C06挡土墙设计课件

1、路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20第6章挡土墙设计 路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20路基路面工程HongxiaTAN2021-11-206.1 挡土墙的用途 1）支撑土体，保持稳定；2）减少填挖方数量，节约用地；3）防止水流冲刷（浸水挡土墙）；4）防治滑坡（山坡墙）。路基路面工程HongxiaTAN2021-11-206.2 挡土墙的类型 1 1）按设置位置分为：）按设置位置分为：路肩墙路肩墙路堤墙路堤墙路堑墙路堑墙山坡墙山坡墙路基路面工程HongxiaTAN2021-11-202 2）按结构特点分为：）按结构特点分为：重力式（衡重式）重力式（衡重式）薄壁

2、式（钢筋混凝土）薄壁式（钢筋混凝土）锚固式（锚杆、锚碇板式）锚固式（锚杆、锚碇板式）加筋土式加筋土式柱板式柱板式桩板式等桩板式等路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20路基路面工程HongxiaTAN2021-11-203）按挡土墙的墙体材料分:石砌挡墙混凝土挡墙钢筋混凝土挡墙砖砌挡墙木质挡墙钢板墙路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20路基路面工程HongxiaTAN2021-11-206.3 挡土墙的构造 挡土墙一般由 墙身 基础 排水设施 伸缩缝组成 墙身由墙顶、墙面、墙背、墙底（墙趾、墙踵）组成路基路面工程HongxiaTAN2021-11-201） 墙 背 ：

3、 仰 斜 、 直 立 、 俯 斜 、 折 线 、 衡 重 式 等 仰 斜 式 1:0.151:0.25 俯 斜 式 1:0.201:0.40 衡 重 式 上 部 0.4H 俯 斜 1:0.251:0.45 下 部 0.6H 仰 斜 1:0.25 左 右 2） 墙 面 ： 直 线 形 地 面 平 缓 时 ， 1:0.151:0.35 地 面 陡 峻 时 ， 1:0.051:0.20 3） 墙 顶 ： 最 小 宽 度 0.5m（ 浆 砌 ） 0.6m（ 干 砌 ） 路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20） 墙背：仰斜、直立、俯斜、折线、衡重式等 仰斜式 1:0.151:0.25 俯斜

4、式 1:0.201:0.40 衡重式 上部 0.4H 俯斜 1:0.251:0.45 下部 0.6H 仰斜 1:0.25 左右 2）墙面：直线形 地面平缓时，1:0.151:0.35 地面陡峻时，1:0.051:0.20 3）墙顶：最小宽度 0.5m（浆砌） 0.6m（干砌） 路基路面工程HongxiaTAN2021-11-204）基础保证地基承载力要求，如采用扩大基础、钢筋混凝土底板等。埋置深度要求：防冲刷、防冻胀 对于土质地基，无冲刷时，地面线以下至少1m； 有冲刷时，冲刷线以下至少1m； 有冻害时，冻结线以下至少0.25m。对于石质地基，要考虑嵌岩深度和襟边宽度对于滑动地基，处于滑动面以

5、下至少0.5m（稳定岩层） 2m（稳定土层）路基路面工程HongxiaTAN2021-11-205）排水目的：防止地基承载力下降，减小墙背静水压力、冻胀压力、填料膨胀压力等。措施：截水沟、边沟、墙背粘土隔水层、粒料反滤层、排水层、墙身泄水孔等。6）接缝起沉降缝、伸缩缝作用。间距1015m，缝宽23cm，缝内填塞有弹性的材料。路基路面工程HongxiaTAN2021-11-206.4 挡土墙的布置1、挡土墙的横向布置：确定断面形式；初步尺寸、选择位置。2、挡土墙的纵向布置： 1）起讫点、衔接方式 2）确定变形缝的位置 3）布置基础 4）布置泄水孔位置 5）布置各特征点的桩号和标高3、平面布置：标

6、示与路线平面位置、地物、地貌的关系路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20 挡土墙正面图路基路面工程HongxiaTAN2021-11-206.5 作用在挡土墙上的力系 路基路面工程HongxiaTAN2021-11-206.6 主动、被动、静止土压力 墙体不动时，土体不动，未达到极限塑性平衡状态时的土压力。静止土压力墙体内移时，土压力增大，土体向上滑动，当处于极限平衡状态时，土体作用于墙背的土压力。被动土压力墙体外移时，土压力减小，由于墙背摩擦力作用，土体随之下滑，当处于极限平衡状态时，土体作用于墙背的土压力。主动土压力墙体不动时，土体不动，未达到极限塑性平衡状态时的土压力。静止

7、土压力墙体内移时，土压力增大，土体向上滑动，当处于极限平衡状态时，土体作用于墙背的土压力。被动土压力墙体外移时，土压力减小，由于墙背摩擦力作用，土体随之下滑，当处于极限平衡状态时，土体作用于墙背的土压力。主动土压力路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20路基挡土墙的土压力考虑1、主动土压力与被动土压力的区分： 假定挡土墙处于极限移动状态，土体有沿墙及假想破裂面移动的趋势，则土推墙即为主动土压力，墙推土即为被动土压力。2、路基挡土墙的土压力考虑： 路基挡土墙一般都有可能有向外的位移或倾覆，因此，在设计中按墙背土体达到主动极限平衡状态考虑，且取一定的安全系数以保证墙背土体的稳定。墙趾前

