中南大学路基路面工程课件6挡土墙设计.pptVIP

路基路面工程,2011.03,主讲 周建普,6.挡土墙设计,6.1挡土墙概述 6.2挡土墙的构造与布置 6.3挡土墙土压力计算 6.4重力式挡土墙稳定性验算,6.1挡土墙概述,挡土墙是支撑路基填土或者山坡土体侧压力、防止边坡或山坡变形失稳的工程构造物。广泛用于支撑路基边坡、桥台、桥头引道和隧道洞口等处。,挡土墙设置与否，宜于与其工程方案比较确定 与移改路线位置进行比较； 与填筑或开挖边坡相比较； 与坼移有关干扰路基的构造物（房屋、河流、水渠）等比较； 与设置其他类型的构造物（桥、护墙）等比较。,6.1.1 挡土墙的作用,6.1挡土墙概述,挡土墙设置地段 路段或岩石风化的路堑边坡； 降低路基边坡高度以减少大量挖、填方量； 防止不良地质路段边坡滑坍； 防止沿河陡坡路段水流冲刷； 桥梁、隧道与路基的连接地段； 节约道路用地、减少拆迁或少占农田； 保护重要建筑、生态环境或其它需要特殊保护的地段。,6.1.2 挡土墙的分类,6.1挡土墙概述,图6-1 挡土墙按位置分类及各部分名称 a)路肩挡土墙；b)路堤挡土墙；c)路堑挡土墙；d)山坡挡土墙,（2）按照挡土墙的结构形式,依靠墙的自重支撑土压力，污工结构。形式简单，施工方便,A、B、E多用于路肩墙、路堤墙；C、D多用于路堑墙,重力式挡土墙,6.1挡土墙概述,图6-3 锚杆式挡土墙, 锚定式挡土墙,图6-4 锚定板式挡土墙,6.1挡土墙概述, 薄壁式挡土墙,图6-6 扶壁式挡土墙,图6-5 悬臂式挡土墙,6.1挡土墙概述,图6-7 加筋土挡土墙, 其他类型的挡土墙,图6-8 土钉挡土墙 1-土钉；2-铺设钢筋网；3-喷射混凝土面层,6.1挡土墙概述,6.1挡土墙概述,图6-9 柱板式挡土墙,图6-10 桩板式挡土墙,6.2挡土墙的构造与布置,6.2.1 挡土墙的构造,图6-11 墙身构造示意图,（1）墙背,仰斜墙背 适用于路堑墙及墙趾处地面平坦的路肩墙或路堤墙。仰斜墙背的坡度不宜缓于1：0.3 ，通常在1：0.151：0.25。,衡重式墙 适用于山区地形陡峻处的路肩墙和路堤墙，也可用于路堑墙。上墙俯斜墙背的坡度1：0.251：0.45，下墙仰斜墙背在1：0.25左右，上下墙的墙高比一般采用2：3 。,凸形折线墙背 多用于路堑墙，也可用于路肩墙。上下墙的墙高比一般采用2：3,俯斜墙背 适用于路堤墙、路肩墙。常用1：0.151：0.25，不超过4m的低墙可用垂直墙背。,其他类型挡土墙 墙背形式可参考有关规范和设计手册 。,图6-12 石砌挡土墙断面形式,6.2挡土墙的构造与布置,墙面一般均为平面，其坡度应与墙背坡度相协调。墙面坡度直接影响挡土墙的高度。因此，在地面横坡较陡时，墙面坡度一般为1:0.051:0.20，矮墙可采用陡直墙面；地面平缓时，一般采用1:0.201:0.35较为经济。,（2）墙面,墙顶最小宽度，浆砌挡土墙不小于50cm，干砌不小于60cm。浆砌路肩墙墙顶一般宜采用粗石料或混凝土做成顶帽，厚40cm。如不做顶帽，对路堤墙和路堑墙，墙顶应以大块石砌筑，并用砂浆勾缝，或用5号砂浆抹平顶面，砂浆厚2cm。干砌挡土墙墙顶50cm高度内，应用25号砂浆砌筑，以增加墙身稳定。干砌挡土墙的高度一般不宜大于6m。,（3）墙顶,为保证交通安全，在地形险峻地段，或过高过长的路肩墙的墙顶应设置护栏。为保持土路肩最小宽度，护栏内侧边缘距路面边缘的距离，二、三级路不小于0.75m，四级路不小于0.5m。,（4）护栏,6.2挡土墙的构造与布置,（5）基础类型,天然地基：大多数挡土墙都直接修筑在天然地基之上。,扩大基础：当地基承载力不足，地形平坦而墙身较高时，为了减小基底压应力和增加抗倾覆稳定性，采用扩大基础。,图6-13 基础类型示意图 a）墙趾或墙踵部分加宽；b）钢筋混凝土底板； c）换填地基；d）台阶基础；e）拱形基础,钢筋混凝土底板：当地基压应力超过地基承载力过多时，或需要的加宽值较大，可采用钢筋混凝土底板。