基础工程挡土墙.ppt

1 2 3 4 5 6 7 概述 挡土墙构造与布置 浸水路堤挡土墙设计 地震地区挡土墙设计 第七章挡土墙设 挡土墙土压力计算 重力式挡土墙设计 其他挡土墙设计 重点 掌握 常用挡土墙的型式 特点及适用范围 难点 如何根据工程地质情况来选用最合适的挡土墙型式 思考题 结合工程实例讲述常用挡土墙的特点并说明对于不同的地质情况如何选择墙型 第一节概述 一 挡土墙的定义与设置条件二 挡土墙的类型三 挡土墙设计内容与荷载 第一节概述 一 挡土墙的定义与设置条件定义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 设置挡土墙的前提条件1 受地形 地物或占地等限制而需收缩坡脚时 条件约束 2 采用较陡的边坡坡度时或者在坡体下滑而需采取措施以增加抗滑力时 稳定性要求 重力式挡土墙 挡土墙照片 各种挡土墙 6 1概述 挡土墙 是能够抵抗侧向土压力 防止墙后土体坍塌的结构物 挡土墙的用途1 降低挖方边坡高度 减少挖方数量 避免山体失稳坍滑 2 收缩路堤坡脚 减少填方数量或减少拆迁和占地面积 保证路堤稳定性 3 避免沿河路基挤缩河床 防止水流冲刷路基 4 防止山坡覆盖层下滑和抵抗滑坡 11 挡土墙设置与否 宜于与其工程方案比较确定1 与移改路线位置进行比较 2 与填筑或开挖边坡相比较 3 与坼移有关干扰路基的构造物 房屋 河流 水渠 等比较 4 与设置其他类型的构造物 桥 护墙 等比较 挡土墙示例 第一节概述 二 挡土墙的类型 按设置挡土墙的位置分类路肩墙路堤墙路堑墙山坡墙桥头挡墙按墙体材料分类石砌挡土墙砖砌挡土墙混凝土挡土墙钢筋混凝土挡土墙木质挡土墙钢板挡土墙按挡土墙的结构形式分类重力式 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 一 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 a b d c 第一节概述 边坡挡土墙 桥台 驳岸 17 用于陡峭山坡的路堑底部 收缩坡脚 降低边破高度 减少开挖或者边坡防止地质不良地段的滑坡 1 路堑挡土墙 2 路堤墙 设置在高填土路堤或陡坡路堤的下方 用于地形受限 需要收缩路堤坡脚 减少填方数量 减少拆迁或占地面积 防止陡坡堤下滑 3 路肩挡土墙 用于 1 陡坡路堤 为保证路堤稳定 收缩坡脚 2 为避免与其它建筑物 如房屋 铁路 水渠等 干扰扰或防止多占农田 3 为防止沿河路堤受水流冲刷和淘刷 3 路肩墙 设置在路肩部位 墙顶不应占据硬路肩 行车道及路缘带的路基宽度范围 收缩坡角 4 浸水挡土墙 沿河路堤 在傍水一侧设置 需要收缩坡脚可以防止水流对路基的冲刷冲淘和侵蚀 也是减少压缩河床的有效措施之一 挡土墙的设置种类及其各自用途 5 山坡挡土墙 设置在路堑或路堤上方 用于支撑山坡上可能坍滑的覆盖层 破碎岩层或山体滑坡 需要时可分设数道 第一节概述 用途路肩墙 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 26 二 按结构类型分 重力式 薄壁式 悬臂式 扶壁式 锚定式 加筋土挡土 板桩式 27 1 重力式挡土墙 重力式挡土墙是以挡土墙自身重力来维持挡土墙在力的作用下的平衡和稳定 通常由块石或素混凝土砌筑而成 因而墙体抗拉强度较小 作用于墙背的土压力所引起的倾覆力矩全靠墙身自重产生的抗倾覆力矩来平衡 因此 墙身必须做成厚而重的实体才能保证其稳定 这样 墙身的体积和重量都比较大 墙高一般小于5 8m 重力式挡土墙 特点 1 结构简单 施工方便 2 施工工期短 3 能就地取材 4 对地基承载力要求高 5 工程量大 沉降量大 适用范围 墙高h 5 8m且地基承载力较高地段 返回 29 重力式挡墙 重力式挡土墙 景观 重力式挡土墙 景观 重力式挡土墙 景观 是指依靠墙身自重抵抗土体侧压力来维持其稳定的挡土墙 多用片 块 石砌筑 也可用混凝土修建 形式简单 施工方便 可就地取材 适应性较强 被广泛采用 圬工数量较大 对地基的承载能力要求较高 重力式挡土墙 34 按墙背的倾斜情况分为仰斜 垂直和俯斜三种 主动土压力比较 仰斜 垂直 俯斜 挖方比较 仰斜优于俯斜 填方比较 俯斜优于仰斜 35 几种特殊的重力式挡土墙 墙背设置卸荷平台时土压力计算 为了减少作用在墙背上的主动土压力 有时采用在场背中部加设卸荷平台的办法 此时 平台以上土重W已由卸荷台BCD承担 故平台下C点处土压力变为零 从而起到减少平台下H2段内土压力的作用 减压范围 一般认为至滑裂面与墙背交点E处为止 连接图中相应的C 和E 则图中阴影部分即为减压后的土压力分布 显然卸荷平台伸出越长 则减压作用越大 设置衡重台使墙身重心后移 并利用衡重台上的填土 增加墙身稳定 上墙背俯斜而下墙背仰斜 可降低墙身及减少基础开挖 以及节约墙身断面尺寸 适用于陡山坡的路肩墙 路堤墙和路堑墙 兼有拦挡落石作用 