锚定板挡土墙

第七章锚定板挡土墙第一节概述第二节土压力计算第三节锚定板抗拔力计算第四节构件设计第五节结构稳定性分析第一节锚定板挡土墙概述锚定板挡土结构是一种适用于填方的轻型支挡结构。可以用作挡土墙、桥台、港口护岸工程。锚定板结构是我国铁路部门首创的一种新型支挡结构形式，它发展于70年代初期，1974年首次在太焦铁路上使用，目前在铁路部门已广泛应用，公路、水利、煤矿等部门也在立交桥台、边坡支挡、坡脚防护等多种工程中应用。锚定板挡土墙是由墙面、拉杆、锚定板以及充填墙面与锚定板之间的填土所共同组成的一个整体。在这个整体结构的内部，存在着作用于墙面上的土压力、拉杆的拉力和锚定板的抗拔力等相互作用的内力，这些内力必须互相平衡，才能保证结构内部的稳定。同时，在锚定板挡土墙的周围边界上，还存在着从边界外部传来的土压力、活载以及结构自重所产生的作用力和摩擦力，这些外力也必须互相平衡，以保证锚定板挡土墙的整体稳定性，防止发生滑动或蠕动。锚定板挡土墙和锚杆挡土墙比较锚定板挡土墙和锚杆挡土墙一样，也是依靠“拉杆”的抗拔力来保持挡土墙的稳定。但是，这种挡土墙与锚杆挡土墙又有着明显的区别，锚杆挡土墙的锚杆必须锚固在稳定的地层中，其抗拔力来源于锚杆与砂浆、孔壁地层之间的摩阻力；而锚定板挡土墙的拉杆及其端部的锚定板均埋设在回填土中，其抗拔力来源于锚定板前填土的被动抗力。因此，墙后侧向土压力通过墙面传给拉杆，后者则依靠锚定板在填土中的抗拔力抵抗侧向土压力，以维持挡土墙的平衡与稳定。在锚定板挡土墙中，一方面，填土对墙面产生主动土压力，填土愈高，主动土压力愈大；另一方面，填土又对锚定板的移动产生被动的土抗力，填土愈高，锚定板的抗拔力也愈大。锚定板挡土墙按墙面结构形式可分为柱板式和壁板式两种柱板式挡土墙的墙面由肋柱与挡土板拼装而成，根据运输和吊装能力可采用单根肋柱，也可以分段拼接，上下肋柱之间用榫连接。按肋柱上的拉杆层数还可分为单层拉杆、双层拉杆和多层拉杆锚定板挡土墙。壁板式挡土墙的墙面板(壁面板)可采用矩形或十字形板拼装而成，墙面板直接用拉杆与锚定板连接。锚定板挡土墙还有单级和多级之分单级锚定板挡土墙的高度通常不大于6m。分级设计时，上、下两级墙之间应留有平台，平台宽度一般不小于l．5m。为了减少因上级墙肋柱下沉对下级墙拉杆的影响，上级墙肋柱与下级墙肋柱沿路线方向的位置应该相互错开可以根据周围环境及地质地形条件设计成锚定板和锚杆联合使用的挡土墙。上层拉杆利用锚定板锚固在新填土中，下层拉杆采用灌浆锚杆固定在原有边坡内。这样可充分利用原有边坡及新填路基，发挥锚定板和锚杆的优越性。锚定板挡土墙的主要特点构件断面小、结构质量轻、柔性大、工程量省、圬工数量少，构件可预制，有利于实现结构轻型化和机械化施工。它主要适用于承载力较低的软弱地基和缺乏石料的地区，作路肩墙或路堤墙。在滑坡、坍塌地段以及膨胀土地区不能使用。第二节土压力计算现场实测和室内模型试验表明，土压力值大于库伦主动土压力计算值，但小于静止土压力值。土压力计算简化计算方法1：在墙面系设计时，作用于墙背上的恒载土压力E近似按静止土压力计算，但适当给予折减。简化计算方法2：仍按库伦主动土压力理论来计算作用于墙面系上的土压力，再乘以大于1的系数m方法1作用于墙背上的恒载土压力E近似按静止土压力计算，但适当给予折减作用于墙背上总的土压力应为恒载产生的土压力和活载产生的土压力之和。当为双级墙时，H应为上下两级墙高之和。活载土压应力按活载引起的竖向土压应力与静止土压力系数相乘而得。由于活载的影响随深度的增加而减小，因此竖向土压应力按30°的扩散角向下扩散。