挡土墙设计与计算

第三章挡土墙计算与设计3.1概述一、挡土墙各部分名称1.靠回填土或山体一侧面称墙背2.外露的一侧面称墙面(也称墙胸)3.墙的顶面部分称为墙项4.墙的底面部分称为基底或墙底5.墙面与墙底的交线称为墙趾6.墙背与墙底的交线称墙踵7.墙背与铅垂线的夹角称墙背倾角3.1概述二、挡土墙分类及使用条件（一）挡土墙的分类1、按设置的位置：路堑墙、路堤墙、路肩墙、山坡墙2、按结构型式：重力式、锚定式、薄壁式、加筋土挡土。3、按墙体材料：石砌、混凝土、钢筋混凝土、钢板挡土墙按设置位置分类路堑墙路堑：低于原地面的挖方路基按设置位置分类路堑墙按设置位置分类路堑墙按设置位置分类设置在高填土路堤或陡坡路堤的下方。收缩路堤坡脚，减少填方数量，减少拆迁或占地面积。路堤墙路堤：高于地面的填方路基按设置位置分类路堤墙路堤墙按设置位置分类设置在路肩部位，墙顶不应占据硬路肩、行车道及路缘带的路基宽度范围。收缩坡角。路肩墙路肩：位于车行道外缘至路基边缘。按设置位置分类路肩墙按设置位置分类沿河路堤、在傍水一侧设置。可以防止水流对路基的冲刷和侵蚀，也是减少压缩河床的有效措施之一。浸水挡土墙按设置位置分类浸水挡土墙按设置位置分类设置在路堑或路堤上方。用于支撑山坡上可能坍滑的覆盖层、破碎岩层或山体滑坡。山坡挡土墙按设置位置分类正在施工的山坡挡土墙按结构型式分类依靠墙身自重承受土压力来维持稳定。多用浆砌片（块）石砌筑，缺乏石料地区也可用混凝土。形式简单，施工方便，取材容易。圬工数量较大，对地基的承载能力要求较高。适用于低墙、地质情况较好有石料的地区。重力式挡土墙按结构型式分类重力式挡土墙按结构型式分类重力式挡土墙按结构型式分类重力式挡土墙按结构型式分类◆重力式挡土墙(景观)按结构型式分类重力式挡土墙(景观)按结构型式分类增加了衡重台以上填土重量来维持墙身的稳定性；节省了部分墙身的圬工；增大了抗倾和抗滑能力；减小了作用于墙背的土压力；适用于陡山坡的路肩墙、路堤墙和路堑墙。衡重式挡土墙按结构型式分类用混凝土灌注，在墙背设少量钢筋；墙趾展宽，或在基底设凸榫，以减薄墙身，节省圬工适用于地基承载力低，缺乏石料地区；半重力式挡土墙按结构型式分类锚定式挡土墙包括锚杆式和锚碇板式两种按结构型式分类锚杆式挡土墙锚杆式挡墙主要由预制的钢筋混凝土立柱和挡土板构成墙面、与水平或倾斜的钢锚杆联合作用支挡土体，主要是靠埋置岩土中的锚杆的抗拉力拉住立柱保证土体稳定的。按结构型式分类锚杆式挡土墙锚杆的一端与立柱连接，另一端被锚固在山坡深处的稳定岩层或土层中。墙后侧向压力由挡土板传给立柱，由锚杆与稳定岩层或土层间的锚固力，使墙获得稳定。适用于墙高12m，缺乏石料或挖基困难地区，具有锚固条件的路堑挡墙。按结构型式分类锚杆式挡土墙按结构型式分类锚杆式挡土墙按结构型式分类锚碇板式挡土墙锚碇板式挡土墙是由钢筋混凝土墙面、钢拉杆、锚定板以及其间的填土共同形成的一种组合挡土结构。它借助于埋在填土内的锚碇板的抗拔力来抵抗侧向土压力，保持墙的稳定。适用于缺乏石料，大型填方工程。按结构型式分类锚定板式挡土墙按结构型式分类相同点：锚定板式挡土墙的结构形式和受力状态与锚杆挡土墙基本相同，都是依靠钢拉杆的抗拔力来保持墙身的稳定。主要区别：锚杆挡土墙的锚杆系插入稳定地层的钻孔中，抗拔力来源于灌浆锚杆与孔壁地层之间的粘结强度，而锚定板挡土墙的钢拉杆及其端部的锚定板都埋设在人工填土当中，抗拔力主要来源于锚定板前的填土的被动抗力。锚定板式将锚杆换为拉杆，在其土中的末端连上锚定板。它不适于路堑，路堤施工容易实现。锚杆式挡土墙与锚定板式挡土墙按结构型式分类加筋土挡土墙依靠拉筋与填料间的摩擦力来抵抗侧向土压力。加筋土挡土墙属于柔性结构，对地基变形适应性大，建筑高度大，具有省工、省料、施工方便、快速等优点，适用于填土路基（路肩墙与路堤墙）。是填土、拉筋、面板三者的结合体。按结构型式分类加筋土挡土墙失稳的加筋土挡土墙按结构型式分类按结构型式分类按结构型式分类按结构型式分类按结构型式分类按结构型式分类薄壁式挡土墙包括悬臂式和扶壁式两种形式。•需耗用一定数量的钢材和水泥，特别是墙高较大时，钢材用量急剧增加，影响其经济性能。按结构型式分类悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙是由立壁(墙面板)和墙底板(包括墙趾板和墙踵板)组成，呈倒“T”字形，具有三个悬臂，即立壁、墙趾板和墙踵板。