衡重式挡土墙 2 薄壁式挡土墙 包括悬臂式和扶壁式两种形式 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 特点 1 结构轻 柔性大 2 工程量少 造价低 3 施工工艺较复杂 适用范围 适用于地基承载力较低的重要工程 墙高可达27m 返回 锚杆 锚定板式挡土墙 40 悬臂式挡土墙一般用钢筋混凝土建造 由三个悬臂板组成 立壁 墙趾悬臂和墙踵悬臂 墙的稳定性主要靠墙踵底板上的土重 而墙体内的拉应力则由钢筋承担 优点是能充分利用钢筋混凝土的受力特性 墙体截面较小 适用于墙高大于5m 地基土较差的工程 悬臂式挡土墙 悬臂式挡土墙 悬臂式挡土墙 悬臂式挡土墙 悬壁 臂 式挡土墙 实例2 汉口江滩防水墙 三阳路 一元路 原为土堤 江滩 沿江大道 墙趾悬臂 墙踵悬臂 立壁 46 扶壁式挡土墙当挡土墙后的填土比较高时 为了增强悬臂式挡土墙中立壁的抗弯性能 常沿墙的纵向每隔一定距离设一道扶壁 故称为扶壁式挡土墙 墙高大于8m 扶壁式挡土墙 扶壁式挡土墙由墙面板 立壁 墙趾板 墙踵板及扶肋 扶壁 组成 主要依靠踵板上的填土质量来保证 而且墙趾板也显著地增大了抗倾覆稳定性 并大大减小了基底应力 3 锚定式挡土墙 包括锚杆式和锚定板式两种 锚杆式挡土墙 锚杆式挡墙 主要由预制的钢筋混凝土立柱或挡土板构成墙面 与水平或倾斜的钢锚杆联合作用支挡土体 主要是靠埋置岩土中的锚杆的抗拉力拉住立柱保证土体稳定的 锚杆式挡土墙 锚杆的一端与立柱连接 另一端被锚固在山坡深处的稳定岩层或土层中 墙后侧向压力由挡土板传给立柱 由锚杆与稳定岩层或土层间的锚固力 使墙获得稳定 适用于墙高较大 缺乏石料或挖基困难地区 具有锚固条件的路堑挡墙 锚定板式挡土墙 锚定板式挡土墙是由钢筋混凝土墙面 钢拉杆 锚定板以及其间的填土共同形成的一种组合挡土结构 它借助于埋在填土内的锚定板的抗拔力来抵抗侧向土压力 保持墙的稳定 锚定板式挡土墙 锚碇板及锚杆式复合挡土墙 相同点 锚定板式挡土墙的结构形式和受力状态与锚杆挡土墙基本相同 都是依靠钢拉杆的抗拔力来保持墙身的稳定 主要区别 锚杆挡土墙的锚杆系插入稳定地层的钻孔中 抗拔力来源于灌浆锚杆与孔壁地层之间的粘结强度 而锚定板挡土墙的钢拉杆及其端部的锚定板都埋设在人工填土当中 抗拔力主要来源于锚定板前的填土的被动抗力 锚定板式则将锚杆换为拉杆 在其土中的末端连上锚定板 它不适于路堑 路堤施工容易实现 锚杆式挡土墙与锚定板式挡土墙 4 加筋土挡土墙 是填土 拉筋 面板三者的结合体 依靠拉筋与填料间的摩擦力来抵抗侧向土压力 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 路肩墙与路堤墙 加筋土挡土墙 加筋挡土墙 加筋挡土墙 定义 加筋挡土墙由面板 拉筋组成 依靠填土 拉筋之间的摩擦力使填土与拉筋结合成一个整体 特点 1 结构轻 刚度大 2 设计 施工简单 适用范围 加固河堤 围堰等 返回 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 还有哪些 结构 材料 加固后加筋土挡土墙 加筋土挡土墙 失稳的加筋土挡土墙 加筋土挡土墙 施工 加筋土挡土墙 绿化 加筋土挡土墙 绿化 加筋土挡土墙 绿化 5 土钉 钉土 挡土墙 69 6 板桩式挡土墙 板桩墙属柔性结构 悬臂式板桩墙 锚碇式板桩墙 多支撑板桩墙 多用经验性方法求解土压力的分布规律 临时性和永久性的板桩结构物 第一节概述 三 挡土墙设计内容与荷载 原则 1 设计内容挡土墙的设计包括 墙的构造 墙身 基础 回填料和排水等 和组成材料的选择 土压力计算以及墙身的内部和外部稳定性分析等 设置挡土墙时 要依据使用场合的特点和要求 填方或挖方路段 路段长 墙高 地基条件 回填材料等 以及各种挡土墙的特点 按重要性 美观 经济 可靠度和耐久性等方面的考虑选择合适的挡土墙类型 挡土墙的选择依据 1挡土墙的性质 高度和重要性2建筑物的地形与地质条件3尽量就地取材 因地制宜4安全而经济 常用的挡土墙类型 重力式 悬臂式 扶壁式 锚杆及锚碇式和加筋土挡土墙等 各种挡土墙 第一节概述 垮塌的重力式挡墙 挡土墙的破坏 挡土墙的破坏 第一节概述 垮塌的护坡挡墙 挡土墙的破坏 失稳的立交桥加筋土挡土墙 1 作用在挡土墙上的力系 2 挡土墙设计荷载 原则 根据挡土墙所处的具体工作条件 最不利组合一般地区仅考虑主要力系浸水地区考虑附加力地震区考虑地震力 2 不同条件下荷载组合 挡土墙的荷载分类及组合荷载分类 A 永久作用 荷载 见表6 8 B 可变作用 荷载 见表6 8 1 基本可变作用 荷载 2 其他可变作用 荷载 3 施工荷载 C 偶然作用 荷载 见表6 8 常用作用 或荷载 组合 1 极限状态 整个结构或结构的某一部分超过某一特定状态 就不能满足设计规定的某一功能要求 此特定状态称为该功能的极限状态 极限状态实质上是结构可靠 有效 或不可靠 