,台阶基础：当挡土墙修筑在陡坡上，而地基又为完整、稳固、对基础不产生侧压力的岩石时，可设置台阶基础，以减少基坑开挖和节省圬工。,拱形基础：如地基有短段缺口(如深沟等)或挖基困难(如需水下施工)，可采用拱形基础。,6.2挡土墙的构造与布置,（6）基础埋置深度,对于土质地基，基础埋置深度应符合下列要求： 无冲刷时，应在天然地面以下至少1m； 有冲刷时，应在冲刷线以下至少1m； 受冻胀影响时，应在冻结线以下不少于0.25m。当冻深超过1m时，采用1.25m，但基底应夯填一定厚度的砂砾或碎石垫层，垫层底面亦应位于冻结线以下不少于0.25m。,碎石、砾石和砂类地基，不考虑冻胀影响，但基础埋深不宜小于1m。,对于岩石地基，应清除表面风化层，将基底嵌入岩层一定深度。当风化层较厚难以全部清除时，可根据地基的风化程度及其容许承载力将基底埋入风化层中。,当挡土墙位于地质不良地段，地基土内可能出现滑动面时，应进行地基抗滑稳定性验算，将基础底面埋置在滑动面以下，或采用其它措施，以防止挡土墙滑动。,6.2挡土墙的构造与布置,（7）排水设施,地面排水 截水沟：路堑墙和山坡墙上方必须设置截水沟，以拦截流向挡土墙的地表水； 夯实回填土顶面和地表松土； 夯实墙前回填土和加固边沟。 墙身排水,图6-14 挡土墙排水设施示意图,6.2挡土墙的构造与布置,浆砌块(片)石墙身应在墙前地面以上设一排泄水孔(图a)。 墙高时，可在墙上部加设一排汇水孔(图b) 。 孔眼间距一般为23m，对于浸水挡土墙孔眼间距一般1.01.5m。 下排排水孔的出口应高出墙前地面或墙前水位0.3m； 为防止水分渗入地基，泄水孔进水口的底部应铺设30cm厚的粘土隔水 层。 泄水孔的进水口部分应设置粗粒料反滤层，以免孔道阻塞。 当墙背填土透水性不良或可能发生冻胀时，应在最低一排泄水孔至墙顶以下0.5m的范围内铺设厚度不小于0.3m的砂卵石排水层(图c),（8）沉降伸缩缝 为防止因地基不均匀沉降而引起墙身开裂，应设置沉降缝。 为减少圬工砌体因硬化收缩和温度变化而引起的裂缝，应设置收缩缝。 一般将沉降缝与伸缩缝合并设置，沿路线方向间距1015m，缝宽23cm。,6.2挡土墙的构造与布置,6.2.2挡土墙的布置,（1）挡土墙位置的选定 路堑挡土墙大多数设在边沟旁； 山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处； 当路肩墙与路堤墙的墙高或截面圬工数量相近、基础情况相似时，应优先选用路肩墙； 若路堤墙的高度或圬工数量比路肩墙显著降低，而且基础可靠时，宜选用路堤墙； 沿河路堤设置挡土墙时，应结合河流情况，注意设墙后仍保持水流顺畅，不致挤压河道而引起局部冲刷。,（2）挡土墙的横向布置 在墙高最大处、墙身断面或基础形式变异处，其它必须桩号处进行。 根据墙型、墙高及地基与填料的物理力学指标等设计资料，进行挡土墙设计或套用标准图，确定墙身断面、基础形式和埋置深度，布置排水设施，并绘制横断面图。,6.2挡土墙的构造与布置,（3）挡土墙的纵向布置,（4）平面布置,个别复杂的挡土墙，如高、长的沿河曲线挡土墙，应作平面布置，绘制平面图，标明挡土墙与路线的平面位置及附近地貌与地物等情况，特别是与挡土墙有干扰的建筑物的情况。沿河挡土墙还应绘出河道及水流方向，防护与加固工程等。,确定挡土墙的起迄点和墙长，选择挡土墙与路基或其它结构物的衔接方式； 按地基及地形情况进行分段，确定伸缩缝与沉降缝的位置； 布置各段挡土墙的基础； 布置泄水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸等。,6.2挡土墙的构造与布置,6.3. 