五挡土墙设计PPT课件

路基工程 2007 11 2 4 1概述 4 2坡面防护 4 3冲刷防护 4 4软土地基加固 第四章路基防护与加固 第四章 防护与加固 3 第五章挡土墙设计 5 1概述 挡土墙的型式与构造 5 2挡土墙土压力计算 5 3挡土墙设计原则 5 4重力式挡土墙设计 5 5浸水路堤挡土墙设计 5 6地震地区挡土墙设计 4 5 6 7 8 路堑挡土墙 路肩挡土墙 路堤挡土墙 5 1概述 概念 挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持路基土体稳定的建筑物 常见的挡墙 挡墙构造 如图示 挡土墙的概念 第五章挡土墙设计 9 1 陡坡地段 2 岩石风化的路堑边坡地段 3 为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑地段 4 可能产生坍方 滑坡的不良地质地段 5 高填方地段 6 水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路基地段 7 为节约用地 减少拆迁或少占农田的地段 8 为保护重要建筑物 生态环境或其它特殊需要的地段 挡土墙设置 挡土墙结构名称图 墙背 墙面 墙顶 墙踵 墙趾 墙底 倾角 1 n 挡土墙结构名称 11 按设置位置和所起的作用挡土墙可分为 路堤挡土墙 常设置在高填路堤或陡坡路堤的下方 以防止路基边坡或基底滑动 确保路基稳定 12 节约用地 保护沿线重要建筑物 并在抬高公路时可减少填方 路肩挡土墙 13 设置在路堑底部 支撑开挖后不能自行稳定的边坡 降低边坡高度 减少挖方数量 路堑挡土墙 14 浸水挡土墙 设置在滨河和水库路堤的傍水一侧 避免路基边坡受水流冲刷 并能有效减少挤缩河床 15 山坡挡土墙 支挡覆盖层或堆积坡体下滑 兼有拦石作用 16 抗滑挡土墙 用于滑动地段 可稳定滑坡岩土体 多采用重力式墙体 当使用竖向预应力锚杆时 墙体用片石砼 滑动面 17 桥头挡土墙 支承桥梁上部建筑及保证桥头填土稳定 一般要求用料石砌筑 18 重力式 挡土墙按结构型式的分类及特点 主要依靠墙自重保持稳定 它取材容易 结构简单 施工方便 但用料多 体积较大 2 半重力式挡土墙 类型 墙面 墙背 墙顶 墙踵 墙趾 墙底 19 特点是衡重台具有部分卸荷作用 利用衡重台上的填土重使墙身重心后移 增加墙身稳定性 3 衡重式挡土墙 上墙 下墙 衡重台 20 衡重式适用于山区陡峻处路肩墙和路堤墙 亦用于路堑墙 上下墙高比例一般为 仰斜式所受土压力小 断面经济 开挖回填量较小 较适用于路堑墙 亦可用作平坦地形的路堤墙 一 墙身断面形式 俯斜式所受土压力大 地面横坡陡峻时可以用陡直墙面以减小墙高 断面形式特点 石砌重力式墙身构造 垂直式 俯斜式 墙面坡度直接影响挡土墙的高度 在地面横坡较陡时 墙面坡度一般为1 0 05 0 2 矮墙可用 地面平缓时 一般采用1 0 2 1 0 35较为经济 各种墙型墙面及墙背坡度情况如图 三 墙顶 墙顶最小宽度 浆砌片石为米 干砌时为米 帽石 帽的厚度不小于0 4米 二 墙面及墙背坡度 1 0 2 1 0 35 陡直墙面 0 5 0 6 22 由立壁 墙趾板和墙踵板三个悬臂部分组成 墙身稳定主要靠墙体自重及踵板上的填土重量来保证 钢筋砼轻型式 悬臂式或扶壁式 立壁 墙趾板 墙踵板 23 加筋土式 由墙面和抗拉力的拉筋以及填筑的粒状土组合而成 是柔性结构可适应基础有较大的变形 墙面板 24 竖向预应力锚杆式 25 横向锚杆式 锚定板式 锚定板 27 配筋喷射砼面墙 其它的挡土墙结构形式还有 桩板式 垛式 土钉墙式 拱式等 按挡土墙的适用条件分类 与墙身用料有关 