失效 的界限 界限状态分类 承载能力极限状态正常使用极限状态 3 挡土墙设计原则 承载能力极限状态 对应于结构或结构构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载 挡土墙出现以下任何一种状态 即认为超过了承载能力极限状态 整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体失去平衡 挡土墙构件或连接部件因材料承受的强度超过极限而破坏 或因过量塑性变形而不适于继续承载 挡土墙结构变为机动体系或局部失去平衡 构件承载力极限状态表达 正常使用极限状态 对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定 挡土墙出现以下任何一种状态 即认为超过了正常使用极限状态 影响正常使用或外观变形 影响正常使用或耐久性的局部破坏 包括裂缝 影响正常使用的其他特定状态 承载力极限状态是当挡土墙出现以下任何一种状态 即认为超过了承载力极限状态 1 整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体失去平衡 2 挡土墙构件或连接部件因材料强度超过而破坏 或因过度塑性变形而不适于继续承载 3 挡土墙结构变为机动体系或局部失去平衡 1 结构的承载力极限状态 正常使用极限状态是挡土墙出现下列状态之一时 即认为超过了正常使用极限状态 1 影响正常使用或外观变形 2 影响正常使用或耐久性的局部破坏 包括裂缝 3 影响正常使用的其它特定状态 我国现行规范规定公路挡土墙的构件分析采用承载力极限状态的分项安全系数法为主的设计法 表达式为 3 挡土墙设计原则 1 承载能力极限状态分项荷载系数表6 112 当对挡土墙进行基础合力偏心距和圬工结构合力偏心距计算时 除被动土压力分项荷载系数用0 3外 其它全部荷载系数规定采用1 0 挡土墙设计分项荷载系数 2 挡土墙设计的基本原则 挡土墙必须保证结构安全正常使用 因此应满足以下要求 a 挡土墙不能滑移 b 挡土墙不能倾覆 c 挡土墙墙身要有足够的强度 d 挡土墙的基础要满足承载力的要求 根据工程要求以及地形地质条件 确定挡土墙结构的平面布置和高度 选择挡土墙的类型及截面尺寸 1 挡土墙滑动稳定性验算 4 挡土墙结构验算分析内容 2 挡土墙滑倾覆稳定性验算 3 基底压应力及合力偏心矩验算 土质地基偏心矩不应大于B 6 岩石地基不应大于B 4否则应从新拟定挡土墙断面 e B 2 ZN 4 墙身截面强度验算 1 法向应力验算 2 切应力验算 一 重力式挡土墙的构造与布置二 悬臂式挡土墙三 加筋土挡土墙的构造 第二节挡土墙的构造与布置 一 重力式挡土墙的构造与布置 一 构造组成挡土墙一般由墙身 基础 填料 排水设施和伸缩缝等部分组成墙身构造墙背墙面墙顶护栏 第二节挡土墙的构造与布置 基础 具体要求见P122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 具体要求见P122通常由地面排水和墙身排水两部分组成 沉降缝与伸缩缝 具体要求见P123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 第二节挡土墙的构造与布置 重力式挡土墙 1 墙身 1 墙背 根据墙背倾斜方向的不同 墙身断面形式可分为仰斜 垂直 俯斜 凸形折线式和衡重式等几种 1 墙身构造 1 墙背 1 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 15 1 0 25 4 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 25 1 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 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 2 俯斜墙背适用于路堤墙 路肩墙 常用1 0 15 1 0 25 不超过4m的低墙可用垂直墙背 5 其他类型挡土墙的墙背形式可参考有关规范和设计手册 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 05 1 0 20 矮墙可采用陡直墙面 地面平缓时 一般采用1 0 20 1 0 35较为经济 2 墙面 3墙顶 4 护栏 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 重力式挡土墙 2 基础 基础设计的主要内容 基础类型的选择基础埋置深度的确定 基础类型 1 绝大多数挡土墙 都是直接修筑在天然地基上 2 当地基承载力不足且墙趾处地形平坦 而墙身又超过一定高度时 为了减小基底压应力和增加抗倾覆稳定性 常常采用扩大基础 a 扩大基础 b 