路基及支挡结构毕业设计-secret

1第一章 绪论一、路基工程的特点从路基所起作用来看，路基是轨道的基础；从路基作为一种建筑物来看，它是一种土工结构物。作为一种土工结构物，路基工程具有不同于桥梁、隧道等工程结构物的独待特点。1、建筑在岩土地基上，并以岩体为建筑材料岩体是不连续介质，具有破碎性、孔隙性和多相性，其性质复杂多变，不仅由于通过的地形、地质条件不同而具有完全不同的性质，即使同一种岩体，气候变化、受力状况的变异等都将对其工程性质产生根本的影响。2、路基完全暴露在大自然中随着铁路和公路的延伸，路基常遇见各种复杂的地形、地质、气候、水文以及地震等自然条件的影响，从而引发路基各种病害。如路堑边坡被水流冲蚀，膨胀上路基干缩湿胀引起路基边坡坍滑，路基冻害，雨季发生大滑坡以及地层时砂土液化引起路基滑走等路基病害，均与自然条件有密切关系。路基的设计、施工和养护均不能离开具体的自然条件，而应该充分调查研究，认识和克服自然灾害，是路基工作的重要内容。3、路基同时受静荷载和动荷载的作用路基上的填土荷载和轨道荷裁是静荷载，列车荷载是动荷载。对于软土地基，在静荷载作用下，其沉降量大，历时长，甚至可能导致地基土破坏；动荷载是引起路基病害的主要原因之一，在动荷载作用下，基床土会产生塑性累积变形，强度降低可引起基床下沉外挤等病害；对于饱和砂土和软土作基底的低路堤，在动荷载作用下，甚至可能导致饱和砂土液化、软土蠕变，使路基失去稳定。二、路基工程的基本要求根据路基的作用和特点，为使路基正常工作，路基工程应满足如下三点基本要求：1、路基必须平顺，路基面有足够宽度和限界路基平顺状态指路肩标高和乎面位置与线路平面、纵断面设计相符。路基面宽度应满足轨道铺设和养护要求。在路基面上方应有足以保证行车安全和便2于线路维修养护的安全空间。当路基面上方或两侧有接近线路的建筑物时，必须按照铁路限界的规定设置在限界范围以外。 2、路基必须具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性路基必须具有足够的强度和稳定性，能抵抗列车荷载产生的动应力而不至破坏；路基边坡应能长期稳定而不坍滑。路基的弹性变形应满足安全性和舒适性的要求，因此路基必须具有足够的刚度；路基在静荷载和动荷载作用下，不产生大于容许值的沉降变形。由于路基是在各种复杂条件下工作的土工结构物，各种自然因素影响着它的强度和稳定性，如风、雪、雨、大气温度变化、地震、水流等常会对路基造成破坏作用。因此，路基必须具有在这些自然因家长期作用下的耐久性。为保证铁路正常运营，应充分考虑路基的强度、刚度特性及其耐久性，制定相应的标准，将路基作为土工构筑物进行设计。同时，应通过地质调查和足够的勘探、试验工作，查明基底、路堑边坡、支挡结构等基础的岩土结构及其物理力学性质，查明不良地质情况，查明境料性质和分布，在取得可靠的地质资料基础上开展设计。3、路基的设计和施工应满足技术经济要求路基修建的经济效益不仅指设计施工时的投资，而且包括日后的维修养护费用。路基工程的特点是工程数量大，耗费劳力多，涉及面较广，因此，还要根据国家建设政策考虑少占农田，保持当地生态平衡，便利人民生活。第三节 常见铁路路基病害与防止一、道渣陷槽及其政治路基顶面在长期的运营过程中，常常发生道渣压入路基内的现象，形成道路陷槽。道渣陷槽分为道渣槽、道渣箱、道渣袋和道渣囊四种不同形式。1、道渣槽路基面的坑洼分布在每根轨枕下，彼此不连贯，使路基面发生锯齿状变形。形成道渣槽的最初形式，深度可达 1m。道渣槽的形成主要是由于路基面的承载力不足或压实不均与所致，有时也由于铺轨时先将轨枕直接铺在路基面上，轨枕陷入路基面形成的凹槽。道渣槽的主要政治方法：削去道渣槽，换填沙砾或炉渣；换填不透水土；封闭层法。32、道渣箱道渣箱是由道渣槽发展成几根轨枕下连通的坑洼，它是由于轨枕的移动或土的承载力不足形成的。道渣箱的整治方法与道渣槽相同，但由于坑洼较大，积水较多，故有时需要设置盲沟，排除道渣中的积水。道渣囊及道渣袋当基床土的密度不均匀，道渣在较软处压入较深，形成道渣囊；在路基面单个的互不相连，深度较大的陷槽称为道渣袋。可用自边坡打入管子，疏干积水的方法进行治理。二、路肩剪切挤起在路堑地段，当路基顶面为不良土质和软质岩层时，可能先形成道渣槽，进而形成路肩剪切挤起或侧沟被剪裂。对路肩剪切挤起的政治方法以换填砂垫层效果较好。三、路基翻浆冒泥路基顶面为黏土质土，饱和后形成稀释状态的泥浆，在列车动力作用下，泥浆受到挤压沿道渣裂缝向上涌出的现象称为翻浆冒泥。其政治方法主要是：铺设砂垫层；设置封闭层；换土。