第7章挡土墙..ppt

第7章挡土墙 7 1概述应用范围 挡土墙广泛应用于房屋建筑 水利 铁路 公路 港湾等工程 作用 支挡墙后土体 防止士体产生坍塌和滑移 在山区平整建筑场地时 为了保证场地边坡稳定 需要在每级台地边缘处建造挡土墙 地下室外墙和室外地下人防通道的侧墙也是挡土墙 此外 桥梁工程的岸边桥台 散体材料堆场的侧墙也是挡土墙 7 2挡土墙的类型 按其所用材料分类 有毛石 砖 混凝土和钢筋混凝土等 按结构类型分类 则有重力式 悬臂式 扶壁式 板桩式等 选择挡土墙类型时 除了要考虑土层的构成和地下水情况外 还要重视挡土墙下地基土的承载能力和压缩性 在拟定挡土墙的截面尺寸时 要考虑使挡土墙本身重量以及部分填土的重量提供的抗倾覆力矩以及抗滑力能与土压力产生的倾覆力矩和推力平衡 并有一定的安全系数 7 2 1重力式挡土墙特点 墙身截面尺寸大 靠墙自身重力来维持稳定 材料 砖 块石或素混凝土修筑 适用 一般用于低挡土墙 优点 结构简单 施工方便 应用较广 缺点 墙体抗拉 抗剪强度都较低 工程量大 按墙背的倾斜情况分为 仰斜 垂直和俯斜 受力情况分析 仰斜式的主动土压力最小 俯斜式的主动土压力最大 从挖 填方角度来看 如果边坡为挖方 采用仰斜式较合理 如果边坡为填方 则采用俯斜式或垂直式较合理 当墙前地形平坦时 采用仰斜式较好 而当地形较陡时 则采用垂直墙背较好 设计时 应优先采用仰斜式 其次是垂直式 为减小作用在挡土墙墙背上的主动土压力 还可以选择衡重式挡土墙 此外 还可以采用减压平台 当挡土墙的抗滑稳定性不能满足设计要求时 可考虑将基底做成逆坡 为了减小基底压力 还可以加墙趾台阶 这样也有利于墙的抗倾覆稳定 7 2 2悬臂式挡土墙材料 悬臂式挡土墙用钢筋混凝土建造 因而墙身较薄 结构轻巧 构成 悬臂式挡土墙由三个悬臂板 即立壁 墙趾悬臂和墙踵悬臂组成 特点 这类挡土墙的稳定主要依靠墙踵悬臂以上的土的重量 而墙身拉应力由钢筋承担 优点 能充分利用钢筋混凝土的受力性能 墙体的截面尺寸较小 可以承受较大的土压力适用 重要工程中墙高大于5m 地基土较差 当地缺乏石料等情况 在市政工程和厂矿贮存库中也广泛应用这种型式的挡土墙 7 2 3扶壁式挡土墙 当墙高大于8m时 墙后填土较高 若采用悬臂式挡土墙会导致墙身过厚而不经济 通常沿墙的长度方向每隔1 3 1 2墙高设一道扶壁以保持挡土墙的整体性 增强悬臂式挡土墙中立壁的抗弯性能 这种挡上墙称为扶壁式挡土墙 扶壁可以设在挡土墙的外侧 也可以设在内侧 当地基土质较软弱时 可采用钢筋混凝土扶壁式挡土墙 1 特点 为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 1 3 1 2 h设一道扶壁 2 适用 墙高h 10m 3 材料 钢筋混凝土 4 优点 工程量小 5 缺点 施工较复杂 墙体稳定主要靠扶壁间土重维持 7 2 3扶壁式挡土墙 7 2 4板桩式挡土墙板桩式挡土墙按所用材料的不同 分为钢板桩 木板桩和钢筋混凝土板桩墙等 板桩式挡土墙按结构型式可分为悬臂式 板桩上部无支撑 又称无锚板桩 和锚定式 板桩上部有支撑 又称有锚板桩 两大类 悬臂式板桩墙的桩顶为自由端 桩下部固定在地面以下 这种板桩墙靠插入土中部分来维持整体平衡 土面以上一段板桩所承受的侧向荷载及垂直荷载越大 要求桩打入土中就越深 悬臂板桩只适用于承受荷载不大 通常墙高小于4m 以及临时性工程 如基坑开挖时的支撑 否则会导致板桩入土深度过大而不经济 锚定式板桩墙的桩顶或桩顶附近加一道锚定拉杆 则板桩打入土中的长度和断面可以大大减小 锚定式挡土墙又可根据入土深度分为两种情况 入土浅时桩底视为简支 入土深时视为嵌固 当墙高比较大时常采用这种结构 7 4重力式档土墙 7 4 1重力式挡土墙的选型选择合理的挡土墙墙型 对挡土墙的设计具有重要意义 主要有下列几点 1 使墙后土压力最小2 墙的背坡和面坡的选择3 基底逆坡坡度4 墙趾台阶 7 4 2重力式挡土墙的构造 1 挡土墙的埋置深度挡土墙的埋置深度 如基底倾斜 则按最浅的墙趾处计算 应根据持力层地基土的承载力 冻结因素确定 土质地基一般不小于0 5m 2 墙身构造挡土墙各部分的构造必须符合强度和稳定的要求 并根据就地取材经济合理施工方便 按地质地形等条件确定 一般块石挡土墙顶宽不应小于0 4m 3 排水措施挡土墙后填土由于雨水入渗 抗剪强度降低 土压力增大 同时产生水压力 对挡土墙稳定不利 因此挡土墙应设置很好的排水措施 增加其稳定性 4 