钢筋混凝土底板 c 台阶形基础 d 拱形基础 纵断面 1 基础类型 1 基础类型 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 3 当地基压应力超过地基承载力过多时 需要的加宽值较大 为避免加宽部分的台阶过高 可采用钢筋混凝土底板 4 地基为软弱土层时 可采用砂砾 碎石 矿渣或灰土等材料予以换填 5 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坚硬岸石时 可设置台阶基础 以减少基坑开挖和节省圬工 6 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 为保证挡土墙的稳定 基底埋置深度应符合下列要求 1 无冲刷时 一般应在天然地面下不小于1 0m 2 有冲刷时 应在冲刷线下不小于1 0m 3 受冻胀影响时 应在冰冻线以下不小于0 25m 当冻结深度超过1m时 可在冻结线下0 25m内换填不冻胀材料 但埋置深度不小于1 25m 基底应夯实一定厚度的砂砾或碎石垫层 4 非冻胀土层中的基础 例如岩石 卵石 砾石 砂 埋置深度不宜少于0 5 击实时 1 0m 疏松时 2 基底埋置深度 5 岩石地基应清除表面松散的风化层 基础嵌入基岩深度不少于0 15 0 60m 按岩层的坚硬程度和抗风化能力选定 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 6 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 3 排水设施 挡土墙的排水设施通常由地面排水和墙身排水两部分组成 1 地面排水 主要是防止地表水渗入墙背填料或地基 因此 可设置地面排水沟 引排地面水 夯实回填土顶面和地面松土 防止雨水和地面水下渗 必要时可加设铺砌层 采取封闭处理 对路堑挡土墙墙趾前的边沟应予以铺砌加固 以防止边沟水渗入基础 重力式挡土墙 与排水设施 2 墙身排水排水设施 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2 3m 对于浸水挡土墙孔眼间距一般1 0 1 5m 干旱地区可适当加大 孔眼上下错开布置 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 下排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 立面图 断面图 当墙背填土透水性不良或有冻胀可能时 应在墙后最低一排泄水孔到墙顶0 5m之间设置厚度不小于0 3m的砂 卵石排水层或采用土工布 挡土墙后采用瑞琪渗排水材料排水布置示意图 4 沉降缝和伸缩缝 设置目的 为防止地基不均匀沉降而引起墙身开裂 需设置沉降缝 为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 2 设置方法 设置方法 每隔10 15m设置一道沉降伸缩缝 沉降伸缩缝的缝宽一般为2 3cm 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具有弹性的材料 沿墙内 外 顶三边填塞 填深不宜小于15cm 当墙后为岩石路堑或填石路堤时 可设置空缝 当墙背为填石且冻害不严重时 可仅留空隙 不嵌填料 干砌挡土墙 缝的两侧应选用平整石料砌筑 使成垂直通缝 挡土墙正面图 5 挡墙填料 填料可为级配良好的碎石土类 砂土和爆破石渣以及性能稳定的工业废料 但反滤层级表层夯实粘土层除外 以砾石 卵石或块石作填料时 分层夯实的最大粒径不宜大于400mm 分层压实的最大粒径不宜大于200mm 二 挡土墙的布置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 通常由地面排水和墙身排水两部分组成 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 横向布置 横断面图上进行 布置内容 1 确定挡土墙形式 路堤 肩 墙 在地形陡峻时可采用俯斜式或衡重式 在地形平坦时可采用仰斜式 路堑墙 宜采用仰斜式或折线式 2 选择挡土墙的位置 路堤墙与路肩墙可依据墙高 圬工数量 基础 填方数量 占地数量和使用要求等进行比较确定 第二节挡土墙的构造与布置 1 横向布置 横断面图上进行 3 确定墙高 依据地形和地质等条件 分析计算确定 4 确定墙身断面 基础形式和埋置深度 依据地质与水文地质及冲刷情况进行分析计算确定 5 布置排水设施 依据地形及墙背填料情况分析确定 第二节挡土墙的构造与布置 2 纵向布置 在墙趾纵断面图上进行 布置内容与要求 1 确定挡土墙的起迄点 墙长 选择挡土墙与路基或其它结构物的衔接方式 2 按地基及地形情况进行分段 确定伸缩缝与沉降缝 3 布置各挡土墙的基础 4 布置泄水孔的位置 