4挡土墙设计(印刷版)2012.

4.1挡土墙的分类4.2挡土墙设计概述4.3重力式挡土墙4.4悬臂式与扶壁式挡土墙4挡土墙的设计与计算4.1.1基本概念支挡结构：为保持结构物两侧的土体、物料有一定的高差的结构。支挡结构刚性支挡结构柔性支挡结构挡土墙板桩墙、内支撑挡土墙：用来支承填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的一种构造物。4.1挡土墙的分类墙踵墙趾墙面墙顶墙背墙底EpEaβδ1:m1:n1nβ:地面倾角δ:墙背摩擦角，即墙背与填土间的摩擦角墙背(面)倾斜度：单位墙高与其水平长度之比。墙背(面)倾角：墙背(面)与竖直面的夹角α描述挡土墙的基本术语4.1.2挡土墙的分类按断面的几何形状及受力特点：挡土墙重力式挡土墙悬臂式挡土墙扶壁式挡土墙锚杆式挡土墙锚定板式挡墙加筋土式挡墙板桩式挡土墙地下连续墙重力式挡土墙衡重式挡土墙半重力式挡墙锚杆式挡土墙竖向预应力锚杆挡土墙薄壁式挡土墙土钉式挡土墙重力式半重力式(1)墙趾展宽，或基底设凸榫，以减薄墙身，节省圬工，适用于地基承载力低，缺乏石料地区；(2)用混凝土灌注，在墙背设少量钢筋。衡重式悬臂式扶壁式加筋土挡墙锚杆式锚定板式竖向预应力锚杆式土钉式板桩式(1)在地下挖狭长深槽，灌注混凝土(配筋或不配筋)、浇筑水下钢筋混凝土墙；(2)依靠墙体自身强度或横撑抵抗土压力；(3)适用于大型地下开挖工程，较板桩墙可得到更大的刚度、更大的深度。总结：（1）最常用的挡墙：重力式和衡重式（这是因为我国石料丰富，可就地取材，施工方法简单）（2）随着国民经济发展，钢材、水泥产量增多，就常用钢筋混凝土结构的挡土墙，如：扶壁式、悬臂式、锚杆式、桩板式、竖向预应力锚杆式…4.1.3挡土墙的常见用途(1)道路开挖边坡坡脚防护(2)道路路堤防护(3)道路路肩防护(4)道路路堑防护(5)一般建筑物地基边坡防护(6)地表水体库岸防护(防冲刷)路肩式挡墙路堤式挡墙路堑式挡墙道路开挖边坡坡脚防护道路路堑防护4.1.4哪些情况下可以采用挡土墙？(1)道路的陡坡地段(2)风化较严重的路堑边坡地段(3)为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑地段(4)可能产生塌方、滑坡的不良地段(5)高填方地段(6)水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路基地段(7)为保护重要建筑物、生态环境或其它特殊需要的地段4.2.1挡土墙设计基本原则挡土墙可能破坏的形式有哪几种？4.2挡土墙设计概述EaEaCNtg滑动破坏墙体抗滑稳定性验算倾倒(覆)破坏墙体抗倾覆稳定性验算沉陷破坏软弱下卧层基底承载能力验算墙体差异沉降基底承载能力验算Ea∑nePmax剪切破坏滑面墙身截面抗剪能力验算截面偏心受压破坏截面偏心压缩承载力、弯曲承载力验算Ea∑nePmaxII挡土墙设计的总体原则：既安全有效又经济合理。(1)、为了保证支挡结构的安全使用，必须满足以下要求：•支挡结构不能滑动(抗滑)；•支挡结构不能倾覆(抗倾覆)；•保证地基的强度足够(基底承载能力)；•支挡结构不能有过大的沉陷(下卧层承载能力)；•保证墙身的强度足够(抗剪、抗压、抗拉)；(2)、应根据工程用途的要求、地形及地质等条件，综合考虑以确定支挡结构的平面布置及高度。(3)、应认真分析地形、地质、填土性质、荷载条件，当地的材料供应及现场地区技术经济各种条件，确定支挡结构类型及截面尺寸。(4)、应保证支挡结构设计符合相应规范、条例的要求。(5)、在设计中力争使支挡结构与环境协调。(6)、应对施工给出指导性意见。(7)、为保证支挡结构的耐久性，在设计中应对使用中的维修给出相应规定。挡土墙布置原则针对不同的工程、不同的部门有不同的布置原则，这里仅介绍一般性的布置原则，主要是针对“斜坡整治”工程。1.对于滑坡和变形体，一般宜设置在其下部或抗滑段。2.当滑面出口处在坡脚且有平缓地形时，可将挡墙设置在距滑坡前缘一定距离外，墙后余地填筑土、石加载，以增强抗滑力，减小挡墙承受的下滑力。（示意图）3.当滑面出口在斜坡上时，可视滑床地质情况选定挡墙位置。4.对多极滑坡，可根据具体情况设置多级挡墙支撑。（示意图）5.