重力式挡墙设计

大庄二级公路重力式挡土墙设计1毕业设计第1章绪论1.1毕业设计的目的和意义毕业设计是本科教育中的重要教学环节，是学生在校期间一次较为系统的综合能力训练，是前面各个教学环节的继续、深化和拓展，是培养我们综合素质和工程实践能力的重要阶段。也是学生获准毕业及获得学位的重要条件。毕业设计的目的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力。通过毕业设计工作，培养学生调查研究、查阅文献资料、方案设计、工程设计、计算、绘图等能力，提高学生外文阅读能力及计算机应用能力，训练学生撰写论文或设计说明书、计算书的能力以及语言表达、逻辑思维能力，同时培养学生理论联系实际的工作作风、严谨的科学态度和敢于创新的精神。1.2挡土墙概述公路挡土墙是用来支承路基填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的一种构造物。在路基工程中，挡土墙可用以稳定路堤和路堑边坡，减少土石方工程量和占地面积，防止水流冲刷路基，并经常用于整治坍方、滑坡等路基病害。路基在遇到下列情况时可考虑修建挡土墙：（1）陡坡地段；（2）岩石风化的路堑边坡地段；（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、滑坡的不良地质地段；（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）为节约用地、减少拆迁或少占农田的地段。1.3挡土墙分类及用途路基工程中，挡土墙的建筑费用较高，故路基设计时，应与其他可能的工程方案进行技术经济比较，择优选定。大庄二级公路重力式挡土墙设计2公路工程中的挡土墙主要按下述几种方法进行分类。按照挡土墙设置的位置，挡土墙可分为：路堑墙、路堤墙、路肩墙和山坡墙等类型，如图1.1所示。图1.1设置挡土墙大的位置图a）路堑墙b）路堤墙（虚线为路肩墙）c）路肩墙d）浸水挡土墙e）山坡挡土墙f）抗滑挡土墙按照结构形式，挡土墙可分为：重力式挡土墙、锚定式挡土墙、薄壁式挡土墙、加筋土挡土墙等。按照墙体材料，挡土墙可分为：石砌挡土墙、混凝土挡土墙、钢筋混凝土挡土墙、钢板挡土墙等。挡土墙各部分名称如（图1.1a)所示。靠回填土或山体的一侧面称为墒背；外露的一侧面称为墙面．也称墙胸；墙的顶面部分称为墙顶；墙的底面部分称为基底或墙底；墙面与墙底的交线称为墙趾；墙背与墙底的变线称为墙踵；墙背与铅垂线的夹角称为墙背倾角a。挡土墙设置位置不同，其用途也不相同。路堑墙设置在路堑边坡底部，主要用于支撑开挖后不能自行稳定的山坡，同时可减少挖方数量，降低挖方边坡的高度(图1-1a)。路堤墙设置在高填土路提或陡坡路堤的下方，可以防止路堤边坡或路堤沿基底滑动，同时可以收缩路堤坡脚，减少填方数量，减少拆迁和占地面积(图1-1b)。路肩墙设置在路肩部位，墙顶是路肩的组成部分，其用途与路堤墙相同。它还可以保护临近路线的既有的重要建筑物(图1-1c)。沿河路堤，在傍水的一侧大庄二级公路重力式挡土墙设计3设置挡土墙，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(图1-1d)。山坡墙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(图1-1e、图1-1f)。1.4挡土墙适用条件挡土墙类型的划分方法较多，一般以挡土墙的结构形式分类为主，常见的挡土墙形式有：重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚杆式和锚定板式。各类挡土墙的适用范围取决于墙址地形、工程地质、水文地质、建筑材料、墙的用途、施工方法、技术经济条件及当地的经济等因素。1.3.1重力式挡土墙重力式挡土墙一般由块石或混凝土材料砌筑。重力式挡土墙是靠墙身自重保证墙身稳定的，因此，墙身截面较大，适用于小型工程，通常墙高小于8米，但结构简单，施工方便，能就地取材，因此广泛应用于实际工程中。