悬臂式和扶壁式挡土墙

/tdgc/kj/10/htm/index10_3_7.htm第五节 悬臂式和扶壁式挡土墙一、概述悬臂式挡土墙的一般形式如图10-36所示，它是由立壁（墙面板）和墙底板（包括墙趾板和墙踵板）组成，呈倒“T”字形，具有三个悬臂，即立壁、墙趾板和墙踵板。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，如图10-37所示。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。它们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。扶壁式挡土墙宜整体灌注，也可采用拼装，但拼装式扶壁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。 悬臂式和扶壁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。 图10-36 悬臂式挡土墙它们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。二、土压力计算（一）库伦土压力法悬臂式和扶壁式挡土墙土压力一般可采用库伦土压力理论计算，特别是填土表面为折线或有局部荷载作用时。由于假想墙背AC的倾角较大，当墙身向外移动，土体达到主动极限平衡状态时，往往会产生第二破裂面DC，如图10-38所示。若不出现第二破裂面则按一般库伦理论计算作用于假想墙背AC上的土压力，此时墙背摩擦角d = j。若出现第二破裂面则应按第二破裂面法来计算土压力。立壁计算时，应以立壁的实际墙背为计算墙背进行土压力计算，并假定立壁与填土间的摩擦角d = 0。当验算地基承载力、稳定性、墙底板截面内力时，以假想墙背AC（或第二破裂面DC）为计算墙背来计算土压力，将计算墙背与实际墙背间的土体重力作为计算墙体的一部分。图1037扶壁式挡土墙图1038库仑土压力（二）朗金土压力法填土表面为一平面或其上有均匀荷载作用时，也可采用朗金土压力理论来计算土压力，如图10-39所示。按朗金理论计算的土压力作用于通过墙踵的竖直面AC上，在立壁和墙踵板设计时，应将分成两部分，作用于AB上的和BC上的。 图1039朗金土压力第六节 锚杆挡土墙一、概述锚杆挡土墙是利用锚杆技术形成的一种挡土结构物。锚杆是一种新型的受拉构件，它的一端与工程结构物联结，另一端锚固在稳定的地层中，以承受土压力对结构物所施加的推力，从而利用锚杆与地层间的锚固力来维持结构物的稳定。在50年代以前，锚杆技术只是作为施工过程的一种临时措施。50年代中期以后，西方国家在隧道工程中开始采用小型永久性的灌浆锚杆和喷射混凝土代替衬砌结构。锚杆挡土墙在我国的应用于1966年始于成昆线，继而在许多铁路线上修建，使用效果良好。现已广泛应用于铁路、公路、煤矿和水利等支挡工程中。锚杆挡土墙按墙面的结构形式可分为柱板式挡土墙和壁板式挡土墙，如图10-35所示。柱板式锚杆挡土墙是由挡土板、肋柱和锚杆组成，如图10-35a)。肋柱是挡土板的支座，锚杆是肋柱的支座，墙后的侧向土压力作用于挡土板上，并通过挡土板传递给肋柱，再由肋柱传递给锚杆，由锚杆与周围地层之间的锚固力即锚杆抗拔力使之平衡，以维持墙身及墙后土体的稳定。壁板式锚杆挡土墙是由墙面板和锚杆组成，如图10-40b)所示。墙面板直接与锚杆连接，并以锚杆为支撑，土压力通过墙面板传给锚杆，依靠锚杆与周围地层之间的锚固力（即抗拔力）抵抗土压力，以维持挡土墙的平衡与稳定。目前多用柱板式锚杆挡土墙。a)柱板式b)壁板式 图10-40 锚杆挡土墙类型锚杆挡土墙可根据地形设计为单级或多级，每级墙的高度不宜大于8 m，具体高度应视地质和施工条件而定。在多级墙的上、下两级墙之间应设置平台，平台宽度一般不小于2.0m。平台应使用厚度不小于0.15 m的C15混凝土封闭，并设向墙外倾斜的横坡，坡度为2%。多级墙总高度不宜大于18m。锚杆挡土墙的特点是：（1）结构质量轻，使挡土墙的结构轻型化，与重力式挡土墙相比，可以节约大量的圬工和节省工程投资；（2）利于挡土墙的机械化、装配化施工，可以提高劳动生产率；（3）不需要开挖大量基坑，能克服不良地基挖基的困难，并利于施工安全。