《道路工程》第七章

第7章挡土墙设计本章内容：1挡土墙结构形式，适用条件；2土压力计算；3挡土墙验算。本章要求：1了解各类挡土墙结构特点；2掌握重力式挡土墙验算方法。7.1.1类型按位置：路肩墙、路堤墙、路堑墙。按材料：重力式、薄壁式、锚定式、垛式、加筋土式。7.1挡土墙的类型，构造和布置挡土墙设置位置的分类1）重力式靠墙体自重抵抗墙后土体压力来维持其稳定。材料：块石、砌砖、混凝土块、混凝土。特点：结构简单，施工方便，造价低，但圬土量大，使用很广。路堑墙可做成衡重式，使其受土重力作用增加稳定，节约断面。2）薄壁式悬臂式、扶壁式和板柱式a)悬臂式；b)扶壁式；c)板柱式薄壁式挡土墙3）锚定式按锚固方式分：锚杆式、锚定板式、和板桩式a)锚杆式b)；锚定板式；c)板桩式锚固式挡土墙4）垛式垛式挡土墙通常采用钢筋混凝土预制杆纵横交错拼装成框架，内填土石，靠自重挡抗墙后土体推力。5）加筋土式由竖直墙面，水平拉筋和墙内填料组成加筋体。靠拉筋与填料之间摩擦力拉住墙面，形成复合整体结构，靠自重抵抗墙后土体压力。7.1.2构造挡土墙结构包括墙身，基础，填料，排水，接缝等。1）墙身石砌：墙顶宽：干砌0.6m、浆砌0.5m石料要求抗压强度Rc30Mpa，砂浆为M5干砌墙顶0.5m范围采用M2.5砂浆砌筑墙顶也可采用C15混凝土浇筑。规格为厚40cm，宽60cm衡重式挡土墙上墙与下墙之比H1/H2=2/3重力墙结构图2）基础基础埋深：土：≮1.0m（冲刷线下1.0m，冻结线下0.25m）；岩：除风化层应嵌入深度见表7-1。基础宽度在地基差时加宽，墙趾宽度不小于0.2m，高度按材料的刚性角确定（浆砌材料为35、混凝土为40）。陡坡上做成台阶形。表7-1基础嵌入岩层的要求地基岩层情况基础深度h(m)襟边宽度L(m)嵌入示意图弱风化硬岩0.20.2～0.6强风化岩石或软岩0.40.6～1.5密实的粗粒土1.01.0～2.03）排水墙外排水，墙内设泄水孔，5~10cm，间距2~3m，下口距地面≮0.3m。4）接缝防止地基不均匀沉降及温度变化，设沉降伸缩缝，间距10~15m。缝宽2~3cm，缝内充填胶泥或沥青板等。a)双排泄水孔；b)连续排水层挡土墙排水设施7.1.3布置布置包括横向和纵向两方面横向布置：在路基横断面图上选定挡土墙的位置和形式，确定墙身断面，基础形式和埋深，排水设施，墙后填料，绘制有代表性挡土墙横断面图。纵向布置：在墙址纵断面图上布置并绘成挡土墙正面图。1）墙起止点和墙长，与其他结构物的连接方式2）按地基和地形分段，确定沉降伸缩缝位置3）确定各段墙基础，泄水孔位置，数量，尺寸挡土墙正面图7.2土压力计算7.2.1计算理论和公式1）朗金土压力理论楔体内处于朗金主动应力状态，作用于BV面任一深度主动土压力z当=0时作用于BV面3分点处，方向平行填料表面)sinsin(arccos21)90(21)coscoscoscoscoscos(cos2222zz)245(tansin1sin12aKHazzaKHdE0221顶部作用有连续均布荷载，将荷载换成等代土层厚度h0，土压应力沿深度成梯形分布。作用点位置为：朗金理论使用条件：1）挡土墙不妨碍外破破裂面形成，即墙背倾角（外破裂角）2）外破裂面与墙背土楔不沿墙背下滑而与墙一起移动。即墙背总压力与墙背法线夹角墙背摩擦角（假想墙背=）3）墙后填料表面为平面aaKhHHE)2(210)2()3(3100hHhHHZa2）库仑理论式中G、F—滑动土楔重力和断面积；—破裂面与竖直面夹角破裂角。墙背受土压力呈三角分布，作用三分点处与水平成（+）角库仑理论：适用于各种填料表面形状和荷载位置，但墙背必须为平面)sin()cos()sin()90sin(FGEa。0ddEa主动土压力：2222])cos()cos()sin()sin(1)[cos(cos)(cos21HEa（7-10）aKH221aazzKdzdE3）计算理论选用石砌重力墙当,适用库仑理论。