活载的土压应力则为：计算方法2：仍按库伦主动土压力理论来计算作用于墙面系上的土压力，再乘以大于1的系数m铁路路基支挡结构物设计规则仍按库伦主动土压力理论来计算作用于墙面系上的土压力。计算时把柱板视为一般的刚性墙背，并忽略拉杆的影响。而实际上，柱板并非刚性，同时由于柱板的变形受拉杆和锚定板的约束，其变形不可能使土压力进入主动状态。因此，按库伦土压力理论计算时，需乘以大于1的系数m，以便使计算结果与实际土压力接近。根据目前锚定板挡土墙结构工程实例所测得的结果与理论值比较，增大系数m值在1.20~1.40之间，即作用于锚定板挡土墙墙背上的土压力为：第三节锚定板抗拔力计算一、极限抗拔力的基本概念为了从原型拉拔试验曲线上确定合理的抗拔力，首先应确定极限抗拔力的判别标准和方法。判断极限抗拔力的标准有三种：极限稳定抗拔力、局部破坏抗拔力和极限变形抗拔力。1．极限稳定抗拔力当锚定板所受拉力超过一定程度后，锚定板前土体中某一点的应力状态开始达到极限平衡，出现局部剪切作用和塑性区。随着拉力不断增大，锚定板周围土体的塑性区继续发展，直至塑性区连通之后，锚定板在土体中的位置将不能保持局部稳定状态。以锚定板在土体中能够保持局部稳定状态的最大抗拔力作为极限稳定抗拔力。在现场试验时是以位移速率作为判断“稳定”或“丧失稳定”的界限。一般规定当变位速率降至30min不超过0.1mm时即作为稳定。当某一级拉力施加3h后仍不能达到上述稳定标准，即认为丧失稳定。其前一级拉力则为极限稳定抗拔力。2．局部破坏抗拔力从锚定板拉拔试验所得到的拉力-变位曲线与地基荷载试验的P—S曲线形状相似，其最后阶段往往是直线，而且这段曲线的斜率为最小。根据地基承载力中局部破坏承载力的概念和确定方法，在拉拔试验曲线上以最后直线段的起始点作为确定极限抗拔力的标准即局部破坏抗拔力。3．极限变形抗拔力不同的锚定板结构物有不同的变形控制要求，如果锚定板受力后的位移量超过了结构所能承受的极限变形值，该结构物将会失去作用或破坏。因此，以锚定板的位移量不超过锚定板结构的变形极限时的最大抗拔力作为极限变形抗拔力，即确定极限抗拔力的第三种标准。建议锚定板的位移量100mm作为变形的极限值，当位移量超过100mm时，锚定板结构将不能使用。根据原型试验的结果确定极限抗拔力时，往往需要综合使用上述三种标准。三种标准中应优先采用第一种标准，但由于试验设备和时间所限，有很多试验不能达到极限稳定抗拔力，这时可采用第二种标准。若采用前两种标准所得到的变形量超过了第三种标准的极限变形值时，则在锚定板尚未丧失稳定之前，结构物已不能承受，这时应以第三种标准确定极限抗拔力。锚定板抗拔力计算对于浅埋锚定板，由于锚定板的稳定不是由抗拔力控制，而是由锚定板前被动抗力阻止板前土体破坏来控制，因此其抗拔力取决于锚定板前的被动土压力。深埋锚定板通过现场原型试验确定——深埋锚定板单位面积容许抗拔力。二、深埋锚定板容许抗拔力容许抗拔力是锚定板设计拉力的最大容许值，等于锚定板的极限抗拔力除以安全系数。安全系数的取值应考虑影响抗拔力的各种因素的复杂程度及工程结构的性质和重要程度。实测极限抗拔力是锚定板能承受的极限拉力，考虑到在实际工程中填土的不均匀性、墙面变形的影响、群锚的相互影响以及荷载的长期作用等因素，安全系数应不小于2.5~3.0。采用局部破坏抗拔力标准的安全系数为2.5，采用极限变形抗拔力标准的安全系数为3.0，二者所得到的容许抗拔力比较接近，大多数介于100~150kPa之间。因此，在锚定板挡土墙设计时，对于埋深在3~10m内，一般砂性土或粘性土中的锚定板，其单位容许抗拔力建议值为TR=100～150kPa，并按下表取值。