1 概述,（1）作用于挡土墙的力系 挡土墙自重G及位于墙上的衡重 墙后填土的主动土压力Ea 基底的法向反力N及摩擦力T 墙前土体的被动土压力Ep 其它（水、冰、偶然）,6.3 挡土墙土压力计算,图6-16 作用在挡土墙上的力系,6.3 挡土墙土压力计算,（2）三种不同性质的土压力 主动土压力 被动土压力 静止土压力,图6-17 三种不同性质的土压力,(3)库仑理论的假设,假设墙背填料为均质散粒体， 仅有内摩擦力，而无粘聚力。 当墙背向外移动或饶墙趾外倾时，墙背填料会出现一通过墙踵的破裂面，设为平面。 破裂面上的土楔为刚性体。,6.3 挡土墙土压力计算,图6-18 库仑土压力理论假设示意图,6.3.2 各种边界条件下库伦土压力计算,（1）破裂面交于内边坡,6.3挡土墙土压力计算,图6-19 破裂面交于内边坡,据正弦定理,6.3 挡土墙土压力计算,(6-3-1),(6-3-2),而,当 、 、 、 、 固定时，Ea随变化，求最大土压力Ea，先求对应于最大土压力的，取 ，整理后得：,6.3 挡土墙土压力计算,(6-3-4),将求得的值代入(6-3-3)，得最大主动土压力Ea 值。 式中： 墙后填土的容量，KN/m3 填土的内摩擦角，； 墙背与填土间的摩擦角，； 墙后填土表面的倾斜角，； 墙背倾斜角，倾斜墙背为正，仰斜墙背为负； 挡土墙高度,m； 主动土压力系数。,6.3 挡土墙土压力计算,(6-3-5),土压力作用点位置： 式中： 土压力作用点距墙趾的垂直高度，m ； 土压力作用点距墙趾的水平距离，m ； 挡土墙底宽，m。,6.3 挡土墙土压力计算,(6-3-7),（2）破裂角交于路基面（见图6-20）, 破裂面交于荷载中部（图6-20b）,6.3 挡土墙土压力计算,图6-20 破裂面交于路基面 a)交于荷载内侧；b)交于荷载中部；c)交于荷载外侧,破裂棱体的断面面积S为,6.3 挡土墙土压力计算,令,则,因此，破裂棱体的质量为,将G代入（6-3-1）得,6.3 挡土墙土压力计算,（6-3-8）,令,经整理后得：,将求得的 值代入（6-3-8），即可求得主动土压力 。,破裂面交于荷载外侧（图6-20c）,6.3 挡土墙土压力计算,破裂面交于荷载内侧（图6-20a）,因,6.3 挡土墙土压力计算,（3）破裂面交于外边坡,图6-21 破裂面交于外边坡,上述公式可用于下述情况 为路肩墙时， ； 俯斜背 为正，斜仰 为负，垂直 为零； 荷载沿路肩边缘布置， 。,6.3 挡土墙土压力计算,（6-3-12）,（6-3-13）,6.3.3 第二破裂面的土压力计算（大俯角墙背）,在挡土墙设计中，往往会遇到墙背俯斜很缓，即墙背倾角很大的情况，如折线形挡土墙的上墙墙背，衡重式挡土墙上墙的假象墙背（图6-22）。当墙后土体达到主动极限平衡状态时，破裂棱体并不沿墙背或假想墙背CA滑动，而是沿着土体的另一破裂面CD滑动，CD称为第二破裂面，而远离墙的破裂面CF称为第一破裂面， 和 为相应的破裂角。这时，挡土墙承受着第二破裂上的土压力 ， 是 和 的函数。因 是 的水平分力，故可以列出以下函数关系：,6.3 挡土墙土压力计算,（6-3-14）,出现第二破裂面的条件 墙背或假想墙背的倾角 或 必须大于第二破裂面的倾角 ，即墙背或假想墙背不妨碍第二破裂面的出现； 在墙背或假想墙背面上产生的抗滑力必须大于其下滑力，使破裂棱体不会沿墙背或假想墙背下滑。,6.3 挡土墙土压力计算,图6-22 出现第二破裂面的条件,6.3 挡土墙土压力计算, 第二破裂面土压力的计算步骤 计算破裂角首先假定两破裂面出现的位置（即破裂面交于内边坡，荷载内侧，荷载中，荷载外侧，外边坡等情况），然后按路基设计手册中相应的公式计算破裂角，并以此计算结果验证所假设的破裂面位置是否正确。如不符合，须重新假定，再作计算，直至二者相符。若验证结果证明不会出现第二破裂面时，则应按一般库仑土压力公式进行计算。 根据算得的破裂角计算作用于第二破裂面上的土压力及其作用点位置。 各种边界条件下的土压力计算公式，均可查阅有关设计手册。