包括数量 间隔和尺寸 第二节挡土墙的构造与布置 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 4 挡土墙的布置要求1 确保挡土墙基础稳定 墙身坚固 作用良好 2 结构合理 断面经济 开挖与回填量小 3 充分利用当地材料 4 节省劳动力和用地面积 5 施工 养护方便与安全 5 设计步骤初步拟定1 2个方案在横断面 初步确定其断面形式 位置 基础类型及埋置深度 初步在纵断面图上布置挡土墙 初步试算 方案比较 反复调整试算 编制设计说明 第二节挡土墙的构造与布置 悬臂式挡土墙设计尺寸 二 悬臂式挡土墙构造组成 当地基土质较差或缺少石料而墙又较高 大于8 10m 时 通常采用 当墙很高 且立壁的挠度大时 为增加立壁的抗弯性 在纵向按一定间隔设置扶壁 以增加抗滑和抗倾覆能力 扶壁式挡土墙设计尺寸 扶壁式挡土墙 三 加筋土挡土墙的构造 1 横断面 2 加筋方式 3 基础 加筋体面板基础底面的基础形式宜采用普通混凝土或钢筋混凝土扩大基础 基础埋深规定同重力式挡土墙 4 沉降 伸缩缝 加筋土挡土墙应根据地形 地质 墙高等条件设置沉降缝 其间距对土质地基为10 30m 岩石地基可适当增大 当设置整体式路檐板时 酌情设置伸缩缝 其间距一般与沉降缝一致 5 填料 加筋土填料应使用渗水性的砂类或砾碎石类 压实度要达到高标准 6 筋带 扁钢带 钢筋混凝土板带 钢塑复合带 土工格栅 聚丙烯土工带 7 面板 第三节挡土墙土压力计算 主要力系1 挡土墙自重G及墙上恒载2 墙后土体的主动土压力Ea 包括作用在墙后填料破裂棱体上的荷载 简称超载 3 基地的法向反力N及摩擦力T4 墙前土体的被动土压力Ep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 特殊力偶然出现的力 如地震力 浮力 水面物撞击力等 一 作用在挡土墙上的力系 第三节挡土墙土压力计算 挡土墙的移动形式 第三节挡土墙土压力计算 二 一般条件下的库仑主动土压力计算主动土压力Ea 墙体外移 土压力逐渐减小 当土体破坏 达到主动极限平衡状态时所对应的土压力 最小 被动土压力Ep 墙体内移 土压力逐渐增大 当土体破坏 达到被动极限平衡状态时所对应的土压力 最大 静止土压力E0 墙体不移动 土压力即是土体产生的侧压力 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 第三节挡土墙土压力计算 不同墙背倾斜形式的土压力大小 墙背倾斜形式仰斜 直立 俯斜 第三节挡土墙土压力计算 土压力计算理论 第三节挡土墙土压力计算 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 库伦土压力理论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 Rankine 1820 1872 第三节挡土墙土压力计算 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 粘性土 无粘性土 第三节挡土墙土压力计算 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 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Ea和被动土压力Ep 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 第三节挡土墙土压力计算 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 填土表面水平 0 墙背垂直 0 墙面光滑 0 的情况 墙背垂直 填土表面倾斜 但倾角 的情况 地面倾斜 墙背倾角 45 2 的坦墙 L型钢筋混凝土挡土墙 墙后填土为粘性土或无粘性土 第三节挡土墙土压力计算 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 第三节挡土墙土压力计算 第三节挡土墙土压力计算 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 二 一般条件下的库仑主动土压力计算 破裂面交于内边坡 适用于路堤或路堑挡土墙 根据静力平衡原理 确定破裂面上的土体处于极限平衡状态时给予墙背的主动土压力 土压力值是破裂角的函数 Ea f 令得到最危险破裂面和其主动土压力 土压力系数 第三节挡土墙土压力计算 基本计算公式 水平分力垂直分力 第三节挡土墙土压力计算 第三节挡土墙土压力计算 破裂面交于路基面 1 破裂角交于内侧 图a 2 破裂角交于荷载中部 图b 3 破裂角交于荷载外侧 图c 破裂角交于外边坡4 特例 填土水平 0 墙背铅垂 0 墙背光滑 0 土压力为 第三节挡土墙土压力计算 三 大俯角墙背的主动土压力 