根据地质条件及滑坡推力、土压力的变化情况，可沿挡土墙走向分段（一般不宜小于10~15m）设计大小不同的挡墙断面。6.江河地段的挡土墙，要注意设墙前后的水流平顺，不致形成漩涡，不发生严重的局部冲刷，更不可挤压河道。7.带拦截落石作用的挡墙，应按落石范围、规模、弹跳轨迹等进行考虑。挡土墙断面形式的拟定原则1.山区的陡坡挡土墙，其胸坡一般采用1:0.05~1:0.2，以利减小基础宽度，争取挡墙厚度。2.平缓地段，其胸坡一般可用1:0.2~1:0.3或1:0.4。3.背坡有仰斜、俯斜、垂直或混合坡几种，主要从采用的土压力理论适应范围、结构经济、开挖量少、回填量少，回填前自身稳定等因素考虑，并应考虑与胸坡协调，满足整体稳定要求。4.在同一地段，其断面形式不宜过多，以免施工困难，且影响美观。4.2.2挡土墙设计阶段划分(1).一阶段设计：施工设计；(2).两阶段设计：初步设计和施工设计(3).三阶段设计：可行性研究、初步设计、施工设计•可行性研究阶段：根据防治目标，在已审定的工程勘察报告基础上进行编制。应对多种设计方案的技术、经济、社会和环境效益等进行论证，确定支挡结构修建的可行性，并作出工程估算。•初步设计研究阶段：对可研报告中推荐的方案进行分解，提出具体工程实现步骤和有关工程参数，编制相应的报告及图件，并给出工程量及造价的概算。对个别高墙及控制工程拟出设计原则。•施工设计阶段：最后确定支挡结构的平面布置，选定支挡结构类型，截面型式及构造，决定整个结构的全部尺寸，给出工程数量及造价。对控制工程及独立的高墙作出单独设计。应给出平面布置图、纵平面图、墙的大样图，相关的一些构造图。工程量及造价计算表，设计说明书。在必要时应包括基坑的平面图和断面图。4.2.3挡土墙设计所参考的主要规范(1).《砌体结构设计规范》(GB50003-2011);(2).《建筑地基基础设计规范》(GB50005-2011)(3).《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)(4).《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)(5).《建筑抗震设计规范》(GB50011-2011)4.2.4作用在挡土墙上的力系永久荷载(permanentload)：在结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。可变荷载(variableload):在结构使用期间，其值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略不计的荷载。偶然荷载(accidentload):在结构使用期间不一定出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。4.2.4.1基本概念4.2.4.2作用于挡土墙上的永久荷载①挡土墙自重；②由于填土作用于墙背的主动土压力；③由于墙前土体作用于墙面的被动土压力;④填土中的地下水压力或常水位时的静水压力与浮力；⑤填土上其他工程超载引起的土压力；⑥由以上荷载引起的基底的竖向反力；⑦基底的摩擦力；⑧预加应力；⑨墙背与第二破裂面之间的有效荷载Wr。⑩墙顶上的有效荷载W0。4.2.4.3作用于挡土墙上的可变荷载①设计水位的静水压力和浮力；②车辆荷载引起的土压力；③水位退落时的动水压力；④波浪压力；⑤冻胀力和冰压力；⑥温度荷载主要可变荷载附加可变荷载4.2.4.4作用于挡土墙上的偶然荷载①地震荷载；②施工及临时荷载、如起吊机、人群、堆载等③撞击力4.2.4.5荷载组合(1)主要组合：永久荷载与可能发生的主要可变荷载组合；(2)附加组合：永久荷载与主要可变荷载和附加可变荷载组合；(3)偶然组合：永久荷载、主要(附加)可变荷载与一种偶然荷载组合。一般情况下，不同组合情况下，设计安全系数的取值是不一样的。且主要组合、附加组合、偶然组合的稳定性系数依次减小。4.2.5挡土墙验算方法验算方法容许应力法极限状态法(采用总安全系数)(采用分项安全系数)承载力极限状态正常使用极限状态将结构材料视为理想的弹性体，在荷载作用下产生的应力和变形不超过规定的容许值。KFF21F1：材料的极限强度(材料抗力)；F2：容许应力(设计荷载)；K：总体安全系数(稳定性系数)。