三、浅埋锚定板容许抗拔力四、锚定板抗拔力其他计算方法第四节构件设计一、肋柱设计(一)构造要求肋柱间距视工地的起吊能力和锚定板的抗拔力而定，通常为1.5～2.5m，截面多采用矩形、T形、工字形等，截面宽度不小于0.35m，厚度不小于0.3m。每级肋柱高一般为3～5m，上下两级肋柱接头常用榫接，也可以做成平台并相互错开。混凝土标号不应低于C20。肋柱应设置拉杆穿过的孔道，并将孔道做成椭圆孔或圆孔，其直径大于拉杆直径，空隙用砂浆填塞。肋柱与基础(地基)的连接状况视地基承载力、地基的坚硬情况及埋深确定，一般可设计为自由端、铰支端，如埋置较深，且岩石坚硬，可视为固定端。肋柱严禁前倾，应适当后仰，其仰斜度宜为1：0.05。(二)肋柱内力计算肋柱的内力计算可根据肋柱上设置的拉杆层数、上下肋柱间及肋柱与基础的连接状况等按以下几种情况考虑。1．按单跨梁计算肋柱内力当肋柱上设置两层拉杆并且肋柱平置于基础之上或者与下级肋柱用榫连接时，可将柱底视为自由端，肋柱为单跨梁，按两端悬出的简支梁计算其弯矩、剪力及支座反力。2．按连续梁计算肋柱内力当肋柱上设置三层或三层以上拉杆；或者虽然是双层拉杆，但采用条形或分离式杯座基础，肋柱下端插入杯座较深，形成铰支时，则应按连续梁计算肋柱弯矩、剪力及支座反力。如果肋柱各支座在受力后的水平变形量相同，则可按刚性支承连续梁进行计算。但是由于各支承点的变形是由填土和拉杆的变形组成的，一般情况下，各支座变形量是不相同的，因而应按弹性支承连续梁计算肋柱内力。三、锚定板设计第五节结构稳定性分析克朗兹法认为BCD为最危险滑动面。对于单层锚定板挡土墙。根据作用于隔离体ABCV上的外力及平衡关系，可求得拉杆的最大拉力T，其水平分力Th为：第七章锚定板挡土墙重点内容锚定板挡土墙作用机理和工程特点锚定板挡土墙计算方法锚定板抗拔力计算方法锚定板挡土墙结构稳定分析克朗兹理论习题1.锚定板挡土结构是一种适用于（填/挖）方的轻型支挡结构。锚定板挡土墙是由、、以及所共同组成的一个整体。2.锚杆挡土墙的锚杆必须锚固在中，其抗拔力来源于；3.而锚定板挡土墙的拉杆及其端部的锚定板均埋设在中，其抗拔力来源于。因此，墙后侧向土压力通过墙面传给，后者则依靠抵抗侧向土压力，以维持挡土墙的平衡与稳定。在锚定板挡土墙中，一方面，填土对墙面产生主动土压力，填土愈高，主动土压力愈（大/小）；另一方面，填土又对锚定板的移动产生被动的土抗力，填土愈高，锚定板的抗拔力也愈（大/小）。4.锚定板挡土墙土压力值（大于/小于）库伦主动土压力计算值，但（大于/小于）静止土压力值。在墙面系设计时，作用于墙背上的恒载土压力E近似按静止土压力计算，但适当给予（增加/折减）。也可以按库伦主动土压力理论来计算作用于墙面系上的土压力，再乘以（大于/小于）1的系数m。5.锚定板挡土墙恒载土压力可以简化为（梯形/三角形/抛物线形）6.判断极限抗拔力的标准有三种：抗拔力、抗拔力和抗拔力。三种标准中应优先采用，但由于试验设备和时间所限，有很多试验不能达到极限稳定抗拔力，这时可采用。若采用前两种标准所得到的变形量超过了第三种标准的极限变形值时，则在锚定板尚未丧失稳定之前，结构物已不能承受，这时应以确定极限抗拔力。7.对于浅埋锚定板，由于锚定板的稳定由（抗拔力控制/锚定板前被动抗力阻止板前土体破坏）来控制，因此其抗拔力取决于。深埋锚定板抗拔力通过（现场原型试验/理论分析）确定。8.肋柱的内力计算可根据肋柱上设置的拉杆层数、上下肋柱间及肋柱与基础的连接状况等按以下几种情况考虑。当肋柱上设置两层拉杆并且肋柱平置于基础之上或者与下级肋柱用榫连接时，按梁计算其弯矩、剪力及支座反力。当肋柱上设置三层或三层以上拉杆；或者虽然是双层拉杆，但采用条形或分离式杯座基础，肋柱下端插入杯座较深，形成铰支时，则应按梁计算肋柱弯矩、剪力及支座反力。