25挡土墙

第6章挡土墙设计6.1概述6.2挡土墙的布置与构造6.3重力式挡土墙公路常见的病害第一节挡土墙用途、类型及使用条件一、使用场合挡土墙是防止土体坍塌而修筑的，主要承受侧向土压力的墙式建筑物。广泛应用于支撑路堤填土或路堑边坡，以及桥台、隧道洞口及河流堤岸。路基在遇到下列情况时可考虑修建挡土墙：1、路基位于陡坡地段或岩石风化的路堑边缘地段。2、为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑地段。3、可能产生塌方、滑坡的不良地质路段。4、水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路基地段。5、为节约用地、减少折迁或少占农田的地段。6、为保护重要建筑物，生态环境或其他特殊需要的地段。1、路肩挡土墙：路坡稳定，收缩坡角，路堤挡土墙2、路堤挡土墙：收缩坡脚，防止陡坡堤下滑3、路堑挡土墙山坡陡峭，降低边破高度、减少开挖或者地质不良。防止滑坡4、山坡挡土墙二、类型及使用范围1，重力挡土墙适用：地基良好，非地震和沿河受水冲刷地区利用衡重台上部填土的下压作用和全墙重心的后移，增加墙身稳定，平均短石尺寸。适合于山区，地面横坡陡峭的路肩墙。路堑墙，路堤墙。2，锚定式挡土墙1）锚杆式分为钢筋混凝土立柱，挡土板，钢锚杆2）锚定板式：墙后土压力由挡土板传立柱传钢锚杆锚固力特别适用于地质不良时，石料缺乏，挖基困难，有锚固条件的路基挡土墙3、薄壁式挡土墙1）悬臂式：立壁、底板2）扶壁式主要依靠踵板上的填土量来保证。特点：自重轻，圬工省，适用于墙高较大，地质条件一般，需用一定量的刚材，经济效果好。4，加筋式挡土墙：填土、填土中布置拉筋条、墙面板受力：放置拉筋材料，填土压实，通过填土与拉筋间的摩擦作用，把土的侧压力传给拉筋。特点：柔性结构，对地基变形随意性大，建筑高度大，适用于填土路基，节约投资30%~70%，经济效益大。第二节挡土墙的构造挡土墙的构造应满足：强度；稳定性；就地取材、结构合理、断面经济；施工养护方便、安全。常用重力式挡土墙组成：墙身；基础；排水设施；伸缩缝。1、墙身构造：墙背：仰斜、垂直、俯斜、凸形折线式、衡重式。墙面：平面。地面较陡坡度1：0.05到1：0.20；地面平缓坡度1：0.20到1：0.35墙顶：最小宽度。浆砌挡土墙不小于50厘米干砌不小于60厘米。护栏：地形险峻地段，过高过长路肩墙的墙顶定设置护栏。2、基础重视挡土墙的基础设计应对地质条件进行详细调查，先做挖深或钻探。类型：墙趾或墙踵部分加宽扩大基础：1地基承载力不足钢筋混凝土底板2地基承载力过小换填地基3软弱土层台阶基础4挡土墙修筑在陡坡上、地基稳固拱型基础5地基有长短缺口或挖基困难时基础埋置深度无冲刷时，天然地面以下至少1米有冲刷时，在冲刷线以下1米受冻涨影响时，在冻涨线以下不小于0、25米3，排水设施目的：疏干墙后土体；防止地面水下渗；防止墙后积水形成静水压力等主要措施：设置地面排水沟，或引排地面水。夯实回填土顶面和地面松土，防止雨水及地面水下渗。路堑挡土墙墙趾到边沟予以铺砌加固，以防止边沟水渗入基础。设置墙身泄水孔，排除墙后水。4、沉降伸缩逢地基不均匀沉陷引起墙身开裂，即沉降逢；墙体伸缩产生裂缝，即伸缩缝。根据地形及地质情况：每隔10-15米设一道沉降伸缩缝。填料：胶泥填塞，沥青麻筋或涂以沥青的木板（渗水量大、冻寒严重地区），当墙背为填石或冻寒不严重时，可仅留空缝，不嵌填料。一，挡土墙的布置1、挡土墙位置的选定：路堑挡土墙大多设在边沟旁；山坡挡土墙设在基础可靠处，墙高得保证墙顶以上边坡稳定。当路肩墙和路堤墙墙高数量相近，基础情况相似时，优选路肩墙。（可收缩坡脚）。2、挡土墙的纵向布置内容：1）确定挡土墙的起迄点和墙长，与路基或其它结构物的衔接方式。2）按地基及地形情况进行分段。确定伸缩缝与沉降缝的位置。3）布置各段挡土墙的基础。墙趾地面有纵坡时，基底易作成不大于5%的纵坡，地基为岩石时，可做成台阶。4）布置泄水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸。3、挡土墙的横向布置横向布置主要是在路基横断面图上进行，其内容为确定断面形式，选择挡土墙的位置。4、平面布置第二节、挡土墙设计总则：1、挡土墙的荷载组合二、挡土墙的设计原则按“极限状态分项系数法”进行设计，其设计的极限状态分构件承载力极限状态和正常使用极限状态。1）承载力极限状态（倾覆失稳；墙身或基础强度不足）2）正常使用极限状态（外形变形等影响正常使用；裂缝等局部破坏；其它特定状态）极限状态——整个结构或结构的某一部分超过某一特定状态，就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态实质上是结构可靠（有效）或不可靠（失效）的界限。界限状态分类：承载能力极限状态正常使用极限状态承载能力极限状态：对应于结构或结构构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载。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失去平衡；2.挡土墙构件或连接部件因材料承受的强度超过极限而破坏,或因过量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失去平衡。构件承载力极限状态表达:),()()(0dfkrRRRRSr正常使用极限状态：对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定。挡土墙出现以下任何一种状态，即认为超过了正常使用极限状态：1.影响正常使用或外观变形；2.影响正常使用或耐久性的局部破坏（包括裂缝）；3.影响正常使用的其他特定状态。一、挡土墙稳定性验算挡土墙的一般破坏形式及原因：1)挡土墙沿基底滑动而造成的破坏（基底抗滑力不足）；2)挡土墙绕墙趾转动所引起的倾覆（抗倾覆力矩不足）；3)因基础产生过大或不均匀的沉陷而引起的墙身倾斜；4)因墙身材料强度不足而产生的墙身剪切破坏。第三节重力式挡土墙设计1.抗滑稳定性验算验算在土压力及其它外力作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力；即抗力应大于效应抗力效应rG＝0.9xQyQErGtgErG1019.0)9.0()sincoscos(01010xQyQGErErGrR0101sin)(cosyQGxQErGrErS0SREyxEα0GG0αExyEoZGZX2.抗倾覆稳定性验算验算抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力；抗倾覆力矩大于倾覆力矩。抗力效应rG＝0.90SR0)(9.01yxxyQGZEZErGZ)(1xyyxQZEZErSGGGZrR二、基底应力及合力偏心距验算为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力验算为了避免挡土墙不均匀沉陷，控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。1)地基承载力抗力值的规定：(1)当挡土墙的基础宽度b大于3m和埋置深度h大于0.5m时，除岩石地基外(基底宽度大于6m时，取6m；基底宽度小于3m时，取3m）：)5.0()3(2211hkbkffK(2)当不满足(1)的条件或计算f1.1fK时，取f＝1.1fK值(3)f值可以根据荷载组合予以提高，见表6-16(4)当偏心距小于或等于0.333b，可根据抗剪强度指标确定2)抗力：(1)当轴向荷载作用时(2)当偏心荷载作用时3)基础底面的压应力（效应）：(1)当轴向荷载作用时pf1.2pfbErWErGrbNpxQyQG0101sincos)(1(2)当偏心荷载作用时010y11Gy1121min21max1sinrcos)1.1Wrr(0.9rrr666QQGQGEGNWEGNbMbNpbMbNpbeNMe＋－＝基底倾斜时：＝，－＝基底水平时：其中时当弯矩M计算根据表6—13进行1e2)e6bC0p,32p6e000min1max这时，分项系数全部为＝基底合力偏心距－＝＝时当NMCNb三、墙身截面强度验算验算截面位置：为了保证墙身具有足够的强度，应根据经验选择1～2个控制断面进行验算，如墙身底部、二分之一墙高处、上下墙(凸形及衡重式墙)交界处。