挡土墙设计 东南大学交通学院黄晓明.pdf

1 第六章第六章 挡土墙设计挡土墙设计 东南大学交通学院 黄晓明 东南大学交通学院 黄晓明 huangxm Tel 025 8379 5184 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 主要内容主要内容 第一节 概述第一节 概述 第二节 挡土墙的构造与布置第二节 挡土墙的构造与布置 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 第四节 挡土墙的设计原则第四节 挡土墙的设计原则 第五节 重力式挡土墙设计第五节 重力式挡土墙设计 第六节 浸水路堤挡土墙设计第六节 浸水路堤挡土墙设计 第七节 地震地区挡土墙设计第七节 地震地区挡土墙设计 第八节 轻型挡土墙第八节 轻型挡土墙 第九节 加筋土挡土墙第九节 加筋土挡土墙 2 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 1 挡土墙的定义 1 挡土墙的定义 挡土墙的定义与的作用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 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 第一节 概述第一节 概述 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 按按挡土墙位置挡土墙位置分分 路堑挡墙 路堤挡墙 路肩挡墙和山坡挡墙等 路堑挡墙 路堤挡墙 路肩挡墙和山坡挡墙等 按按挡土墙的墙体材料挡土墙的墙体材料分分 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 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 按按挡土墙的结构形式挡土墙的结构形式分分 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 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 2 挡土墙的类型 2 挡土墙的类型 第一节 概述第一节 概述 3 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 挡土墙位置挡土墙位置分 a 路肩挡墙 b 路堤挡墙 c 路堑挡墙 d 山坡挡墙分 a 路肩挡墙 b 路堤挡墙 c 路堑挡墙 d 山坡挡墙 第一节 概述第一节 概述 a b d c School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第一节 概述第一节 概述 1 刚性挡土墙本身变形极小 只能发生整体位移 1 刚性挡土墙本身变形极小 只能发生整体位移 重力式悬臂式 锚拉式 锚碇式 扶壁式 4 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第一节 概述第一节 概述 填土填土 重力式挡土墙 桥面桥面 拱桥桥台 E 堤岸挡土墙 填土 堤岸挡土墙 填土 E E 堤岸挡土墙 填土 堤岸挡土墙 填土 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 2 柔性挡土墙 2 柔性挡土墙 本身会发生变形 墙上土压力分布形式复杂 本身会发生变形 墙上土压力分布形式复杂 锚杆 板桩 板桩变形 板桩上土压力 实测 计算 第一节 概述第一节 概述 5 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第一节 概述第一节 概述 3 新型挡土墙 新型挡土墙 自嵌式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 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 还有哪些 结构 材料结构 材料 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第一节 概述第一节 概述 挡土墙照片挡土墙照片 6 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第一节 概述第一节 概述 4 挡土墙的作用 挡土墙的作用 路肩墙路肩墙 护肩及改善综合坡度 护肩及改善综合坡度 路堤墙路堤墙 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 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 路堑墙路堑墙 减少开挖 降低边坡高度 减少开挖 降低边坡高度 山坡墙山坡墙 支挡坡上覆盖层 可兼起拦石作用 支挡坡上覆盖层 可兼起拦石作用 隧道及明洞口挡墙隧道及明洞口挡墙 缩短隧道或明洞口长度 缩短隧道或明洞口长度 桥梁两端挡墙桥梁两端挡墙 护台及连接路堤 作为翼墙或桥台 护台及连接路堤 作为翼墙或桥台 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第一节 概述第一节 概述 5 各式挡土墙的使用条件 各式挡土墙的使用条件 7 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 垮塌的重力式挡墙垮塌的重力式挡墙 第一节 概述第一节 概述 6 挡土墙的破坏 挡土墙的破坏 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 垮塌的护坡挡墙垮塌的护坡挡墙 第一节 概述第一节 概述 6 挡土墙的破坏 挡土墙的破坏 8 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 墙面 墙面 墙胸 墙胸 墙背 墙背 俯斜 仰斜 垂 直 有直线形墙背和折线形墙背 之分 俯斜 仰斜 垂 直 有直线形墙背和折线形墙背 之分 墙顶及护栏 墙顶及护栏 墙底 墙底 墙趾 墙踵 墙趾 墙踵 1 挡土墙的构造 1 挡土墙的构造 