挡土墙设计

第六章挡土墙设计台州学院建筑工程学院何春木本章主要内容1.概述2.挡土墙的构造与布置3.挡土墙土压力计算4.挡土墙设计原则5.重力式挡土墙设计6.浸水路堤挡土墙设计7.地震地区挡土墙设计8.轻型挡土墙9.加筋挡土墙第一节概述挡土墙定义：为了防止土体坍滑而修筑的，主要承受侧向土压力的墙式建筑物第一节概述分类：根据使用部位可以分为：路堑挡墙、路堤挡墙、路肩挡墙、浸水挡墙、山坡挡墙及桥头挡墙等根据材料分类：石砌挡土墙、混凝土挡土墙、钢筋混凝土挡土墙、砖砌挡土墙、木质挡土墙、钢板挡土墙等根据结构形式分类：重力式、半重力式、衡重式、悬臂式、扶臂式、锚杆式、拱式、桩板式、垛式等按刚度大小分：刚性挡土墙、柔性挡土墙如何选择合适的挡土墙？根据：不同种类挡土墙自身特点工程地质条件沿线附近材料供应等重力式挡土墙属于刚性挡土墙结构自重抵抗土压力设计简单，施工方便但对地基承载力要求较高一般采用石砌或混凝土浇筑高度一般≤12m衡重式挡土墙是重力式挡土墙的一种增加了衡重台，使得墙体重心后移，增强了墙体稳定性挡土墙高度可适当增大混凝土半重力式挡土墙刚性挡土墙，在墙体内布置少量钢筋，并将基础拓宽适用于不宜采用重力式挡土墙的路段（软基或地下水影响明显），缺乏石料地区矮墙，一般高度≤8m悬臂式挡土墙刚性挡土墙，采用钢筋混凝土浇筑由立壁、墙趾板、墙踵板构成立壁底部受弯矩较大缺乏石料地区使用，墙高一般≤5m扶臂式挡土墙可以认为是对悬臂式挡土墙加固即以扶壁加固增强抗弯能力适用于石材匮乏，地基承载能力较差地区墙高一般≤15m锚杆式挡土墙柔性挡土墙，由肋板、挡板、锚杆组成靠锚杆锚固在岩体内拉住肋板抵抗下滑力单级≤8m，多级应设置平台，宽度≥2m由于岩石路堑或路肩墙桩板式挡土墙柔性挡土墙，由桩、挡板等组成利用被动土压力抵抗主动土压力用于岩石路基锚定板式挡土墙柔性挡土墙，由立柱、挡土板、拉杆、锚定板等组成不应用于易滑坡、软土、膨胀土等地段单级≤10m，多级没级≤6m，设置平台，宽≥2m加筋土式挡土墙柔性挡土墙，面板可能发生比较大的变形用于土质边坡不宜用于水流冲刷地区第二节挡土墙的构造和布置第二节挡土墙的构造和布置墙背形式第二节挡土墙的构造和布置墙顶：宽度≥0.50m，并加固护栏：墙高较大(≥6m)时，为保护行车安全，降低事故严重程度设置基础：基础设计的内容包括两部分基础形式的选择基础埋置深度的确定第二节挡土墙的构造和布置基础形式选择：一般采用浅基，明挖施工；在硬质岩石斜坡上施工时可以采用台阶状基础一般直接设置在天然地基上，若采取一定措施依旧不能满足承载力需要，可换填当路基软弱土层较厚，换填不经济时可采用桩基础第二节挡土墙的构造和布置基础埋置深度：A)水流冲刷时，按路基设计洪水位频率计算冲刷深度，基底置于冲刷深度以下1mB)路堑挡土墙基顶应低于边沟底面，至少0.50mC)风化层不厚的硬质岩基，基底埋深0.15~0.60m，风化层不厚的软质岩基，基底埋深大于1.00mD)建筑在斜坡上的，对前趾埋深和前趾距地表宽度作限定E)对于普通基础形式，宜采用倾斜基底，增加抗滑力，但不宜过大，避免剪切破坏第二节挡土墙的构造和布置排水设施设置包括：地表排水和墙身排水设计两部分墙身排水设计：泄水孔位置和密度设计，反滤层设置第二节挡土墙的构造和布置沉降缝和伸缩缝统称变形缝，缝宽2~3cm，内填充沥青麻筋或木板布置位置：沿墙长方向10~15m布置与其他构筑物连接处地质水文条件突变处沉降缝墙身高度突变处第二节挡土墙的构造和布置2.