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大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目： 挡土墙设计 学习中心： 层 次： 专科起点本科 专 业： 土木工程道桥方向 年 级： 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： III挡土墙设计内容摘要随着社会的进步，公路建设事业也得到了极大的发展，而挡土墙作为特殊结构中非常重要的结构，是公路工程中应用很广的一种支挡结构，同时也作为公路工程一项重要的组成部分，正发挥着越来越大的现实作用，因此，我们需要提高挡土墙的设计水平和严格控制挡土墙的施工质量。这里主要介绍了挡土墙形式的选择及初定尺寸，进行了挡土墙的稳定性验算，分析了墙后回填土的选择，及墙后排水措施的内容和方法，总结了挡土墙施工中的一些具体经验，对挡土墙的设计提出较为合理的建议和措施。后附设计实例。 关键词：挡土墙类型；挡土墙尺寸拟定；挡土墙计算 目 录内容摘要I引 言11 挡土墙型式的选择21.1 选型原则21.2 重力式挡土墙21.3 悬臂式挡土墙21.4 扶臂式挡土墙31.5 锚杆式挡土墙31.6 加筋土挡土墙42 挡土墙初定尺寸52.1 挡土墙的高度52.2 挡土墙的顶宽52.3 挡土墙的底宽53 挡土墙的稳定性验算73.1 作用在挡土墙上的诸力73.1.1 墙身自重73.1.2 土压力73.1.3 基底反力83.2 抗滑稳定验算83.3 抗倾覆稳定验算93.4 地基承载力验算104 墙后回填土的选择114.1 理想的回填土114.2 可用的回填土114.3 不能用的回填土115 墙后排水措施125.1 无排水措施的危害125.2 排水措施的部位与构造125.2.1 截水沟125.2.2 泄水孔126 挡土墙设计工程实例146.1 初定挡土墙截面尺寸146.2 土压力计算146.3 抗滑稳定性验算156.4 抗倾覆稳定性验算156.5 地基承载力验算15结 论17参考文献18 引 言公路挡土墙是用来支撑路基土体或山坡土体，防止填土或土体失稳变形的一种特殊结构物。在路基工程中，挡土墙可用以稳定路堤和路堑边坡，减少土石方工程量和占地面积，防止水流冲刷路基，并经常用于整治坍塌、滑坡等路基病害. 随着我国公路事业的发展,挡土墙的应用日益广泛，之所以广泛应用是因为挡土墙的优点很显著，它施工方便，节省占地，对地基基础要求较低，价格也较为合理。 其实不仅是我国，在国外，挡土墙的运用也十分普遍，1965年法国比利牛斯山的普拉聂耳斯修建了世界上第一座加筋挡土墙，很快在欧洲范围内得到普及，随后，日本，美国，加拿大等地也相继应用。现在随着新型结构的研究发展，也出现了一些复合式挡土墙。乳竖向预应力挡土墙等。现在不仅仅是技术上的改变和发展，在外观上挡土墙也有一定的要求，所以说我们对挡土墙的要求越来越高，但我们在技术上也越来越成熟，在本文中我主要阐述了挡土墙的种类，他们各自的优点缺点，挡土墙的尺寸，和挡土墙的一些计算。 1 挡土墙型式的选择在各类土建工程中，广泛使用的挡土墙建筑物，统称为挡土墙。虽然用途各异，但都起着支撑墙后回填土体和连接地面高差的作用。1.1 选型原则 (1)挡土墙的用途、高度与重要性；(2)建筑场地的地形与地质条件； (3)尽量就地取材，因地制宜；(4)安全而经济。挡土墙按建筑材料可分为块石、素混凝土及钢筋混凝土挡土墙等。按结构形式可分为重力式、悬臂式、扶臂式、锚杆式、加筋土式、锚定板式、土钉式及板桩式。挡土墙又可分为刚性挡土墙和柔性挡土墙，刚性挡土墙指由浆砌片石或混凝土砌筑的墙，其基本原理是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定。1.2 重力式挡土墙重力式挡土墙由块石、毛石砌筑,它靠自身的重力来抵抗土压力。