挡土墙的组成示意图挡土墙的组成示意图 墙背 墙身 基础 墙踵 墙顶 墙面 墙趾基底 墙背 墙身 基础 墙踵 墙顶 墙面 墙趾基底 第二节 挡土墙的构造与布置第二节 挡土墙的构造与布置 墙 身 墙 身 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 基础 基础 p122有具体要求有具体要求 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 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 排水设施 p122有具体要求有具体要求 通常由地面排水和墙身排水两部分组成 通常由地面排水和墙身排水两部分组成 沉降缝和伸缩缝 沉降缝和伸缩缝 p123有具体要求有具体要求 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 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第二节 挡土墙的构造与布置 1 挡土墙的构造 1 挡土墙的构造 9 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 横向布置 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 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 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 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 平面布置 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 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 2 挡土墙布置 2 挡土墙布置 第二节 挡土墙的构造与布置第二节 挡土墙的构造与布置 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 1 作用在挡土墙上的力系 1 作用在挡土墙上的力系 1 主要力系 主要力系 挡土墙自重及位于墙上的恒载 挡土墙自重及位于墙上的恒载 墙后土体的墙后土体的主动土压力主动土压力 包括超载 包括超载 基底的支撑力与摩阻力 基底的支撑力与摩阻力 墙前土体的墙前土体的被动土压力 被动土压力 浸水墙的常水位静水压力及浮力 浸水墙的常水位静水压力及浮力 2 附加力 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 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 特殊力 偶然出现的力 如地震力 浮力 水面物撞击力等 偶然出现的力 如地震力 浮力 水面物撞击力等 图6 5 作用在挡土墙上 的力系 图6 5 作用在挡土墙上 的力系 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 10 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 2 挡土墙的移动形式 2 挡土墙的移动形式 1 墙体外移 墙体外移 2 墙体内移 墙体内移 3 墙体不移动 墙体不移动 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 E Ea a 墙体外移墙体外移 土压力逐渐减小 土压力逐渐减小 当土体破坏 当土体破坏 达到极限平衡状 达到极限平衡状 态态时所对应的土压力 时所对应的土压力 最小最小 E Ep p 墙体内移 墙体内移 土压力逐渐增大土压力逐渐增大 当土体破坏 当土体破坏 达到极限平衡状 达到极限平衡状 态态时所对应的土压力 时所对应的土压力 最大最大 墙位移 墙位移 与土压力与土压力E关系关系 1 5 1 5 土压力E Ep E0 Ea E E0 0 墙体不移动墙体不移动 土压力即是 土体产生的侧压力 土压力即是 土体产生的侧压力 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 3 墙位移与土压力关系 3 墙位移与土压力关系 11 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 三种不同性质的土压力三种不同性质的土压力 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 4 不同类型土压力需满足的条件 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 静止土压力 土静止不动 2 主动土压力主动土压力Ea 土推墙 土推墙 土体达到主动极限平衡状态 土体达到主动极限平衡状态 3 被动土压力被动土压力Ep 墙推土 墙推土 土体达到被动极限平衡状态 土体达到被动极限平衡状态 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 5 路基挡土墙的土压力考虑 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 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 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主动土压力 墙推土即为 墙推土即为 被动土压力被动土压力 2 路基挡土墙的土压力考虑 2 路基挡土墙的土压力考虑 路基挡土墙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 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 且取一定的安全系数以保证墙背土体的稳定 墙趾前土体墙趾前土体的被动土压力的被动土压力Ep一般不计 一般不计 12 