试验结果力学计算4.2.5.1容许应力法结构设计的目的是使所设计的结构能满足各种预定的功能要求。建筑结构应具备的功能要求是安全性、适用性和耐久性。上述功能要求称为结构的可靠性(度)，即：结构在规定的时间内(如设计基准期50年)，在规定的条件下(正常设计、正常施工、正常使用和维护)，完成预定的功能的能力(概率)。极限状态法的理论基础是概率论和结构可靠性分析。4.2.5.2极限状态法结构能满足功能要求，称结构“可靠”或“有效”；否则称结构“不可靠”或“失效”。区分结构工作状态的“可靠”与“失效”的界限为“极限状态”。极限状态是结构或其构件能够满足某一功能要求的临界状态。超过这一界限，结构或其构件即进入失效状态。结构的极限状态承载能力极限状态正常使用极限状态•承载能力极限状态当挡土墙出现以下任何一种状态，即认为超过了承载能力极限状态：(1)整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体而失去平衡(如滑移、倾覆等)；(2)挡土墙构件连接部件因超过材料强度而破坏，或因过度塑性变形而不适于继续承载；(3)挡土墙结构变为机动体系或局部丧失稳定。挡墙失稳破坏•正常使用极限状态当挡土墙出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：(1)影响正常使用或影响外观的过大变形；(2)影响正常使用或耐久性的局部破坏(包括裂缝)(3)影响正常使用的其它特定状态。挡墙、斜坡开裂以概率理论为基础，以可靠指标度量结构构件的可靠度，综合考虑结构的功能要求与安全性，根据荷载的性质和对结构物的影响，采用荷载分项系数来反映结构物的安全度。4.2.5.3极限状态设计和验算法4.2.5.4基本概念荷载组合(loadcombination)：按极限状态设计时，为保证结构的可靠性而对同时出现的各种荷载设计值的规定。基本组合(fundamentalcombinaton):承载能力极限状态计算时，永久作用(荷载)和可变作用(荷载)的组合。(相当于主要组合)偶然组合(accidentalcombination):承载能力极限状态计算时，永久荷载、可变荷载和一个偶然荷载的组合。标准组合(characteristic/nominalcombination):正常使用极限状态计算时，采用标准值或组合值为荷载代表值的组合。荷载代表值(representativevaluesofaload)：设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值，例如标准值、组合值等。标准值(characteristicvalue/nominalvalue):荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值(例如均值、中值等)。组合值(combinationvalue):对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值；或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值。荷载设计值(designvalueofaload):荷载代表值与荷载分项系数的乘积。荷载效应(loadeffect):由荷载引起结构或结构构件的反应，例如内力、变形和裂缝等。荷载效应系数：如果荷载Q与荷载效应S的关系为S=CQ，则C称为荷载效应系数。如受均布荷载q作用的简支梁，则跨中弯矩值M=1/8.ql2,C=1/8.l2。4.3.1概述(1)重力式挡土墙是以自身重力来维持挡土墙在土压力作用下的稳定。它是我国目前最常用的一种挡土墙形式。(2)重力式挡土墙多用浆砌片(块)石砌筑，缺乏石料或力学上有特殊要求时混凝土预制块作为砌体，也可直接用混凝土浇筑，一般不配筋或只在局部范围内配置少量钢筋。(3)常规的重力式挡土墙的墙高一般不超过6m，否则应使用半重力式、衡重式以及其它形式的挡土墙。4.3重力式挡土墙(4)以墙背的倾角及形态来划分,重力式挡土墙可划分为以下几种类型。(5)按照土压力理论，仰斜墙背的主动土压力最小，而俯斜墙背的主动土压力最大，垂直墙背位于两者之间。(6)施工方式