,6.3.4 车辆荷载的换算,（1）按墙高确定附加荷载强度换算 式中： 与墙后填土容重相同的均布土层厚度，m； 墙后填土的容重，kN/m3； 附加荷载强度，墙高小于 2 m，取 20kN/m2；墙高大于 10 m，取10kN/m2；墙高在 210m 之间时，用线性内插法计算确定。 （2）根据破裂棱体范围内布置的车辆荷载换算 式中： 挡土墙的计算长度，m； 破裂棱体的宽度，m； 布置在B0L面积内的车轮总重，每辆标准汽车总重为550 kN 。,6.3 挡土墙土压力计算,（6-3-15）,（6-3-16）,挡土墙的计算长度，取下述两种长度的较大值。 挡土墙的分段长度，应不大于15m； 一辆标准汽车的扩散长度（见图6-23），按(6-3-17)计算，当算出的长度大于15m时，取15m： 式中： 标准汽车前后轴距加轮胎着地长度为14.0m。 挡土墙高度，m； 破裂棱体宽度(见图6-23)，按(6-3-18)计算,6.3 挡土墙土压力计算,图6-23 车辆荷载换算图式,（6-3-17）,（6-3-18）,6.4重力式挡土墙稳定性验算,6.4.1荷载分类及常用荷载组合 （1）荷载分类,荷载分类 表6-1,6.4 重力式挡土墙稳定性验算,（2）常用荷载组合 常用荷载组合 表6-2,6.4.2 挡土墙稳定性验算 （1）抗滑稳定性系数,式中： 作用于基底的合力的竖向分力， ， KN； 基底倾斜角，； 挡土墙自重，KN；,(6-4-1),图6-24 挡土墙抗滑动稳定,6.4 重力式挡土墙稳定性验算,基底摩檫系数参考值 表6-3,墙前被动土压力水平分力的0.3倍，KN； 墙背主动土压力的水平与竖向分力，KN。 基底与地基土间的摩檫系数，可参考表6-3所列数值；,（2）抗倾覆稳定性系数,(6-4-2),6.4 重力式挡土墙稳定性验算,图6-25 挡土墙抗倾覆稳定,式中： 墙身、基础及其上的土重合力重心到墙趾的水平距离，m； 墙后主动土压力竖向分力到墙趾的水平距离，m； 墙后主动土压力水平分力到墙趾的水平距离，m； 墙前被动土压力水平分力到墙趾的水平距离，m。,（3）稳定性系数要求 验算挡土墙抗滑动和抗倾覆稳定时，稳定性系数不宜小于 表6-2的规定值。,抗滑动和抗倾覆稳定系数 表6-4,6.4 重力式挡土墙稳定性验算,（4）增加挡土墙抗滑稳定性的措施 若Kc Kc，则表明抗滑稳定性不足，可采用如下措施： 采用倾斜基底（图6-26）,图6-26 倾斜基底增加挡土墙抗滑稳定性,不宜过大，以免基底下墙趾前发生剪切破坏。一般土质地基 111836（1：5）；岩石地基 182606（1：3）。 在验算沿基底的抗滑动稳定性的同时，还要验算通过墙踵的地基水平面的滑动稳定性。,6.4 重力式挡土墙稳定性验算,设置凸榫基底（图6-27） 利用凸榫前的被动土压力增加抗滑稳定性； 凸榫后缘至墙踵连线与水平线的锐夹角 ； 凸榫前缘至墙趾连线与水平线的锐夹角 ,(6-4-3),A.凸榫的深度,图6-27 凸榫基础,6.4 重力式挡土墙稳定性验算,式中： 凸榫前缘至墙踵的基底宽度； 墙趾、墙踵、凸榫前缘处基底的压应力； 凸榫基底与土基的摩擦系数,（5）增强抗倾覆稳定性的措施 若K0 K0，则表明抗倾覆稳定性不足，可采用如下措施： 拓宽墙趾 在墙趾处拓宽基础以增加稳定力臂，是增加抗倾覆稳定性的常用方法。但在地面横波较陡处，会因此引起墙高增加。 改变墙面及墙背坡度 改缓墙面坡度可增加稳定力臂（图6-28a），改陡俯斜墙背或改缓仰斜墙背可减少土压力（图6-34b，c）。在地面纵坡较陡处，须注意对墙高的影响。,6.4 重力式挡土墙稳定性验算,图6-28 改变墙面及墙背坡度 a)改变面坡；b)改陡俯斜墙背；c)改为仰斜墙背,6.4 重力式挡土墙稳定性验算,改变墙身断面类型 当地面横坡较陡时，应使墙胸尽量陡立。可改变墙身断面类型，如改用衡重式墙或者墙后加设卸荷平台、卸荷板（图6-29），以减少土压力并