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 墙背倾斜形式墙背倾斜形式 仰斜 直立和俯斜仰斜 直立和俯斜 E1 1 仰斜仰斜 E2 2 直立直立 E3 3 俯斜俯斜 E1 1 E2 2 E3 3 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 6 不同墙背倾斜形式的土压力大小 6 不同墙背倾斜形式的土压力大小 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 7 挡土墙的土压力计算理论 挡土墙的土压力计算理论 1 朗肯土压力理论 朗肯土压力理论 1857年英国学者朗肯 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 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 库仑土压力理论 1776年法国的库伦 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 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 13 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 3 朗肯理论的基本假设 朗肯理论的基本假设 墙本身 墙本身刚性刚性 因此 不考虑墙身的变形 因此 不考虑墙身的变形 墙后填土 墙后填土延伸到无限远处延伸到无限远处 填土表面水平 填土表面水平 0 墙背 墙背垂直光滑垂直光滑 墙与垂向夹角 墙与垂向夹角 0 墙与土的摩擦角 墙与土的摩擦角 0 无粘性土无粘性土 粘性土粘性土 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 4 库伦理论的基本假设 库伦理论的基本假设 墙后填土为均匀的 墙后填土为均匀的无粘性土无粘性土 c 0 填土表面倾斜 填土表面倾斜 0 挡土墙 挡土墙刚性刚性 墙背倾斜 倾角为 墙背倾斜 倾角为 墙面 墙面粗糙粗糙 墙背与土本之间存在摩擦力 墙背与土本之间存在摩擦力 0 滑动破裂面为通过 滑动破裂面为通过墙踵的平面墙踵的平面 a b c 库伦主动土压力计算图式 14 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 5 分析方法的异同 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 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 共同点共同点 朗肯理论和库伦理论朗肯理论和库伦理论均属于均属于极限状态土压力理论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 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和被动土压力和被动土压力Pp 不同点不同点 朗肯理论朗肯理论从土体中从土体中一点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 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 库伦理论库伦理论根据墙背与滑裂面之间的根据墙背与滑裂面之间的土楔土楔处于极限平衡 用静 力平衡条件求解 滑动楔体法 处于极限平衡 用静 力平衡条件求解 滑动楔体法 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 6 适用条件 适用条件 1 朗肯理论的适用条件 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 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 填土表面水平 0 墙背垂直 墙背垂直 0 墙面光 滑 墙面光 滑 0 的情况 的情况 墙背垂直 填土表面倾斜 但倾角 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 地面倾斜 墙背倾角 45 2 的坦墙 的坦墙 L型钢筋混凝土挡土墙 型钢筋混凝土挡土墙 墙后填土为 墙后填土为粘性土或无粘性土粘性土或无粘性土 15 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 6 适用条件 适用条件 2 库伦理论的适用条件 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下述情况宜采用库伦理论计算土压力 需考虑 需考虑墙背摩擦角墙背摩擦角时 一般采用库伦理论 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 当墙背形状复杂 墙后填土与荷载条件复杂时 墙背倾角 墙背倾角 45 2 的俯斜墙 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 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 挡土墙一般采用库伦理论 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 破裂面交于内边坡破裂面交于内边坡 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 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 1 破裂面交于内边坡 破裂面交于内边坡 适用于路堤或路堑挡土墙适用于路堤或路堑挡土墙 Ea P127 式式6 6 8 一般条件下库仑主动土压力计算 8 一般条件下库仑主动土压力计算 16 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 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 