140：挡土墙设计

1、大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 挡土墙设计II挡土墙设计内容摘要随着社会的进步，公路建设事业也得到了极大的发展，而挡土墙作为特殊结构中非常重要的结构，是公路工程中应用很广的一种支挡结构，同时也作为公路工程一项重要的组成部分，正发挥着越来越大的现实作用，因此，我们需要提高挡土墙的设计水平和严格控制挡土墙的施工质量。本文介绍了挡土墙形式的选择及初定尺寸，进行了挡土墙的稳定性验算，分析了墙后回填土的选择，及墙后排水措施的内容和方法，总结了挡土墙施工中的一些具体经验，对挡土墙的设计提出较为合理的建议和措施。后附设计实例。 关键词： 挡土墙；稳定性验算；回填土；排水措施。目 录内容摘要I引

2、 言11 挡土墙型式的选择21.1 选型原则21.2 重力式挡土墙21.3 悬臂式挡土墙21.4 扶臂式挡土墙31.5 锚杆式挡土墙31.6 加筋土挡土墙42 挡土墙初定尺寸52.1 挡土墙的高度52.2 挡土墙的顶宽52.3 挡土墙的底宽53 挡土墙的稳定性验算63.1 作用在挡土墙上的诸力63.1.1 墙身自重63.1.2 土压力63.1.3 基底反力73.2 抗滑稳定验算73.3 抗倾覆稳定验算93.4 地基承载力验算104 墙后回填土的选择104.1 理想的回填土104.2 可用的回填土104.3 不能用的回填土105 墙后排水措施115.1 无排水措施的危害115.2 排水措施的部位

3、与构造115.2.1 截水沟115.2.2 泄水孔116 挡土墙设计工程实例126.1 初定挡土墙截面尺寸126.2 土压力计算126.3 抗滑稳定性验算136.4 抗倾覆稳定性验算136.5 地基承载力验算13结 论15参考文献16引 言公路挡土墙是用来支撑路基土体或山坡土体，防止填土或土体失稳变形的一种特殊结构物。在路基工程中，挡土墙可用以稳定路堤和路堑边坡，减少土石方工程量和占地面积，防止水流冲刷路基，并经常用于整治坍塌、滑坡等路基病害，在山区公路中，挡土墙的应用更为广泛，因此，深入探讨各种公路挡土墙的设计原理与方法，以及优化挡土墙结构的选型具有重要的工程实际意义和潜在的巨大经济效益。1

4、 挡土墙型式的选择在各类土建工程中，广泛使用的挡土墙建筑物，统称为挡土墙。虽然用途各异，但都起着支撑墙后回填土体和连接地面高差的作用。1.1 选型原则 (1)挡土墙的用途、高度与重要性；(2)建筑场地的地形与地质条件； (3)尽量就地取材，因地制宜；(4)安全而经济。挡土墙按建筑材料可分为块石、素混凝土及钢筋混凝土挡土墙等。按结构形式可分为重力式、悬臂式、扶臂式、锚杆式、加筋土式、锚定板式、土钉式及板桩式。挡土墙又可分为刚性挡土墙和柔性挡土墙，刚性挡土墙指由浆砌片石或混凝土砌筑的墙，其基本原理是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定。1.2 重力式挡土墙重力式挡土墙，指的是依靠墙身自重抵抗

5、土体侧压力的挡土墙。重力式挡土墙可用块石、片石、混凝土预制块作为砌体，或采用片石混凝土、混凝土进行整体浇筑。半重力式挡土墙可采用混凝土或少筋混凝土浇筑。重力式挡土墙可用石砌或混凝土建成，一般都做成简单的梯形。它的优点是就地取材，施工方便，经济效果好。所以，重力式挡土墙在我国铁路、公路、水利、港湾、矿山等工程中得到广泛的应用。由于重力式挡土墙靠自重维持平衡稳定，因此，体积、重量都大，在软弱地基上修建往往受到承载力的限制。如果墙太高，它耗费材料多，也不经济。当地基较好，挡土墙高度不大，本地又有可用石料时，应当首先选用重力式挡土墙。重力式挡土墙一般不配钢筋或只在局部范围内配以少量的钢筋，墙高在6m以

6、下，地层稳定、开挖土石方时不会危及相邻建筑物安全的地段，其经济效益明显。1.3 悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙指的是由立壁、趾板、踵板三个钢筋混凝土悬臂构件组成的挡土墙。悬臂式挡土墙构造简单，施工方便，能适应较松软的地基，墙高一般在6m-9m之间。当墙高较大时，立壁下部的弯矩较大，钢筋与混凝土的用量剧增，影响这种结构形式的经济效果，此时采用扶臂式挡土墙。1.4 扶臂式挡土墙扶臂式挡土墙指的是沿悬臂式挡土墙的立臂，每隔一定距离加一道扶臂，将立壁与踵板连接起来的挡土墙。扶臂式挡土墙是一种钢筋混凝土薄壁式挡土墙，其主要特点是构造简单、施工方便，墙身断面较小，自身质量轻，可以较好的发挥材料的强度性能，能适应

