支挡结构

支挡结构1.支挡结构的基本概念支挡结构：用来支撑、加固填土或山坡土体，防止其坍滑以保持稳定（不失稳、变形小）的一种建筑物。包括挡土墙、抗滑桩、预应力锚索等支撑和锚固结构。布达拉宫古长城1.1支挡结构的种类（1）挡土墙在铁路、公路路基工程中，用于稳定路基、路堑、隧道洞口、桥梁两端的路基边坡。用于整治滑坡、崩塌、碎落、泥石流等地质灾害。土压力通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力。E填土面码头桥台E隧道侧墙E道路工程中的支挡结构道路工程中的支挡结构挡土墙具有四方面的作用1.稳定路堤和路堑边坡2.减少土石方工程量和占地面积3.防止水流冲刷路基4.整治坍方、滑坡等路基病害挡土墙发生事故的例子多瑙河码头岸墙滑动英国伦敦铁路挡土墙滑动图挡土墙发生事故的例子失稳的立交桥加筋土挡土墙挡土墙发生事故的例子垮塌的重力式挡墙挡土墙发生事故的例子垮塌的护坡挡墙挡土墙发生事故的例子（2）抗滑桩抵抗土压力或滑坡力的横向受力桩。（3）预应力锚（杆）索通过对预应力筋施加张拉力以加固岩土体使其达到稳定状态的支护结构。支挡结构的作用机制1.采用支挡结构承受侧向土压力，限制其变形的发展，防止土体整体稳定破坏。这种结构措施属于被动制约机制支挡结构。2.通过对土体加筋，弥补土体抗拉、抗剪强度低的弱点，来提高土体的自身稳定性和整体刚度。为主动制约机制的支挡结构。2支挡结构的常用类型（1）重力式挡土墙墙顶墙基墙趾墙面墙背墙踵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墙顶墙基墙趾墙面墙背主要依靠墙自重保持稳定。取材容易，形式简单，施工简便，适用范围广泛。多用浆砌片石，墙高较低(≤6m)时也可用干砌，在缺乏石料地区可用混凝土浇筑。断面尺寸较大，墙身较重，对地基承载力的要求较高。重力式挡土墙特点及适用范围（2）衡重式挡土墙上下墙背间有衡重台，利用衡重台上填土重力和墙身自重共同作用维持其稳定。其断面尺寸较重力式小，且因墙面陡直、下墙墙背仰斜，可降低墙高和减少基础开挖量，但地基承载力要求较高。多用在地面横坡陡峻的路肩墙，也可作路堤墙和路堑墙。由于衡重台以上有较大的容纳空间，上墙墙背加缓冲墙后，可作为拦截崩坠石之用。特点及适用范围特点及适用范围钢筋混凝土结构由立臂、墙趾板和墙踵板三个悬臂部分组成，墙身稳定主要依靠墙踵板上的填土重力来保证。断面尺寸较小，但墙较高时，立臂下部的弯矩大，钢筋与混凝土用量大，经济性差。多用作墙高小于6米的路肩墙，适用于缺乏石料的地区和承载能力较低的地基。墙趾墙踵立壁钢筋（3）悬臂式挡土墙钢筋混凝土结构由墙面板、墙趾板和扶肋组成，即沿悬臂式挡土墙的墙长，每隔一定距离增设扶肋，把墙面板与墙踵板连接起来。适用于缺乏石料的地区和地基承载力较低的地段，墙较高时，较悬臂式挡土墙经济。墙趾板墙踵板扶肋墙面板（4）扶壁式挡土墙特点及适用范围由锚杆和钢筋混凝土墙面组成。锚杆一端固定在稳定地层中，另一端与墙面连接，依靠锚杆和地层之间的锚固力（即锚杆抗拔力）承受土压力，维持挡土墙的平衡。土石方和圬工量都较少，施工安全，较为经济。适用于墙高较大，缺乏石料的地区或挖基困难的地段，具有锚固条件的路堑墙，对地基承载力要求不高。基岩锚杆（5）锚杆式挡土墙特点及适用范围由锚定板、拉杆、钢筋混凝土墙面和填土组成。锚定板埋置于墙后的稳定土层内，利用锚定板产生的抗拔力抵抗侧向土压力，维持当土墙的稳定。基底应力小，圬工数量小，不受地基承载力的限制，构件轻简，可预制拼装、机械化施工。适用于缺乏石料的路堤墙和路肩墙，墙高时可分级修建。墙板锚定板（6）锚定板式挡土墙特点及适用范围建成后的坡间挡土墙（7）加筋土式挡土墙由面板，拉筋和填土三部分组成，借助于拉筋和填土间的摩擦作用，把土的侧压力传给拉筋，从而稳定土体。