适用于一般地区 浸水地区和地震地区的路肩 路堤和路堑等支挡工程 墙高不宜超过12m 干砌挡土墙的高度不宜超过6m 高速公路 一级公路不应采用干砌挡土墙 适用于不宜采用重力式挡土墙的地下水位较高或较软弱的地基上 墙高不宜超过8m 宜在石料缺乏 地基承载力较低的填方路段采用 墙高不宜超过5m 宜在石料缺乏 地基承载力较低的填方路段采用 墙高不宜超过15m 宜用于墙高较大的岩质路堑地段 可用作抗滑挡土墙 可采用肋柱式或板壁式单级墙或多级墙 每级墙高不宜大于8m 多级墙的上 下级墙体之间应设置宽度不小于2m的平台 宜使用在缺少石料地区的路肩墙或路堤式挡土墙 但不应建筑于滑坡 坍塌 软土及膨胀土地区 可采用肋柱式或板壁式 墙高不宜超过10m 肋柱式锚定板挡土墙可采用单级墙或双级墙 每级墙高不宜大于6m 上 下级墙体之间应设置宽度不小于2m的平台 上下两级墙的肋柱宜交错布置 用于一般地区的路肩式挡土墙 路堤式挡土墙 但不应修建在滑坡 水流冲刷 崩塌等不良地质地段 高速公路 一级公路墙高不宜大于12m 二级及二级以下公路不宜大于20m 当采用多级墙时 每级墙高不宜大于10m 上 下级墙体之间应设置宽度不小于2m的平台 用于表土及强风化层较薄的均质岩石地基 挡土墙高度可较大 也可用于地震区的路堑或路堤支挡或滑坡等特殊地段的治理 29 挡土墙公用构造 30 一 排水设施 1 挡土墙排水的目的 做好地表排水 防止地面水下渗 做好墙身排水 主要是设置泄水孔等排水构造 如下图 挡土墙公用构造 2 排水设施设置的要求 粘性土填料 疏干墙后土体 避免由于墙后积水形成的静水 冻胀及膨胀压力 31 3 反滤层 隔水层构造 三 伸缩 沉降 缝 根据地基条件 墙高 墙身断面变化的需要设置 且通常每10 15米设一道 缝要用沥青麻筋 沥青涂木板沿内 外 顶三方填塞 填深 15cm 墙背填石无冻害时可不填缝 缝宽2 3cm 二 护拦 栏杆 墙高6米 连续长20米 或墙高4米 行人流量大时需设护栏 斜坡地形设置挡墙 如遇坚硬岩石 将基底做成阶梯形 可减少挖方数量 展宽墙址 20cm 高宽之比 h b 3 2 刚性角约为35 当用倾斜基底时 墙址处厚度h1 50cm 墙踵处厚度h2 70cm 反向倾斜的倾斜度为 设计要求 四 基础 类型 33 埋置深度 各类斜坡面岩土地基挡土墙基础埋置深度及襟边宽度见下表 表6 2 说明 对土质地基还要求 一般应在天然地面下 有冲刷时应在冲刷线下 至少1米 有冻胀时应在冻胀线下0 25米 冻深超过1 00米 用1 25米 且基底应夯实一定厚度的砂砾或碎石垫层 34 横向 对于路肩或路堤墙 当地面陡竣时宜用俯斜式或衡重式 平坦地形采用仰斜式 路堑墙宜用仰斜式或折线式 挡土墙的布置 内容 断面位置 墙高最大处 墙身断面 基础形式变异处 断面形式 基础形式 埋置深度 横向排水 绘制横断面图 35 纵向 如图所示 36 3 平面布置 个别复杂的挡土墙需作平面布置 绘制平面图 内容 挡土墙起讫点及墙长 分段 确定伸缩缝与沉降缝 挡土墙基础 泄水孔位置 数量 间隔和尺寸 标明各特征点的桩号以及墙顶 常水位等标高 绘制正面图 37 1 永久荷载 主要力系 如图所示 2 可变荷载 附加力系 一 作用于挡土墙上的力系 5 2挡土墙土压力的计算 3 偶然荷载 特殊力 如地震力 38 1 土压力种类 2 库仑主动土压力计算的基本假设 二 一般条件下库仑主动土压力计算 假定墙后填料为均质散粒体 即土体无粘性 当墙向外移动或倾转时 墙后土体会沿通过墙踵的破裂面和与墙背的接触面这两个平面下滑 把墙和滑动土楔视作刚性体 根椐静力平衡条件 可推导出土楔处于极限平衡状态时给予墙背的土压力Ea 库仑主动土压力计算的一般公式 