第二章 公路路基基本知识第一节 公路路基工程的组成一、路基本体工程路基本体工程包括路堤、路堑、半路堤、半路堑、半路堤半路堑、不填不挖路基工程等六部分。1、路提当路面的路基面高于天然地面时，路基以填筑方式构成，这种路基称为路提。2、路堑当路面的路基面低于天然地面时，路基以开挖方式构成，这种路基为路堑。43、半路堤当天然地面横 N 倾斜。路堤的路基湖边线和天然地面极交时，路堤体在地面和路基面相交线以上部分无填筑工程量这种路堤称为半路堤。4、半路堑当天然地面横向倾料，路堑路基面的一侧无开控工作量时。这种路基称为半路堑，公路通过陡峻山坡上的半路堑用台口式，对整体件好的坚硬岩层可用半山洞式路基。5、半路堤半路堑当天然地面横向倾斜，路基一部分以填筑方式构成而另一部分以开挖方式构成时，这种路基称为半路堤半路堑。6、不填不挖路基当路面的路基和经过清理后的天然地基面平齐，路基无填挖方时，这种路基称为不填不挖路基。二、路基防护及加固工程路基防护及加固工程，包括坡面防护、河岸防护、防止路基本体及附属建筑物变形的加固工程。三、地面及地下排水工程地面及地下排水工程，包括侧沟、排水沟、天沟、渗沟、渗水隧洞等。第二节 路基横断面基本构造路基由路基本体和路基设备两部分组成：一、路基本体在各种路基形式中，为了能按设计要求铺设路面而构筑的部分，称为路基本体。在路基横断面中，路基本体由路基顶面、路肩、基床、边坡、基底几部分构成。1、路基顶面能直接在其上面铺设铺筑面层的部分及路肩组成，称为路基顶面或简称路基面。在路堤中路基顶面即为路堤堤身的顶面，也称为路堤顶面；在路堑中，5路基顶面即为堑体开挖后形成的构造面。2、路肩公路路基沿横断面方向，行车道以外的两侧部分称为路肩，有硬路肩和土路肩所组成。 3、边坡路基横断面两侧的边线称为路基边坡。边坡于路基顶面的交点称为顶肩。边坡与地面的交点，在路堤种称为坡角；在路堑种称为路堑顶边缘，其高程与路肩高程的差位路前边坡高度，路堤的边坡高度为路肩高程与坡较之差。4、基床铁路路基面以下受到列车动荷载作用和受水文、气候凹李变化影响的深度范围称为基床。5、基底基底即为路堤的地基，也就是路堤填土的天然地面以下受填土自重车辆荷载影响的土体部分。基底部分土体的稳定性，对整个路基本体以至路面的稳定性都是极为关键的，特别是在软弱土的基底上修建路堤，必须对基底座妥善处理，以免危机及行车安全与正常运营。二、路基设备路基设备是为确保路基体的稳固性而采用的必要的经济合理的附属工程措施。它包括排水设备和防护、加固设备两大类路基的排水设备分为地面排水设备和地下排水设备两种。地面排水设备用以拦截地面径流，汇集路基范围内的雨水并使其畅通地流向天然排水沟谷，以防止地面水对路基的浸湿、冲刷而影响其良好状态。地下排水设备用以拦截、疏导地下水和降低地下水位，以改善地基土和路基边坡的工作条件，防止或避免地下水对底基和路基体的有害影响。路基防护设备用以防止风霜雨雪、气温变化及流水冲刷等各种自然因素对路基体所造成的直接或间接的有害影响，其种类很多，类型各异。常用的防护设备是坡面防护和冲刷防护。为了防止路基边坡和坡脚受坡面雨水的冲刷，防止日晒雨淋引起土的干湿循环，防止气温变化引起土的冻融变化等因素影响边坡的稳固，常用坡面防护。为了防止河水对边坡、坡脚或坡脚处地基不断的冲6刷和淘刷，应设冲刷防护。防护位置和所采用的类型则常视水流运动规律及防护要求而定。路基加固设备是用以加固路基本体或底基的工程设施，在路基工程中，有护堤、挡土墙、支垛、抗滑桩及其他地基加固措施等。路基加固设备是提高路基稳定的一种有效措施。第三节 路基基床的一般要求路基基床系指山路肩施工高程以下分为表层及底层两部分。I 级铁路基床表层厚度为 0.6m，底层厚度为 1.9m; II 级铁路基床表层厚度 O.5m，底层厚度0.7m; III 级铁路基床表层厚度 0.3m,底层厚度 0.9m基床的强度和稳定性须能适应复杂的动荷载和水、温度等自然条件的变化，以防止基床病害的产生。第四节 路基稳定性影响因素路基是一种线性结构物，具有线路长、与大自然接触面广的特点，其稳定性在很大程度上由当地自然条件决定。具体因素如下：一、地形条件铁路沿线的地形地貌和海拔高度不仅影响路线的选定，也影响到路基的设计。平原地区地势平坦、排水困难、地表易积水、地下水位相对较高，因而路基需要保持一定的最小填土高度，路面结构层要选择水稳定性较好的材料，并采取一定的结构排水设施；丘陵区和山岭区，地势起伏较大，路基排水设施至关重要，否则会导致稳定性下降，出现破坏现象，影响路基路面的稳定性。