1.3.2悬臂式挡土墙当地基土质较差或缺少石料而墙又较高时，通常采用悬臂式挡土墙，一般设计成L型（图1.2a），由钢筋混凝土建造，墙的稳定性主要依靠墙踵悬臂以上土重来维持。墙体内设置钢筋以承受拉应力，故墙身截面较小。1.3.3扶壁式挡土墙由墙面板、墙趾板、墙踵板和扶肋组成，即沿悬臂式挡土墙的墙长方向，每隔一定距离增设一道扶肋，把墙面板和墙踵板连接起来。（图1.2b）适用于缺乏石料的地区或地基承载力较差的地段。当墙高较高时，比悬臂式挡土墙更为经济。图1.2a）悬臂式挡土墙b）扶壁式挡土墙大庄二级公路重力式挡土墙设计41.3.4锚定板及锚杆式挡土墙锚定板挡土墙是由预制的钢筋混凝土立柱、墙面、钢拉杆和埋置在填土中的锚定板在现场拼装而成（图1.3a），依靠填土与结构的相互作用力维持其自身稳定。与重力式挡土墙相比，具有结构轻、柔性大、工程量少、造价低、施工方便等优点，特别适合用于地基承载力不大的地区。设计时，为了维持锚定板挡土墙结构的内力平衡，必须保证锚定板结构周围的整体稳定和土的摩阻力大于由土自重和荷载产生的土压力。锚杆式挡土墙是利用嵌入坚实岩层的灌浆锚杆作为拉杆的一种挡土结构。（图1.3b）图1.3锚定式挡土墙图a）锚杆式挡土墙图b）锚定板式挡土墙图1.3.5加筋土挡土墙由墙面板、拉筋和填土三部分组成，借助于拉筋于填土间的摩擦作用，把土的侧压力传给拉筋，从而稳定土体。即是柔性结构，可承受地基较大的变形；又是重力式结构，可承受荷载的冲击、振动作用。施工简便、外形美观、占地面积小、而且对地基的适应性强。适用于缺乏石料的地区和大型填方工程。大庄二级公路重力式挡土墙设计5图1.4加筋土挡土墙图1.3.6土钉墙土钉墙是有面板、土钉与边坡相互作用形成的支挡结构。它适用于一般地区土质及破碎软岩质地段，也可置于桩板挡土墙之间支挡岩土以保证边坡稳定。土钉墙面层为喷射混凝土中间夹钢筋网，土钉要和面板有效连接，外端设钢垫板或加强钢筋通过螺丝端杆锚具或焊接进行连接。大庄二级公路重力式挡土墙设计6第2章工程概况2.1工程概况及设计条件大庄二级公路在桩号K2+150~K2+200段为填方路堤，为保证路堤边坡稳定，少占地拆迁，故设置路堤挡土墙，拟采用重力式挡土墙。1、K2+150~K2+200路堤段，地表较平坦，其中K2+150地面标高为170.3m，K2+200处地面标高为170.4m；2、挡土墙在横断面上的布置及经验尺寸见图示；3、地基为密实的硬塑亚粘土，其容许承载力[σ]=300KPa，基地摩阻系数f=0.5；4、墙后填料的容重3/18mkN，计算内摩擦角50；5、墙体材料5号砂浆砌筑30号片石，其容重3/22mkN，填料与墙背间的摩擦角δ＝(1/2～2/3)＝30°；6、荷载：计算荷载汽车-20级，验算荷载挂车-100kPa7、挡土墙分段长度为12m。图2.1重力式挡土墙横断面布置图（尺寸单位：m）2.2挡土墙的方案设计该路堤挡土墙工程的总体方案是：在保证工程质量的前提下，为保证路堤\边坡稳定，少占地拆迁，故设置路堤挡土墙。综合分析考虑建筑场地的地理地质条件及工程特性，确定最为合理的挡土墙形式为重力式挡土墙，故拟采用重力式挡土墙。为了确保设计的科学合理，将对这重力式挡土墙进行设计计算，确定其结构形式，截面尺寸、稳定性等。大庄二级公路重力式挡土墙设计7第3章公路重力式挡土墙的设计3.1边坡稳定性分析为了准确把握拟建挡土墙后土体的稳定性及土压力情况，首先要对边坡进行稳定性分析。由设计给定的工程地质条件可知，拟建的挡土墙后土体其粘聚力为零，即该土坡为无粘性土土坡，必须按照无粘性土土坡的稳定性分析方法进行分析。无粘性土形成的土坡，产生滑坡时其滑动面近似于平面，常用直线滑动面分析土坡的稳定性。均质的无粘性土坡颗粒间无粘聚力，只要坡面上的土体能保持稳定，那么整个土坡便是稳定的。土坡的稳定性用土坡稳定安全系数来表示，抗剪力与抗切拉之比即为土坡稳定安全系数：tgtgsintgcos'WWTTK抗切力抗剪力(3.1)根据规范，边坡工程等级为二级的土坡，采用直线式滑动法分析的土坡，安全稳定系数K取1.30，故该土坡的稳定坡角可以求出：5.4269.03.119.1Ktgtg(3.2)其中为土坡的安全稳定坡角。