路基路面-第六章-挡土墙设计 PPT课件

12 04 2020 12 04 2020 2 EngineeringofSubgradeandPavement 12 04 2020 3 第六章挡土墙设计 retainingwalldesign 第一节概述第二节挡土墙土压力计算第三节挡土墙设计第四节浸水路堤挡土墙设计第五节地震地区挡土墙设计第六节轻型挡土墙第七节加筋挡土墙 12 04 2020 4 第一节概述 一 挡土墙的用途挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的建筑物 在公路工程中 它广泛应用于支撑路堤或路坡 隧道洞口 桥梁两端及河流岸壁等 12 04 2020 5 二 挡土墙的类型1 重力式挡土墙 依靠墙身自重支撑土压力来维持稳定 2 锚定式挡个土墙 包括锚杆式和锚定板式两种 3 薄壁式挡土墙 是钢筋混凝土结构 包括悬臂式和扶壁式 4 加筋土挡土墙 由填土 填土中布置的拉筋及墙面板三部分组成 12 04 2020 6 6 1概述 三 设计的目的与分类 3 各部分名称 3 各部分名称 12 04 2020 7 12 04 2020 8 四 类型 1 重力式挡土墙 依靠墙身自重支撑土压力以保持稳定 优点 构造简单 取材容易 适用条件 地基强度高 石料供应充足 类型 普通式衡重式 12 04 2020 9 优点 截面尺寸小 轻巧 可以预制 工程量小 受地基强度限制小 有利于机械化施工 适用条件 墙身高 缺乏石料 地基开挖困难的路堑墙 路堤墙缺点 钢材用量大 对水较敏感 易受水侵蚀产生断裂与滑移 12 04 2020 10 1 锚杆式 2 锚定板式 12 04 2020 11 优点 强身断面小 结构稳定性不依赖于自身重量 自重轻 省工省料适用条件 墙身高缺点 需要大量钢材 12 04 2020 12 4 加筋挡土墙 特点 受力主要是土与加筋条之间的摩擦力 加筋条数量多 加筋条一般是塑料制品 合成纤维 经济效益好 缺点 对水敏感 12 04 2020 13 5土钉 钉土 挡土墙 土钉墙是一种较新式的结构物 它主要由 钉 即锚杆 混凝土面板 挂网喷射混凝土 锚板组成 12 04 2020 14 6柱板式挡土墙 7桩板式挡土墙 12 04 2020 15 8垛式 框架式 挡土墙 12 04 2020 16 第二节挡土墙土压力计算 一 作用在挡土墙上的力系作用在挡土墙上的力系 按力的作用性质分为主要力系 附加力和特殊力 12 04 2020 17 6 2挡土墙土压力计算 12 04 2020 18 12 04 2020 19 4 计算方法 一般地区只考虑主要力系浸水地区还应考虑附加力地震地区还应考虑特殊力 12 04 2020 20 二 一般条件下库仑主动土压力计算 挡土墙设计一般认为有侧向移动 不必计算 只需计算 对于墙趾前的被动土压力 一般忽略不计 小 对稳定有利 12 04 2020 21 2 坡裂面交于路基面 1 破裂面交于荷载中部 2 破裂面交于荷载外侧 3 破裂面交于荷载内侧3 破裂面交于外边坡 1 破裂面交于内边坡 Ea H2 Ka 墙后填土的容重 KN m3 H 挡土墙高度 m Ka 主动土应力系数 12 04 2020 22 一 各种边界条件下主动土压力计算 五种位置 12 04 2020 23 1 破裂面交于内边坡 图示 12 04 2020 24 12 04 2020 25 12 04 2020 26 12 04 2020 27 2 破裂面交于路基面 12 04 2020 28 1 破裂面交于荷载中部破裂棱角的断面面积 12 04 2020 29 12 04 2020 30 将 代入 6 式求得主动土压力Ea 注意 5 6 式具有普遍意义 无论破裂面交于荷载中 内 外侧 断面面积S都可以归纳为 A0 B0为边界条件系数 将不同的A0 B0值代入可求得相应的破裂角 和最大主动土压力Ea 12 04 2020 31 2 破裂面交于荷载外侧 则 7 12 04 2020 32 特殊情况 1 当为路肩墙时 式中 2 俯斜墙背取正值 垂直 