一 破裂面交于内边坡 40 各种边界条件下库仑主动土压力的计算 破裂面交于荷载内 二 破裂面交于路基面 全部荷载位于破裂棱体上 破裂棱体上无荷载 42 三 破裂面交于外边坡 43 土压应力分布图表示墙背在垂直投影面上应力分布情况 墙顶以上填土及均布荷载向墙背扩散压应力方向平行于破裂面 3 利用土压应力分布图计算土压力 作图方法 压应力图的面积即为主动土压力 各点压应力与垂直应力成正比 44 以破裂面交于外边坡为例 45 土压力作用点位置 46 当上墙墙背 或假想墙背 的倾角 或 第二破裂面倾角 i 第二破裂面 对于墙背倾角 很大的情况 如衡重式 或折线式 的上墙墙背 当墙后土体达到主动极限平衡状态时 沿着土体的另一破裂面CD滑动 CD即称第二破裂面 三 大俯角墙背的主动土压力计算 出现第二破裂面的条件 在墙背 假想墙背 上产生的抗滑力NR大于下滑力NG 使破裂棱体不会沿墙背 假想墙背 下滑 47 第二个条件的另一种表述方式是 大俯角墙背土压力的计算步骤 第二破裂面法 设计时首先判别是否出现第二破裂面 再用相应公式计算土压力 先拟定破裂面 选取相应公式算出 i 以确定第一破裂面的位置 如与假定相符 就按拟定边界条件套用相应公式计算 i 并验证是否出现第二破裂面 若不出现则仍按一般墙背的库仑土压力公式计算 有则应按第二破裂面库仑土压力计算 衡重式的上墙或悬臂式墙 只要满足第一个条件 即出现第二破裂面 作用在墙背上的合力对墙背法线的倾角 墙背摩擦角 48 1 上墙土压力的计算 四 折线型墙背的土压力计算 凸形墙背及衡重式挡土墙 土压力计算分上下墙两部份 分开计算 在计算上墙土压力时 不考虑下墙的影响 然后取两者的矢量和作为全墙的土压力 上墙土压力的计算依据前面介绍的第二破裂面法进行 2 下墙土压力的计算 在上墙土压力E1计算后 延长下墙墙背 交于填土表面C 以B C为墙背计算土压力 计算后给出全墙的土压应力分布图 仅取下墙部分的压应力分布图计算下墙的土压力E2 取E1与E2之矢量和即为全墙的土压力 此方法存在一定的误差 1 忽略了延长墙背与实际墙背间的土楔及荷载重 2 计算下墙土压力时 假定上墙破裂面与下墙破裂面平行所引起的误差 1 延长墙背法 50 2 力多边形法 原理 墙背土体处于极取平衡条件下 作用于破裂体上的诸力 应构成矢量闭合的力多边形 应用 在算得上墙土压力后 绘出下墙破裂面力多边形 利用力多边形来推求下墙土压力 51 等效内摩擦角法 库仑土压力公式一般仅适用于填料为粘性土的挡墙土压力计算 故在设计粘性土填料的挡土墙时 用等效内摩擦角近似计算 具体应用时按换算前后土的抗剪强度相等或土压力相等的原则来计算 D 通常是将 D值较实有的粘性土 值5 10 考虑 或采用等效内摩擦角 D为30 35 需要注意的是用上述方法换算的内摩擦角 D只与某一特定的墙高相适应 对于矮墙偏于安全 对于高墙则偏于危险 五 粘性土土压力 提高 52 力多边形法 应用库仑公式作近似计算时有如下假定 不考虑垂直裂缝区深度hc范围内的土压力 破裂面上土的抗剪强度由土的内摩擦力 tg 及粘聚力c组成 即考虑了破裂面上的粘结力对计算结果的影响 53 用力多边形法计算粘性土土压力的公式推导 54 将 代入Ea的表达式 即可求得主动土压力Ea 各种边界条件下粘性土土压力的计算公式 可参见 公路设计手册 路基 55 验算挡土墙是为了保证其具有足够的 整体稳定性 结构强度 5 3挡土墙验算 挡土墙荷载 作用 或荷载 分类 2 可变作用 或荷载 3 偶然作用 或荷载 基本可变作用 或荷载 其他可变作用 或荷载 施工 或荷载 1 永久作用 或荷载 56 挡土墙设计 承载力极限状态 正常使用极限状态 实际设计采用 分项安全系数极限状态 