二、地质条件沿线的地质条件，如岩石的种类、成因、节理，风化程度和裂隙情况，岩石走向、倾向、倾角、层理和岩石厚度，有无夹层或遇水软化的夹层、以及有无断层或其他不良地质现象都对路基稳定性有影响。三、气候条件气温、降水、湿度、冰冻程度、日照、蒸发量、风向、风力等都会影响线路沿线地面水和地下水情况，并影响到路基水温情况，进而影响路基稳定性。四、水文及水文地质条件水文条件是指如线路沿线地表水的排泄，河流洪水位，常水位，有无地表积水和积水期的长度，河岸的淤积情况等。水文地质条件是指如地下水位，地7下水移动的规律，有无层间水、裂隙水、泉水等。所有这些地面水和地下水都会影响路基的稳定性，如果处理不当，常会引起各种路基病害。五、土的类别土是建筑地基的基本材料，不同的土类具有不同的工程性质，并直接影响路基的强度和稳定性。此外，路基的稳定性还将受到列车活荷载的影响，以及偶然荷载如：地震荷载等其他因素。第三章 铁路路基设计第一节 标准路基横断面图示第二节 路堤设计一、路堤的边坡坡度路堤边坡坡度应根据填料的物理力学性质、边坡高度、列车荷载和地基工程地质条件等确定。如地基情况良好，路堤边坡高度不大于表 5-2-4 范围，其边坡坡度按表 5-2-4 采用。如有可靠资料和经验时，可不受表 2.1 限制；当填料采用大于 25mm 不易分化的块石、边坡采用干砌时，其边坡坡度根据具体情况而定；填料为易分化的软块石时，其边坡坡度应按分化后土质边坡设计。路堤边坡高度大于表 2.1 所列的数值时，其超出的下部边坡形式和坡度，应根据填料的性质由稳定分析计算确定，最小稳定安全系数应为 1.151.25，边坡形式宜用阶梯型。路堤坡脚外应设置小于 2m 宽的天然护道。在经济作物区高产田地段，应能保证路堤稳定时，可设宽度不小于 1m 的人工护道或设坡脚墙。表 2.1 路堤边坡坡度边坡高度（m） 边坡坡度填料种类 全部高度上部高度下部高度全部坡度上部坡度 下部坡度细粒土 20 8 12 1：1.5 1：1.758粗粒土（细砂、粉砂、黏砂除外）碎石土、卵石土、漂石土12 12 8 1：1.5 1：1.758 1：1.3 硬块石20 1：1.5 二、填料路堤填料根据土石的颗粒组成、颗粒形状、塑性指数及液限等，应分为岩块、粗粒土和细粒土三大类，按填料的性质和适用性，可分为下列五组：A 组：优质填料。包括不易分化的硬块石、漂石土、卵石土、碎石土、砂性土等；B 组：良好填料。包括不易分化的软块石、级配不良的漂石卵石土、碎石土、粗砂、中砂、细砂等；C 组：一般填料。包括易分化的软块石、细粒土含量在 30%以上的漂石土、卵石土、粉土粉砂等；D 组：不易使用的差质填料；E 组：严禁使用的劣质填料。三、路堤的压实度要求路堤的各部位均应分层铺填，均匀压实，达到要求压实度。四、基底处理路堤的整体稳定除丁要求有适当的填筑实度和稳定边坡外，还要求有较几燥、粗糙和稳固的基底，以防止因路堤下部土体被浸湿而减低其强度、发生滑动或出现显著的沉落变形。路堤基底处理一般措施和原则如下：1、基底土密实，且地面横坡缓于 1：10 时，路堤可直接填筑在天然地面上，但路堤高度小于基床厚度的地段，应清除地表草皮。2、在稳定的斜坡上，路堤基底应按下列要求处理：（1）横向坡度为 1：101：5 时，应清除草皮。（2）横向坡度为 1：5 1：2.5 时，原地面应挖台阶、台阶宽度不小于 1m，对基岩面上的覆盖层，宜先清除覆盖层再挖台阶。当覆盖层较厚且稳定时，9可予保留，即在原地面挖台阶后填筑路堤。（3）地面横坡大于 1:2.5 或地基有松软地层时，应检算其沿基底或地基滑动的稳定性。3、路堤基底为耕地或松土时，如松土厚度大于 0.3m,应将原地面夯压密实；当松土厚度大于 0.3m，应将松土翻挖，分层回填压实或采取其它土质加固措施。第三节 路堑设计铁路通过山区，很多地方都要“逢山开路” ，修筑隧道和路堑。二者常息息相关，因为对于高边坡和长大路堑，一般都要与隧道进行设计方案比较。路堑通过的地层，在长期的生成和演变过程中，一般具有复杂的地质结构。路堑，特别是深路堑的边坡处于地壳表层，开挖暴露后，受各种条件与自然因素的作用，容易发生变形和破坏，应该慎重对待。一、路堑类别路堑按通过地层一般分为土质路堑和岩质路堑。根据地层性质又可分为：1、粘性土和砂类土路堑：包括粘土、砂粘土、粘砂土和粗、中、细、粉等砂类土；2、碎石类大路堑：包括碎石（卵石）土、圆砾（角砾）土和块石土等；3、岩石路堑：包括各种类型的岩层；4、特殊土路堑：包括黄土、膨胀土、软土、多年冻土等。路堑种类不同，考虑的问题和采用的设计方法也应不同。