挡土墙的布置在路基横断面图绘制横断面布置图路基填土不高时，选用路肩墙，减少占用耕地；路基填土较高时，采用路肩墙，减少圬工数量；路基路堑地形较陡时，采用府斜式或衡重式，坡度不大时可以采用仰斜式或折线式墙趾纵断面图上绘制正面图反应出基础埋深、泄水口布置、变形缝布置等内容端部与路堤连接一般采用锥坡连接，并使用工程防护或植被防护在复杂挡土墙设计时应在路线平面图上绘制挡土墙平面布置图平面图示意道路中线边沟边线边沟边线碎落台边线护坡道边线护坡道边线变形缝第三节挡土墙土压力计算一、作用在挡土墙上的力系1.分主要力、附加力、偶然作用等主要力：挡土墙自重G及墙上衡载墙后主动土压力Ea墙前被动土压力Ep基底法向反力N和摩擦力T第三节挡土墙土压力计算附加力：考虑洪水时动水压力、静水压力、波浪冲击力等考虑冻胀压力、冰压力等偶然作用：地震荷载车辆、轮船、漂浮物对路堤或护栏的冲击作用挡土墙所受荷载中，土压力计算是最复杂的、最重要的第三节挡土墙土压力计算一、作用在挡土墙上的力系2.墙体移动与土压力第三节挡土墙土压力计算一、作用在挡土墙上的力系第三节挡土墙土压力计算第三节挡土墙土压力计算第三节挡土墙土压力计算第三节挡土墙土压力计算二、一般条件下库伦主动土压力计算复习：库伦土压力理论基本假设：(1)墙背填充材料为均质松散粒料，即c=0(2)破裂面为平面，且通过墙踵(3)破裂面上土楔为刚性体，根据极限平衡状态可以确定墙背所受主动土压力(4)通过求解若干个破裂面，确定最危险破裂面(5)假设土压应力沿墙高呈直线分布，与墙背法向夹角为δ(为墙背与土体的摩擦角)第三节挡土墙土压力计算二、一般条件下库伦主动土压力计算复习：库伦土压力理论适用条件：砂性土刚性挡土墙土压力计算的内容：确定土压力大小、土压力作用点第三节挡土墙土压力计算二、一般条件下库伦主动土压力计算第三节挡土墙土压力计算第三节挡土墙土压力计算第三节挡土墙土压力计算二、一般条件下库伦主动土压力计算一般条件下库伦主动土压力计算步骤：1.准备材料，确定挡土墙形式2.假设破裂面在荷载作用范围内3.计算上述状况下的破裂角θ4.验算计算破裂面是否在荷载作用范围内5.若在该范围内则计算Ka和Ea6.若不在该范围内，重新假设计算例题：车辆荷载换算高度hc=0.40，其他条件见图中所示。1.假设破裂面在荷载范围内2.计算主动土压力系数3.计算主动土压力4.确定土压力作用点位置第三节挡土墙土压力计算三、大俯角墙背的主动土压力第三节挡土墙土压力计算第三节挡土墙土压力计算第二破裂面法计算过程：1.假设有第二破裂面，且第一破裂面交于荷载作用范围内2.计算，并验算第一破裂面是否交于荷载作用范围内3.是则进行第5步计算4.否则根据计算结果推算第一破裂面交于某个范围，再计算破裂面位置5.验算第二破裂面是否存在，若不存在则按第一破裂面法计算6.计算土压力和土压力作用位置第三节挡土墙土压力计算四、折线形挡土墙土压力计算第三节挡土墙土压力计算四、折线形挡土墙土压力计算第三节挡土墙土压力计算五、粘性土压力计算粘性土粘聚力c影响较大1.等效内摩擦角法根据剪切强度相等原则换算通常是将内摩擦角增大5~10°或取计算内摩擦角为30~35°第三节挡土墙土压力计算2.多边形法(数解法)考虑坡顶开裂对受力状态的影响第三节挡土墙土压力计算六、不同土层的土压力计算假定层间平行；计算下层土压力时将上层作为均布荷载施加在下层顶部第三节挡土墙土压力计算七、有限范围内填土的土压力计算第三节挡土墙土压力计算九、车辆荷载换算和计算参数确定第三节挡土墙土压力计算九、车辆荷载换算和计算参数确定车辆荷载的布置第三节挡土墙土压力计算计算参数确定1.填料的内摩擦角和重度缺乏实测数据时，可按下表计算第三节挡土墙土压力计算2.墙背摩擦角一般可按下表计算