仰斜取负值 3 当荷载沿路肩边缘布置时取 12 04 2020 33 3 破裂面交于荷载内侧 在 7 式中令 12 04 2020 34 3 破裂面交于外边坡 12 04 2020 35 12 04 2020 36 化简 式中 P Q R见课本P115 12 04 2020 37 三 大俯角墙背的主动土压力 第二破裂面法 1 定义 当墙背俯斜较缓 即倾角很大 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滑动 而是沿土体的另一个破裂面滑动 这个破裂面称为第二破裂面 远离墙的破裂面称为第一破裂面 出现第二破裂面的条件 1 墙背或假想墙背的倾角必须大于第二破裂面角 即墙背或假想墙背不妨碍第二破裂面出现 2 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 12 04 2020 38 12 04 2020 39 满足 12 04 2020 40 四 折线形墙背的土压力计算 1 分为上 下墙分别计算 再求矢量和2 计算上墙时 先判别是否出现第二破裂面3 计算下墙时 b 力多边形法 12 04 2020 41 五 粘性土土压力计算 12 04 2020 42 2 力多边形法 数解法 水平压应力静力平衡条件 12 04 2020 43 六 不同土层的土压力计算 近似方法P122 P123七 有限范围填土的土压力计算 沿原地面横坡滑动而不是沿计算破裂面下滑 12 04 2020 44 12 04 2020 45 八 被动土压力计算 12 04 2020 46 九 车辆荷载的换算 2 公路桥涵设计通用规范 中 车辆荷载换算为等代均布土层厚度 L 挡土墙计算长度 m B0 破裂棱体的宽度 对路堤墙 为破裂棱体范围内的路基宽 布置在B0 L面积内的轮重或履带重 KN 车辆荷载引起的附加土侧应按等代均布土层厚度计算 12 04 2020 47 L的计算长度 取下述两者之较大值 1 分段长度 应不大于15m 2 一辆重车的扩散长度 按下式计算 若计算值大于15m 仍用15m L0 重车前后轴距加一个轮胎着地长度 m H 挡土墙高度 m a 墙顶面以上填土高度 m 12 04 2020 48 规定 a 汽车荷载 纵向 当取用分段长度 为分段长度内可能布置的车轮 当采用一段重车的扩散长度时 为一辆重车 横向 最不利荷载组合 范围内可能布置的车轮 当为路肩墙时 车轮后轮外缘靠墙顶内缘布置 当为路堤墙时 车轮后轮中心至路基边缘0 5m b 验算荷载 验算荷载应在路面宽度内居中行驶 其等代均布土层厚度为 挂 120为0 96m 挂 100为0 80m 挂 80为0 64m 履带 50为0 40m 12 04 2020 49 补充 库仑土压力理论 在土压力理论的研究中 假定破裂面形状 依据极限状态下破裂棱体的静力平衡条件来确定土压力 这类土压力理论最初是由法国的库伦C A Coulomb 于1773年提出的 称为库伦理论 从研究墙后宏观土体的滑动出发 当破裂面棱体滑动时 土体处于极限平衡状态 根据静力平衡条件求算Ea 12 04 2020 50 基本假设 1 填料为各向同性 均匀散粒体 仅有内摩擦阻力 c 0 2 破裂面通过墙踵 并假定若干破裂面 Ea为最大时即最危险滑裂面 3 下滑土体为刚性体 同墙背 破裂面存在摩擦角4 滑动面为平面 考虑单位墙段 5 假定土压力沿墙高呈分段线性分布 作用点在分布图形的重心 当墙后土坡为一直线形 土压力呈线性分布 作用于墙下三分点处 12 04 2020 51 朗肯土压力理论 从研究弹性伴半无限体内的应力状态出发 根据土的极限平衡理论计算土压力 朗肯土压理论是1857年法国人朗肯 W J M Rankine 提出的 这一理论建立在土的极限平衡理论基础上 12 04 2020 52 它的基本假定是 1 挡土墙墙面是竖直 光滑的 2 挡土墙墙背面的填土是均质各向同性的无粘性土或粘性土 填土表面是水平的 3 墙体在压力作用下将产生足够的位移和变形 使填土处于极限平衡状态 4 填土滑动面为直线 