第六章 挡土墙

1、第 五 章 挡 土 墙 第一节 概述 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。 二、挡土墙各部分的名称： 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 2、路肩挡土墙 用于（1）

2、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。 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 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 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 二、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 竖直式B 俯斜式C 仰斜式D 折线式E 衡重 式 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 1.锚杆式 （二）锚定式挡土墙 2.锚

3、定板式 （三）薄壁式挡土墙 2.扶壁式1.悬臂式 （四）加筋土挡土墙（五）土钉（钉土）挡土墙 （六）柱板式挡土墙 钢 筋 混 凝 土 锚 固 桩 （七）桩板式挡土墙 （八）垛式（框架式）挡土墙 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。 第二节 挡土墙土压力计算 （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： 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

4、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： 2 22 2 2 1cos ()1 = 22 sin()sin() coscos() 1 cos()cos() aa EHH K tg QQPR P 2 4 2 Pcossincos(）sincoscos（） Q=cos()cos（）cos(）cos（） Rcossincos(）sincos（）cos 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

5、，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： 破裂面交于外边坡 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衡重式挡土墙上墙土压力分析图 （二）推导过

6、程 1根据边界条件，计算破裂棱体（包括棱体上的荷载）的 重量G 2从力三角形求Ex的方程式 3求Ex的最大值及相应的破裂角i和i（求驻点的办法） iii iax tgtg G EEcos ixa ixy ix x EE tgEE tgtg H h H b byAc E tgtgh a ax AE sec cos1 2 1 2 1 1 1 cos1 2 1 1 1 2 2 0 02 0 2 2 2 2 2 2 或 4求主动土压力Ea的作用点 绘土压应力分布图 ixy h h x tgZBZ hhhahah hhhhhhah dy ydy Z 301 2 2 30 2 11 23 0 0 223

7、333 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BC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 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

8、，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 四、墙后为粘性土土压力计算 （一）等效内摩擦角法 按换算前后土的抗剪强度相等的原则或土压力相等的原则 来计算D 值。通常把粘性土的内摩擦角值增大510，或 采用等效内摩擦角D为3035。对于矮墙偏于安全，对于 高墙则偏于危险。因此在设计高墙时，应按墙高酌情降低D 值 （二）力多边形法 1.首先求得当c=0时的土压力E ，Ea=EEc ； 2.再求得由于粘聚力的作用而减少的土压力 Ec 3.用求驻点的办法求最大土压力和最危险破裂面 五、不同土层的土压力 填土为两层以上不同性质的土体，首先求得上一土层的土 压力及作用点，并近似的假

9、定上下两土层层面平行。 计算下一 土层时，将上一土层视为均布荷载，按地面为一平面时的库仑 公式计算。 六、有限范围填土时的土压力 挡土墙修在陡坡的半路堤上，或者山坡土体有倾向路基的 层面，则墙后存在着已知坡面或潜在滑动面，当其倾角陡于由 计算求得的破裂面的倾角时，墙后填料将沿着陡破面(或滑动 面)下滑，而不是沿着计算破裂面下滑，土压力计算的破裂面 为由勘察确定的实际可能发生的破裂面。计算时不必求取最危 险破裂面和最大土压力。 七、被动土压力 EH K K x PP P 1 2 1 2 2 22 cos () coscos() sin()sin() cos()cos() 通常情况下挡土墙前的被动

10、土压力可不计算，当基础埋置 较深且地层稳定、不受水流冲刷和扰动破坏时，可计入，但是 应对被动土压力的计算值进行大幅度的折减。 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 2 m，取 20kN/m2； 墙高大于 10 m，取10kN/m2；墙高在 210m 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 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

11、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

12、泄水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸等； 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。 沉降伸缩缝 基地线 泄水孔 路线纵坡 锥坡 挡土墙正面图 二、挡土墙

13、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1：0.151： 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1：0.251：0.45，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1：0.151： 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 2.墙面 墙面一般均为平面，

14、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1：0.051：0.20，矮墙可采用陡直墙面；地面平缓 时，一般采用1：0.201：0.35较为经济。 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

15、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 （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。 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

16、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。 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 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

17、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。 （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 23m，对于浸水挡土墙孔眼间距一般1.01.5m，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

18、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) （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1015m设置一道，兼起两者的作用，缝宽23cm，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。 （一）作用在挡

19、土墙上的力系 三、重力式挡土墙设计验算 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 （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，或因过 度塑性变形而不适于继续承载； 3）挡土墙结构变为机动体系或局部失去平衡。 1.结构的承载力极限状态和正常使用极限状态 正常使用极限状态是挡土墙出现下列状态之一时，即认为超 过了正常使用极限状态： 1）影响正常

