挡土墙设计.

第六章挡土墙设计东南大学交通学院黄晓明[e-mail]:025-83795184SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科主要内容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第四节挡土墙的设计原则第五节重力式挡土墙设计第六节浸水路堤挡土墙设计第七节地震地区挡土墙设计第八节轻型挡土墙第九节加筋土挡土墙SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科◆1、挡土墙的定义挡土墙的定义与的作用挡土墙是支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的结构物。公路中主要作用是支撑路堤、路堑、隧道洞口、桥梁两端及河岸壁等。第一节概述SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科按挡土墙位置分:路堑挡墙，路堤挡墙，路肩挡墙和山坡挡墙等。按挡土墙的墙体材料分:石砌挡墙，混凝土挡墙，钢筋混凝土挡墙，砖砌挡墙，木质挡墙和钢板墙等。按挡土墙的结构形式分: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，板桩式和垛式等。◆2、挡土墙的类型第一节概述SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科挡土墙位置分：a）路肩挡墙、b）路堤挡墙、c）路堑挡墙、d）山坡挡墙第一节概述abdcSchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科第一节概述（1）刚性挡土墙本身变形极小，只能发生整体位移重力式悬臂式锚拉式（锚碇式）扶壁式SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科第一节概述填土重力式挡土墙桥面拱桥桥台地下室EEEE支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土地下室EEEEEEEE支撑土坡的挡土墙堤岸挡土墙地下室侧墙拱桥桥台填土填土填土填土SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科（2）柔性挡土墙本身会发生变形，墙上土压力分布形式复杂锚杆板桩板桩变形板桩上土压力实测计算第一节概述SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科第一节概述3、新型挡土墙自嵌式挡土墙-主要依靠挡土块块体、填土通过加筋带连接构成的复合体自重来抵抗动静荷载，达到稳定的作用。用于园林景观、高速公路、立交桥和护坡、小区水岸等，比传统的混凝土和浆砌块石容易施工，并且美观、耐久。还有哪些？--结构、材料SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科第一节概述挡土墙照片SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科第一节概述4、挡土墙的作用路肩墙：护肩及改善综合坡度；路堤墙：收缩坡脚，防止边坡或基底（对于陡坡）路堤滑动，沿河路堤可防水流冲刷等；路堑墙：减少开挖，降低边坡高度；山坡墙：支挡坡上覆盖层，可兼起拦石作用；隧道及明洞口挡墙：缩短隧道或明洞口长度；桥梁两端挡墙：护台及连接路堤，作为翼墙或桥台。SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科第一节概述5、各式挡土墙的使用条件SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科垮塌的重力式挡墙第一节概述6、挡土墙的破坏SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科垮塌的护坡挡墙第一节概述6、挡土墙的破坏SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科①墙面（墙胸）②墙背（俯斜、仰斜、垂直）有直线形墙背和折线形墙背之分③墙顶及护栏④墙底（墙趾、墙踵）◆1、挡土墙的构造挡土墙的组成示意图墙背墙身基础墙踵墙顶墙面墙趾基底第二节挡土墙的构造与布置墙身SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科⑤基础-p122有具体要求设计的主要内容包括基础形式的选择和基础埋置深度的确定。⑥排水设施-p122有具体要求通常由地面排水和墙身排水两部分组成。⑦沉降缝和伸缩缝-p123有具体要求为防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，应根据地基地质条件及墙高墙身断面的变化情况，设置沉降缝；为了减少圬工砌体因硬化收缩和温度变化作用而产生的裂缝，须设置伸缩缝。第二节挡土墙的构造与布置◆1、挡土墙的构造SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科①横向布置主要是在路基横断面图上选定挡土墙的位置，确定是路堑墙、路肩墙、路堤墙还是浸水挡墙？并确定断面形式及初步尺寸。②纵向布置在墙趾纵断面图上进行墙的纵向布置，布置后绘成挡土墙正面图。包括：1）分段，设伸缩缝与沉降缝；2）考虑始、末位置在路基及其它结构处的衔接；3）基础的纵向布置；4）泄水孔布置。