若路堑通过非均质地层或两类以上的不同地层，以及有不利的倾斜结构面的地层时，则应按特殊况进行设计。二、影响路堑边坡稳定的因素与条件影响路堑边坡稳定的因素主要是地质构造、地下水条件、边坡的地层和岩性；如边坡岩、土的结构和构造以及其密实度、潮湿程度、破碎或风化程度等。路堑边坡高度也是影响其稳定性的一个重要因素；边坡愈高，暴露面愈大，坡脚压力也愈大，边坡愈难保持稳定。而有关坡面的汇水情况，边坡的朝向。以及当地的水文气候、地震条件和各种人为的活动等，这些也都是影响边坡稳定的重要条件。 10三、路堑的设计原则1、路堑形状与路堑所处地段的地质条件息息相关。一般，若地质条件好，土质均匀，边坡坡度不大于 20m 时，可采用直线形边坡，一坡到顶。同一土层具有松散夹层时，亦可采用适应于该土层稳定性的直线形边坡，而对松散砂层予以防护加固。反之，若地质条件差，边坡又高时，则宜采用阶梯形边坡，而于边坡中部或土层分层处设置平台。折线形边坡、变坡点处易破坏变形，稳定性差，一般不宜采用，否则应予防护。砂类土边坡，一般均应防护。2、在松散的碎石类大、砂类土、黄土、易风化岩石和其它特殊土质路堑中，应在侧沟与边坡坡脚之间设置侧沟平台。此平台的作用为：承受由边坡掉落的风化碎屑碎块，不使淤塞侧沟，避免侧沟水流直接浸湿边坡坡脚，以增强边坡的稳定性。侧沟平台的宽度应视边坡高度和土的性质决定，不宜小于 1m。如边坡已防护加固时，可不设侧沟平台。3、由不同地层组成的较深路堑，宜在边坡中部或不同地层分界处设置平台，并在平台上设置水沟或挡水墙，平台宽度不宜小于 1.5m。在年平均降水量小于 400mm 地区，边坡平台上可不设截水沟，平台宽度不小于 1m。4、关于边坡稳定性检算所考虑的稳定系数，按所用检算数据的可靠程度而定，一般不小于 1.25。若检算方法和检算数据都比较符合实际，则稳定系数可减小到 1.15.检算数据应在现场采取代表性原状土样，通过试验，并与现场情况和经验数据进行校验。四、路堑边坡坡度路堑边坡坡度如表-一般均质粘性土边坡坡度和高度表边坡高度土的潮湿程度 10m 以内 20m 以内 30m 以内半硬性 1：1 1：11:1.25 1：1.5塑性 1：11:1.25 1:1.251:1.5 -均质砂类土路堑边坡坡度和高度表边坡高度土类名称土密实程度 小于 20m 大于 20m11密实的 1：1.5 1：1.751：20粗砂 中密的 1：1.51：1.75 -密实的 1：1.51：1.75 1：2.01：2.25中砂 中密的 1：1.75 -密实的 1：1.751：2.25-细粉砂中密的 1：2.01：2.25 -第四章 锚定板挡土墙设计第一节 挡土墙的概念及分类一、基本概念挡土墙是用来支撑山坡土体或人工填土以防止土体变形失稳的一种构造物。在道路工程中，挡土墙广泛用于支撑路堤或路堑边坡、隧道洞口、桥梁两端及河流岸壁等，也常用于整治塌方、滑坡等路基病害。在自然营力和附加荷载等人为因素的影响下，路基的稳定状态处于不断变化之中，为保证路基稳定，常采用一些加固措施，如改良边坡或地基的土质和设置支挡建筑物等。挡土墙就是其中之一，它的功能是抵抗土体的侧压力，防止墙后土体坍塌。挡土墙各部分的名称如图 2.1 所示。墙身靠填土（或山体）一侧为墙背，大部分外露的一侧称墙面，墙的顶面部分称为墙顶，墙的底面部分则称为墙底，墙背与墙底的交线称为墙踵墙面与墙底的交线称为墙趾。墙背与竖直面的夹角称为墙背倾角，一般用 表示；工程中常用单位墙高与其水平长度之比表示，及可表示为 。墙踵到墙顶的垂直距离称为墙高，用 表示。此外，为计算n:1 H土压力而采用的名称有地面倾角 、墙背摩擦角（即墙背与填土间的摩擦角）。12N 顶 宽 ： ： 墙高 墙 面墙 趾 底 宽 墙 踵墙 底 墙 背墙 顶图 2.1 挡土墙各部分名称二、挡土墙的分类挡土墙类型划分方法很多，一般有按挡土墙的建筑材料、自身刚度、结构形式、设置地区、设置位置等进行划分的多种方法，现说明如下：1、按挡土墙结构的建筑材料划分浆砌片石挡土墙、混凝土挡土墙、土工合成材料挡土墙和复合型挡土墙等。2、按结构形式划分（1）重力式挡土墙（包括衡重式挡土墙） ；（2）托盘式挡土墙和卸荷板式挡土墙；（3）悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙；（4）加筋土挡土墙；（5）锚定板挡土墙；（6）竖向预应力锚杆墙；（7）锚杆式挡土墙；（8）土钉墙；（9）桩板式；13（10）桩基托梁挡土墙。3、按设置地区条件划分一般地区、地震地区、浸水地区挡土墙以及不良地质地区挡土墙和特殊岩土地区挡土墙等。