既是柔性结构，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、占地面积少，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。特点及适用范围（8）土钉墙由土体、土钉和护面板三部分组成。利用土钉对天然土体就地实施加固，并与喷射混凝土护面板相结合，形成类似于重力式挡土墙的复合加强体，从而使开挖坡面稳定。对土体适应性强、工艺简单、材料用量与工程量较少，可自上而下分级施工。常用于稳定挖方边坡，也可作为挖方工程的临时支护。特点及适用范围（9）桩板式挡土墙由钢筋混凝土锚固桩和挡土板组成。利用深埋锚固段的作用和被动抗力抵抗侧向土压力，从而维护挡土墙的稳定。适用于岩质地基、土压力较大、要求基础深埋地段，墙高不受一般挡土墙高度的限制。开挖面小，施工较为安全。特点及适用范围（10）竖向预应力锚杆式挡土墙锚杆竖向锚固在地基中，并砌筑于墙身内，最后张拉锚杆，利用锚杆的弹性回缩对墙身施加预应力来提高挡土墙的稳定性。一般一根16Mnφ22的锚杆可替代5m3的浆砌片石圬工。施工中可用轻型钻机或人工冲孔，灌浆及预应力张拉较为简易。适用于岩质地基，多用于抗滑挡土墙。特点及适用范围特点：卸荷板式挡墙是在重力式挡土墙墙背适当高度处，安装一定长度的水平钢筋混凝土板，将墙后土体分两部分，上部分可作墙身重量，而下部分由于该板的隔开，下墙土压力大大减小，故该板称为卸荷板。这种结构形式介于重力式挡土墙和轻型挡土墙之间，即兼具刚性墙和柔性墙两者特点。根据卸荷板长度的不同分为长卸荷板和短卸荷板挡土墙。（11）卸荷板挡土墙3.1重力式挡土墙可能破坏形式滑移失稳、倾覆失稳、不均匀沉陷、墙身断裂3.2重力式挡土墙验算项目抗滑稳定性抗倾覆稳定性墙身截面验算：法向应力及偏心距验算、剪应力验算基底应力及合力偏心距验算斜截面剪应力验算（衡重式）3挡土墙验算方法3挡土墙验算方法3.3重力式挡土墙验算方法1.容许应力法视材料为理想的弹性体，在荷载作用下产生的应力和变形不超过规定的容许值。在安全度处理上仅采用一个总的安全系数（即材料的极限强度与容许应力的比值），但不能反映荷载的变异、材料的不均匀性、结构的实际受力情况的变异等，仅对材料起了安全保证作用，对结构没有明确的物理意义。3挡土墙验算方法2.极限状态法承认结构在临近破坏时处于弹塑性工作阶段，以结构物在各种荷载组合情况下均不得达到其极限状态为出发点，同时相应地给以足够的安全储备。较科学、全面地分析影响结构安全和正常使用的因素，从而对构造物提出合理的要求，根据荷载的性质和对构造物的影响，采用荷载分项系数来反映构造物的安全度。分为承载力极限状态和正常使用极限状态承载力极限状态是当挡土墙出现以下任何一种状态，即认为超过了承载力极限状态：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强度超过极限而破坏，或因过度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。(1)结构的承载力极限状态正常使用极限状态是挡土墙出现下列状态之一时，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）影响正常使用的其它特定状态。(2)结构的正常使用极限状态3挡土墙验算方法011(,)kGGKQQKQiciQiKdfRSSSR0—结构重要性系数;G—垂直恒载引起的效应分项系数；1Q—恒载及汽车活载的土压力效应分项系数;Qi—其它荷载效应分项系数;—恒载效应；GKS—恒载及汽车活载的土压力效应；KQS1—其它荷载效应;QiKS—抗力安全系数；f—构件抗力标准值；kRd—结构或结构构件几何参数的设计值.