内蒙古大学路基路面工程课件第5章挡土墙设计

内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University路基路面工程路基路面工程第第5章 挡土墙设计章 挡土墙设计内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University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 挡土墙的设计原则 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 加筋土挡土墙内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University1、挡土墙的定义、挡土墙的定义挡土墙的定义与的作用：挡土墙是支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的结构 物。公路中主要作用是支撑路堤、路堑、隧道洞口、桥梁两端及河岸壁等。6.1 概述内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University 1）按挡土墙位置分: 路堑挡墙，路堤挡墙，路肩挡墙和山坡挡墙等。 2）按挡土墙的墙体材料分: 石砌挡墙，混凝土挡墙，钢筋混凝土挡墙，砖砌 挡墙，木质挡墙和钢板墙等。 3）按挡土墙的结构形式分: 重力式，半重力式，衡重式，悬臂式，扶壁式， 锚杆式，拱式，锚定板式，板桩式和垛式等。2、挡土墙的类型、挡土墙的类型内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University挡土墙位置挡土墙位置分：a）路肩挡墙、b）路堤挡墙、c）路堑挡墙、d）山坡挡墙分：a）路肩挡墙、b）路堤挡墙、c）路堑挡墙、d）山坡挡墙abdc按挡土墙位置分内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University重力式悬臂式锚拉式（锚碇式）扶壁式按挡土墙的结构形式分内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University填土填土重力式挡土墙桥面桥面拱桥桥台E堤岸挡土墙填土堤岸挡土墙填土E E堤岸挡土墙填土堤岸挡土墙填土内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University本身会发生变形，墙上土压力分 布形式复杂本身会发生变形，墙上土压力分 布形式复杂锚杆板桩板桩变形板桩上土压力实测计算（2）柔性挡土墙）柔性挡土墙内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University 自嵌式挡土墙-主要依靠 挡土块块体、填土通过加筋带 连接构成的复合体自重来抵抗 动静荷载，达到稳定的作用。 用于园林景观、高速公路、立 交桥和护坡、小区水岸等，比 传统的混凝土和浆砌块石容易 施工，并且美观、耐久。还有哪些？ 还有哪些？ -结构、材料结构、材料3、新型挡土墙内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University挡土墙照片内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University 4、挡土墙的作用 路肩墙：护肩及改善综合坡度； 路堤墙：收缩坡脚，防止边坡或基底（对于陡坡）路堤滑动，沿 河路堤可防水流冲刷等； 路堑墙：减少开挖，降低边坡高度； 山坡墙：支挡坡上覆盖层，可兼起拦石作用； 隧道及明洞口挡墙：缩短隧道或明洞口长度； 桥梁两端挡墙：护台及连接路堤，作为翼墙或桥台。内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University5、各式挡土墙的使用条件内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University垮塌的重力式挡墙垮塌的重力式挡墙6、挡土墙的破坏、挡土墙的破坏内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University1.1 概述概述第1章 路基工程概述路基工程特点路基工程特点工程数量大；影响工期的关键；对道路质量影响大。路基设计的一般要求路基设计的一般要求整体稳定性；强度和刚度；水温稳定性等。内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University垮塌的护坡挡墙垮塌的护坡挡墙6、挡土墙的破坏、挡土墙的破坏内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University 墙面（墙胸） 墙背（俯斜、仰斜、垂直） 有直线形墙背和折线形墙背之分 墙顶及护栏 墙底（墙趾、墙踵）1、挡土墙的构造1、挡土墙的构造挡土墙的组成示意图挡土墙的组成示意图墙 背墙 身基础墙 踵墙 顶墙 面墙趾基底墙 背墙 身基础墙 踵墙 顶墙 面墙趾基底5.2 挡土墙的构造与布置墙身墙身内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University 基础-p63有具体要求设计的主要内容包括基础形式的选择和基础埋置深度的确定。 排水设施-p63有具体要求通常由地面排水和墙身排水两部分组成。 沉降缝和伸缩缝-p64有具体要求为防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，应根据地基地质 条件及墙高墙身断面的变化情况，设置沉降缝；为了减少圬 工砌体因硬化收缩和温度变化作用而产生的裂缝，须设置伸 缩缝。5.2 挡土墙的构造与布置1、挡土墙的构造1、挡土墙的构造内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University 横向布置 主要是在路基横断面图上选定挡土墙的位置，确定是路堑墙、路肩墙、路堤 墙还是浸水挡墙？并确定断面形式及初步尺寸。 纵向布置 在墙趾纵断面图上进行墙的纵向布置，布置后绘成挡土墙正面图。包括：1）分段，设伸缩缝与沉降缝；2）考虑始、末位置在路基及 其它结构处的衔接；3）基础的纵向布置；4）泄水孔布置。 平面布置 对于个别复杂的挡土墙，例如高的、长的沿河挡墙和曲面挡墙；绕避建筑物 挡墙，除了横、纵向布置外，还应作平面布置，并绘制平面布置图。