4、按设置的位置划分（1）路肩墙：当墙顶置于路肩时，称为路肩式挡土墙，如图 2.2 a） ；（2）路堤墙：若挡土墙支撑路堤边坡，墙顶以上尚有一定的填土高度，则称为路堤式挡土墙，如图 2.2 b） ；（3）路堑墙：如果挡土墙用于稳定路堑边坡，称为路堑式挡土墙，如图2.2 c） ；（4）山坡墙：用以支挡山坡上可能坍滑的覆盖层土体或破碎岩层的一类挡土墙，称为山坡挡土墙，如图 2.2 d） 。 覆 盖 层(仰 斜 )墙 背墙 踵墙 底墙 趾墙 胸墙 顶 墙顶填土高度 =0（ 垂 直 ）墙 背活 载 分 布 宽 度墙 顶 宽 度 墙高（ 仰 斜 )墙 背墙 底 宽 度-图 2.2 设置在不同位置的挡土墙a）路肩挡土墙；b）路堤挡土墙；c）路堑挡土墙；d）山坡挡土墙三、档土墙的设置原则1、陡坡路堤，地面横坡较陡，填 i 不稳定，经与其它支档建筑物比较后，认为设置挡土墙经济合理时。142、当路堑设计边坡与原地面坡接近，且边坡过高，形成剥山皮情况，用挡卜墙较其它支档建筑物可显著降低路堑边坡高度，减少卜石方数量时。3、地质不良地段，按一般路堑开挖后，可能引起坍滑，设挡土墙可稳定边坡时。4、滨河路堤，为收回路堤坡脚时。5、线路靠近既有建筑物，按一般路基设计拆迁有困难时，或需要与桥头或隧通的附属建筑连接时。第二节 锚定板挡土墙挡土墙概述一、锚定板结构与挡土原理锚定板挡土墙由墙面系、钢拉杆及锚定板和填料共同组成。墙面系由预制的钢筋混凝土肋柱和挡土板拼装，或者直接用预制的钢筋混凝土面板拼装而成。钢拉杆外端与墙面系的肋柱或面板连接，而内端与锚定板连接，通过钢拉杆，依靠埋置在填料中的锚定板所提供的抗拔力来维持挡土墙的稳定。锚定板挡土结构是一种适用于填土的轻型结构，可以用作挡土墙、桥台或港口码头的护岸。锚定板挡土结构是依靠填土与锚定板接触面上的侧向承载力以维持结构的平衡，不需要利用钢拉杆与填土之间的摩擦力。因此它的钢拉杆长度可以较短，钢拉杆的表面可以用沥青玻璃布包扎防锈，而填料也不必限用摩擦系数较大的砂性土。从防锈、节省钢材和适应各种填料三方面比较，锚定板挡土墙都有较大的优越性，但施工程序较加筋挡土墙复杂一些。二、锚定板挡土墙类型锚定板挡土墙按其使用情况分为路肩墙、路堤墙、货场墙、码头墙和坡脚墙等，如图 3.8 所示。按墙面结构形式可分为肋柱式和无肋柱式，如图 3.9 所示。15坡 脚 墙码 头 墙 货 场 墙路 肩 墙地 面 填 土铁 路 填 土地 面河 底 填 土 地 面 填 土 货 场水 面运 河 码 头 斜 坡图 3.8 锚定板挡土墙分类一肋 柱 式 锚 定 板 挡 土 墙 无 肋 柱 式 锚 定 板 挡 土 墙正 视 图 剖 面 图 正 视 图 剖 面 图图 3.9 锚定板挡土墙分类二三、设计原理如前所述，锚定板挡土墙是由墙面系、钢拉杆及锚定板和填料共同组成的，这是一个整体结构。在这个整体结构内部，存在着作用在墙面上的土压力、锚杆拉力、锚定板抗拔力等互相作用的内力。这些内力必须互相平衡，才能保证结构内部的稳定。与此同时，在锚定板结构的周围边界上，还存在着从周围边界以外传来的土压力、活荷载及其它重物荷载，以及结构自重所产生的反作用和摩擦力。这些边界上的作用力也必须互相平衡，才能保证锚定板结构的整体稳定，防止发生滑动或蠕动变形。由此可见，锚定板结构设计计算的基本原理是锚定板有足够的抗拔力才能确保锚定板结构的整体稳定。主要设计内容：确定墙面土压力、锚定板抗拔力计算、整体稳定性验算用以确定钢拉杆的长度、肋柱、拉杆、面板等结构的内力计算、基础设计等。四、肋柱式锚定板挡土墙构造16肋柱式锚定板挡土墙由肋柱、锚定板、挡土墙、钢拉杆、连接件及填料组成，一般情况下应设有基础。根据地形可以设计单级或双级墙。单级墙的高度不宜大于 6m，双级墙的总高度不宜大于 10m。双级墙上下两级间宜设置平台，平台宽度不宜小于 2.0m，平台顶面宜用 15cm 厚 C15 混凝土封闭，并设 2%向外横向排水的坡度。肋柱式锚定板挡土墙上下两级墙的肋柱应沿线路方向互相错开。墙面板、肋柱及锚定板等钢筋混凝土构件的混凝土强度等级不应小于C20。下面简要介绍各组成部分的构造要求。1、肋柱肋柱的间距视工地上机械的起吊能力和锚定板的抗拔力而定，一般为1.52.5m。肋柱截面多为矩形，也可设计成 T 形、I 字形。为安放挡土板及设置钢拉杆孔，截面宽度不小于 24cm。厚度不宜小于 30cm，每级肋柱高采用35m。上下两级肋柱接头宜用榫接，也可以做成平台并相互错开。每根肋柱按其高度可布置 23 层拉杆，其位置尽量使肋柱受力均匀。