第六章挡土墙设计.docx

第一节 概述1、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   2、挡土墙的类型     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    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    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3、新型挡土墙    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 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。

5、各式挡土墙的使用条件表6-1 各式挡土墙的适用条件 挡土墙类型 适用条件重力式挡土墙适用于一般地区、浸水地区和地震地区的路肩、路堤和路堑等支挡工程墙高不宜超过12m，干砌挡土墙的高度不宜超过6m，高速公路、一级公路不应采用干砌挡土墙半重力式挡土墙适用于不宜采用重力式挡土墙的地下水位较高或较软的地基上，填高不宜超过8m悬臂式挡土墙宜在石料缺乏，地基承载力较低的填方路段采用，墙高不宜超过5m扶壁式挡土墙宜在石料缺乏，地基承载力较低的填方路段采用，墙高不宜超过15m锚杆式挡土墙宜用于墙高较大的岩质路堑地段，可用作抗滑挡土墙，可采用助柱式或板壁式单级墙或多级墙，每级墙高不宜大于8m，多级墙的上下级墙体之间应该设置宽度不小于2m的平台锚定板式挡土墙宜使用在缺少石料地区的路肩墙或路堤式挡土墙，但不应建筑于滑坡、坍塌、软土及膨胀地区可采用助柱式或板壁式，墙高不宜超过10m.肋柱式锚定板式挡土墙可采用单级墙或多级墙，每级墙高不宜大于6m，上下级墙体之间应该设置宽度不小于2m的平台加筋土挡土墙用于一般地区的路肩式挡土墙、路堤式挡土墙，但不应修筑在滑坡、水流冲刷、崩塌等不良地质地段高速公路、一级公路墙高不宜超过12m，二级及二级一下公路不宜大于20m，当采用多级墙时，每级墙高不宜大于10m，上下级墙体之间应设置宽度不小于2m的平台。

板桩式挡土墙用于表土及强风化层较薄的均质岩石地基，挡土墙的高度可较大，也可用于地震区的路堑或路堤支挡或滑坡等特殊地段的治理6、挡土墙的破坏图6-1 垮塌的重力式挡墙图                 6-2 垮塌的护坡挡墙第二节 挡土墙的构造与布置1、挡土墙的构造    ①墙面（墙胸）    ②墙背（俯斜、仰斜、垂直）有直线形墙背和折线形墙背之分    ③墙顶及护栏    ④墙底（墙趾、墙踵）    ⑤基础：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    ⑥排水设施：通常由地面排水和墙身排水两部分组成    ⑦沉降缝和伸缩缝：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，须设置伸缩缝左图6-3 挡土墙的组成示意图     2、挡土墙布置    ①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    ②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。

    ③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，并绘制平面布置图第二节 挡土墙的构造与布置1、挡土墙的构造    ①墙面（墙胸）    ②墙背（俯斜、仰斜、垂直）有直线形墙背和折线形墙背之分    ③墙顶及护栏    ④墙底（墙趾、墙踵）    ⑤基础：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    ⑥排水设施：通常由地面排水和墙身排水两部分组成    ⑦沉降缝和伸缩缝：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，须设置伸缩缝左图6-3 挡土墙的组成示意图     2、挡土墙布置    ①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    ②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。

    ③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，并绘制平面布置图第三节 挡土墙土压力计算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、水面物撞击力等左图6-4 作用在挡土墙上的力系     2、挡土墙的移动形式（a）（b）（c）图6-5 挡土墙的移动形式（a）墙体外移（b）墙体内移（c）墙体不移动3、墙位移与土压力关系    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)；    E0：墙体不移动,土压力即是土体产生的侧压力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6、不同墙背倾斜形式的土压力大小图6-6 墙背倾斜形式（a）仰斜（b）直立（c）俯斜三种情况下，E1＜E2＜E37、挡土墙的土压力计算理论（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3）朗肯理论的基本假设     ①墙本身刚性，因此，不考虑墙身的变形；     ②墙后填土延伸到无限远处，填土表面水平（β=0）；     ③墙背垂直光滑（墙与垂向夹角ε=0，墙与土的摩擦角δ=0）4）库伦理论的基本假设     ①墙后填土为均匀的无粘性土（c=0），填土表面倾斜（β＞0）；     ②挡土墙刚性，墙背倾斜，倾角为ε；     ③墙面粗糙，墙背与土本之间存在摩擦力（δ＞0）；     ④滑动破裂面为通过墙踵的平面。

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） 6）适用条件    1）朗肯理论的适用条件     根据朗肯理论推导的公式，作了必要的假设，因此有一定的适用条件：    ①填土表面水平（β=0），墙背垂直（ε=0），墙面光滑（δ=0）的情况；    ②墙背垂直，填土表面倾斜，但倾角β＞φ的情况；    ③地面倾斜，墙背倾角ε＞(45°-φ/2）的坦墙；    ④L型钢筋混凝土挡土墙；    ⑤墙后填土为粘性土或无粘性土   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：    ①需考虑墙背摩擦角时，一般采用库伦理论；    ②当墙背形状复杂，墙后填土与荷载条件复杂时；    ③墙背倾角ε＜(45°-φ/2）的俯斜墙；    ④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。

    ⑤挡土墙一般采用库伦理论第四节 挡土墙的设计原则1、挡土墙设计一般规定    （1）挡土墙类型应综合考虑工程地质、水文地质、冲刷程度、荷载作用情况、环境条件、施工条件、工程造价等因素；    （2）应根据墙背渗水合理布置排水沟造物合理设置伸缩缝和沉降缝    （3）挡土墙墙背填料宜采用渗水性强的砂性土、砂砾、粉煤灰等材料，严谨采用淤泥、膨胀土等；    （4）挡土墙的顶面不宜占据硬路肩、行车道及路缘带的路基宽度范围    （5）墙身构造     重力式挡土墙的墙背坡度一股采用1:0.25仰斜，仰斜墙背坡度不宜缓于1:0.3,俯斜墙背坡度一般为1:0.25~1:0.4；     衡重式或凸折式挡土墙下墙墙背坡度多采用1:0.25~1:0.30仰斜，上墙墙背坡度受墙身强度控制，根据上墙高度，采用1:0.25~1:0.45俯斜    （6）排水措施    挡土墙排水的作用在于疏干墙后土体和防止地表水下渗后积水，以免墙后积水致使墙身承受额外的静水压力；减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力；消除粘性土填料浸水后的膨胀压力     ①设置地面排水沟，截引地表水；     ②夯实回填土顶面和地表松土，防止雨水和地面水下渗，必要时可设铺砌层；     ③路堑挡土墙趾前边沟应予以铺砌加固，以防边沟水渗入基础。

     （7）基础埋置深度     基础埋置深度应按地基的性质、承载力的要求、冻胀的影响、地形和水文地质等条件确定挡土墙基础置于土质地基时。