2、挡土墙布置2、挡土墙布置内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University1、作用在挡土墙上的力系1、作用在挡土墙上的力系 （1）主要力系： 挡土墙自重及位于墙上的恒载； 墙后土体的主动土压力（包括超载）； 基底的支撑力与摩阻力； 墙前土体的被动土压力； 浸水墙的常水位静水压力及浮力。 （2）附加力： 季节性或规律性作用于墙的各种力， 如波浪冲击、洪水。 （3）特殊力：偶然出现的力，如地震力、浮力、水面物撞击力等。图5-5 作用在挡土墙上 的力系图5-5 作用在挡土墙上 的力系5.3 挡土墙土压力计算挡土墙土压力计算内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University2、挡土墙的移动形式2、挡土墙的移动形式（1）墙体外移）墙体外移（2）墙体内移）墙体内移（3）墙体不移动）墙体不移动内蒙古大学交通学院Inner Mongolia UniversityE Ea a : :墙体外移墙体外移,土压力逐渐减小,土压力逐渐减小, 当土体破坏, 当土体破坏,达到极限平衡状 ,达到极限平衡状 态态时所对应的土压力(时所对应的土压力(最小最小) )E Ep p : :墙体内移,墙体内移,土压力逐渐增大土压力逐渐增大, 当土体破坏, 当土体破坏,达到极限平衡状 ,达到极限平衡状 态态时所对应的土压力 (时所对应的土压力 (最大最大)墙位移)墙位移 与土压力与土压力E关系关系 15%15土压力EEpE0EaE E0 0 : :墙体不移动墙体不移动,土压力即是 土体产生的侧压力,土压力即是 土体产生的侧压力3、墙位移与土压力关系3、墙位移与土压力关系内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University三种不同性质的土压力三种不同性质的土压力4、不同类型土压力需满足的条件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 ： 土推墙 土体达到主动极限平衡状态 3）被动土压力Ep ： 墙推土 土体达到被动极限平衡状态内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University 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。5、路基挡土墙的土压力考虑内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University墙背倾斜形式仰斜、直立和俯斜仰斜、直立和俯斜E1 1仰斜仰斜E2 2直立直立E3 3俯斜俯斜E1 1 E2 2 E3 36、不同墙背倾斜形式的土压力大小6、不同墙背倾斜形式的土压力大小内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University （1）朗肯土压力理论 1857年英国学者朗肯（Rankine）从研究弹性 半空间体内的应力状态，根据土的极限平衡理 论，得出计算土压力的方法，又称极限应力法。 （2）库仑土压力理论 1776年法国的库伦（C.A.Coulomb）根据极 限平衡的概念，并假定滑动面为平面，分析了 滑动楔体的力系平衡，从而求算出挡土墙上的 土压力，成为著名的库伦土压力理论7、挡土墙的土压力计算理论内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University （3）朗肯理论的基本假设： 墙本身刚性，因此，不考虑墙身的变形； 墙后填土延伸到无限远处，填土表面水平（=0）； 墙背垂直光滑（墙与垂向夹角=0，墙与土的摩擦角 =0）。无粘性土无粘性土粘性土粘性土7、挡土墙的土压力计算理论内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University7、挡土墙的土压力计算理论 （4）库伦理论的基本假设 墙后填土为均匀的无粘性土（c=0），填土表面倾斜（ 0）； 挡土墙刚性，墙背倾斜，倾角为； 墙面粗糙，墙背与土本之间存在摩擦力（0）； 滑动破裂面为通过墙踵的平面。（a） （b）（c）库伦主动土压力计算图式内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University7、挡土墙的土压力计算理论 （5）分析方法的异同 朗肯理论和库伦理论都是研究土压力问题的简化方法。它们各有 其不同的基本假定、分析方法和适用条件。 共同点：朗肯理论和库伦理论均属于极限状态土压力理论。用 这两种理论计算出的土压力均为墙后土体处于极限平衡状态下 的主动土压力Pa和被动土压力Pp。 不同点：朗肯理论从土体中一点的极限平衡状态出发，由处于 极限平衡状态时的大小主应力关系求解（极限应力法）；库伦 理论根据墙背与滑裂面之间的土楔处于极限平衡，用静力平衡 条件求解（滑动楔体法） 。内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University7、挡土墙的土压力计算理论 （5）分析方法的异同 朗肯理论和库伦理论都是研究土压力问题的简化方法。它们各有其不 同的基本假定、分析方法和适用条件。 共同点：朗肯理论和库伦理论均属于极限状态土压力理论。用 这两种理论计算出的土压力均为墙后土体处于极限平衡状态下 的主动土压力Pa和被动土压力Pp。 不同点：朗肯理论从土体中一点的极限平衡状态出发，由处于 极限平衡状态时的大小主应力关系求解（极限应力法）；库伦 理论根据墙背与滑裂面之间的土楔处于极限平衡，用静力平衡 条件求解（滑动楔体法） 。内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University7、挡土墙的土压力计算理论 （6）适用条件 2）库伦理论的适用条件 下述情况宜采用库伦理论计算土压力： 需考虑墙背摩擦角时，一般采用库伦理论； 当墙背形状复杂，墙后填土与荷载条件复杂时； 墙背倾角(45-/2）的俯斜墙； 数解法一般只用于无粘性土，图解法则对于无粘性土或粘性土 均可方便使用。 挡土墙一般采用库伦理论内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University破裂面交于内边坡破裂面交于内边坡挡土墙因路基形式和荷载分布不同土压力有多种计算图式挡土墙因路基形式和荷载分布不同土压力有多种计算图式 （1）破裂面交于内边坡-适用于路堤或路堑挡土墙8、一般条件下库仑主动土压力计算8、一般条件下库仑主动土压力计算内蒙古大学交通学院Inner Mongolia University （2）破裂角交于路基面- 破裂面交与荷载内部 a) Ea-式6-12 破裂面交与荷载中部 b) Ea-式6-9 破裂面交与荷载外侧 c) Ea-式6-118、一般