肋柱底端视地基承载力、地基地岩性及埋深情况，一般可按自由端或铰支端设计，如埋置较深，且岩性坚硬，也可视为固定端。如地基承载力较低，应设基础。肋柱应设置钢拉杆穿过的孔道。孔道可做成椭圆孔或圆孔，直径大于钢拉杆直径，空隙将填塞防锈砂浆。2、锚定板锚定板通常采用方形钢筋混凝土板，也可采用矩形板，其面积不小于0.5m2，一般选用 1m1m。锚定板预制时应预留拉杆孔，其要求同肋柱的预留孔道。3、挡土板挡土板可采用钢筋混凝土槽形板、矩形板或空心板。矩形板厚度不小于15cm，挡土板与两肋柱搭接长度不小于 10cm，挡土板高一般用 50cm。挡土板上应留有泄水孔，在板后应设置反滤层。4、钢拉杆拉杆宜选用螺纹钢筋，其直径不小于 22mm，亦不大于 32mm。通常，钢拉杆选用单根钢筋，必要时，可用两根钢筋组成一个钢拉杆。拉杆的螺丝端杆选用可焊性和延展性良好的钢材，以便于与钢筋焊接组成拉杆。采用精轧钢筋时，17不必焊接螺丝端杆。5、拉杆与肋柱、锚定板的连接拉杆前端与肋柱的连接可将锚杆钢筋伸入肋柱内现浇，或采用螺栓连接，或焊接短钢筋连接。拉杆后端用螺帽、钢垫板与锚定板相连。锚定板与钢拉杆组装后，孔道空隙应当填满水泥砂浆。6、填料锚定板挡土墙面板后的填料应采用砂类土（粉砂、粘砂除外） 、碎石类、砾石类土以及符合规定的细粒土。不得采用膨胀土、盐渍土，严禁采用有腐蚀作用的酸性土和有机质土。填料若为细粒土时，路基顶面应采取防排水措施，例如设置柔性封闭层。7、基础应根据地基承载力确定是否需要设置基础，基础材料可采用 C15 混凝土或M7.5 水泥砂浆浆砌片石。无肋柱式锚定板挡土墙可采用浆砌片石或混凝土条形基础；肋柱式挡土墙的基础可采用混凝土条形基础、杯座式基础等。基础验算应按重力式挡土墙的基础验算方法计算。基础厚度不宜小于 50cm，襟边不宜小于 15cm。基础埋置深度满足重力式挡土墙基础的要求，应不小于 1.0m 及冻结线下 0.25m。采用杯座式基础还可减少肋柱吊装时的支撑工作量，杯座基础的设计如图 316 所示。它应符合以下要求：（1）当 时， 或 倍肋柱长（指吊装时肋柱长） ；mh0.hH105.1（2）当 时， 且8.m（3）当 时，杯口一般不配钢筋。65./b8、反滤层当有水流入锚定板挡土墙墙背填料时，应在墙背底部至墙顶以下 0.5m 范围内，填筑不小于 0.3m 厚的渗水材料或用无砂混凝土板、土工织物作为反滤层，并应采取排水措施。五、挡土墙施工要点1、国内已建成的锚定板挡土墙，大多数应用延伸率较大的圆钢作拉杆。用钢筋混凝土制作肋柱，挡土板、锚定板构件。2、拉杆安装的关键是保证位置的正确、顺直，与肋柱、锚定板连接牢固。18拉杆与肋柱连接一般采用垫板上套双螺帽拧紧。拉杆安装完毕，槽用三七灰土回填，轻轻夯平。3、锚定板放入坑中，使拉杆与锚定板的角度符合设计要求。4、挡土板安装，应使挡土板与肋柱密贴，必要时可在搭接处抹一些水泥砂浆，保证受力均匀。5、挡土板后最好有一层级配较好的砂卵石滤层，以利于墙背排水。第三节 肋柱式锚定板挡土墙设计肋柱式锚定板挡土墙设计的主要内容：墙背土压力计算，肋柱、锚定板、拉杆、挡土板的内力计算及配筋设计，以及锚定板挡土墙的整体稳定性验算。一、墙背土压力计算锚定板挡土墙墙面板所受的土压力系由墙后填料及外荷载引起。由于挡土板、拉杆、锚定板及填料的相互作用，影响土压力的因素很多。通过现场实测和模型实验表明：土压力值大于库仑土压力计算值。为了保证锚定板挡土墙的安全可靠，又不使计算过于复杂。一般仍以库仑土压力公式为基础，然后乘以大于 1 的增大系数 ，以使计算结果和实际土压力接近。 值，根据目前锚emem定板挡土墙结构工程实例所测得的结果与理论值比较，在 1.201.40 之间，按下式计算：aeaHkp式中 增大后的土压力强度；ap增大系数；em库仑土压力系数。ak其中土压力采用沿墙高上部 0.45H 范围为三角形分布；下部 0.55H 部分为矩形分布，合力作用点约在 0.4H 处。结合我国锚定板挡土墙实测土压力分布图形简化而成。其土压力强度可调整为 。1ap1a aeHkm645.0.二、肋柱、拉杆和锚定板的内力计算 每根肋柱承受相邻两跨锚定板挡土墙中线至中线面积上的土压力。假定助19柱与拉杆的连接处为铰支点，把肋注视为支承在拉杆和地基上的简支梁或连续梁；拉杆则为轴向受力构件；锚定板为拉杆中心为支点的受弯板。锚定板挡土墙助柱、拉杆的计算简图如图 l03。当肋柱为两层拉杆时且底端为自由时，按外伸的简支梁计算。当底端视为铰支端或固定端时或拉杆超过两层肋柱则应按连续梁计算。肋柱及拉杆的内力均可查静力计算手册，或利用三弯矩方程求解；如果权肋柱设于弹性支承的连续梁，则应考虑拉杆及填料的变形。