挡土墙设计教学PPT课件

16 04 2020 第6章挡土墙设计 16 04 2020 16 04 2020 6 1挡土墙的用途 1 支撑土体 保持稳定 2 减少填挖方数量 节约用地 3 防止水流冲刷 浸水挡土墙 4 防治滑坡 山坡墙 16 04 2020 6 2挡土墙的类型 1 按设置位置分为 路肩墙路堤墙路堑墙山坡墙 16 04 2020 2 按结构特点分为 重力式 衡重式 薄壁式 钢筋混凝土 锚固式 锚杆 锚碇板式 加筋土式柱板式桩板式等 16 04 2020 16 04 2020 3 按挡土墙的墙体材料分 石砌挡墙混凝土挡墙钢筋混凝土挡墙砖砌挡墙木质挡墙钢板墙 16 04 2020 16 04 2020 6 3挡土墙的构造 挡土墙一般由墙身基础排水设施伸缩缝组成 墙身由墙顶 墙面 墙背 墙底 墙趾 墙踵 组成 16 04 2020 16 04 2020 16 04 2020 4 基础 保证地基承载力要求 如采用扩大基础 钢筋混凝土底板等 埋置深度要求 防冲刷 防冻胀对于土质地基 无冲刷时 地面线以下至少1m 有冲刷时 冲刷线以下至少1m 有冻害时 冻结线以下至少0 25m 对于石质地基 要考虑嵌岩深度和襟边宽度对于滑动地基 处于滑动面以下至少0 5m 稳定岩层 2m 稳定土层 16 04 2020 5 排水目的 防止地基承载力下降 减小墙背静水压力 冻胀压力 填料膨胀压力等 措施 截水沟 边沟 墙背粘土隔水层 粒料反滤层 排水层 墙身泄水孔等 16 04 2020 6 接缝起沉降缝 伸缩缝作用 间距10 15m 缝宽2 3cm 缝内填塞有弹性的材料 16 04 2020 6 4挡土墙的布置 1 挡土墙的横向布置 确定断面形式 初步尺寸 选择位置 2 挡土墙的纵向布置 1 起讫点 衔接方式2 确定变形缝的位置3 布置基础4 布置泄水孔位置5 布置各特征点的桩号和标高3 平面布置 标示与路线平面位置 地物 地貌的关系 16 04 2020 挡土墙标准断面图 16 04 2020 路堤挡土墙横断面图 路堑挡土墙横断面图 16 04 2020 挡土墙立面图 16 04 2020 6 5作用在挡土墙上的力系 16 04 2020 主动 被动 静止土压力 16 04 2020 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 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一般不计 16 04 2020 土压力的计算 1 基本假设 库伦 1776年 1 填料为均质 各向同性的散粒体 仅有内摩擦力而无粘结力 填料表面为平面 2 墙身外倾时出现沿墙踵的平面破裂面 破裂面上摩阻力为tg 3 破裂面上土体为刚性体 下滑时土体与墙背间存在内摩阻力tg 4 考虑单位长度墙段 2 一般情况 幻灯片26 16 04 2020 16 04 2020 16 04 2020 同理可求其它情况的最大主动土压力 2 破裂面交于路基内 荷载的内侧3 破裂面交于荷载范围内4 破裂面交于荷载的外侧 路基上5 破裂面交于外边坡 16 04 2020 a 交于荷载内侧 b 交于荷载中部 c 交于荷载外侧 d 破裂面交于外边坡back幻灯片29 16 04 2020 例6 1有一路肩挡土墙 墙高H 5m 墙身及路基断面尺寸如图所示 试计算该挡土墙所受主动土压力 墙后填土 17kN m3 35 2 3 1 求破裂角 根据已知条件得假设破裂面交于荷载分布范围以外 16 04 2020 计算结果显然与原假设不符合 故重新假定破裂面交于荷载分布范围内 按公式计算 16 04 2020 校核假定 故破裂面交于荷载分布范围内 与假设符合 破裂面位置 16 04 2020 2 求土压力系数 土压力 16 04 2020 3 大俯角墙背的主动土压力 第二破裂面法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 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 1 墙背或假想墙背的倾角 或 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 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 即NR NG 或Extan Ey G 使破裂棱体不会沿墙背或假想墙背下滑 