挡土墙的设计PPT课件

1 第八章挡土墙设计与施工 2 第一节基本概念 3 第一节基本概念 挡土墙是用于支撑路基填土或者山坡土体侧压力 防止边坡或山坡变形失稳的工程构造物 广泛用于支撑路基边坡 桥台 桥头引道和隧道洞口等处 一 挡土墙的用途 挡土墙设置与否 宜于与其工程方案比较确定1 与移改路线位置进行比较 2 与填筑或开挖边坡相比较 3 与坼移有关干扰路基的构造物 房屋 河流 水渠 等比较 4 与设置其他类型的构造物 桥 护墙 等比较 4 挡土墙设计 在勘察设计阶段 应对挡土墙地基基础进行综合地质勘察 查明地基地质条件和地基承载能力 设计中应分析预测挡土墙对环境产生的影响 确定必要的环境保护方案和植物措施 在施工阶段应采用合理施工方法 尽量减少对环境和相邻路基段的不利影响 挡土墙可采用锥坡与路堤连接 墙端应伸入路堤内不应小于0 75m 锥坡坡率宜与路堤边坡一致 并宜采用植草防护措施 挡土墙端部嵌入路堑原地层的深度 土质地层不应小于1 5m 风化软质岩层不应小于1 0m 微风化岩层不应小于0 5m 路基防护与支挡 5 挡土墙设计 应根据挡土墙墙背渗水量合理布置排水构造 具有整体式墙面的挡土墙应设置伸缩缝和沉降缝 挡土墙墙背填料宜采用渗水性强的砂性土 砂砾 碎 砾 石 粉煤灰等材料 严禁采用淤泥 腐殖土 膨胀土 不宜采用粘土作为填料 在季节性冻土区 不应采用冻胀性材料做填料 路肩式挡土墙的顶面宽度不应占据硬路肩 行车道及路缘带的路基宽度范围 并应设置护栏 高速公路和一级公路的护栏设计应符合 高速公路交通安全设施及施工技术规范 的有关规定 路基防护与支挡 6 第一节概述 二 挡土墙各部分的名称 墙背倾角 7 三 挡土墙的分类 用于陡峭山坡的路堑底部 降低边破高度 减少开挖或者边坡防止地质不良地段的滑坡 一 按照挡土墙设置的位置 1 路堑挡土墙 8 2 路肩挡土墙 用于 1 陡坡路堤 为保证路堤稳定 收缩坡脚 2 为避免与其它建筑物 如房屋 铁路 水渠等 干扰扰或防止多占农田 3 为防止沿河路堤受水流冲刷和淘刷 9 用于地形受限 需要收缩坡脚 防止陡坡堤下滑 3 路堤挡土墙 10 用以支挡山坡上可能滑坍的覆盖层土体或破碎岩层 需要时可分设数道 4 山坡挡土墙 11 用于沿河路堤 需要收缩坡脚或防止水流冲淘 5 浸水挡土墙 12 第二节挡土墙的类型及适用范围 按建筑材料分 石砌挡墙 混凝土挡墙 钢筋混凝土 砖砌挡土墙 木质和钢板挡土墙按结构形式分 重力式 半重力式 衡重式 悬臂式 扶臂式 锚杆式 拱式 锚定板式 柱板式和垛式 13 按照挡土墙的结构形式 依靠墙的自重支撑土压力 污工结构 形式简单 施工方便 A B E多用于路肩墙 路堤墙 C D多用于路堑墙 一 重力式挡土墙 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 14 1 锚杆式 二 锚定式挡土墙 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 15 目前国内外岩土工程界广泛采用的锚固体结构类型按粘结材料及受力机理分包括五大类 第一类为全长粘接锚杆 如水泥砂浆锚杆 树脂卷锚杆 水泥卷锚杆 第二类为端头锚固型锚杆 如机械锚固锚杆 树脂锚固锚杆 第三类为摩擦型锚杆 如锲管锚杆 缝管锚杆 水胀锚杆 第四类为自钻式锚杆 如中空锚杆 第五类为预应力锚杆 索 有拉力型 压力型 分散型等 按锚 岩相互作用分包括两大类 主动锚和被动锚 调研结果表明 我国公路部门边坡中采用的锚固体结构类型主要有 普通水泥 砂 浆全长注浆锚杆 自钻式锚杆 预应力锚索 杆 16 二 锚定式挡土墙 2 锚定板式 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 17 三 薄壁式挡土墙 2 扶壁式 1 悬臂式 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 18 四 加筋土挡土墙 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 19 五 土钉 钉土 挡土墙 20 六 柱板式挡土墙 由立柱 挡板 腰梁 腰板 基座和拉杆组成 借助腰板上部填土的重力平衡土体侧压力的挡土墙 21 七 桩板式挡土墙 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 22 第三节重力式挡土墙设计 一 挡土墙的布置 1 挡土墙位置的选定 1 