当：''/6eB时，''1''26(1)NeBB当：''/6eB时，'max'23nNZ当基底应力不满足要求时，可采取下列措施提高地基承载力或减小基底应力:（1）增大基础底宽，如展宽墙趾等；（2）提高地基承载力，如基础换填，将浅基础改为深基础等。挡土墙除应具有足够的稳定性，基底应力和合力偏心距满足要求外，为防止墙身破坏，还应使墙身各截面的法向应力和剪应力不超过墙身材料的容许应力。挡土墙墙身截面强度的检算，通常根据经验选择一二个控制截面，检算控制截面的法向应力和剪应力是否在墙身材料的容许应力内。对于重力式挡土墙，控制截面一般选在基础与墙身的分界及1/2墙高处。1.法向应力及偏心距检算9图10墙身截面强度检算示意图如图10所示，为检算Ⅰ—Ⅰ截面的强度，从土压力强度图可算出Ⅰ—Ⅰ截面以上的部分墙身所受的土压力xiE，yiE，Ⅰ—Ⅰ截面宽度为b，则作用在该截面上的力及力距为：00iiyiiGyiyixixiNGEMyGZEZMEZMMyM2nnMZNbeZ截面两端的法向应力为：126(1)NeBB只考虑主力时，截面最大压应力和最大拉应力不应超过均工的容许应力。当考虑主力加附加力时，容许应力可提高30%。截面偏心距在只考虑主力时要求e≤0.3b;在主力加附加力时要求e≤0.35b。2.剪应力检算10剪应力有水平剪应力和斜剪应力两种形式。重力式挡土墙只检算水平剪应力。如图10所示，Ⅰ—Ⅰ截面上的水平面力为xiE，则水平剪应力为：xiTEbb为防止墙身因受剪而破坏时，要求截面上的水平剪应力小于圬工的容许剪应力[]。