由于其结构简单、施工方便、取材容易而得到广泛应用。根据墙背倾角的不同,重力式挡土墙可分为仰斜、竖直和俯斜三种。按主动土压力大小,重力式挡土墙要优先采用仰斜挡土墙,竖直次之,俯斜少用。仰斜式的墙后填土较困难,用于护坡时较为合理,墙背竖直或俯斜式用于填方较省劲。重力式挡土墙的顶宽不宜小于500 mm ,底宽约为墙高的1/ 21/ 3 ,墙高较小且填土质量好的墙,初算时底宽可取墙高的1/ 3 。为了减少墙身材料,墙体在地面以下部分可做成台阶式,以增加墙体抗倾覆的稳定性。墙底埋深应不小于500 mm ,为了增大墙底的抗滑能力,基底可做成逆坡。重力式挡土墙的缺点是当墙高超过5 m 时,要保证其稳定性,势必造成很大的体量,材料用量较多,不太经济。1.3 悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙指的是由立壁、趾板、踵板三个钢筋混凝土悬臂构件组成的挡土墙。悬臂式挡土墙构造简单，施工方便，能适应较松软的地基，墙高一般在6m-9m之间。当墙高较大时，立壁下部的弯矩较大，钢筋与混凝土的用量剧增，影响这种结构形式的经济效果，此时采用扶臂式挡土墙。1.4 扶臂式挡土墙扶臂式挡土墙指的是沿悬臂式挡土墙的立臂，每隔一定距离加一道扶臂，将立壁与踵板连接起来的挡土墙。扶臂式挡土墙是一种钢筋混凝土薄壁式挡土墙，其主要特点是构造简单、施工方便，墙身断面较小，自身质量轻，可以较好的发挥材料的强度性能，能适应承载力较低的地基。适用于缺乏石料及地震地区。一般在较高的填方路段采用来稳定路堤，以减少土石方工程量和占地面积。扶臂式挡土墙，断面尺寸较小，踵板上的土体重力可有效地抵抗倾覆和滑移，竖板和扶臂共同承受土压力产生的弯矩和剪力，相对悬臂式挡土墙受力好。适用612m高的填方边坡，可有效地防止填方边坡的滑动。扶臂式挡土墙是路肩挡土墙的一种，是将预制的挡墙板焊接在预埋于基础混凝土中的钢板上，然后在其内倒填土的一种挡墙形式与其它几种形式的挡墙比较，扶臂式挡土墙具有节省占地空间、缩短施工工期、美化城市环境、较易施工等优点，是城市公路工程立交桥引道中常用的一种挡墙形式。扶臂式挡土墙由墙面板（立壁）、墙趾板、墙踵板及扶肋（扶臂）组成。扶肋把立壁同墙踵板连接起来，起加劲的作用，以改善立壁和墙踵板的受力条件，提高结构的刚度和整体性，减小立壁的变形。它适用于缺乏石料的地区。由于墙踵板的施工条件，一般用于填方路段做路肩墙或路堤墙使用。悬臂式挡土墙高度不宜大于6m，当墙高大于4m时，宜在墙面板前加肋。扶臂式挡土墙宜整体灌注，也可采用拼装，但拼装式扶臂挡土墙不宜在地质不良地段和地震烈度大于或等于八度的地区使用。悬臂式和扶臂式挡土墙的结构稳定性是依靠墙身自重和墙踵板上方填土的重力来保证的，而且墙趾板的设置也显著地增大了挡土墙的抗倾覆稳定性并大大减小了基底接触应力。它的主要特点是构造简单、施工方便，墙身断面较小，自身质量轻，可以较好地发挥材料的强度性能，能适应承载力较低的地基。但是需耗用一定数量的钢材和水泥，特别是墙高较大时，钢材用量急剧增加，影响其经济性能。1.5 锚杆式挡土墙锚杆挡土墙由钢筋混凝土墙板及锚固于稳定土层的地锚组成。锚杆可通过钻孔灌浆、开挖预埋或拧入等方法设置。其作用是将墙体所承受的土压力传递到土内部,从而维持挡土墙的稳定。锚在主动状态滑动面以外,其长度为3 m7 m ,锚杆挡土墙可作为边坡或深基坑坑壁的支护结构。若基坑邻近有高层建筑时,为了避免产生不利影响,不宜采用地锚,而应采用地下连续墙或水泥土搅拌桩挡土。1.6 加筋土挡土墙加筋土挡土墙属于柔性结构，对地基变形适应性大，建筑高度大，具有省工、省料、施工方便、快速等优点，适用于填土路基。加筋土挡土墙一般运用于地形较为平坦且宽敞的填方地段，在挖方地段或地形陡峭的山坡，一般使用。墙面板和拉筋预先制作，在现场用机械（或人工）分层填筑，装配式的策略，施工简便、，并且节省劳力和缩短工期。加筋土挡土墙是柔性结构物，适合在软弱地基上修筑，地基的处理也较简便。