法 常用荷载组合 承载能力极限状态作用 荷载 分项系数 58 车辆荷载换算 车辆荷载换算 为了计算车辆荷载引起的对挡土墙的附加侧向压力 需近似地将车辆荷载换算为与墙后填料相同的均布土层 通常按墙高确定的附加荷载强度进行换算 59 一 抗滑稳定性验算 验算基底摩阻力抵抗挡土墙滑动的能力 1 验算公式 2 并满足滑动稳定方程的要求 60 滑动稳定方程为 0 倾斜基底的抗滑稳定系数Kc为 61 3 增加抗滑稳定性的常用措施 采用倾斜基底 设置凸榫 采用人工基础 设凸楔后的抗滑稳定系数为 1 验算公式 二 抗倾覆稳定性验算 验算抵抗墙身绕墙趾向外倾覆的能力 2 满足抗倾覆稳定方程的要求 64 改变墙身断面类型 如改用衡重式等 3 增加抗倾覆稳定性的常用措施 减小土压力及增加稳定力矩 展宽墙趾 改变墙面或墙背的坡度 65 1 偏心距 避免因地基过度不均匀沉降而引起的墙身倾斜 三 基底应力及合力偏心距 2 基底应力验算 避免地基出现过大的下沉 轴荷载作用时 66 偏心距 基底水平 基底倾斜 68 基底合力偏心距应满足 基底应力应满足容许应力值 69 四 墙身截面强度验算 包括法向应力及剪应力验算 验算部位 墙身底部 1 2墙高处 上下墙交界处等 70 二 剪应力验算包括水平剪应力及斜剪应力两种 通常衡重式挡土墙需要进行斜剪力验算 一 截面法向应力验算 2 强度计算 3 稳定计算 其它验算方法 71 衡重式挡土墙设计与验算 土压力 破裂面计算 判断第二破裂面 下墙土压力计算 实际墙背土压力计算 抗滑稳定性 抗倾覆稳定性 基底应力 偏心距 截面强度 稳定性验算 斜截面剪应力验算 五 浸水挡土墙设计计算 1 土压力计算 计算时与一般挡土墙相比应考虑的不同点在于 浸水部分填料体力用浮容重 砂性土 值不变 但粘性土则显著降低 弱透水性填料易出现渗流 要计入动水压力的影响 i 砂性土填料假设浸水后 不变 73 粘性土填料 土压力计算步骤 先计算水位线以上土压力E1 将水位线以上填料及荷载按浮容重rb换算成等代均布土层 计算下墙土压力 计算时要考虑 值的降低 两部分的矢量和即为全墙土压力 74 浮力 上浮力折减系数 可查表 动水压力 2 浸水挡土墙的附加力系 静水压力 4 最不利水位的确定 进行稳定性验算时 计算水位不同 验算的结果也不同 通常采用试算或 优选法 来推求最不利水位 3 浸水挡土墙的稳定性验算 要考虑附加力系对稳定性的影响 重力式挡土墙最不利水位表 如抗滑稳定性验算 其公式为 76 一 概述 悬臂式挡土墙由立壁和底板组成 结构较为经济 墙高6米以上时宜用扶臂式 通常用朗金公式计算过踵板竖直面上的土压力Ea 并把其分解为两部分作用力E1和E2 分别作用于立壁和踵板上 其总土压力为 5 4钢筋砼悬臂式轻型挡土墙 77 踵板宽度计算依据 墙踵板宽度B3是根据挡土墙抗滑稳定性要求确定的 即 二 墙身截面尺寸的拟定 1 底板宽度的确定B B1 B2 B3 对加设凸榫的挡土墙 未设凸榫前 要求 Kc 1 0 78 计入趾板及其上部土重后的容重修正系数 踵板宽计算 路肩墙 路堤墙 当立壁面坡的坡度为1 m时 以上B3两计算式应减去立壁面坡修正宽 B3 79 2 墙趾板宽度的计算 趾板宽度确定 趾板宽B1除高墙受倾覆稳定系数Ko控制外 一般由地基应力或偏心距确定 80 81 第六章挡土墙设计思考题 公路挡土墙常用于哪些场合 有什么用途 常见的挡土墙类型用几种 按结构型式分类 它们的特点及适用条件如何 重力式挡墙构造 墙身断面常用的形式如何 基础形式有几种 挡土墙为什么要设置沉降缝 伸缩逢 排水孔 土压力类型有几种 公路挡墙的土压力属哪一种 各种边界条件下挡土墙的主动土压力的计算公式如何应用 82 