7、承载力较低的地基。适用于缺乏石料及地震地区。一般在较高的填方路段采用来稳定路堤，以减少土石方工程量和占地面积。扶臂式挡土墙，断面尺寸较小，踵板上的土体重力可有效地抵抗倾覆和滑移，竖板和扶臂共同承受土压力产生的弯矩和剪力，相对悬臂式挡土墙受力好。适用612m高的填方边坡，可有效地防止填方边坡的滑动。扶臂式挡土墙是路肩挡土墙的一种，是将预制的挡墙板焊接在预埋于基础混凝土中的钢板上，然后在其内倒填土的一种挡墙形式与其它几种形式的挡墙比较，扶臂式挡土墙具有节省占地空间、缩短施工工期、美化城市环境、较易施工等优点，是城市公路工程立交桥引道中常用的一种挡墙形式。扶臂式挡土墙由墙面板（立壁）、墙趾板、墙踵板

8、及扶肋（扶臂）组成。扶肋把立壁同墙踵板连接起来，起加劲的作用，以改善立壁和墙踵板的受力条件，提高结构的刚度和整体性，减小立壁的变形。它适用于缺乏石料的地区。由于墙踵板的施工条件，一般用于填方路段做路肩墙或路堤墙使用。悬臂式挡土墙高度不宜大于6m，当墙高大于4m时，宜在墙面板前加肋。扶臂式挡土墙宜整体灌注，也可采用拼装，但拼装式扶臂挡土墙不宜在地质不良地段和地震烈度大于或等于八度的地区使用。悬臂式和扶臂式挡土墙的结构稳定性是依靠墙身自重和墙踵板上方填土的重力来保证的，而且墙趾板的设置也显著地增大了挡土墙的抗倾覆稳定性并大大减小了基底接触应力。它的主要特点是构造简单、施工方便，墙身断面较小，自身质

9、量轻，可以较好地发挥材料的强度性能，能适应承载力较低的地基。但是需耗用一定数量的钢材和水泥，特别是墙高较大时，钢材用量急剧增加，影响其经济性能。1.5 锚杆式挡土墙锚杆式挡土墙指的是由钢筋混凝土板和锚杆组成，依靠锚固在岩土层内的锚杆的水平拉力以承受土体侧压力的挡土墙。为便于立柱和挡板安装，大多采用竖直墙面。立柱间距2.53.5m，每根立柱视其高布置23根锚杆，锚杆的位置应尽量使立柱受弯分布均匀。锚杆一般水平向下倾斜10º45º，并使锚杆长度尽可能短。锚杆的有效锚固长度在岩层中一般不小于4 m,在稳定土层内，应有910m。锚孔内灌以膨胀水泥砂浆；锚孔口与墙面间一段锚杆采用沥青

10、包扎防锈。挡墙分级设置时，每级高度不大于6m,两级之间留有12m的平台，以利施工操作和安全。1.6 加筋土挡土墙加筋土挡土墙指的是由填土、拉带和镶面砌块组成的加筋土承受土体侧压力的挡土墙。加筋土挡土墙是在土中加入拉筋，利用拉筋与土之间的摩擦作用，改善土体的变形条件和提高土体的工程特性，从而达到稳定土体的目的。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。一般应用于地形较为平坦且宽敞的填方路段上，在挖方路段或地形陡峭的山坡，由于不利于布置拉筋，一般不宜使用。加筋土是柔性结构物，能够适应地基轻微的变形，填土引起的地基变形对加筋土挡土墙的稳定性影响比对其他结构物小，地基的处理也较简便；

11、它是一种很好的抗震结构物；节约占地，造型美观；造价比较低，具有良好的经济效益。加筋土挡土墙施工简便、快速，并且节省劳力和缩短工期，一般包括下列工序：基槽（坑）开挖、地基处理、排水设施、基础浇（砌）筑、构件预制与安装、筋带铺设、填料填筑与压实、墙顶封闭等，其中现场墙面板拼装、筋带铺设、填料填筑与压实等工序是交叉进行的。2 挡土墙初定尺寸2.1 挡土墙的高度通常挡土墙的高度是由任务要求确定的，即考虑墙后被支挡的填土呈水平时墙顶的高程。有时，对长度很大的挡土墙，也可使墙顶低于填土顶面，而用斜坡连接，以节省工程量。2.2 挡土墙的顶宽挡土墙的顶宽为构造要求确定，以保证挡土墙的整体性，具有足够的强度。对