12 04 2020 53 经典的库伦和朗肯土压力理论 因其计算简单和力学概念明确 一直为工程设计所采用 但由于经典土压力理论存在着两个明显的弱点 12 04 2020 54 一 是只能计算土体变形达到极限状态的临界条件时的土压力大小 不能计算未到临界状态时的土压力大小 二 是经典土压力理论没有考虑建筑物的变位方式的对土压力的影响 12 04 2020 55 12 04 2020 56 12 04 2020 57 第三节挡土墙设计 一 挡土墙的布置1 挡土墙位置的选定2 挡土墙的纵向布置内容 1 确定挡墙起点和墙长 选择挡墙与路基或其结构物的衔接方式 2 按地基及地形情况进行分段 确定伸缩缝和沉降缝的位置 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 12 04 2020 58 3 挡土墙的横向位置横向布置选择在墙高最大处 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上 4 平面布置 12 04 2020 59 二 挡土墙的构造1 墙身构造 a 墙背 b 墙面 c 墙顶 d 护栏2 基础 1 基础类型 扩大基础 刚性角钢筋砼基础拱形基础台阶基础换填基础 2 基础埋置深度 无冲刷时 应在天然地面下至少1 0米 有冲刷时 应在冲刷线以下至少1 0米 受冻胀影响时 应在冻结线以下不少于0 25米 12 04 2020 60 对于岩石地基 清除表面风化层按表 确定襟边宽度 墙趾前至地面横坡的水平距离 12 04 2020 61 3 排水设施 墙身泄水孔 12 04 2020 62 4 沉降缝与伸缩缝 合并设置10 15设置一条 缝宽2 3cm内 外 顶三方填塞胶泥 沥青或涂沥青木板 12 04 2020 63 三挡土墙荷载的计算方法1 作用荷载 恒载 可变荷载 温度及施工荷载常用荷载组合 组合 基本可变荷载 平板车及履带车除外 的一种或几种恒载的组合组合II 组合I 其他一种或几种可变荷载组合III 组合I 静水压力及浮力组合IV 组合II 静水压力及浮力组合V 组合I 地震力 12 04 2020 64 2 设计原则 分项安全系数极限状态平衡法 承载能力极限状态表达式 12 04 2020 65 3 计算状态及荷载系数 1 承载能力极限状态分项荷载系数 表6 6 2 正常使用极限状态全部荷载系数采用1 0 3 合力偏心距计算时全部荷载系数采用1 0 12 04 2020 66 16 4挡土墙稳定性分析 一 设计参数的敏感性分析 12 04 2020 67 二 计算要求1 控制墙身不产生沿基底的滑移破坏2 墙身不产生沿墙趾的倾覆3 基底不出现过大的沉陷4 控制出现不均匀沉降而引起墙身倾斜5 控制墙身截面不出现开裂 12 04 2020 68 三 抗滑稳定性分析 12 04 2020 69 四 抗倾覆稳定验算 12 04 2020 70 五 基底应力及合力偏心矩验算 1 基础地面压应力 12 04 2020 71 12 04 2020 72 2 基底合力偏心矩 满足表6 93 地基承载力抗力值 12 04 2020 73 六 墙身截面强度验算1 验算断面选择 12 04 2020 74 第四节浸水路堤挡土墙设计 一 浸水挡土墙土压力计算1 当填料为砂性土时设计时考虑 浸水部分填料单位重量采用浮容重 浸水前后的内摩擦角不变 破裂面为一平面 2 当填料为粘性土时粘性土浸水后c值显著降低 应将填土的上下两部分视为不同性质的土层 应分别计算土压力 12 04 2020 75 二 静水压力 动水压力和上浮力1 浸水压力2 上浮力3 动水压力 透水性材料 动水压力一般很小 可略而不计 三 浸水挡土墙稳定性验算设计浸水挡土墙 应对最不利水位进行验算 应用优选法求最小稳定系数 12 04 2020 76 第五章地震地区挡土墙设计 一 地震荷载的计算在挡土墙设计中 一般只考虑水平地震力的影响 最大水平地震力Ps Cz Kh GCz 综合影响系数 Kh 水平地震系数 G 破裂棱体与挡土墙的重量 二 