由结构力学知，求解弹性支座截面弯矩应用五弯短方程。此时的关键是确定各支点的柔度系数 ，即在单位力作用下支点处的变形量。肋c柱各支点的变形量包括拉杆的弹性伸长 和锚定板前土的压缩变形 两部分：LMtgic式中 单位力作用下支点处钢拉杆的伸长量；gc单位力作用下锚定板前土体压缩变形量。t钢拉杆单位伸长量： ggEAlc式中 钢拉杆面积；gA钢拉杆的抗拉弹性模量；E钢拉杆的长度。l锚定板前土体的压缩变形量： nitttmc1式中 锚定板前第 层土在单位力作用的压缩量；ti12iiAtt KEFh其中 第 层土的厚度；ihi填土的变形量，可由实验确定，可选用 5000-10000E；2/mkN20锚定板面积。AF土中应力分布系数矩形边长比 BA/BL/1.0 1.5 2.0 3.0 6.0 10.0 20.00.250.501.01.52.03.05.00.8980.6960.3360.1940.1140.0580.0080.9040.7160.4280.2570.1570.0760.0250.9080.7340.4700.2860.1880.1080.0400.9120.7620.5000.3480.2400.1470.0960.9340.7890.5180.3600.2680.1800.0960.9400.7920.5220.3730.2790.1880.1060.9600.8200.5490.3970.3080.2090.129注： 锚定板前土体的相对厚度；BL/计算土层到锚定板的距离；锚定板的宽、高。A,锚定板前土体的压缩量 是各层土压缩量的总和。一般取锚定板前 5B 范tm围内的土体划分为 n 层。 为 5B 范围内各层土的压缩量之和。t肋柱基础处柔度系数 ，可用上式计算值 中最小值的十分之一，即ectme1.0拉杆水平时，肋柱的反力为拉杆的设计拉力 。当拉杆向下倾斜时，则nN。拉杆的设计拉力就是锚定板中心的支反力。aRNncos/锚定板承受拉杆传递的拉力。其拉力等于肋柱在此支点的反力，此拉力通过板的中心。假定锚定板在竖直面所受到水平土压力是均匀分布的，但一般简化计算视锚定板为单向受弯构件。三、挡土板的内力计算挡土板按两端支承在肋柱上的简支板计算。其跨度为挡土板两端文座中心的距离。荷载取挡土板位置上最大土压力为均布荷载。挡土板的规格一般取为2123 种，不宜取多。四、肋柱、锚定板、挡土扳配筋肋柱、锚定板、挡土板的配筋，可运用相应设计手册计算。对于肋柱尚应考虑搬运，吊装等因素。肋柱一般根据正，负最大弯矩设计配筋，采用双筋校。由最大正、负弯矩给出纵向受力筋；由斜截面承载力给出箍筋计算，也要对裂缝宽度验算。对主要受力筋采用通长布置。锚定板按中心有支点单向受力配筋计算，但当采用两面双向配筋。锚定板中心应预留穿过拉杆的孔道，孔道直径须大于螺丝端杆直径，以便于安装后填塞沥青水泥砂浆防锈。挡土板则按简支板设计。五、锚定扳的抗拔力与面积1、锚定板抗拔力锚定板的面积应根据拉力设计值除以锚定板单位面积的抗拔力设计值确定。而锚定板单位面积的抗拔力设计值与锚定板埋深，锚定板周围土体的应力应变有关。目前仅能由实验确定。如无试验资料，可选用下面数据：埋置深度为 35m 时， ；kPap120埋置深度为 510m 时， ；5当锚定板埋置深度小于 3m 时，锚定板的稳定不是由抗拔力控制，锚定板的抗拔力设计值为：BKhPap)(2式中： 单块锚定板抗拔力设计值；P锚定板埋置深度；hB锚定板边长；填料重度；库伦被冻土压力系数和主动土压力系数。apK,由定板深度一般不小于 2.5m。为了满足最小埋置深度要求可将上层拉杆向下倾斜 a 角，一般 a 取为 为宜。0152、锚定板面积22锚定板一般采用方形钢筋混凝土板，竖直方向埋在填土中，忽略不计拉杆与填土之间的摩阻力，则锚定板承受的拉力即为拉杆设计拉力。锚定板面积根据拉杆设计拉力及锚定板容许抗拔力来确定。/AFRp式中： 锚定板面积（ ） ；AF2m拉杆设计拉力（ ） ；RkN锚定板单位面积容许抗拔力（ ） 。pkPa除此之外，锚定板面积还应满足锚定板的构造要求。六、拉杆设计拉杆设计包括拉杆材质选择，截面设计设计等。1、拉杆的材质选择及截面设计锚定板挡土墙是一种柔性结构，其特点是能适应较大的变形。为此，钢拉杆应当选用延性较好的钢材，一般选用热扎建筑钢。材料同时应具有可焊性。拉杆的拉力设计值，就是助柱支点的反力。则钢拉杆为轴向拉伸构件，其截面设计为：02.2yfKTd式中： 钢拉杆直径；dm钢拉杆拉力设计值；TkN钢筋抗拉强度设计值；yf 2/0.002预防钢筋锈蚀的安全储备。 