路堑挡土墙大多数设在边沟旁 2 山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处 3 当路肩墙与路堤墙的墙高或截面圬工数量相近 基础情况相似时 应优先选用路肩墙 4 若路堤墙的高度或圬工数量比路肩墙显著降低 而且基础可靠时 宜选用路堤墙 5 沿河路堤设置挡土墙时 应结合河流情况来布置 注意设墙后仍保持水流顺畅 不致挤压河道而引起局部冲刷 2 挡土墙的纵向布置 挡土墙纵向布置在墙趾纵断面图上进行 布置后绘成挡土墙正面图 1 确定挡土墙的起迄点和墙长 选择挡土墙与路基或其它结构物的衔接方式 2 按地基及地形情况进行分段 确定伸缩缝与沉降缝的位置 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 23 3 挡土墙的横向布置 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图上进行 根据墙型 墙高及地基与填料的物理力学指标等设计资料 进行挡土墙设计或套用标准图 确定墙身断面 基础形式和埋置深度 布置排水设施等 并绘制挡土墙横断面图 4 平面布置 个别复杂的挡土墙 如高 长的沿河曲线挡土墙 应作平面布置 绘制平面图 标明挡土墙与路线的平面位置及附近地貌与地物等情况 特别是与挡土墙有干扰的建筑物的情况 沿河挡土墙还应绘出河道及水流方向 防护与加固工程等 24 二 挡土墙的构造组成 一 墙身构造 1 墙背 1 仰斜墙背适用于路堑墙及墙趾处地面平坦的路肩墙或路堤墙 仰斜墙背的坡度不宜缓于1 0 3 通常在1 0 15 1 0 25 4 衡重式墙适用于山区地形陡峻处的路肩墙和路堤墙 也可用于路堑墙 上墙俯斜墙背的坡度1 0 25 1 0 45 下墙仰斜墙背在1 0 25左右 上下墙的墙高比一般采用2 3 3 凸形折线墙背多用于路堑墙 也可用于路肩墙 上下墙的墙高比一般采用2 3 2 俯斜墙背适用于路堤墙 路肩墙 常用1 0 15 1 0 25 不超过4m的低墙可用垂直墙背 5 其他类型挡土墙的墙背形式可参考有关规范和设计手册 25 墙面一般均为平面 其坡度应与墙背坡度相协调 墙面坡度直接影响挡土墙的高度 因此 在地面横坡较陡时 墙面坡度一般为1 0 05 1 0 20 矮墙可采用陡直墙面 地面平缓时 一般采用1 0 20 1 0 35较为经济 2 墙面 墙顶最小宽度 浆砌挡土墙不小于50cm 干砌不小于60cm 浆砌路肩墙墙顶一般宜采用粗石料或混凝土做成顶帽 厚40cm 如不做顶帽 对路堤墙和路堑墙 墙顶应以大块石砌筑 并用砂浆勾缝 或用5号砂浆抹平顶面 砂浆厚2cm 干砌挡土墙墙顶50cm高度内 应用25号砂浆砌筑 以增加墙身稳定 干砌挡土墙的高度一般不宜大于6m 3 墙顶 为保证交通安全 在地形险峻地段 或过高过长的路肩墙的墙顶应设置护栏 为保持土路肩最小宽度 护栏内侧边缘距路面边缘的距离 二 三级路不小于0 75m 四级路不小于0 5m 4 护栏 26 二 基础构造 1 基础类型 1 大多数挡土墙都直接修筑在天然地基上 2 当地基承载力不足 地形平坦而墙身较高时 为了减小基底压应力和增加抗倾覆稳定性 采用扩大基础 a 墙趾或墙踵部分加宽 b 钢筋混凝土底板 c 换填地基 d 台阶基础 e 拱形基础 3 当地基压应力超过地基承载力过多时 需要的加宽值较大 为避免加宽部分的台阶过高 可采用钢筋混凝土底板 4 地基为软弱土层时 可采用砂砾 碎石 矿渣或灰土等材料予以换填 5 当挡土墙修筑在陡坡上 而地基又为完整 稳固 对基础不产生侧压力的坚硬岸石时 可设置台阶基础 以减少基坑开挖和节省圬工 6 如地基有短段缺口 如深沟等 或挖基困难 如需水下施工 可采用拱形基础 27 2 基础埋置深度 对于土质地基 基础埋置深度应符合下列要求 1 无冲刷时 应在天然地面以下至少1m 2 有冲刷时 应在冲刷线以下至少1m 3 受冻胀影响时 应在冻结线以下不少于0 25m 当冻深超过1m时 采用1 25m 但基底应夯填一定厚度的砂砾或碎石垫层 垫层底面亦应位于冻结线以下不少于0 25m 碎石 砾石和砂类地基 不考虑冻胀影响 但基础埋深不宜小于1m 对于岩石地基 应清除表面风化层 将基底嵌入岩层一定深度 当风化层较厚难以全部清除时 可根据地基的风化程度及其容许承载力将基底埋入风化层中 当挡土墙位于地质不良地段 地基土内可能出现滑动面时 应进行地基抗滑稳定性验算 将基础底面埋置在滑动面以下 或采用其它措施 以防止挡土墙滑动 28 三 排水设施 浆砌块 