一般俯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 i 即存在第二破裂面 16 04 2020 第二破裂面情况 16 04 2020 图6 19力多边形法 16 04 2020 图6 20路堤墙粘性土主动土压力计算 16 04 2020 图6 22有限范围内填土的土压力计算 16 04 2020 8 计算参数 填料的计算内摩擦角和重度墙背摩擦角 填料的计算内摩擦角和重度参考值 16 04 2020 16 04 2020 6 6车辆荷载的换算 q 附加荷载的强度 kN m2 按荷载强度换算 16 04 2020 按破裂土体范围内的车辆荷载换算 16 04 2020 6 7挡土墙的荷载组合 16 04 2020 16 04 2020 16 04 2020 16 04 2020 16 04 2020 按正常使用极限状态设计时 通常采用上表所列的各分项系数 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 除被动土压力采用0 3外 其他全部荷载系数采用1 0 16 04 2020 6 8挡土墙稳定性验算 16 04 2020 16 04 2020 16 04 2020 3 基底应力 合力偏心距验算 16 04 2020 基底合力偏心距满足表6 14的要求 基底应力满足 轴向荷载作用 偏心荷载作用 其中地基承载力抗力值f值可以根据不同荷载组合予以提高 提高系数K按表6 16取值 16 04 2020 4 墙身截面强度验算 选择墙身断面变化处 墙身底部 1 2墙高处 按轴心受压 偏心受压或受弯构件进行强度验算 1 强度验算2 稳定验算3 正截面剪应力验算 16 04 2020 例6 2 某俯斜式重力式挡土墙如图所示 墙高为5 5m 墙面和墙背坡度均为1 0 25 挡土墙顶宽b 0 6m 经计算其墙背的主动土压力为60 00kN 土压力其作用点到墙底的垂直距离为 已知墙背填料的摩擦角为 墙身的容重为22kN m3 地基的摩阻系数为f 0 45 地基的容许压应力为 验算该挡土墙的稳定性和地基承载力是否满足要求 16 04 2020 1 抗滑稳定性验算 稳定 16 04 2020 2 抗倾覆稳定性验算稳定 16 04 2020 3 地基承载力验算 满足要求 16 04 2020 提高挡土墙稳定性的措施 16 04 2020 6 9衡重式挡土墙设计 衡重式挡土墙的构造 通常墙胸多采用1 0 05的陡坡 上墙墙背坡率采用1 0 25 1 0 45之间 下墙墙背坡率采用1 0 25 上下墙高比采用2 3 其它构造要求与一般重力式挡土墙相同 作用于衡重式挡土墙的主动土压力 按上下墙分别计算 取其矢量和作为全墙的主动土压力 衡重式挡土墙稳定性验算的内容和要求同一般重力式挡土墙 当上墙出现第二破裂面时 第二破裂面与上墙墙背之间的填土与墙身一起移动 其重量应计入墙身自重 验算墙身截面强度时 应按上墙实际墙背所承受的土压力计算 验算内容同重力式 最危险的截面是上下墙分界面2 2 以及与上墙土压力大致平行的3 3斜截面 对于斜截面验算 应将诸力投影到斜截面上 验算的重点是抗剪强度能否满足要求 16 04 2020 验算墙身截面强度时 应按上墙实际墙背所承受的土压力计算 验算内容同重力式 对于斜截面验算 应将诸力投影到斜截面上 验算的重点是抗剪强度能否满足要求 1 上墙实际墙背的土压力假定此土压力沿墙背呈直线分布 作用于上墙的下三分点处 2 斜截面剪应力验算令 0 经整理简化得 16 04 2020 6 10浸水路堤挡土墙设计 一 当填料为砂性土时计算时考虑 1 浸水部分填料单位重量采用浮容重 2 浸水前后的内摩擦角不变 3 破裂面为一平面 由于浸水后破裂位置的变动对于计算土压力的影响不大 因而不考虑浸水的影响 二 当填料为粘性土时考虑到粘性土浸水后c值显著降低 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 见图6 40 计算中 先求出计算水位以上填土的土压力E1 然后再将上层填土重量作为荷载 计算浸水部分的土压力E2 E1与E2的矢量和即为全墙土压力 16 04 2020 静水压力 上浮力 动水压力 墙胸所受静水压力 墙背所受静水压力 作用于基底的上浮力P2为 墙身受到的总上浮力P2为基底上浮力与墙胸 墙背所受的静水压力竖直分力的代数和 即 图6 41静水压力及上浮力 动水压力 图6 