式中的设计基本变量通过概率分析取其代表值，而以分项系数来反映它们的变异性。我国现行规范规定公路挡土墙的构件分析采用承载力极限状态的分项安全系数法为主的设计法，表达式为：3挡土墙验算方法承载能力极限状态作用（或荷载）分项系数3挡土墙验算方法4.1挡土墙滑动稳定性验算xQyQxQyQxQyQEGEGEEGEEG1010101001010tan9.0)9.0(cossinsin9.0)sincoscos9.0(化简：GEyExa04重力式挡土墙验算-极限状态法4重力式挡土墙验算-极限状态法4.2抗倾覆稳定性验算0)(9.01yxxyQGZEZEGZ4重力式挡土墙验算-极限状态法4.3合力偏心距验算作用于基底的合力偏心距e0为01011sincos)(xQyQGEWEGN4重力式挡土墙验算-极限状态法4重力式挡土墙验算-极限状态法4.4基底应力验算4重力式挡土墙验算-极限状态法4.5墙身断面强度验算为保证墙身具有足够的强度，应根据经验选择1～2个控制性截面进行验算。验算截面一般可以选择在距离墙身底部1/2墙高和截面急剧变化处。4重力式挡土墙验算-极限状态法①强度验算如图5-13所示，选择l-l截面。图中G、E等均为l-l截面以上部分自重及土压力，e、为l-l截面的偏心距及截面宽度。4重力式挡土墙验算-极限状态法②稳定验算③截面受剪验算5重力式挡土墙验算-总安全系数法用抗滑稳定性系数Kc表示，即抗滑力与滑动力之比规范建议：设计分析采用极限状态设计表达式，按照总安全系数法来校准计算结果。5.1挡土墙滑动稳定性验算caacKGEEGK0000sin)cos()sin(cos5重力式挡土墙验算-总安全系数法5.2抗倾覆稳定性验算抗倾覆稳定系数用表示，即对墙趾的总稳定力矩与总倾覆力矩之比0KyM0M5重力式挡土墙验算-总安全系数法5.3合力偏心距验算作用于基底的合力偏心距e0为002eZBeNyyxxyGyNEGZEZEGZNMMZ05重力式挡土墙验算-总安全系数法5.4基底应力验算5重力式挡土墙验算-总安全系数法5.5墙身断面强度验算6增加挡土墙稳定性的措施6.1增加抗滑稳定性的措施（1）设置倾斜基底设置向内倾斜的基底，可以增加抗滑力或减少滑动力，从而增加了抗滑稳定性。基底倾斜角越大，越有利于抗滑稳定性，但应考虑挡土墙连同地基土体一起滑走的可能性。通常土质地基不陡于1:5；岩石地基不陡于1:3。6增加挡土墙稳定性的措施（2）增大基底摩擦系数（换填材料）可采取改善地基以增加基底摩擦系数（如在黏性土地基内夯嵌碎石）、改变墙身断面形式等方法来增加抗滑稳定性。6增加挡土墙稳定性的措施（3）采用凸榫基础在挡土墙基础底面设置混凝土凸榫与基础连成整体，利用榫前土体产生的被动土压力增加挡土墙的抗滑稳定性。6增加挡土墙稳定性的措施6.2增加抗倾覆稳定的方法（1）展宽墙趾在墙趾处展宽基础以增加稳定力臂，是增加抗倾覆稳定性的常用方法。但在地面横坡较陡处，会因此引起墙高增加。6增加挡土墙稳定性的措施（2）改变墙面及墙背坡度改缓墙面坡度可增加稳定力臂，如图5-16(a)。改陡俯斜墙背或改为仰斜墙背可减少土压力，如图5-16(b)、(c)。在地面横坡较陡处，均须注意对墙高的影响。6增加挡土墙稳定性的措施（3）改变墙身断面类型当地面横坡较陡时，应使墙胸尽量陡立，如图5-17所示，这时可改变墙身断面类型，如改用衡重式墙或者墙后架设卸荷平台、卸荷板，以减少土压力并增加稳定力矩。6增加挡土墙稳定性的措施6.3提高地基承载力或减少基底应力措施若挡土墙的基底应力及合力偏心距验算不满足要求，则采用适当的措施以降低基底应力及减小偏心距。常用的措施有：（1）加宽墙趾或扩大基础，以加大承压面积，调整偏心距；（2）加固地基或换土，以提高地基承载力；（3）调整墙背坡度或断面形式以减小偏心距。