第二破裂面法 Ea是第一 二破裂面的函数Ex是Ea的水平分力 也是第一 二破裂面的函数 第三节挡土墙土压力计算 出现第二破裂面的条件 1 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 2 在墙背或假象墙背面上产生的抗滑力必须大于其下滑力 即 或 使破裂棱体不会沿墙背或假想墙背下滑 第三节挡土墙土压力计算 四 折线形墙背的土压力计算 折线墙背的土压力计算时以墙背转折点或衡重台为界限 把墙分为上墙和下墙 分别按库伦理论计算主动土压力 然后取两者的矢量和作为全墙的土压力 上墙的土压力计算 不考虑下墙的影响 按俯斜墙背计算 注意判别是否出现第二破裂面 第三节挡土墙土压力计算 下墙的土压力计算 对上墙作近似处理 1 延长墙背法 延长下墙墙背 交于填土表面 按此虚构墙背计算土压力 并绘出全墙的土压力分布图 截取下墙部分的压应力分布图作为下墙的土压力 该方法的缺点 忽略了延长墙背与实际墙背之间的土楔及荷载重假定上墙破裂面与下墙破裂面平行 实际不平行 2 力多边形法 根据静力平衡条件 作用于破裂棱体上的诸力应构成矢量闭合的力多边形来求算下墙土压力 第三节挡土墙土压力计算 五 粘性土土压力计算 粘结力存在对主动土压力影响大 土压力减小 1 换算内摩擦角法 将内摩擦角和内粘结力 换算成较实有内摩擦角大的 等效内摩擦角 原则 1 换算前后的抗剪强度相等2 换算前后的土压力相等2 力多边形法 数解法 1 考虑深度hc范围内为垂直裂缝区 不计此范围土压力2 考虑破裂面上的粘结力 第三节挡土墙土压力计算 六 不同土层的土压力计算 假设土的分层面与地表面平行 第三节挡土墙土压力计算 1 先求上层土压力E1 2 将上层土重作为超载 求算下层土压力E2 3 求E1和E2的矢量和 第三节挡土墙土压力计算 七 有限范围填土的土压力计算 当墙后存在已知的陡坡面或潜在的滑动面 且当其倾角陡于有计算求得的破裂面的倾角时 墙后的填料将沿着陡的坡面下滑 不沿计算破裂面下滑 已知破裂面 根据静力平衡方法求得 第三节挡土墙土压力计算 八 被动土压力计算 由于产生被动极限状态 要求土体产生较大的变形 而一般建筑物来说常常是不容许的 应进行折减 如拱桥桥台的情况是台推土 但拱桥不容许变形 故进行桥台设计时 取静止土压力 第三节挡土墙土压力计算 九 车辆荷载的换算及计算参数 1 车辆荷载换算 1 根据破裂棱体范围内布置的车辆荷载换算 第三节挡土墙土压力计算 2 按墙高确定的附加荷载强度进行换算将汽车荷载按均布荷载 换算成容重与前后填料相同的均布土层 q 附加荷载强度 墙高小于等于2m 取20kN m 墙高大于等于10m 取10kN m墙高H在2 10m 进行线性内插 第三节挡土墙土压力计算 2 计算参数 1 填料的计算内摩擦角和容重根据实际工作情况进行试验确定 无条件时可按表6 6数据选用 2 墙背摩擦角大小与墙背的粗糙度 填料性质及墙后排水有关 见表6 7 墙背愈粗糙 墙背摩擦角大 填料的内摩擦角愈大 墙背摩擦角大 排水条件愈好 墙背摩擦角大 第三节挡土墙土压力计算 第四节重力式挡土墙设计 一 挡土墙的布置二 重力式挡土墙的类型 构造三 挡土墙稳定性验算四 增加挡土墙稳定性的措施六 材料要求七 施工要求 第四节重力式挡土墙设计 一 挡土墙的布置 1 挡土墙位置的选定 1 路堑挡土墙大多数设在边沟旁 2 山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处 3 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 4 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 5 沿河路堤设置挡土墙时 应结合河流情况来布置 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 挡土墙的纵向布置 挡土墙纵向布置在墙趾纵断面图上进行 布置后绘成挡土墙正面图 第四节重力式挡土墙设计 一 挡土墙的布置 1 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 2 按地基及地形情况进行分段 确定伸缩缝与沉降缝的位置 3 布置各段挡土墙的基础 4 布置泄水孔的位置 包括数量 间隔和尺寸等 在墙高最大处 墙身断面或基础形式有变异处 以及其它必须桩号处的横断面图上进行 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 布置排水设施等 并绘制挡土墙横断面图 3 挡土墙的横向布置 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 重力式挡墙类型 二 重力式挡土墙的类型 构造 重力式挡土墙的构造要求 1 挡土墙破坏形式及稳定性要求 