折线形上墙用库仑理论计算，下墙采用延长墙背法或均布超载法悬壁式或扶壁式挡土墙a)延长墙背法；b)均布超载法折线墙背土压力计算a)朗金方法；b)库仑方法悬壁式挡土墙土压力计算7.2.2不同情况下的土压力1）粘性土的土压力采用增大内摩擦角数值方法考虑粘聚力作用，称之为换算内摩擦角。一般粘性土增大510。2）有限范围内的土压力3）成层土压力4）车辆荷载引起的土压力挡土墙计算长度：（1）汽车-10或汽车-15级作用时，L’取挡土墙分段长度，但不大于15m（2）汽车-20级作用时，取重车的扩散长度。分段长度10m，扩散长度10m；分段长度10m，扩散长度15m（3）汽车-超20级作用时，取重车的扩散长度，但扩散长度20m（4）平板挂车或履带车作用时，取分段长度和车辆扩散长度中的大者，但15m计算荷载布置规定：纵向：当L’取挡土墙的分段长度时，为分段长度内可能布置的车轮；当取用一辆重车的扩散长度时，为一辆重车。横向：B’范围内车轮。''0LBGqh5）浸水时土压力砂性土填料：式中Eb—浸水墙土压力；Ea—浸水土压力；Eb—浮力减少土压力；、’—填料未浸水容重和浮容重；Hb—计算水位墙高；K—土压力系数。土压力作用点Zb：式中Za—填料未浸水时土压力作用点高度)(212/KHbEEEEababbabbaabEEHEZEZ)3/(6）地震作用下的土压力地震时，墙后土楔自重G引起水平地震惯性力Q作用于土楔重心并指向墙体，合力为：式中—地震角，重力与地震力合力Gs偏离竖直线角度。实际计算时可以采用代入库仑公式中算地震土压力。cosGGshziKCCarctanssscos7.2.3土工参数选取1）填料容重和计算内摩擦角填筑时采用试验测定，原状土用天然容重和。2）墙背摩擦角（1）墙背光滑，排水不良，=0（2）一般石砌，排水良好，=1/2（3）台阶形石砌墙背，排水良好，=2/3（4）第二破裂面或假象墙背=填料的计算参数填料类型容重（kN/m3）计算内摩擦角（）似内摩擦系数fs粘性土171825400.250.40砂性土18350.350.45砂砾、卵石土181935400.400.50碎石土、卵石194045—碎石或不易风化石块204550—7.3挡土墙验算7.3.1作用力系重力W、主动土压力Ea、被动土压力Ep，浸水地区考虑浮力作用，地震地区考虑地震力作用。验算时将以上荷载进行组合（主要、附加、地震）。7.3.2滑动稳定性验算挡土墙抵抗沿基底滑移的能力，采用抗滑稳定系数Kc表征：式中Kc—抗滑稳定系数（基底摩阻力，抵抗挡土墙滑动的能力。）N、T—挡土墙作用于基底面上法向合力和切向合力；f—基底摩擦系数。主要或附加组合：Kc1.3；地震组合：Kc1.1。当地基Kc不能满足要求时，采用以下措施提高Kc：1）改善地基；2）倾斜地基；3）凸榫地基。TNfKc7.3.3倾覆稳定验算挡土墙抵抗绕墙趾向外转动而倾覆的能力，用抗倾覆系数K0表示。主要组合：K01.5附加组合：K01.3地震组合：K01.2K0小于上述值时，采用增大稳定力矩减少倾覆力矩措施：1）展宽基底特别是墙趾处2）改变墙面和墙背坡度3）改变墙身断面形式（改衡重式）倾覆力矩对墙趾的稳定力矩0K7.3.4基底应力验算式中B—基底宽度；e—基底合力偏心距；ZN—基底合力的法向分力N对O点的力臂。当eB/6，30时，重分布算基底最大压应力：a)eB/6；b)eB/6基底压力分布)61(31BeBNNZBe2NMMZxyNNZN32maxeek0max3,1或改善基底状态方法1）加宽基底2）改变墙背断面形式3）提高基底承载力思考题1试述挡土墙类型特点及适用条件？2朗金及库仑理论算土压力的使用条件有哪些？3挡土墙验算步骤有那些？不满足要求应采取那些措施？