加筋土挡土墙造价较前几种最低。 2 挡土墙初定尺寸2.1 挡土墙的高度通常挡土墙的高度是由任务要求确定的，即考虑墙后被支挡的填土呈水平时墙顶的高程。有时，对长度很大的挡土墙，也可使墙顶低于填土顶面，而用斜坡连接，以节省工程量。2.2 挡土墙的顶宽挡土墙的顶宽为构造要求确定，以保证挡土墙的整体性，具有足够的强度。对于砌石重力式挡土墙，顶宽应大于0.5m。对于素混凝土重力式挡墙顶宽也不应小于0.5m。对于钢筋混凝土悬臂式挡土墙顶宽不小于0.3m。2.3 挡土墙的底宽挡土墙的底宽由整体稳定性确定。初定挡土墙底宽B(0.50.7)H，挡土墙底面为卵石、碎石时取小值；墙底为粘性土时取大值。挡土墙尺寸初定后，进行挡土墙抗滑稳定与抗倾覆稳定验算。若安全系数过大，则适当减小墙的底宽；反之，安全系数太小，则适当加大墙的底宽或采取其他措施，以保证挡土墙既安全又经济。2.4 护栏 为增加驾驶员心理上的安全感，保证行车安全，在地形险峻地段的路肩墙，或墙顶高出地面6m以上且连续长度大于20m的路肩墙，或弯道处的路肩墙的墙顶应设置护栏等防护设施。护栏分墙式和柱式两种，所采用的材料，护拦高度、宽度，视实际需要而定。护栏内侧边缘距路面边缘的距离，应满足路肩最小宽度的要求。2.5 挡土墙的平面布置 对于个别复杂的挡土墙，如高的、长的沿河挡土墙和曲线路段的挡上墙除了横、纵向布置外，还应作平面布置，并绘制平面布置图。 在平面图上，应标示挡土墙与路线平面位置的关系，与挡土墙有关的地物、地貌等情况，沿河挡土墙还应标示河道及水流方向，以及其他防护、加固工程等。 在挡土墙设计图纸上，应附有简要说明，说明选用挡土墙设计参数的依据，主要工程数量，对材料和施工的要求及注意事项等以利指导施工。（1）根据具体情况，通过技术和经济比较，确定墙趾位置；（2）测绘墙趾处的纵向地面线，核对路基横断面图，收集墙趾处的地质和水文等资料；（3）选择墙后填料，确定填料的物理力学计算参数和地基计算参数；（4）进行挡土墙断面形式、构造和材料设计，确定有关计算参数；（5）进行挡土墙的纵向布置；（6）用计算法或套用标堆图确定挡土墙的断面尺寸；7绘制挡土墙立面、横断面和平面图。3 挡土墙的稳定性验算3.1 作用在挡土墙上的诸力3.1.1 墙身自重 墙身自重W竖直向下，作用在墙体的重心。挡土墙型式与尺寸初定后，W确定，W-墙身自重C-挡土墙顶宽B-挡土墙基底宽度H-挡土墙高度-混凝土容重若经验算后，尺寸修改，则W需重新计算。3.1.2 土压力 这是挡土墙的主要荷载。根据挡土墙的位移来确定土压力的种类，应用相应的公式计算。通常墙向前位移，墙背作用主动土压力Pa。若挡土墙基础有一定埋深，则埋深部分前趾上因整个挡土墙前移而受挤压，故对墙体作用着被动士压力Pp，但在挡土墙设计中有时因基坑开挖松动而忽略不计，使结果偏于安全。主动土压力：当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为主动土压力，一般用Pa表示。挡土墙承受的主动土压力一般按库伦定律计算。被动土压力：当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力，用Pp表示。作用点在离墙底H/3处，方向与墙背法线的夹角为d。若挡土墙基础有一定埋深，则埋深部分前趾上因整个挡土墙前移而受挤压，故对墙体作用着被动士压力Pp，但在挡土墙设计中有时因基坑开挖松动而忽略不计，使结果偏于安全。静止土压力：当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对墙的压力称为静止土压力P0 。P0 = K0 z3.1.3 基底反力 挡土墙基底反力可分解为竖向的法向分力和水平分力两部分。为简化计算，法向分力与偏心受压基底反力相同，呈梯形分布，合力用V表示，作用在梯形的重心。基底反力的水平分力用H表示，如图3.1所示。 