破坏形式沿基底滑动绕墙趾转动而倾覆地基过大或不均匀沉陷墙身剪切破坏剪切破坏 浅层 深层 验算项目基底滑动稳定性倾覆稳定性基底应力和偏心距墙身断面强度浅层 深层滑动稳定性 软弱下卧层 第四节重力式挡土墙设计 三 挡土墙稳定性验算 抗滑稳定性验算 验算在土压力及其它外力作用下 基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力 抗力 效应 rG 0 9 第四节重力式挡土墙设计 抗倾覆稳定性验算 验算抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力 抗倾覆力矩大于倾覆力矩 抗力效应 第四节重力式挡土墙设计 rG 0 9 二 为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力 应进行基底应力验算为了避免挡土墙不均匀沉陷 控制作用于挡土墙基底的合力偏心距 1 地基承载力抗力值的规定 1 当挡土墙的基础宽度b大于3m和埋置深度h大于0 5m时 除岩石地基外 基底宽度大于6m时 取6m 基底宽度小于3m时 取3m 第四节重力式挡土墙设计 基底应力及合力偏心距验算 2 当不满足 1 的条件或计算f 1 1fK时 取f 1 1fK值 3 f值可以根据荷载组合予以提高 见表6 16 4 当偏心距小于或等于0 333b 可根据抗剪强度指标确定2 抗力 1 当轴向荷载作用时 2 当偏心荷载作用时3 基础底面的压应力 效应 1 当轴向荷载作用时 第五节重力式挡土墙设计 2 当偏心荷载作用时 第四节重力式挡土墙设计 验算截面位置 第四节重力式挡土墙设计 墙身截面强度验算 1 强度计算2 稳定计算 第四节重力式挡土墙设计 弯曲平面的纵向翘曲系数3 当e0超过规定值 出现拉应力 进行弯拉强度验算或确定截面尺寸4 正截面直接受剪时验算 第四节重力式挡土墙设计 一 增加抗滑稳定性1 设置倾斜基底2 采用凸榫基础3 采用人工基础4 加大挡墙尺寸 二 增加抗倾覆稳定性的方法1 展开墙趾2 改变墙面及墙背坡度3 改变墙身断面类型4 加大挡墙尺寸 三 提高基底承载力或减小基底应力1 采用人工基础2 采用扩大基础 第四节重力式挡土墙设计 四 增加挡土墙稳定性的措施 四 增加挡土墙稳定性的措施 1 增加抗滑稳定性的方法 土质地基 不陡1 5 岩石地基 不陡于1 3 凸榫的高度按照抗滑稳定性要求设计 高宽比满足污工刚性角的要求 倾斜基底 凸榫基底 2 增加抗倾覆稳定性的方法 展宽墙趾 改变墙面及墙背坡度 改变墙身断面类型 六 材料要求6 1砌体可选用不低于MU30的毛石或等强度的其它砌块 6 2选用毛石砌筑 毛石材料必须表面平整 其长度不宜大于厚度的3倍 宽度不宜大于厚度的2倍 厚度不小于200mm 6 3砌体材料所用石块应质地坚实 无风化剥落和裂纹 石块表面的泥垢和影响粘结的水锈等杂质应清除干净 6 4缺少合格石料地区 可用C15混凝土或毛石混凝土 6 5砌体挡墙墙高大于等于6m时 墙身及基础采用M7 5水泥砂浆砌筑 墙高小于6m时 墙身及基础采用M5 0水泥砂浆砌筑 6 6砌体挡墙墙顶必须采用1 3水泥砂浆按5 的坡度外斜护顶 其厚度不得小于30mm 6 7墙身勾缝及抹面砂浆强度不得小于M7 5 七 施工要求7 1施工准备 a 砌筑前 根据图纸要求 做测量放线工作 打好标高桩或立好皮数杆 轴线和基础边线 b 当挖掘机开挖至设计基底标高0 2m时 采用人工清理至设计基底标高 以保持基底原状土层不受扰动 c 清槽后 报经勘察单位 设计单位和现场监理工程师进行验槽 确保地基承载力满足设计要求 d 验槽合格后 铺设100mm厚C10砼垫层 随浇随捣 以使垫层砼密实 e 施工前要作好地面排水 保持坑底干燥 f 挡墙基础坐落于坚硬完整 强度不小于MU30 的基本岩层斜坡上而不产生侧压力时 可将下部墙身切砌成台阶式 但需进行全墙稳定性验算 g 挡墙基础存在纵向斜坡时 基底纵坡不得陡于5 当纵坡陡于5 时 基底必须做成台阶式 h 挡土墙基底逆坡及抗滑键严格符合设计要求进行施工 以保证挡墙抗滑稳定 7 2 砌体挡墙施工 a 施工工序 场地清理 工程测量放线 基槽开挖 C10砼垫层施工 砌筑毛石 墙后滤石层施工 勾缝 抹面 质量检测 资料整理 分项工程竣工验收等 b 毛石过分凸出的尖角部分应用锤打掉 斧刃石 刀口石 必须加工后 方可砌筑 c 砌体采用座浆法错缝砌筑 严禁干砌或投石填心的做法 d 应将大小不同的石块搭配使用 不得将大石块全部砌在外面 而墙心用小石块填充 e 毛石砌体宜分皮卧砌 各皮石块应利用自然形状经修凿使能与先砌石块错缝搭砌 f 砌乱毛石墙时 毛石宜平砌 不宜立砌 每一石块要与左右 上下的石块有叠靠 与前后的石块有交搭 砌缝要错开 使每一石块既稳定又与其四周的其他石块交错搭接 不能有松动 孤立的石块 g 毛石砌体必须设置拉结石 拉结石应均匀分布 相互错开 每O 7m2墙面至少设置一块 