7 何为第二破裂面 产生第二破裂面的条件有哪些 产生第二破裂面的挡墙土压力怎样计算 8 折线形墙背挡土墙的土压力怎样计算 9 地震地区的挡土墙土压力怎样计算 10 重力式挡墙设计要进行哪些项目的验算 如何验算 11 为什么要验算挡土墙的地基应力和偏心距 对不同的地基为什么要求的偏心距不同 有哪些提高或减少地基承载力的措施 12 浸水挡墙与一般挡墙比较设计及验算有何区别 第六章挡土墙设计思考题 续 83 三 按结构特点分 上述挡墙的共同作用是承受墙后填料的侧向土压力 第五章挡土墙设计复习提纲 挡土墙的类型 路堤挡土墙 收缩坡脚 防止路基下滑 确保路基稳定 浸水挡土墙 避免路基边坡受水流冲刷 路堑挡土墙 降低边坡高度 减少刷方数量 路肩挡土墙 在需要抬高公路时可减少填方并节约用地 山坡挡土墙 支挡覆盖层或堆积坡体下滑 一 按挡墙的设置位置和起的作用分 石砌挡土墙 片石或少筋 砼挡土墙 钢筋砼挡土墙 加筋土挡土墙 二 按墙身用料分 重力 衡重 式 主要依靠墙体自重抵抗墙背承受的土压力 墙背仰斜时所受土压力小 断面较经济 俯斜墙背所受土压力大 但用于墙趾处地面横坡较大时可减小墙高 衡重式挡墙重心后移 稳定性较好 适用于地形陡峻而地基条件较好的填方路基挡墙或路堑挡墙 钢筋砼悬臂式 悬臂式由立壁和底板组成 结构自重较轻 需靠踵板上的填土来保持稳定 趾板可增加抗倾覆能力及减少基底压应力 立壁则作为单悬臂构件抵抗土压力 锚定式 由钢筋砼墙面及锚固构件两部分组成 属轻型挡墙 按锚固的方式不同 又可分为锚杆式 锚定板式及桩板式等 前二者靠锚入稳定地层中的钢杆或埋入填料稳定区内的锚定板产生抗拔力来稳定墙体 后者用锚固桩埋入地层中 中间用挡土板抵挡墙后土体 加筋土挡墙 是一种由竖直墙面 水平拉筋和墙内填料三部分组成的加筋体 通过筋土间的相互摩擦 加筋体形成复合的墙体结构而保持稳定 84 挡土墙的构造 明确挡土墙排水的目的 具体做法与要求 前者是要疏干墙后土体 避免由于墙后积水形成的静水 冻胀及膨胀压力 后者则需1 做好地表排水 防止地面水下渗 可采取设截水沟 填土表面设隔水层 墙前边沟铺砌加固等措施 2 做好墙身排水 主要是设置泄水孔 反滤层 隔水层 以及非透水性填料墙背需设置厚30cm的砂卵石连续排水层等排水构造 基础了解基础的形式及埋置深度这两方面的要求 基础有天然地基 换填扩大基础 钢筋砼底板 倾斜基地 台阶形及拱形等 对于扩大基础基底的拓宽应符合刚性角的要求 对于倾斜基底 其倾斜度为1 0 1 0 2 基础是台 阶形的 其高宽比不大于2 1 台阶宽不小于0 5米 台阶形埋置深度应按天然地面为土质或岩质两种情况来考虑 对岩质地基应满足基础嵌入岩层的具体要求 主动土压力的计算 三 重力式挡墙墙身构造 包括墙面及墙背坡度 墙顶宽度 护拦设置等几项规定 挡土墙的构造可分为墙身 基础 填料 排水及沉降伸缩接缝等几方面 一 搞清库仑主动土压力的计算原理和适用条件 假定墙后填料为均质散粒体 即土体无粘性 当墙向外移动或倾转时 墙后土体会沿通过墙踵的破裂面和与墙背的接触面这两个平面下滑 把墙和滑动土楔视作刚性体 根椐静力平衡条件 可推导出土楔处于极限平衡状态时给予墙背的土压力Ea 二 运用土压应力分布图进行土压力计算 85 一 包括滑动和倾覆稳定 基底应力及偏心距和墙身截面强度等方面的验算 主动土压力的计算 三 衡重式 凸形墙背 上墙土压力的计算 明确第二破裂面法的概念及出现第二破裂面的条件 四 衡重式 凸形墙背 全墙土压力的计算 土压力计算分上下墙两部份 分开计算各自的土压力 然后取两者的矢量和作为全墙的土压力 下墙计算方法有附加荷载法 延长墙背法等 应明确相应的计算原理 五 粘性土土压力的计算有等效内摩擦角法