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 2 破裂角交于路基面 破裂角交于路基面 破裂面交与荷载中部破裂面交与荷载中部b Ea 式式6 9 破裂面交与荷载外侧破裂面交与荷载外侧c Ea 式式6 11 破裂面交与荷载内部破裂面交与荷载内部a Ea 式式6 12 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 3 破裂面交于外边坡 破裂面交于外边坡Ea 式式6 13 破裂面交于外边坡破裂面交于外边坡 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 17 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 有时土体并不沿墙背滑动 而是沿另一滑动面滑动 这一般是折线 形重力墙背 悬臂墙墙背或带衡重台的墙背 其倾角大于第二破裂 面的倾角 有时土体并不沿墙背滑动 而是沿另一滑动面滑动 这一般是折线 形重力墙背 悬臂墙墙背或带衡重台的墙背 其倾角大于第二破裂 面的倾角 i i 且墙背面上的抗滑力大于下滑力的情况 且墙背面上的抗滑力大于下滑力的情况 出现第二破裂面的条件 墙背或假想墙背的倾角 或 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 必须大于第二破裂面的倾角 i 即 墙背或假想墙背不妨碍第二破裂面的出现 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 即在墙背或假想墙背面上产生的抗滑力必须大于其下滑力 即 NR NG 或 或Ex tan E Ey y G G 使破裂棱体不会沿墙背或假想 墙背下滑 使破裂棱体不会沿墙背或假想 墙背下滑 一般仰斜挡土墙为避免土压力过大 很少采用平缓背坡 不易出现一般仰斜挡土墙为避免土压力过大 很少采用平缓背坡 不易出现 i i的情况 不出现第二破裂面 衡重式挡墙的上墙或悬臂式墙 因采用的是假想的墙背 的情况 不出现第二破裂面 衡重式挡墙的上墙或悬臂式墙 因采用的是假想的墙背 只要 只要 i i 即存在第二破裂面 即存在第二破裂面 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 4 大俯角墙背的主动土压力 大俯角墙背的主动土压力 第二破裂面法第二破裂面法 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第二破裂面的出现及其计算第二破裂面的出现及其计算 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 衡重式挡土墙的推导见衡重式挡土墙的推导见P131 P133 18 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 延长墙背法延长墙背法 5 折线形墙背的土压力计算 折线形墙背的土压力计算 延长墙背法延长墙背法 P134 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 力多边形法力多边形法 P135 Ea 式式6 29 30 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 力多边形法力多边形法 19 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 等效内摩擦角法 等效内摩擦角法 D D 一般增加一般增加5 10 P136 力多边形法力多边形法 数解法数解法 P137 Ea 式式6 32 6 粘性土土压力计算 粘性土土压力计算 库仑理论本来只考虑不具有粘聚力的砂性土的土压力问题 当墙背填料为粘性土时 土的粘聚力对主动土压力的影响很 大 因此应考虑粘聚力的影响 可以以库仑理论为基础计算粘 性土主动土压力 但需要近似 主要有以下近似方法 库仑理论本来只考虑不具有粘聚力的砂性土的土压力问题 当墙背填料为粘性土时 土的粘聚力对主动土压力的影响很 大 因此应考虑粘聚力的影响 可以以库仑理论为基础计算粘 性土主动土压力 但需要近似 主要有以下近似方法 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 7 不同土层的土压力计算 不同土层的土压力计算P139 Ea 式式6 38 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 不同土层的土压力计算不同土层的土压力计算 20 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 9 有限范围填土的土压力计算 有限范围填土的土压力计算P139 Ea 式式6 40 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 有限范围填土的土压力计算有限范围填土的土压力计算 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 10 被动土压力计算 被动土压力计算P139 Ea 式式6 40 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 有限范围填土的土压力计算有限范围填土的土压力计算 21 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 11 车辆荷载的换算 车辆荷载的换算 换算方法 换算方法 换算为对应于墙后填料的一定高度的均布土 层 换算为对应于墙后填料的一定高度的均布土 层 换算土层高 换算土层高 h0 q 其中 墙高 其中 墙高H 2 0m时 时 q 20 0kN m2 墙高 墙高H 10 0m时 时 q 10 0kN m2 墙高墙高H在在2 0m 10 0m时时 q内插取用内插取用 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第三节 挡土墙土压力计算第三节 挡土墙土压力计算 12 计算参数 计算参数 填料的计算内摩擦角和重度填料的计算内摩擦角和重度 