m2、拉杆的长度计算和整体稳定验算拉杆的长度必须满足每一块锚定板的整体稳定性验算的要求，同时，拉杆的长度还受到上、下层拉杆相互关系及下层拉杆与基础的相互距离的影响。为了保证每块钳定板的稳定性，必须对每块锚定板及其前方填土进行抗滑验算，由锚定板结构的整体稳定性验算决定。锚定板的极限破坏取决于两种不同的极限状态；第一种极限状态是锚定板23前方土体中产生大片连续的塑性区，导致锚定板与其周围的土体发生相对位移，这种极限状态可称为局部破坏如图 1056。产生破坏的原因是拉杆拉力大而锚定板的面积较小，以致单位面积土压力强度超过权限抗拔力所致，它不影响锚杆的长度，只取决于锚定板的面积及锚定板的极限抗拔力。第二种极限状态是锚定板与其前方的土体沿某个与外部贯通的滑面(如 B 凹)发生滑动，这种极限状态称为整体破坏。产生的原因是拉杆的长度 过短，以致 段滑裂面的抗滑LC力小于 面上主动土压力 所产生的滑动力。要防止整体破坏，应加长拉VCaE杆从而使 段滑动面上的抗得力大于主动土压力 产生的滑动力。对于每BaE一块锚定板的整体稳定性，其关键是给出保证整体稳定性所需拉杆长度如图1056。第四节 挡墙整体稳定性分析计算整体破坏的方法很多。有 Kranz 法，折线滑面法，整体土墙法，曲线裂面法。国外大都用 Kranz 法，国内过去也用此法。现在就国内铁科院提出的折线滑面法介绍如下：一、基本假定1、假定下层锚定板前方土体的临界滑裂面通过墙面底端，下图中的 点；B2、假定上层锚定板前方土体的临界滑裂面通过被分析的锚定板以下拉杆与墙面的交点，如图中的 点；1B3、假定锚定板边界后方土体应力状态为朗金主动土压力状态。 H1A LVDChL ABRLCEaABG1LEaV a 1B C图 3.2 折线滑面法第一种情况分析图示24二、分析图示根据以上假定可画出本方法的基本分析图示，见上图所示。 为下层锚BCD定板前方土体的临界滑裂面； 为上层锚定板前方土体的临界滑裂面；1BCD点为所分析的锚定板相邻下层锚杆与墙面的交点； 、 均为朗金主动1B 1土压力破裂面； 、 分别为 、 竖直面上主动土压力； 、 分别为aE1V1 R1、 破裂面上反作用力； 、 分别为土体 和 的质量；C1 GABCV1、 分别为 段、 段的倾角； 为填土坡面的倾角； 为填土的内摩B1C擦角; 、 、 、 、 分别为挡土墙的各部分尺寸。H1hL三、计算公式根据以上假定及分析图示，分三种情况进行推导：1、上层拉杆长度小于或等于下层拉杆长度。由朗金理论知，滑裂面 段CD和滑裂面 段与水平面的交角都是 ：1CD1sin(45)(arc)2可取土压力 的方向与填土表面平行，因而 在 滑裂面上的滑动力为：aEaEBCcos()tnsi()a同时，土体重量 在 面上的摩阻力分量为： GBC(tsi)其中： ()2HhL因此，锚定板的抗滑稳定性安全系数 为：sK(tancoi)t(sGE2(tsi)cos)tan(aLHhK当填土表面水平， ,上式为02522tan()()45s LHhK2、上层拉杆比下层拉杆长，但上层锚定板位于下层滑裂面 之间，如下CD图所示。此时，对于上层锚定板 的分析与前一种情况相同。其临界滑动面为1C，其抗滑安全系数 为1BCDsK112tancosi()()t()s aLHhKH1ABL VDh1 LV1ABGR Ea C1h图 3.3 折线滑面法第二种情况分析图示下层锚定板稳定性分析如图 b）所示，下层锚定板的 的滑动面为 ，CBD其稳定性应分析计算土体 各边界上所受的外力及其平衡条件；其中1ABCV点为通过竖直面与滑动面 的交点。 为作用在 面上的主动土压力，1C DaE1V为 的重力， 为土体 的重力， 为滑动面的倾角， 为滑GABV1G1动面 的倾角，对于滑动面 来说，力 及 在 面上的分量为滑动力，1 BCa1GBC在 面上产生的分量为抗滑力。则得出下层锚定板抗滑安全系数 ：C sK1(tncosi)cos()tansi()itacos()tani()saKE式中： 12GLHh26111()2GLhaaEK3、上层拉杆比下层拉杆长，且上层锚定板位置超出下层锚定板滑面 以CD外，如下图所示。 H1AB L C1hV1DLAB VGR 1CEah1图 3.4 折线滑面法第三种情况分析图示上层锚定板 的稳定性分析仍与前面相同，其临界滑裂面 ，其抗滑1 1BD安全系数 按以下公式计算： sK112tancosi()s()t()aLHhK下层锚定板稳定性分析如图 b）所示。 为作