12、于砌石重力式挡土墙，顶宽应大于0.5m。对于素混凝土重力式挡墙顶宽也不应小于0.5m。对于钢筋混凝土悬臂式挡土墙顶宽不小于0.3m。2.3 挡土墙的底宽挡土墙的底宽由整体稳定性确定。初定挡土墙底宽B(0.50.7)H，挡土墙底面为卵石、碎石时取小值；墙底为粘性土时取大值。挡土墙尺寸初定后，进行挡土墙抗滑稳定与抗倾覆稳定验算。若安全系数过大，则适当减小墙的底宽；反之，安全系数太小，则适当加大墙的底宽或采取其他措施，以保证挡土墙既安全又经济。3 挡土墙的稳定性验算3.1 作用在挡土墙上的诸力3.1.1 墙身自重 墙身自重W竖直向下，作用在墙体的重心。挡土墙型式与尺寸初定后，W确定，W-墙身自重C-

13、挡土墙顶宽B-挡土墙基底宽度H-挡土墙高度-混凝土容重若经验算后，尺寸修改，则W需重新计算。3.1.2 土压力 土压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力。这是挡土墙的主要荷载。挡土墙土压力的大小及其分布规律受到墙体可能的移动方向、墙后填土的种类、填土面的形式、墙的截面刚度和地基的变形等一系列因素的影响。根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为以下三种：(1)静止土压力：当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对墙的压力称为静止土压力P0 。P0 = K0 z式中 K0 土的侧压力系数或静止土压力系数，对于正常固结粘性土，可近似按：K01-sin j（Ja

14、ky，1944)，（j为土的有效内摩擦角）。 墙后填土重度。(2)主动土压力：当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为主动土压力，一般用Pa表示。挡土墙承受的主动土压力一般按库伦定律计算。 主动土压力计算公式： -墙后填料的容重，KN/m3； K-主动土压力系数-墙背与填料间的摩擦角，（）；-墙背倾斜角，（）；(3)被动土压力：当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力，用Pp表示。作用点在离墙底H/3处，方向与墙背法线的夹角为d。若挡土墙基础有一定埋深，则埋深部分前趾上因整个挡土墙前移而受挤压，故对墙体作用着被动士压

15、力Pp，但在挡土墙设计中有时因基坑开挖松动而忽略不计，使结果偏于安全。3.1.3 基底反力 挡土墙基底反力可分解为竖向的法向分力和水平分力两部分。为简化计算，法向分力与偏心受压基底反力相同，呈梯形分布，合力用V表示，作用在梯形的重心。基底反力的水平分力用H表示，如图3.1所示。 图3.1 挡土墙基底受力图以上3种力为作用在挡土墙上的基本荷载。此外，若排水不良，墙后填土积水，需计算水压力。填土表面堆料以及地震区还应计入相应的荷载。3.2 抗滑稳定验算挡土墙的抗滑稳定性是指在土压力和其他外荷载的作用下，基底摩擦力抵抗挡土墙滑移的能力。挡土墙的抗滑移稳定性分析如图3.2所示。图3.2 挡土墙抗滑移稳

16、定验算(1)将作用在挡土墙上的土压力Pa分解为两个分力；(2)水平分力Pax为使挡土墙滑动的力，Pax=Pacos(+)；(3)竖向分力Pay和墙自重W引起的摩擦力为抗滑力，Pay=Pasin(+)；(4)抗滑力与滑动力的比值，称为抗滑稳定安全系数，记为Ks；(5)抗滑稳定验算公式：式中：Ks-抗滑稳定安全系数； Pax-主动土压力的水平分力，KN/m； Pay-主动土压力的竖向分力，KN/m； -基底摩擦系数，由试验测定或参考规范确定。基底摩擦系数地基土的分类摩擦系数软塑粘土0.25硬塑粘土0.30砂类土、粘砂土、半干硬的粘土0.300.40砂类土0.40碎石类土0.50软质岩石0.400.

17、60硬质岩石0.600.70(6)若抗滑稳定性验算结果不满足要求，则应采取以下的措施来解决：修改挡土墙的断面尺寸，通常加大底宽，增加墙自重以增大抗滑力；在挡土墙基底铺砂、碎石垫层，提高摩擦系数，增大抗滑力；在挡土墙基底做成逆坡，利用滑动面上部分反力抗滑；在软土地基上，抗滑稳定安全系数较小，采取其他方法无效或不经济时，可在挡土墙踵后面加钢筋混凝土拖板。利用拖板上的填土重量增大抗滑力。拖板和挡土墙之间用钢筋连接。3.3 抗倾覆稳定验算挡土墙的抗倾覆稳定性是指抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力。挡土墙的抗倾覆稳定性分析如图3.3所示。图3.2 挡土墙抗倾覆稳定验算(1)抗倾覆稳定验算以墙趾O点取力矩进