但是锚杆挡土墙也有一些不足之处，使设计和施工受到一定的限制，如施工工艺要求较高，要有钻孔、灌浆等配套的专用机械设备，且要耗用一定的钢材。锚杆挡土墙适用于一般地区岩质路堑地段，但其他具有锚固条件的路堑墙也可使用，还可应用于陡坡路堤。在不良地质地段使用时，必须采取相应措施。另一类锚杆挡土墙为竖向预应力锚杆挡土墙，它也是利用了锚杆技术，即竖向锚杆锚固岩层地基中，并施加预应力，以竖向预应力锚杆代替重力式挡土墙的部分圬工断面，减小挡土墙的圬工数量且增加其稳定性。竖向预应力锚杆挡土墙的工作原理、设计方法与普通锚杆挡土墙有很大的差异。三、土钉墙的基本原理天然土体通过土钉的就地实施加固并与喷射混凝土护面板相结合，形成一个类似重力式的挡土墙，以此抵抗墙后传来的土压力和其他作用力，从而使得挖方坡面稳定。土钉依靠与土体接触界面上的粘结力、摩擦力和周围土体形成复合土体，土钉在土体发生变形的条件下被动受力，通过其受拉作用对土体进行加固。而土钉间土体的变形则由护面板予以约束。土钉与土共同作用，弥补土体自身强度不足，增强土体自身稳定性，为主动制约机制的支挡结构。复合土体，不仅有效地提高了土体整体刚度，又弥补了土体抗拉、抗剪强度低的弱点。通过相互作用，土体自身结构强度的潜力得到了充分发挥，改变了边坡变形和破坏形态，显著提高了整体稳定性。直立土钉墙比素土边坡的承载力高（试验表明可提高一倍以上），更为重要的是，土钉墙在荷载作用下不会发生素土边坡那样突发的整体性滑裂和塌落。它不仅延迟了塑性变形发展阶段，而且具有明显的渐进性变形和开裂破坏，在丧失承受更大荷载的能力时，仍可维持较长时间不会发生整体性塌滑。土钉在复合土体内的作用可概括为四个方面：（1）箍束骨架作用；（2）分担作用；（3）应力传递与扩散作用；（4）坡面变形的约束作用。四、土钉墙构造土钉墙一般用于高度在15m以下的边坡开挖工程，常用高度为612m，斜面坡度一般为7090。土钉墙采取自上而下分层修建的方式，分层开挖的最大高度取决于土体可以直立而不破坏的能力，砂性土为0.52.0m，粘性土可以适当增大一些。分层开挖高度一般与土钉竖向间距相同，采用1.01.5m。分层开挖的纵向长度，取决于土体维持稳定的最长时间和施工流程的相互衔接，多为10m左右。(一) 土钉土钉类型有钻孔注浆钉、击入钉、注浆击入钉、高压喷射注浆击入钉、气动射击钉等。 钻孔注浆钉是最常用的一种类型，它是通过钻孔、置入钢筋、注浆、补浆来设置的； 击入钉是把作为土钉的角钢、圆钢（常为螺纹钢筋）或钢管用振动冲击钻或液压锤直接击入土中，不需注浆，土钉长度一般不超过6.0m； 注浆击入钉，用端部密封、周面带孔的钢管作为土钉，击入后从管内注浆并透过壁孔将浆体渗透到周围土体；高压喷射注浆击入钉，利用高频冲击锤将具有中孔的土钉击入土中，同时以一定的压力将水泥浆从土钉端部的喷嘴射出，起润滑作用并渗入周围土体，提高土钉与土体的粘结力； 气动射击钉，以高压气体为动力，作用于土钉的外部扩大端，直接将土钉射入土中。可以采用圆钢或钢管。第四节 土钉式挡土墙一、概述土钉墙由被加固土体、放置在土中的土钉体和护面板组成。土钉是一种在原位土体中安置拉筋而使土体的力学性能得以改善，从而提高挖方边坡稳定性的新型支挡技术。土钉技术的应用于1972年始于法国，德国、美国等在70年代中期开始应用此项技术。我国于 80年代初期首先在山西柳弯煤矿边坡稳定中应用土钉，并开始土钉的试验研究和工程实践。与其他挡土墙相比，土钉墙有如下优点：(1) 能合理利用土体的自身能力，将土体作为墙体的不可分割的一部分；(2) 施工设备轻便、操作方法简单；(3) 结构轻巧，柔性大、有非常好的抗震性能和延性；(4) 施工不需单独占用场地；(5) 材料用量和工程数量少，工程造价低；(6) 施工速度快，基本不占用施工工期；(7) 防腐性能好。虽然土钉技术具有许多优点，但也有缺点和局限性；(1) 变形稍微大于预应力锚杆的变形；(2) 在软土、松散砂土中施工难度较大；(3) 土钉在软土中的抗拔力低，需设置得很长很密或事先对软土加固，变形量较大，造价