图3.1 挡土墙基底受力图以上3种力为作用在挡土墙上的基本荷载。此外，若排水不良，墙后填土积水，需计算水压力。填土表面堆料以及地震区还应计入相应的荷载。3.2 抗滑稳定验算挡土墙的抗滑稳定性是指在土压力和其他外荷载的作用下，基底摩擦力抵抗挡土墙滑移的能力。挡土墙的抗滑移稳定性分析如图3.2所示。图3.2 挡土墙抗滑移稳定验算(1)将作用在挡土墙上的土压力Pa分解为两个分力；(2)水平分力Pax为使挡土墙滑动的力，Pax=Pacos(+)；(3)竖向分力Pay和墙自重W引起的摩擦力为抗滑力，Pay=Pasin(+)；(4)抗滑力与滑动力的比值，称为抗滑稳定安全系数，记为Ks；(5)抗滑稳定验算公式：式中：Ks-抗滑稳定安全系数； Pax-主动土压力的水平分力，KN/m； Pay-主动土压力的竖向分力，KN/m； -基底摩擦系数，由试验测定或参考规范确定。(6)若抗滑稳定性验算结果不满足要求，则应采取以下的措施来解决：修改挡土墙的断面尺寸，通常加大底宽，增加墙自重以增大抗滑力；在挡土墙基底铺砂、碎石垫层，提高摩擦系数，增大抗滑力；在挡土墙基底做成逆坡，利用滑动面上部分反力抗滑；在软土地基上，抗滑稳定安全系数较小，采取其他方法无效或不经济时，可在挡土墙踵后面加钢筋混凝土拖板。利用拖板上的填土重量增大抗滑力。拖板和挡土墙之间用钢筋连接。3.3 抗倾覆稳定验算挡土墙的抗倾覆稳定性是指抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力。挡土墙的抗倾覆稳定性分析如图3.3所示。图3.2 挡土墙抗倾覆稳定验算(1)抗倾覆稳定验算以墙趾O点取力矩进行计算(参见图3.2)；(2)主动土压力的水平分力Pax乘以力臂h为使墙倾覆的力矩；(3)主动土压力的竖向分力Pay乘以力臂b与墙自重W乘以力臂之和为抗倾覆力矩；(4)抗倾覆力矩与倾覆力矩之比值称为抗倾覆稳定安全系数，记以Kt；(5)抗倾覆稳定验算公式：式中：Kt-抗倾覆稳定安全系数； a，b，h-分别为W，Pay，Pax对O点的力臂，m。(6)若倾覆稳定性验算结果不满足要求，则应采取以下的措施来解决：修改挡土墙尺寸，如加大墙底宽，增大墙自重，以增大抗倾覆力矩。这一方法要增加较多的工程量，通常并不经济；伸长墙前趾，增加混凝土工程量不多，但需增加钢筋用量；将墙背做成仰斜，可减小土压力，但施工不方便；做卸荷台，位于挡土墙竖向墙背上，形如牛腿。卸荷台以上的土压力，不能传到卸荷台以下。土压力呈两个小三角形，因而减小了总的土压力，使倾覆力矩减小。3.4 地基承载力验算挡土墙地基承载力验算，与一般偏心受压基础验算方法相同，应同时满足下列两个公式：4 墙后回填土的选择根据上述土压力理论进行分析，通常希望作用在挡土墙上的土压力值越小越好。这样可使挡土墙断面小，省方量，降低造价。各种土压力中，最小的土压力为主动土压力Pa，而Pa的数值大小与墙后填土的种类和性质密切相关。由此可见，挡土墙后的填土应作为挡土墙工程的组成部分进行设计与选择。4.1 理想的回填土理想的回填土。卵石、砾砂、粗砂、中砂的内摩擦角较大，主动土压力系数小，则作用在挡土墙上的土压力就小，从而节省工程量，保持稳定性。因此上述粗颗粒土为挡土墙后理想的回填土。本设计采用此类型的填土，且回填土粘聚力等于零，墙后填土分层夯实，以提高填土质量。4.2 可用的回填土细砂、粉砂、含水率接近最优含水率的粉土、粉质粘土和低塑性粘土为可用的回填土，如当地无粗粒土，外运不经济，可就地取材。4.3 不能用的回填土软粘土、成块的硬粘土、膨胀土和耕植土，因性质不稳定，在冬季冰冻时或雨季吸水膨胀都将产生额外的土压力，对挡土墙的稳定性产生不利影响导致墙体外移，甚至失去稳定，故不能用作墙后的回填土。