20、使用或外观变形； 2）影响正常使用或耐久性的局部破坏（包括裂缝）； 3）影响正常使用的其它特定状态。 我国现行规范规定公路挡土墙的构件分析采用承载力极限 状态的分项安全系数法为主的设计法，表达式为： 011 (,) k GGKQQ KQiciQiKd f R SSSR 0 结构重要性系数; G 垂直恒载引起的效应分项系数； 1Q 恒载及汽车活载的土压力效应分项系数; Qi 其它荷载效应分项系数; 恒载效应； GK S 恒载及汽车活载的土压力效应； KQ S 1 其它荷载效应; QiK S 抗力安全系数； f 构件抗力标准值； k R d 结构或结构构件几何参数的设计值. 式中的设计基本变量 通

21、过概率分析取其代表值， 而以分项系数来反映它们 的变异性。 承载能力极限状态作用（或荷载）分项系数 （四）验算分析内容 1.挡土墙滑动稳定性验算 1020 1012 1.1(tan)tan (1.1)tan0 QyxQp QyQxQp GEEE GEEE 或或 0 0 ()tan tan xpp c x NEEE K EN N作用于基底上合力的竖向分力； Ep墙前被动土压力的0.3倍。 G Ey Ex Ep a a0 规范建议：设计分析采用极限状态设计表达式，按照总安 全系数法来校准计算结果。 2.挡土墙滑倾覆稳定性验算 12 0.8()0 GQyxxyQpp GZE ZE ZE Z 或或 0

22、 Gyxpp xy GZE ZE Z K E Z 3.基底合力偏心矩和基基底合力偏心矩和基 底压应力验算底压应力验算 0 d d M e N Ep Ex EaEy G ZpZx Zy Zp B/6 B/6 e0B/2 1 2 B/6 0.3 dGxyyxpp MGZE ZE ZE Z dy NGE 土质地基偏心矩不应大于土质地基偏心矩不应大于 B/6；岩石地基不应大于；岩石地基不应大于 B/4 否则应从新拟定挡土墙断面。否则应从新拟定挡土墙断面。 0 00 6 1 6 d NeB e AB 1,2 时， 0 0 2 3 2 d N B e 1 （ ） 应力重分布应力重分布 0 6 B e 时，

23、 对于岩石地基，对于岩石地基， 5.墙身截面强度验算墙身截面强度验算 0dkaf NAR 式中：式中： a R材料抗压极限强度；材料抗压极限强度； f 污工构件或材料的抗力分项系数；污工构件或材料的抗力分项系数； 圬工种类圬工种类 受力情况受力情况 受压受压受弯、剪、拉受弯、剪、拉 石料石料1.852.31 片石砌体片石砌体、片石混凝土砌体片石混凝土砌体2.312.31 块石砌体块石砌体、粗料石砌体粗料石砌体、混凝土预制块或砖砌体混凝土预制块或砖砌体1.922.31 混凝土混凝土1.542.31 k 轴向力偏心影响系数轴向力偏心影响系数, 82 00 1256112 k ee BB 0 0 0

24、 M e N ,式中 计算时，在不同荷载组合情况下弯矩和轴向力的分项系数与地基验算不同，计算时，在不同荷载组合情况下弯矩和轴向力的分项系数与地基验算不同， 表达式：表达式： ZLGGikQiQik SSS 荷载组合效应系数荷载组合效应系数,荷载组合荷载组合、取取1.0，取取0.8，施工荷载取，施工荷载取0.7。 ZL 1）墙身抗压强度验算）墙身抗压强度验算 污工材料的容许偏心矩：荷载组合污工材料的容许偏心矩：荷载组合、时，时，e00.25B； 时时e00.3B；施工荷载；施工荷载 时时e00.33B。 2）墙身抗弯稳定性验算）墙身抗弯稳定性验算 0dkKaf Na AR k 偏心受压构件在弯曲

25、平面内的纵向弯曲系数；偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数； 1 2 0 22 1(3) 1 16() ks eHH a BBB s a 与材料有关的系数；与材料有关的系数； 砌体沙浆标号砌体沙浆标号 M5M2.5M1混凝土混凝土 s值值00020.00250.0040.002 （五）增加挡土墙稳定性的措施（五）增加挡土墙稳定性的措施 1.增加抗滑稳定性的方法增加抗滑稳定性的方法 土质地基，不陡土质地基，不陡1:5；岩石地基，不陡于；岩石地基，不陡于1:3 凸榫的高度按照抗滑稳定性要求设计，凸榫的高度按照抗滑稳定性要求设计， 高宽比满足污工刚性角的要求高宽比满足污工刚性角的要求 倾斜基底倾斜基底凸榫基底凸榫基底 2.增加抗倾覆稳定性的方法增加抗倾覆稳定性的方法 展宽墙趾展宽墙趾 改变墙面及墙背坡度改变墙面及墙背坡度 改变墙身断面类型改变墙身断面类型 第四节第四节