显然，所得的稳定坡角较小，与实际条件中约为50的边坡相距甚大，因此该土坡是不稳定的，为了得到一个稳定的土坡，若不采取挡墙支护，则需要放缓坡，而实际的工程地质条件给定的坡高较高，放缓坡所需要的挖方量巨大，明显不经济，所以放缓坡不合适，必须采取挡墙支护。3.2重力式挡土墙的设计重力式挡土墙是以墙身自重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。重力式挡土墙多用砂浆砌片石砌筑，缺乏石料地区有时可用混凝土预制块作为砌体，也可直接用混凝土浇筑，一般不配钢筋，或只在局部范围配置少量钢筋，这种挡土墙形式简单，施工方便，可就地取材，适用性强，因而应用广泛。大庄二级公路重力式挡土墙设计8常用的重力式挡土墙，一般由墙身、基础、排水设施和沉降、伸缩缝等几部分组成。3.2.1墙身1．墙背根据墙背倾斜方向的不同，墙身断面形式可分为仰斜、垂直、俯斜式等几种．如图3.1所示。图3.1重力式挡土墙横断面形式图a）仰斜b）垂直c）俯斜以仰斜、垂直和俯斜式三种不同的墙背所受的土压力分析，在墙高和墙后填料等条件相同时，仰斜墙背所受的土压力为最小，垂直墙背次之，俯斜墙背较大；因此仰斜式的墙身断面较经济。用于路堑墙时，墙背与开挖的临时边坡较贴合，开挖量与回填量均较小。但当墙趾处地面横坡较陡时，采用仰斜式墙背会增加墙高，断面增大。故仰斜墙背适用于路堑墙及墙趾处地面平坦的路肩墙或路堤墙。仰斜墙背的坡度愈缓，所受的土压力愈小，但施工愈困难，故仰斜墙背的坡度不宜缓于1：0.3。俯斜墙背所受的土压力较大，相对而言，俯斜墙背的断面比仰斜式要大。但当地面横坡较陡时，俯斜式挡土墙可采用陡直的墙面，从而减小墙高。俯斜墙背的坡度缓些固然对施工有利，但所受的土压力亦随之增加，致使断面增大，因此墙背坡度不宜过缓，通常控制a21°48′(即1：0.4)。垂直墙背的持点介于仰斜和俯斜墙背之间。2．墙面墙面一般为平面，墙面坡度除应与墙背的坡度相协调外，还应考虑到墙趾处地面的横坡度(影响挡土墙的高度)。当地面横坡度较陡时，墙面可直立或外斜1：0.05~1：0.20，以减少墙高；当地面横坡平缓时，一般采用1：0.20~1：0.35较为经济。大庄二级公路重力式挡土墙设计93．墙顶重力式挡土墙可采用浆砌或干砌圬工。墙顶最小宽度，浆砌时边不小于50cm；干砌时应不小于60cm。干砌挡土墙的高度一般不宜大于6m。浆砌挡土墙墙顶应用5号砂浆抹平，或用较大石块砌筑，并勾缝。浆砌路肩墙墙顶宜采用粗料石或混凝土做成顶帽，厚度取40cm。干砌挡土墙顶部50cm厚度内，宜用5号砂浆砌筑，以求稳定。4．护栏为增加驾驶员心理上的安全感，保证行车安全，在地形险峻地段的路肩墙，或墙顶高出地面6m以上且连续长度大于20m的路肩墙，或弯道处的路肩墙的墙顶应设置护栏等防护设施。护栏分墙式和柱式两种，所采用的材料，护拦高度、宽度，视实际需要而定。护栏内侧边缘距路面边缘的距离，应满足路肩最小宽度的要求。3.2.2基础地基不良和基础处理不当，往往引起挡土墙的破坏，因此，应重视挡土墙的基础设计。基础设计的程序是：首先应对地基的地质条件作详细调查，必要时须做挖探或钻探，然后再来确定基础类型与埋置深度。1．基础类型当地基承载力不足且墙趾处地形平坦时，挡土墙大多数都是直接砌筑在天然地基上的浅基础。为减少基底应力和增加抗倾覆稳定性，常常采用扩大基础，如图3.2a)所示，将墙趾部分加宽成台阶，或墙趾墙踵同时加宽，以加大承压面积。加宽宽度视基底应力需要减少的程度和加宽后的合力偏心距的大小而定，一船不小于20cm。台阶高度按基础材料的刚性角的要求确定，对于砖、片石、块石、粗料石砌体，当用低于5号的砂浆砌筑时，刚性角应不大于35°；对混凝土砌体，应不大于40°。分的台阶过高，可采用钢筋混凝土底板基础，如图3.2b所示，其厚度由剪力和主拉应力控制。当挡土墙修筑在陡坡上，而地基又为稳定、坚硬的岩石时，为节省圬工和基坑开挖数量，采用台阶型基础，如图3.2c所示。台阶的高