4.4 基底处理 （1）清除基底上的垃圾,草皮树根,排除坑穴中积水,淤泥和杂物 （2）采取措施,防止地表水流入填方区 （3）若基底土质疏松,需先进行夯实 （4）填土区域若处于含水量很大的松土地区,首先先进行排水疏干,换填其中淤泥质土 （5）填土区坡陡于1/5时,先将斜坡挖成阶梯状, (H x L=200300 x 1m ),防止土体滑动.5 墙后排水措施5.1 无排水措施的危害在挡土墙建成使用期间，如遇暴雨，有大量雨水渗入挡土墙后填土中，结果使填土的重度增加，内摩擦角减小，土的强度降低，导致填土对墙的土压力增大。同时墙后积水，增加水压力，对墙的稳定性产生不利影响。若地基软弱，则土压力增大引起挡土墙的失稳。因此，挡土墙设计中必须设置排水。挡土墙的排水处理是否得当，直接影响到挡土墙的安全及使用效果。因此，挡土墙应设置排水设施，以疏干墙后坡料中的水分，防止地表水下渗造成墙后积水，从而使墙身免受额外的静水压力；消除粘性土填料因含水量增加产生的膨胀压力；减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力。（注意格式要求！）5.2 排水措施的部位与构造5.2.1 截水沟 凡挡土墙后有较大的面积或挡山坡，则应在填土顶面、离挡土墙适当的距离设截水沟，如图5.1所示，把坡上、外部径流截断排除。图5.1 截水沟示意图5.2.2 泄水孔 已渗入墙后填土中的水，则应将其迅速排出。通常在挡土墙的下部设置泄水孔，泄水孔的布设如图5.2所示。图5.2 泄水孔示意图5.2.3沉降缝和仲缩缝 为了防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，应根据地基的地质条件及墙高、墙身断面的变化情况设置沉降缝；为了防止圬工砌体因砂浆硬化收缩和温度变化而产生裂缝，须设置伸缩缝。通常把沉降缝与伸缩缝合并在一起，统称为沉降伸缩缝或变形缝。沉降伸缩缝的间距按实际情况面定，对于非岩石地基，宜每隔1015m设置一道沉降伸缩缝；对于岩石地基，其沉降伸缩缝间距可适当增大。沉降伸缩缝的缝宽般为23cm。浆砌挡土墙的沉降伸缩缝内可用胶泥填塞，但在渗水量大、冻害严重的地区，宜用沥青麻筋或沥青木板等材料，沿墙内、外顶三边填塞，填深不宜小于15m；当墙背为填石且冻害不严重时，可仅留空隙，不嵌填料。6 挡土墙设计工程实例 已知某混凝土挡土墙如图6.1所示：高度H=6.0m，墙背倾斜=10，填土表面倾斜=10，墙摩擦角=20，=30，重度=18.5KN/m3。地基承载力设计值f=180KPa。图6.1 挡土墙示意图 6.1 初定挡土墙截面尺寸由已知设计资料分析，拟设挡土墙墙高6m，顶宽0.8m，底宽4.5m。在挡土墙建成使用期间，如遇暴雨，有大量雨水渗入挡土墙后填土中，结果使填土的重度增加，内摩擦角减小，土的强度降低，导致填土对墙的土压力增大。同时墙后积水，增加水压力，对墙的稳定性产生不利影响。若地基软弱，则土压力增大引起挡土墙的失稳。因此，为了迅速排除墙后积水，在挡土墙墙身2.5m处和5m处布置1010cm圆孔泄水孔，间距3m，上下交错设置，在泄水孔进口处设置粗粒料反滤层，以避免堵塞孔道；设置地面排水沟，引排地面水。6.2 土压力计算主动土压力系数：主动土压力： 6.3 抗滑稳定性验算根据拟建挡土墙的条件混凝土，容重为2224KN/m3，此处取23KN/m3，内摩擦角，可知填土为砂类土，查表可得基底摩擦系数。墙体自重:抗滑稳定系数:1.3(安全)6.4 抗倾覆稳定性验算求出作用在挡土墙上各个力对墙趾O点的力臂： 自重W的力臂： 水平分力的力臂： 垂直分力的力臂：应用公式可得抗倾覆稳定安全系数：1.5（安全）6.5 地基承载力验算作用在基础底面上总的竖向力：合力作用点与墙前趾O点的距离：偏心距： 在偏心荷载作用下，基底的最大应力和最小应力为： 要满足下列公式： 由于地基承载力设计值，所以1.2=基底平均应力及最大压力均满足要求。最终确定挡土墙的尺寸：顶宽0.8m，底宽4.5m。 结 论综上所述，在挡土墙的设计过程中，应先进行细致严谨的实地勘查，初定挡土墙的结构尺寸和型式，在定尺寸的时一定要根据相应的规范和要求来拟定，运用合理正