42动水压力 16 04 2020 运用优选法求最小稳定系数和最不利水位的步骤 如图6 44所示 设浸水挡土墙的高度为H 试算水位均从挡土墙基底算起 1 求算H1处的稳定系数K 1 H1 0 618H 2 求算与H1对称的H2处的K2 H2 0 H H1 0 382H 3 比较K1和K2 若K2 K1 则舍去 0 H2 区段 求算剩余区段 H2 H 中与H1对称的H3处的K3 H3 H2 H H1 0 764H 4 比较K1和 3 若K1 3 则舍去 H2 H1 区段求算新剩余段 H1 H 中与H3对称的H4处的K4 H4 H1 H H3 0 854H 5 比较K3和K4 若K4 3 则舍去 H4 H 区段 求算新剩余段 H1 H4 中与H3对称的H5处的K5 H5 H1 H4 H3 0 708H 如此试算三 五次 并将各试算水位的稳定系数K1 2 绘成K H曲线 从曲线上找出Kmin 本次为K5 则其相应的水位 5 便是最不利水位 基底应力验算中 通常以枯水位作为验算水位 三 浸水挡土墙稳定性验算设计浸水挡土墙 应求算最不利水位进行验算 16 04 2020 浸水挡土墙稳定性验算作用在浸水挡土墙的力系 重力 基底反力 摩擦力 主动土压力 静水压力 上浮力 动水压力 说明 16 04 2020 6 11地震地区挡土墙设计 对于地震作用下的路肩挡土墙 可用下面的简化公式计算 Ps C1CZKHGEa 1 3CzKHtg Ea 图6 45水平地震力与地震角图6 46地震作用下的主动土压力 16 04 2020 一般防震措施 尽可能采用重心低的墙身断面形式 基础尽可能置于基岩或坚硬的均质土层上 遇有软粘土 饱和砂土或严重不均匀地基时 应采取适当措施进行加固处理 挡土墙宜采用浆砌片 块 石 混凝土和钢筋混凝土修筑 当采用干砌片 块 石时 墙高须加以限制 设计烈度为8度时 一般不超过5m 9度时 一般不超过3m 墙体应以垂直通缝分段 每段长度不宜超过15m 地基变化或地面标高突变处 也应设置通缝 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 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 16 04 2020 6 12轻型挡土墙 包括悬臂式挡土墙 锚杆挡土墙和锚定板挡土墙等 1 悬臂式挡土墙设计悬臂式挡土墙由立壁和底板组成 有三个悬臂 即立壁 趾板和踵板 当墙身较高时 可沿墙长一定距离立肋板 即扶壁 联结立壁板与踵板 从而形成扶壁式挡墙 1 土压力计算2 底板宽度计算 包括夹块宽度 踵板宽度趾板宽度 底板宽度3 底板厚度计算4 立壁厚度计算 16 04 2020 2 锚杆挡土墙设计锚杆式挡墙主要由预制的钢筋混凝土立柱和挡土板构成墙面 与水平或倾斜的钢锚杆联合作用支挡土体 主要是靠埋置于岩土中的锚杆的抗拉力拉住立柱保证土体稳定的 16 04 2020 3 锚定板挡土墙设计锚定板式挡墙则将锚杆换为拉杆 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 16 04 2020 6 13加筋土挡土墙 原理 加筋土是一种在土中加入拉筋的复合土 它利用拉筋与土之间的摩擦作用 提高填土的抗剪强度 改善土体的变形条件和提高土体的工程性能 使得加筋土的整体强度提高 从而保证土体平衡 达到土体稳定的目的 加筋土挡土墙由填料 在填料中布置的拉筋以及墙面板三部分组成 16 04 2020 16 04 2020 16 04 2020 本章基本要求 1 熟悉挡土墙的有关概念 2 掌握挡土墙土压力计算 重力式挡土墙设计方法 3 了解浸水路堤挡土墙设计 地震地区挡土墙设计 轻型挡土墙 加筋挡土墙设计方法 16 04 2020 思考题 1 分析各类挡土墙的结构特点及其使用场合 2 重力式挡土墙由哪几部分组成 各有什么要求 3 说明在不同情况下土压力计算的基本方法 4 试推导地震荷载作用下重力式挡土墙抗滑 抗倾覆稳定性验算公式 5 挡土墙抗滑稳定 抗倾覆稳定或地基承载力不足时 可分别采用哪些改进措施 什么措施较为有效 6 土中加筋可起什么作用 怎样才能使拉筋发挥最大效用 7 加筋土挡土墙墙面所受到的土压力 与其他挡土墙的受力有什么不同 8 拉筋长度由哪几部分组成 为什么位于上层的拉筋需要的长度往往较大 16 04 2020 计算题 1 如图 已知某路肩墙高H 7 0m 顶宽B 1 2m 墙面与墙背平行 基