片 石墙身应在墙前地面以上设一排泄水孔 图a 墙高时 可在墙上部加设一排汇水孔 图b 孔眼间距一般为2 3m 对于浸水挡土墙孔眼间距一般1 0 1 5m 干旱地区可适当加大 孔眼上下错开布置 下排排水孔的出口应高出墙前地面或墙前水位0 3m 为防止水分渗入地基 下排泄水孔进水口的底部应铺设30cm厚的粘土隔水层 泄水孔的进水口部分应设置粗粒料反滤层 以免孔道阻塞 当墙背填土透水性不良或可能发生冻胀时 应在最低一排泄水孔至墙顶以下0 5m的范围内铺设厚度不小于0 3m的砂卵石排水层 图c 29 四 沉降缝与伸缩缝 设计时 一般将沉降缝与伸缩缝合并设置 沿路线方向每隔10 15m设置一道 兼起两者的作用 缝宽2 3cm 缝内一般可用胶泥填塞 但在渗水量大 填料容易流失或冻害严重地区 则宜用沥青麻筋或涂以沥青的木板等具有弹性的材料 沿内 外 顶三方填塞 填深不宜小于0 15m 当墙后为岩石路堑或填石路堤时 可设置空缝 干砌挡土墙 缝的两侧应选用平整石料砌筑 使成垂直通缝 30 一 一般条件下库伦主动土压力计算 一 库仑理论的假设 1 假设墙背填料为均质散粒体 仅有内摩擦力 而无粘聚力 2 当墙背向外移动或饶墙趾外倾时 墙背填料会出现一通过墙踵的破裂面 设为平面 3 破裂面上的土楔为刚性体 第4节挡土墙土压力计算 31 二 库仑主动土压力公式的推导 破裂面交于内边坡时 1 力的大小 由正弦定理 32 2 最大主动土压力 最危险破裂面的确定 当参数 固定时 Ea随破裂面的位置而变化 即Ea是破裂角 的函数 为求最大土压力Ea 可以用求驻点的办法 得到如上图边界条件的最大土压力公式和最危险破裂角如下 P cos sin cos sin cos cos Q cos cos cos cos R cos sin cos sin cos cos 33 3 力的方向和作用点 1 力的方向 静力平衡状态决定其与墙背法线夹角等于内摩擦角 2 力的作用点 舍弃土楔为刚体的假设 引用土楔为松散体假设 土压力对高度求导 绘出土压应力分布图 力的作用点在压应力分布图的形心处 4 破裂面位于其他位置的库仑表达式 由于静力平衡条件不变 破裂面交于路基表面和外边坡时 只需要改变土楔重力G的表达式 同时在土压应力分布图中叠加车辆荷载 就能得到类似的表达式 如下图 34 破裂面交于外边坡 35 二 大俯角墙背的主动土压力 第二破裂面法 一 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的倾角 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抗滑力必须大于其下滑力 即 使破裂面棱体不沿墙背或假象墙背下滑 衡重式挡土墙上墙土压力分析图 36 三 折线形墙背的土压力计算 一 上墙土压力 不考虑下墙影响 按照俯斜墙背计算土压力 衡重式考虑是否出现第二破裂面 以墙背转折点或衡重台为界分为上墙 下墙 分别计算取两者矢量和 二 下墙土压力计算 1 延长墙背法 在上墙土压力算出后 延长下墙墙背交于填土表面C 以B C为假想墙背 根据延长墙背的边界条件 用相应的库伦公式计算土压力 并绘出墙背应力分布图 从中截取下墙BB 部分的应力图作为下墙的土压力 将上下墙两部分应力图叠加 即为全墙土压力 37 2 力多边形法 在墙背土体处于极限平衡条件下 作用于破裂棱体上的诸力 应构成矢量闭合的力多边形 在算得上墙土压力E1后 就可绘出下墙任一破裂面力多边形 利用力多边形来推求下墙土压力 38 八 墙背填土上的附加荷载 一 车辆荷载 换算土柱 q 车辆荷载附加荷载强度 墙高小于2m 取20kN m2 墙高大于10m 取10kN m2 墙高在2 10m之间时 附加荷载强度用直线内插法计算 二 其他荷载 作用于墙顶或墙后填土上的人群荷载强度规定为3kN m2 作用于挡墙栏杆顶的水平推力采用0 75kN m 作用于栏杆扶手上的竖向力采用1kN m 是否考虑附加荷载由实际情况决定 39 一 作用在挡土墙上的力系 三 重力式挡土墙设计验算 40 原则 根据挡土墙所处的具体工作条件 最不利组合一般地区仅考虑主要力系浸水地区考虑附加力地震区考虑地震力 二 不同条件下荷载组合 41 三 挡土墙结构分析的方法 承载力极限状态是当挡土墙出现以下任何一种状态 即认为超过了承载力极限状态 1 整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体失去平衡 2 挡土墙构件或连接部件因材料强度超过而破坏 或