18、行计算(参见图3.2)；(2)主动土压力的水平分力Pax乘以力臂h为使墙倾覆的力矩；(3)主动土压力的竖向分力Pay乘以力臂b与墙自重W乘以力臂之和为抗倾覆力矩；(4)抗倾覆力矩与倾覆力矩之比值称为抗倾覆稳定安全系数，记以Kt；(5)抗倾覆稳定验算公式：式中：Kt-抗倾覆稳定安全系数； a，b，h-分别为W，Pay，Pax对O点的力臂，m。(6)若倾覆稳定性验算结果不满足要求，则应采取以下的措施来解决：修改挡土墙尺寸，如加大墙底宽，增大墙自重，以增大抗倾覆力矩。这一方法要增加较多的工程量，通常并不经济；伸长墙前趾，增加混凝土工程量不多，但需增加钢筋用量；将墙背做成仰斜，可减小土压力，但施工不方

19、便；做卸荷台，位于挡土墙竖向墙背上，形如牛腿。卸荷台以上的土压力，不能传到卸荷台以下。土压力呈两个小三角形，因而减小了总的土压力，使倾覆力矩减小。3.4 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，应同时满足下列两个公式：4 墙后回填土的选择根据上述土压力理论进行分析，通常希望作用在挡土墙上的土压力值越小越好。这样可使挡土墙断面小，省方量，降低造价。各种土压力中，最小的土压力为主动土压力Pa，而Pa的数值大小与墙后填土的种类和性质密切相关。由此可见，挡土墙后的填土应作为挡土墙工程的组成部分进行设计与选择。4.1 理想的回填土卵石、砾石、粗砂、中砂的内摩擦角大，主动土压力

20、系数小，则作用在挡土墙上的主动土压力小。上述粗粒土为挡土墙后理想的回填土。4.2 可用的回填土细砂、粉砂、含水率接近最优含水率的粉土、粉质粘土和低塑性粘土为可用的回填土，如当地无粗粒土，外运不经济，可就地取材。4.3 不能用的回填土软粘土、成块的硬粘土、膨胀土和耕植土，因性质不稳定，在冬季冰冻时或雨季吸水膨胀都将产生额外的土压力，对挡土墙的稳定性产生不利影响，故不能用作墙后的回填土。5 墙后排水措施5.1 无排水措施的危害在挡土墙建成使用期间，如遇暴雨，有大量雨水渗入挡土墙后填土中，结果使填土的重度增加，内摩擦角减小，土的强度降低，导致填土对墙的土压力增大。同时墙后积水，增加水压力，对墙的稳定

21、性产生不利影响。若地基软弱，则土压力增大引起挡土墙的失稳。因此，挡土墙设计中必须设置排水。5.2 排水措施的部位与构造5.2.1 截水沟 凡挡土墙后有较大的面积或挡山坡，则应在填土顶面、离挡土墙适当的距离设截水沟，如图5.1所示，把坡上、外部径流截断排除。图5.1 截水沟示意图5.2.2 泄水孔 已渗入墙后填土中的水，则应将其迅速排出。通常在挡土墙的下部设置泄水孔，泄水孔的布设如图5.2所示。图5.2 泄水孔示意图6 挡土墙设计工程实例已知某混凝土挡土墙如图6.1所示：高度H=6.0m，墙背倾斜=10，填土表面倾斜=10，墙摩擦角=20，=30，重度=18.5KN/m3。地基承载力设计值f=1

22、80KPa。图6.1 挡土墙示意图6.1 初定挡土墙截面尺寸由已知设计资料分析，拟设挡土墙墙高6m，顶宽0.8m，底宽4.5m。在挡土墙建成使用期间，如遇暴雨，有大量雨水渗入挡土墙后填土中，结果使填土的重度增加，内摩擦角减小，土的强度降低，导致填土对墙的土压力增大。同时墙后积水，增加水压力，对墙的稳定性产生不利影响。若地基软弱，则土压力增大引起挡土墙的失稳。因此，为了迅速排除墙后积水，在挡土墙墙身2.5m处和5m处布置1010cm圆孔泄水孔，间距3m，上下交错设置，在泄水孔进口处设置粗粒料反滤层，以避免堵塞孔道；设置地面排水沟，引排地面水。6.2 土压力计算主动土压力系数：主动土压力：6.3 抗滑稳定性验算根据拟建挡土墙的条件混凝土，容重为2224KN/m3，此处取23KN/m3，内摩擦角，可知填土为砂类土，查表可得基底摩擦系数。墙体自重:抗滑稳定系数:1.3(安全)6.4 抗倾覆稳定性验算求出作用在挡土墙上各个力对墙趾O点的力臂： 自重W的力臂： 水平分力的力臂： 垂直分力的力臂：应用公式可得抗倾覆稳定安全系数：1.5（安全）6.5 地基承载力验算作用在