且同皮内的中距不应大于2m 拉结石的长度 当墙厚 400mm时 应与墙厚相等 当墙厚大于400mm 可用两块拉结石内外搭接 搭接长度不应小于150mm 且其中一块长度不应小于墙厚的2 3 h 毛石墙的第一皮及转角处 交接处和洞口处 应用较大的平毛石砌筑 i 毛石墙石块之间的空隙 即灰缝 35mm时 可用砂浆填满 35mm时 应用小石块填稳填牢 同时填满砂浆 不得留有空隙 J 砂浆根据试验室提供的砂浆配合比进行配料称量 砂浆采用机械拌和 投料顺序为先投砂 水泥 拌合后另加水 拌和时间自投料完毕算起 不少于90秒 随拌随用 砂浆宜手捏成团 落地即散 n 严禁出现水平通缝 墙趾 墙踵与墙身联结处不得出现垂直通缝 o 砌筑时必须认真跟线 在满足墙体里外皮错缝搭接的前提下 尽可能将石块较平整的大面朝外砌筑 P 墙面勾缝应深浅一致 搭接平整并压实抹光 不得有丢缝 开裂等缺陷 q 毛石挡墙勾缝应保持砌合的自然缝 勾缝完毕 应清扫墙面 7 4墙后填土施工 a 墙后填土基底树墩及主根应予拔出 坑槽积水 淤泥和杂物等必须清除 b 填土前 应对填方基底和已完隐蔽工程进行检查和中间验收 c 合理选择压实机具 确定调料最优含水率 d 分层填土并夯实 接缝必须做成斜坡形 重叠夯实0 5 1 0m e 墙后填土要求预留沉降量 压实后一般不超过填方高度的3 f 墙后原地面横坡陡于1 6时 应先处理填方基底 铲除草皮 开挖台阶等 再填土 以免填方沿原地面滑动 五 衡重式挡土墙设计 自学 作用于衡重式挡土墙的主动土压力 按上下墙分别计算 取矢量和作为全墙的主动土压力 增加上下墙分界面的截面或斜截面验算剪应力 第四节重力式挡土墙设计 一 浸水挡土墙土压力计算 计算时考虑 1 浸水部分填料采用浮容重 2 浸水前后的内摩擦角不变 3 浸水前后破裂面形状和位置不变1 当填料为砂性土时浸水挡土墙土压力填料浮容重土压力作用位置 第五节浸水路堤挡土墙设计 2 当填料为粘性土时浸水后内粘结力C值降低 计算步骤 1 先计算水位以上的土压力 2 将水位以上的土重作为荷载 计算浸水部分的土压力 3 取的矢量和作为全墙的土压力 第五节浸水路堤挡土墙设计 二 静水压力 动水压力和上浮力 第五节浸水路堤挡土墙设计 1 静水压力墙面墙背2 上浮力作用于基底的上浮力总浮力3 动水压力 对于弱透水性填料时 第五节浸水路堤挡土墙设计 三 浸水挡土墙稳定性验算 1 验算方法 同前2 最不利水位的求算挡土墙的稳定性与水位高低有关 最不利水位 抗滑稳定性系数和抗倾覆稳定性系数同时最小或其中一个为最小时的水位 方法 采用0 618优先法 第五节浸水路堤挡土墙设计 0 618优先法 第五节浸水路堤挡土墙设计 一 地震荷载的计算只考虑最大水平地震力地震角 墙重G与水平地震力Ps的合力与竖直线的夹角 s 第六节地震地区挡土墙设计 二 地震作用下的土压力三 地震条件下挡土墙的验算地震条件下挡土墙的验算与非地震一般条件挡土墙的验算相似 四 一般防震措施 1 用低重的墙身断面形式 2 基础要坚固 3 尽量采用浆砌片石 砼或钢筋砼 4 注意设置垂直缝 5 砂浆标号提高一级采用 6 墙后尽量填透水性好的材料 第六节地震地区挡土墙设计 一 构造及适用条件 二 设计1 土压力计算 采用朗金理论 墙上 墙趾处 的总土压力朗金土压力系数 第七节轻型挡土墙 一 悬臂式 当时 第七节轻型挡土墙 2 底板宽度计算1 夹块宽度2 踵板宽度3 趾板宽度3 底板厚度计算结构要求 截面强度要求4 立壁厚度计算1 结构要求2 计算立壁弯矩及剪力3 厚度计算5 墙身稳定性及基底应力验算 同前 第七节轻型挡土墙 一 构造与布置墙面分为板柱式 板和柱组成 和板壁式 板 锚杆分为楔缝式 小锚杆 和灌浆锚杆 大锚杆 二 锚杆挡墙设计1 主动土压力计算2 挡土板内力计算3 立柱的内力计算4 锚杆 1 锚杆截面设计2 锚杆长度设计3 锚杆与立柱的连接 二 锚杆挡土墙 第七节轻型挡土墙 一 锚定板挡土墙的构造 二 锚定板挡土墙设计1 锚定板设计2 锚定板挡土墙的整体稳定性 与拉杆长度有关 滑动面的假定 1 群锚理论 土墙假定2 双拉杆设计理论 折线滑动面假定 第七节轻型挡土墙 三 锚定板挡土墙 一 加筋挡土墙的构造由墙面板 筋带和填料组成 1 加筋体的横断面 宜采用矩形 当受地形 地质条件限制时可采用其它形式 四 加筋挡土墙 2 填料 宜优先采用一定级配的砂性土 砾 碎 石土和土 增加拉筋与填料间的摩擦力 超过12m的墙特别要注意 要求一定的压实度 3 基础 埋置深度 考虑冲刷和冰冻作用 4 沉降缝 根据地形 地质 墙高等条件设置 10 30m 5 筋带 抗拉性能强 不易脆断 蠕变量小 与填土的摩擦力大 具有良好的柔性 耐久性并且经济 与墙面垂直 二 外部稳定性分析 1 滑动稳定性分析 2 倾覆稳定性分析 3 基底偏心矩和基底应力验算 4 建于软土地基上或地基下可能存在深层滑动时 应做加筋体与地基整体稳定分析 三 内部稳定性分析 1 拉筋的拉断分析 2 拉筋的