根据《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》的规定，当构件采用分项安全系数的极限状态设计时，荷载效应不利组合的设计值，应小于或等于结构抗力效应的设计值。验算断面的选择1)强度计算2)稳定计算2080jK110e121e256-1r/R)(）（）（＝轴向力偏心影响系数＝抗力：效应：BBNARNrNrNrrNKKKKQiCiQiQQGGjKKKKjARN/弯曲平面的纵向翘曲系数3)当e0超过规定值（出现拉应力）进行弯拉强度验算或确定截面尺寸4)正截面直接受剪时验算BesssK0161)3(11KLjAeARN)1(01/NfRAQmKjjj四、增加挡土墙稳定性的措施（一）增加抗滑稳定性1.设置倾斜基底2.采用凸榫基础（二）增加抗倾覆稳定性的方法1.展宽墙趾2.改变墙面及墙背坡度3.改变墙身断面类型（三）提高基底承载力或减小基底应力1.采用人工基础2.采用扩大基础第三节挡土墙压力计算一、作用在挡土墙上的力系1、一般地区挡土墙受到的主要力系1）挡土墙自重G及位于墙上的恒载2）作用于墙背上的主动土压力Ea3）基底的法向反力N及摩擦力T浸水地区还包括挡土墙及墙后填料的水浮力渗水性土作填料时，动水压力不予考虑。3、附加力：季节性作用于挡土墙上的各种力如：洪水时的静水压力和浮力，动水压力，波浪冲击力，冻胀压力，冰压力等。4、特殊力：偶然出现的力。如：地震力、施工荷载、水流漂浮物的撞击力。考虑原则：根据挡土墙所处的具体工作条件、最不利组合一般地区仅考虑主要力系浸水地区考虑附加力地震区考虑地震力二、一般条件下库伦主动土压力计算。（一）各种边界条件下主动土压力计算。库仑理论的要点为：1、假设墙背填料为均质散粒体，仅有内摩擦力，而无粘聚力。2、当墙背向外移动或绕墙趾外倾时，墙背填料会出现既一通过墙踵的破裂面，假定为平面。3、破裂面上的土楔，假定刚性体，根据静力平衡条件，确定土楔处于极限平衡状态时计算墙背的主动土压力4、通过墙踵，假拟若干个破裂面，其中使主动土压值最大的破裂面为最危险破裂面.dE/ds=0求得破裂面的位置和主动土压力值。5、假设土压力沿墙高呈直线分布土压力作用在墙高的下三分点处（土楔上无荷载作用时）与墙背线夹角为(二）库仑理论适用范围：1、概念简单明了，适用范围广。可以解算各种墙背情况不同墙后填料表面形状和荷载作用情况下的主动土压力。2、适用于砂性土，计算主动土压力与实际情况较接近。粘性土、平面代曲面，误差较大，影响因数多，缺乏实践经验。3、库仑理论适用于刚性挡土墙。柱板式，锚杆式和锚定板式柔性挡土墙需作假设。第三节挡土墙土压力计算◆2、挡土墙的移动形式（1）墙体外移（2）墙体内移（3）墙体不移动Ea:墙体外移,土压力逐渐减小,当土体破坏,达到极限平衡状态时所对应的土压力(最小)Ep:墙体内移,土压力逐渐增大,当土体破坏,达到极限平衡状态时所对应的土压力(最大)墙位移与土压力E关系1~5%1~5‰土压力EEpE0EaE0:墙体不移动,土压力即是土体产生的侧压力第四节挡土墙土压力计算◆3、墙位移与土压力关系三种不同性质的土压力第三节挡土墙土压力计算◆4、不同类型土压力需满足的条件1）静止土压力：土静止不动2）主动土压力Ea：①土推墙②土体达到主动极限平衡状态3）被动土压力Ep：①墙推土②土体达到被动极限平衡状态第三节挡土墙土压力计算5、路基挡土墙的土压力考虑1）主动土压力与被动土压力的区分：假定挡土墙处于极限移动状态，土体有沿墙及假想破裂面移动的趋势，则土推墙即为主动土压力，墙推土即为被动土压力。2）路基挡土墙的土压力考虑：路基挡土墙一般都有可能有向外的位移或倾覆，因此，在设计中按墙背土体达到主动极限平衡状态考虑，即只考虑Ea，且取一定的安全系数以保证墙背土体的稳定。墙趾前土体的被动土压力Ep一般不计。墙背倾斜形式仰斜、直立和俯斜E1仰斜E2直立E3俯斜E1＜E2＜E3第五节挡土墙土压力计算◆6、不同墙背倾斜形式的土压力大小