主要依靠墙踵板上的填土质量来保证，而且墙趾板也显著地增大了抗倾覆稳定性，并大大减小了基底应力。适用于石料缺乏，地基承载力低地区，墙高不易6m。悬臂式挡土墙按结构型式分类扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙由墙面板(立壁)、墙趾板、墙踵板及扶肋(扶壁)组成。主要依靠踵板上的填土质量来保证，而且墙趾板也显著地增大了抗倾覆稳定性，并大大减小了基底应力。适用于石料缺乏地区，挡土墙高大于6m，较悬臂式经济。按结构型式分类扶壁式挡土墙3.2重力式挡土墙设计1、墙背的倾斜形式根据地形和施工等条件选择根据其墙背的坡度分为仰斜、垂直、俯斜三种。土压力：仰直俯A、B多用于路肩墙、路堤墙等填方路基；C多用于路堑墙等挖方路基一、重力式挡土墙体型的选择和构造措施3.2重力式挡土墙设计2、墙面坡度的选择地坡陡，墙面直立；地坡平坦，墙面平坦3、基底逆坡的选择抗滑稳定性不满足设逆坡土质地基上n:1=0.1:1岩石地基上n:1=0.2:14、墙趾台阶和顶宽度墙趾a:b=1:2,a≥200顶宽a一般不小于0.5m.3.2重力式挡土墙设计5.墙后排水措施挡土墙后填土由于雨水入渗，抗剪强度降低，土压力增大，同时产生水压力，对挡土墙稳定不利，因此挡土墙应设置很好的排水措施，增加其稳定性泄水孔粘土夯实滤水层泄水孔粘土夯实粘土夯实截水沟浆砌块(片)石墙身应在墙前地面以上设一排泄水孔(图a)。墙高时，可在墙上部加设一排泻水孔(图b)。孔眼间距一般为2～3m，对于浸水挡土墙间距为1.0～1.5m，干旱地区可适当加大，孔眼上下错开布置。下排排水孔的出口应高出墙前地面或墙前水位0.3m；为防止水分渗入地基，下排泄水孔进水口的底部应铺设30cm厚的粘土隔水层。泄水孔的进水口部分应设置粗粒料反滤层，以免孔道阻塞。当墙背填土透水性不良或可能发生冻胀时，应在最低一排泄水孔至墙顶以下0.5m的范围内铺设厚度不小于0.3m的砂卵石排水层(图c)3.2重力式挡土墙设计墙后填土宜选择透水性较强的填料，例如砂土、砾石、碎石等，若采用粘土，应混入一定量的块石，增大透水性和抗剪强度，墙后填土应分层夯实6.填土质量要求3.2重力式挡土墙设计7、沉降缝与伸缩缝：为适应挡土墙的不同沉降，地基性状、挡土墙高度和截面变化处应设置沉降缝。设计时，一般将沉降缝与伸缩缝合并设置，沿路线方向每隔10～15m设置一道，兼起两者的作用，缝宽2～3cm，缝内一般可用胶泥填塞，但在渗水量大，填料容易流失或冻害严重地区，则宜用沥青麻筋或涂以沥青的木板等具有弹性的材料，沿内、外、顶三方填塞，填深不宜小于0.15m，当墙后为岩石路堑或填石路堤时，可设置空缝。3.2重力式挡土墙设计3.2重力式挡土墙设计•作用在挡土墙上的力：–自重–土压力（水压力）–地基反力–摩擦力•二、挡土墙计算3.2重力式挡土墙设计1.稳定性验算：抗倾覆稳定和抗滑稳定2.地基承载力验算挡土墙计算内容3.墙身强度验算1、抗倾覆稳定验算zfEaEazEaxGaa0d6.10faxfaztzExEGxK抗倾覆稳定条件)cos(daaazEE)sin(daaaxEEacotzbxf0tanabzzf挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆Ox0xfbz3.2重力式挡土墙设计2、抗滑稳定验算3.1)(tatannsGEEGK抗滑稳定条件0cosaGGn)cos(0daaaanEEEaEanEatdGGnGtaa0O挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动0sinaGGt)sin(0daaaatEE为基底摩擦系数，根据土的类别查表得到3.2重力式挡土墙设计3、地基承载力验算zfEaEazEaxGaa0dOx0xfbzNT0azfaxfGxExEzcN'2bec'0cosbbap≤fapmax≤1.2famaxmin''6(1)1.2aNepfbb3.2重力式挡土墙设计4、墙身强度验算aNAf抗压验算：抗剪验算：(0.18)avuQfA例题：某挡土墙高H为5m，墙背垂直光滑，墙后填土面水平，挡土墙采用M5水泥砂浆，MU10毛石砌筑，砌体重度γk=22kN/m3，填土内摩擦角φ=30°，黏聚力c=0，填土重度γ=18kN/m3，地在荷载2.5kPa，基底摩擦系数μ=0.5，地基承载力特征值fa=200kPa，试验算挡土墙的稳定性及强度。2.00.50.254.752.5kN/m