③平面布置对于个别复杂的挡土墙，例如高的、长的沿河挡墙和曲面挡墙；绕避建筑物挡墙，除了横、纵向布置外，还应作平面布置，并绘制平面布置图。◆2、挡土墙布置第二节挡土墙的构造与布置SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科◆1、作用在挡土墙上的力系（1）主要力系：挡土墙自重及位于墙上的恒载；墙后土体的主动土压力（包括超载）；基底的支撑力与摩阻力；墙前土体的被动土压力；浸水墙的常水位静水压力及浮力。（2）附加力：季节性或规律性作用于墙的各种力，如波浪冲击、洪水。（3）特殊力：偶然出现的力，如地震力、浮力、水面物撞击力等。图6-5作用在挡土墙上的力系第三节挡土墙土压力计算SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科第三节挡土墙土压力计算◆2、挡土墙的移动形式（1）墙体外移（2）墙体内移（3）墙体不移动SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科Ea:墙体外移,土压力逐渐减小,当土体破坏,达到极限平衡状态时所对应的土压力(最小)Ep:墙体内移,土压力逐渐增大,当土体破坏,达到极限平衡状态时所对应的土压力(最大)墙位移与土压力E关系1~5%1~5‰土压力EEpE0EaE0:墙体不移动,土压力即是土体产生的侧压力第三节挡土墙土压力计算◆3、墙位移与土压力关系SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科三种不同性质的土压力第三节挡土墙土压力计算◆4、不同类型土压力需满足的条件1）静止土压力：土静止不动2）主动土压力Ea：①土推墙②土体达到主动极限平衡状态3）被动土压力Ep：①墙推土②土体达到被动极限平衡状态SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科第三节挡土墙土压力计算5、路基挡土墙的土压力考虑1）主动土压力与被动土压力的区分：假定挡土墙处于极限移动状态，土体有沿墙及假想破裂面移动的趋势，则土推墙即为主动土压力，墙推土即为被动土压力。2）路基挡土墙的土压力考虑：路基挡土墙一般都有可能有向外的位移或倾覆，因此，在设计中按墙背土体达到主动极限平衡状态考虑，即只考虑Ea，且取一定的安全系数以保证墙背土体的稳定。墙趾前土体的被动土压力Ep一般不计。SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科墙背倾斜形式仰斜、直立和俯斜E1仰斜E2直立E3俯斜E1＜E2＜E3第三节挡土墙土压力计算◆6、不同墙背倾斜形式的土压力大小SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科第三节挡土墙土压力计算7、挡土墙的土压力计算理论（1）朗肯土压力理论1857年英国学者朗肯（Rankine）从研究弹性半空间体内的应力状态，根据土的极限平衡理论，得出计算土压力的方法，又称极限应力法。（2）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。SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科第三节挡土墙土压力计算（3）朗肯理论的基本假设：①墙本身刚性，因此，不考虑墙身的变形；②墙后填土延伸到无限远处，填土表面水平（β=0）；③墙背垂直光滑（墙与垂向夹角ε=0，墙与土的摩擦角δ=0）。无粘性土粘性土SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科第三节挡土墙土压力计算（4）库伦理论的基本假设①墙后填土为均匀的无粘性土（c=0），填土表面倾斜（β＞0）；②挡土墙刚性，墙背倾斜，倾角为ε；③墙面粗糙，墙背与土本之间存在摩擦力（δ＞0）；④滑动破裂面为通过墙踵的平面。（a）（b）（c）库伦主动土压力计算图式SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科第三节挡土墙土压力计算（5）分析方法的异同朗肯理论和库伦理论都是研究土压力问题的简化方法。它们各有其不同的基本假定、分析方法和适用条件。共同点：朗肯理论和库伦理论均属于极限状态土压力理论。用这两种理论计算出的土压力均为墙后土体处于极限平衡状态下的主动土压力Pa和被动土压力Pp。不同点：朗肯理论从土体中一点的极限平衡状态出发，由处于极限平衡状态时的大小主应力关系求解（极限应力法）；库伦理论根据墙背与滑裂面之间的土楔处于极限平衡，用静力平衡条件求解（滑动楔体法）。SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科第三节挡土墙土压力计算（6）适用条件1）朗肯理论的适用条件根据朗肯理论推导的公式，作了必要的假设，因此有一定的适用条件：①填土表面水平（β=0），墙背垂直（ε=0），墙面光滑（δ=0）的情况；②墙背垂直，填土表面倾斜，但倾角β＞φ的情况；③地面倾斜，墙背倾角ε＞(45°-φ/2）的坦墙；④L型钢筋混凝土挡土墙；⑤墙后填土为粘性土或无粘性土。SchoolofTransportationSoutheastUniversity，China东南大学道路与铁道工程国家重点学科第三节挡土墙土压力计算（6）适用条件2）库伦理论的适用条件下述情况宜采用库伦理论计算土压力：①需考虑墙背摩擦角时，一般采用库伦理论；②当墙背形状复