墙背摩擦角墙背摩擦角 22 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第四节 挡土墙的设计原则第四节 挡土墙的设计原则 1 挡土墙设计一般规定 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 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 应根据墙背渗水合理布置排水沟造物布置排水沟造物 合理设置伸缩缝 和沉降缝 合理设置伸缩缝 和沉降缝 3 挡土墙 挡土墙墙背填料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 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 挡土墙的顶面顶面不宜占据硬路肩 行车道及路缘带的路基不宜占据硬路肩 行车道及路缘带的路基 宽度范围宽度范围 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第四节 挡土墙的设计原则第四节 挡土墙的设计原则 1 挡土墙设计一般规定 挡土墙设计一般规定 5 墙身构造 墙身构造 重力式挡土墙的重力式挡土墙的墙背坡度墙背坡度一股采用一股采用1 0 25仰斜 仰斜墙背坡度不宜缓 于 仰斜 仰斜墙背坡度不宜缓 于1 0 3 俯斜墙背坡度一般为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 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 俯斜 23 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第四节 挡土墙的设计原则第四节 挡土墙的设计原则 1 挡土墙设计一般规定 挡土墙设计一般规定 6 排水措施 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 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 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 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 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 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第四节 挡土墙的设计原则第四节 挡土墙的设计原则 1 挡土墙设计一般规定 挡土墙设计一般规定 7 基础埋置深度 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 其基础深度应符合下列要求 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 其基础深度应符合下列要求 1 基础埋置深度不小于基础埋置深度不小于lm 2 受水流冲刷时 基础应埋置在冲刷线以下不小于受水流冲刷时 基础应埋置在冲刷线以下不小于lm 3 路堑挡土墙基础顶面应低于边沟底面不小于路堑挡土墙基础顶面应低于边沟底面不小于0 5m 4 挡土墙基础置于斜坡地面时 其趾部埋人深度和距地 面的水平距离应符合下表的要求 挡土墙基础置于斜坡地面时 其趾部埋人深度和距地 面的水平距离应符合下表的要求 24 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第四节 挡土墙的设计原则第四节 挡土墙的设计原则 1 挡土墙设计一般规定 挡土墙设计一般规定 7 基础埋置深度 基础埋置深度 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第四节 挡土墙的设计原则第四节 挡土墙的设计原则 2 建筑物总体设计资料 建筑物总体设计资料 为满足枢纽或单体建筑物与路基连接 挡土 水流 防渗排水等各项要求 需要具有与总体设计有关的下 述资料 为满足枢纽或单体建筑物与路基连接 挡土 水流 防渗排水等各项要求 需要具有与总体设计有关的下 述资料 1 建筑物的工程等级及设计标准 建筑物的工程等级及设计标准 2 建筑物总体布置图 并根据总体布置要求确定挡土墙平 面和立面的布置及基本尺寸的要求 建筑物总体布置图 并根据总体布置要求确定挡土墙平 面和立面的布置及基本尺寸的要求 3 设计 建成 正常运营及施工期墙前 墙后各种水位 设计 建成 正常运营及施工期墙前 墙后各种水位 4 根据总体防渗排水要求确定挡土墙需满足的侧向防渗排 水要求 根据总体防渗排水要求确定挡土墙需满足的侧向防渗排 水要求 25 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第四节 挡土墙的设计原则第四节 挡土墙的设计原则 3 墙址地形 地质平面图 墙址地形 地质平面图 一般挡土墙布置简单 不必专门施测大比例尺 对于下列情况 宜有 一般挡土墙布置简单 不必专门施测大比例尺 对于下列情况 宜有1 500 1 200的工程地质平面图 的工程地质平面图 1 需要在纸上研究布置挡土墙的平面位置地段 需要在纸上研究布置挡土墙的平面位置地段 2 需要选取不同方向的地形 地质断面 而现场勘测又不 易掌握选准的地段 需要选取不同方向的地形 地质断面 而现场勘测又不 易掌握选准的地段 3 挡土墙设计牵涉有关改河 改沟 改移公路 拆迁建筑 物等需用平面图反映的地段 挡土墙设计牵涉有关改河 改沟 改移公路 拆迁建筑 物等需用平面图反映的地段 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第四节 挡土墙的设计原则第四节 挡土墙的设计原则 4 地质横断面图 地质横断面图 一般采用一般采用1 200比例尺 测绘时应考虑以下问题 比例尺 测绘时应考虑以下问题 1 断面间距视地形 地质变化情况而定 以能满足设计 施工的要求为准 在复杂情况下横断面间距采用 断面间距视地形 地质变化情况而定 以能满足设计 