填土质量要求选择质量好的填料以及保证填土的密实度是挡土墙施工的两个关键问题 应该选择抗剪强度高 性质稳定 透水性好的粗颗粒材料作填料 例如卵石 砾石 粗砂 中砂等 并要求这些材料含泥量小 在工程上实际的回填土往往含有粘性土 这时应适当混入碎石 以便易于夯实和提高其抗剪强度 对于重要的 高度较大的挡土墙 用粘性土作回填土料是不合适的 不能用的回填土 淤泥 耕植土 成块的硬粘土和膨胀性粘土 回填土中还不应夹杂有大的冻结土块 木块和其他杂物 因为这类土产生的土压力大 对挡土墙的稳定极为不利 对于常用的砖 石挡土墙 当砌筑的砂浆达到强度的70 时 方可回填 回填土应分层夯实 5 沉降缝和伸缩缝由于墙高 墙后土压力及地基压缩性的差异 挡土墙宜设置沉降缝 为了避免因混凝土及砖石砌体的收缩硬化和温度变化等作用引起的破裂 挡土墙宜设置伸缩缝 沉降缝与伸缩缝 实际上是同时设置的 可把沉降缝兼作伸缩缝 一般每隔10 20m设置一道 缝宽约2cm 缝内嵌填柔性防水材料 6 挡土墙的材料要求石料 石料应经过挑选 在力学性质 颗粒大小和新鲜程度等方面要求一致 不应有过分破碎 风化外壳或严重的裂缝 砂浆 挡土墙应采用水泥砂浆 只有在特殊条件下才采用水泥石灰砂浆 水泥粘土砂浆和石灰砂浆等 在选择砂浆强度等级时 除应满足墙身计算所需的砂浆强度等级外 在构造上还应符合有关规则要求 在9度地震区 砂浆强度等级应比计算结果提高一级 7 挡土墙的砌筑质量 7 4 3重力式挡土墙的计算 挡土墙的计算通常包括下列内容 抗倾覆验算 抗滑移验算 地基承载力验算 墙身强度验算 抗震计算 作用在挡土墙上的力 墙身自重G 土压力 Ea Ep 基底反力 1 挡土墙抗倾覆验算 d 抗倾覆稳定条件 挡土墙在土压力作用下可能绕墙趾O点向外倾覆 2 挡土墙抗滑移验算 抗滑稳定条件 挡土墙在土压力作用下可能沿基础底面发生滑动 m为基底摩擦系数 根据土的类别查表得到 若不满足抗倾覆稳定性验算 则可以采取如下措施 1 修改挡土墙尺寸 如加大墙底宽 增大墙自重 这种方法要增加较多工程量 不经济 2 伸长墙前趾 增加混凝土工程量并不多 但需增加钢筋用量 3 将墙背做成仰斜 可减小土压力 但施工不方便 4 做卸荷台 位于挡土墙的墙背上 形如牛腿 卸荷台示意图 逆坡和钢筋混凝土拖板示意图 3 挡土墙地基承载力验算 挡土墙地基承载力验算与一般偏心受压基础验算方法相同 先求出作用在基底土的合力及其合力的作用点位置 挡土墙重力G与土压力Ea的合力E可用平行四边形法则求得 将合力E作用线延长与基底相交于点m 在m点处将合力E再分解为两个分力En及Et 其中En为垂直于基底的分力 即为作用在基底上的垂直合力N 对基底形心的偏心距为e 可根据偏心受压计算公式计算基底压力并进行验算 tan G sin Ea G cos 垂直于基底的分力为En E cos 0 NEt E sin 0 N c G x0 Eaz xf Eax zfc G x0 Eaz xf Eax zf Ne b 2 cb b cos 0 验算挡土墙的地基承载力按下式进行 当偏心距e b 6时 基底压力呈梯形或三角形分布 当偏心距e b 6时 则基底压力呈三角形分布 Pmax 2N 3c 1 2fa 4 挡土墙墙身强度验算 重力式挡土墙一般用毛石砌筑 需验算任意墙身截面处的法向应力和剪切应力 这些应力应小于墙身材料极限承载力 对于截面转折或急剧变化的地方 应分别进行验算 就是说 墙身强度验算取墙身薄弱截面进行 如图7 15所示取截面I I 首先计算墙高为hr 时的土压力Ea 及墙身G 用前面的方法求出合力N及其作用点 然后按砌体受压公式进行验算 1 抗压验算N a A fN 由设计荷载产生的纵向力 a 结构构件的设计抗力调整系数 取 a 1 0 纵向力影响系数 根据砂浆强度等级 e h查表求得 高厚比 H0 h 在求纵向力影响系数时先对 值乘以砌体系数 对粗料石和毛石砌体为1 5 H0为计算墙高取2hr hr 为墙高 h为墙的平均厚度 e 纵向力的计算偏心距e ek ea ek为标准荷载产生的偏心距 ea为附加的偏心距 ea hr 300 20 A 计算截面面积 取1m长度 f 砌体抗压设计强度 2 抗剪验算Q a fv 0 18 u A式中Q 由设计荷载产生的水平荷载 fv 砌体设计抗剪强度 u 恒载标准值产生的平均压应力 5 挡土墙的抗震计算 计算地震区挡土墙时需考虑两种情况 即有地震时的挡土墙和无地震时的挡土墙 在这两种情况的计算结果中 选用其中墙截面较大者 这是因为在考虑地震附