地震作用下的土压力直接采用一般库仑土压力公式计算地震土压力 三 地震条件下挡土墙的验算具体验算方法同前 只在验算时注意考虑地震对挡墙的影响 12 04 2020 77 四 一般防震措施1 尽可能采用重心低的墙身断面形式 2 基础尽可能置于基岩或坚硬的均质土层上 3 挡土墙宜采用浆砌片石 混泥土和钢筋混泥土修筑 4 墙体应以垂直通缝分段 每段长度不宜超过15米 地基变化或地面标高突变处 也应该设置通缝 5 应严格控制砌筑质量 石料要嵌挤紧密 砂浆要饱满 砂浆标号按非地震区要求提高一级采用 6 墙后填料应尽量用片 碎石或砂性土分层填筑并夯实 并做好排水设施 12 04 2020 78 第六节轻型挡土墙 一 悬臂式挡土墙1 构造 由立壁和底板组成 2 适用条件 施工简单 适用于比较松软的地基 墙高一般在6 9米之间 3 设计 1 土压力计算 2 底板宽度计算 3 底板厚度计算 4 立壁厚度计算 12 04 2020 79 二 锚杆挡土墙1 构造 钢筋混泥土墙面和钢锚杆组成 2 布置 当挡土墙较高时 应布置两级或两级以上 两级之间设1 2米宽的平台 每级挡土墙不宜过高 一般5 6米 3 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 锚杆设计 锚杆截面设计 锚杆长度设计 锚杆与立柱的连接 12 04 2020 80 三 锚定板挡土墙1 构造 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 2 设计 1 锚定板设计 2 锚定板挡土墙的整体稳定性 3 与锚防挡土墙的主要区别 锚杆挡土墙的锚杆插入稳定地层的钻孔中 抗拔力来源与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 抗拔力主要来源与锚定板前的填土的被动抗力 12 04 2020 81 第七节加筋挡土墙 一 加筋挡土墙的构造加筋挡土墙的平面线性可采用直线 折线和曲线 相邻墙面的内夹角不宜小于70度 加筋体筋带一般应水平布设并垂直于面板 当一个结点有两条以上筋带时 应扇状分开 当相邻墙面的内夹角小于90度时 宜将不能垂直布设的筋带逐渐斜放 必要时在角隅处增设加强筋带 二 加筋挡土墙结构计算1 加筋体中活动区与稳定区2 加筋挡土墙3 总体平衡法验算 12 04 2020 82 2006 1 19 82 加筋土挡土墙 是一种由竖直面板 水平拉筋和内部填土三部分组成的加筋体 通过拉筋与填土间的摩擦力拉住面板 稳定填土 形成一个整体结构 依靠其自重抵抗墙后填土所产生的侧向压力 加筋土挡土墙按设置位置分为路堤式 路肩式 按设置方式分为双面交错式 双面分离式 台阶式等 12 04 2020 83 2006 1 19 83 面板的作用是防止拉筋间填土从侧向挤出 保证拉筋 填料 墙面板构成具有一定形状的整体 面板的形状有十字形 六角形 矩形 槽形 L形 弧形等 一般采用强度不低于C20的混凝土或钢筋混凝土预制板 国外也有采用半椭圆形的金属板 其设计应满足坚固 美观 运输方便和安装方便等要求 为满足加筋体的排水要求 墙面板应预留泄水孔 12 04 2020 84 2006 1 19 84 拉筋 又称筋带 承受垂直力和水平拉力 其作用是通过拉筋与填料之间的摩擦力而达到外部稳定 拉筋常用带肋的扁钢带 钢筋混凝土带 聚丙烯土工带等 还可用金属或聚合物材料复合而成的钢塑复合带 或土工隔栅 挡土墙高度小于3m时 应采用长度不小于4m的等长拉筋 墙高大于3m时 可采用长度不小于5m的不等长拉筋 但不宜多于三种长度 且相邻的不等长拉筋长度之差不宜小于1 0m 采用钢筋混凝土带时 每节长度不宜大于3 0m 金属拉筋应做好防锈处理 12 04 2020 85 2006 1 19 85 加筋体填料是加筋体的主要材料 必须容易填筑和压实 与拉筋之间有可靠的摩擦力 且对拉筋无腐蚀性 因此 应选用一定级配 内摩擦角大 透水性好 遇水后不易膨胀的的砂类土 砾石类土 碎石土 黄土以及满足质量要求的工业废渣 禁止采用泥炭 淤泥 冻土 盐渍土等不良性质的