施工的要求为准 在复杂情况下横断面间距采用5 l0m 基础标高变化不大的可采用 基础标高变化不大的可采用10 25m 在墙的两端应适当加 密 以便确定挡土墙起讫位置 在墙的两端应适当加 密 以便确定挡土墙起讫位置 2 横断面宽度 精度除满足路基设计要求外 要考虑计算 土压力的需要 因此 代表性横断面应较一般断面宽些 横断面宽度 精度除满足路基设计要求外 要考虑计算 土压力的需要 因此 代表性横断面应较一般断面宽些 26 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 5 挡土墙的设计原则 挡土墙的设计原则 按按 极限状态分项系数法极限状态分项系数法 进行设计 其设计的极限状态分构 件 进行设计 其设计的极限状态分构 件承载力极限状态和正常使用极限状态承载力极限状态和正常使用极限状态 1 承载力极限状态 承载力极限状态 1 整个挡土墙或挡土墙的一部分失去刚体平衡 整个挡土墙或挡土墙的一部分失去刚体平衡 2 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 或因超过塑性变形而不适于继续承载 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 或因超过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 极限状态分项荷载系数见表 挡土墙结构变为机动体系或局部失去平衡 极限状态分项荷载系数见表6 11 第四节 挡土墙的设计原则第四节 挡土墙的设计原则 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 5 挡土墙的设计原则 挡土墙的设计原则 按按 极限状态分项系数法极限状态分项系数法 进行设计 其设计的极限状态分构 件 进行设计 其设计的极限状态分构 件承载力极限状态和正常使用极限状态承载力极限状态和正常使用极限状态 2 正常使用极限状态 正常使用极限状态 1 影响正常使用或外观变形 影响正常使用或外观变形 2 影响正常使用的耐久性局部破坏 影响正常使用的耐久性局部破坏 3 影响正常使用的其他待定状态 极限状态的分项荷载系数除 影响正常使用的其他待定状态 极限状态的分项荷载系数除Ep取取0 5外 其余均取外 其余均取1 0 3 合力偏心距计算时的极限状态 合力偏心距计算时的极限状态 分项荷载系数取值同正常使用极限状态 分项荷载系数取值同正常使用极限状态 第四节 挡土墙的设计原则第四节 挡土墙的设计原则 27 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 6 挡土墙的设计荷载 其它见规范 挡土墙的设计荷载 其它见规范 JTG D30 第四节 挡土墙的设计原则第四节 挡土墙的设计原则 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 7 施加于挡土墙的荷载分类 见表 施加于挡土墙的荷载分类 见表5 4 2 2 第四节 挡土墙的设计原则第四节 挡土墙的设计原则 28 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 8 挡土墙的荷载组合 见表 挡土墙的荷载组合 见表5 4 2 3 第四节 挡土墙的设计原则第四节 挡土墙的设计原则 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第四节 挡土墙的设计原则第四节 挡土墙的设计原则 29 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第四节 挡土墙的设计原则第四节 挡土墙的设计原则 9 挡土墙的荷载分项系数 挡土墙的荷载分项系数 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 1 挡土墙稳定性验算 挡土墙稳定性验算 含 含 抗滑稳定性验算 抗倾覆稳定性验算 抗滑稳定性验算 抗倾覆稳定性验算 1 抗滑稳定性验算 抗滑稳定性验算 目的 目的 检查基底在土压 力 自重等作用下的摩阻 力抵抗挡土墙滑动的能 力 检查基底在土压 力 自重等作用下的摩阻 力抵抗挡土墙滑动的能 力 第五节 挡土墙设计第五节 挡土墙设计 30 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 1 抗滑稳定性验算 抗滑稳定性验算 保证基底摩阻力低抗滑移力保证基底摩阻力低抗滑移力 第五节 挡土墙设计第五节 挡土墙设计 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 第五节 挡土墙设计第五节 挡土墙设计 31 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 2 抗倾覆稳定性验算 抗倾覆稳定性验算 目的 目的 检查墙身绕 墙趾向外转动倾覆 的抵抗能力 检查墙身绕 墙趾向外转动倾覆 的抵抗能力 第五节 挡土墙设计第五节 挡土墙设计 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 2 抗倾覆稳定性验算 抗倾覆稳定性验算 保证抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力保证抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力 第五节 挡土墙设计第五节 挡土墙设计 32 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 3 挡土墙稳定性验算要求 挡土墙稳定性验算要求 第五节 挡土墙设计第五节 挡土墙设计 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道工程国家重点学科东南大学道路与铁道工程国家重点学科 2 基底应力及合力偏心距验算 基底应力及合力偏心距验算 第五节 挡土墙设计第五节 挡土墙设计 33 School of Transportation Southeast University China 东南大学道路与铁道