8、土体的被动土压力一般不计。路基路面工程HongxiaTAN2021-11-206.7 土压力的计算 1）基本假设（库伦，1776年）（1）填料为均质、各向同性的散粒体，仅有内摩擦力而无粘结力，填料表面为平面；（2）墙身外倾时出现沿墙踵的平面破裂面，破裂面上摩阻力为tg；（3）破裂面上土体为刚性体，下滑时土体与墙背间存在内摩阻力tg；（4）考虑单位长度墙段。2）一般情况路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20当破裂棱体处于极限平衡状态时： 2222sin(90)sin()sin(90)sin()1cos()sin()sec2cos()1cos()sin() cos()sec( )2c

9、os()sin()aaaEGEGGrHErHf 确定最大土压力值： 令0adEd，反求()tg，代入上式得aE的最大值为： 222212cos ()sin()sin()coscos()1cos()cos()aaaErH KK 主动土压力系数 土压力水平分力和竖向分力：cos()sin()xayaEEEE 路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20同理可求其它情况的最大主动土压力 ：2）破裂面交于路基内、荷载的内侧3）破裂面交于荷载范围内4）破裂面交于荷载的外侧、路基上5）破裂面交于外边坡路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20a)交于荷载内侧；b)交于荷载中部；c)交于荷

10、载外侧；d）破裂面交于外边坡路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20例6.1 有一路肩挡土墙，墙高H=5m，墙身及路基断面尺寸如图所示，试计算该挡土墙所受主动土压力。墙后填土=17kN /m3, ?35， （2/3）?。（1）求破裂角 根据已知条件得 假设破裂面交于荷载分布范围以外路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20计算结果显然与原假设不符合。故重新假定破裂面交于荷载分布范围内，按公式计算路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20校核假定：故破裂面交于荷载分布范围内，与假设符合。路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20（2）求土压力系数、土压力

11、：路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20大俯角墙背的主动土压力第二破裂面法有时土体并不沿墙背滑动，而是沿另一滑动面滑动，这一般是折线形重力墙背、悬臂墙墙背或带衡重台的墙背，其倾角大于第二破裂面的倾角i、且墙背面上的抗滑力大于下滑力的情况。出现第二破裂面的条件： 1、墙背或假想墙背的倾角或必须大于第二破裂面的 倾角i，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的抗滑力必须大于其下滑力，即NRNG，或Ex tan(+ )Ey+ G，使破裂棱体不会沿墙背或假想墙背下滑。一般俯斜挡土墙为避免土压力过大，很少采用平缓背坡，不易出现i的情况，不出现第二破裂面；衡重

12、式挡墙的上墙或悬臂式墙，因采用的是假想的墙背，=，只要i，即存在第二破裂面。路基路面工程HongxiaTAN2021-11-203）第二破裂面情况 公式推导方法与前述类似： cos()(,)sin(2 )iaiiiiEGf G 由三角形 DGF 的面积和土体容重确定 确定最大土压力值： 令00aiaiEE 反求,ii 值，回代上式。 出现第二破裂面的条件： i，否则破裂面受制于墙背； 墙背上抗滑力必大于其下滑力，即土体不沿墙背滑动。 路基路面工程HongxiaTAN2021-11-204）折线形墙背 上、 下墙分别按库仑理论计算。 上墙容易计算， 下墙可采用近似方法 （延长墙背法） 或力多边形

13、法。 5）粘性土的土压力 采用等效内摩擦角(510 )D 力多边形法 6）不同土层土压力计算 7）有限范围内土压力计算 8）被动土压力计算 9）计算参数 路基路面工程HongxiaTAN2021-11-208）计算参数： 填料的计算内摩擦角和重度 墙背摩擦角填料种类计算内摩擦角 重度（kN/m3）粘性土153017砂类土284018砂砾、卵石土35401819碎石土、不易风化的岩石碎块404519不易风化的石块45501920填料的计算内摩擦角和重度参考值路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20路基路面工程HongxiaTAN2021-11-206.8 车辆荷载的换算 0qhrq附

14、加荷载的强度(kN/m2)2220kN/m10kN/mqq2m2m10m10mHHH直线内插直线内插路基路面工程HongxiaTAN2021-11-206.9 挡土墙的荷载组合 路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20按正常使用极限状态设计时，通常采用上表所列的各分项系数；当对挡土墙进行基础合力偏心距和圬工结构合力偏心距计算时，除被动土压力采用0.3外，其他全部荷载系数采用1.0。 路基路面工程HongxiaTAN2021-11

15、-206.10 挡土墙稳定性验算 路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20路基路面工程HongxiaTAN2021-11-206.11 基底应力、合力偏心距验算 基底竖向压力、均布压应力 yyNGEGENBB 各作用力对中性轴力矩为 ()()22()()2GXXYYYGYYXXBBMGZE ZEZBGEGZE ZE Z 偏心矩为 22GYYXXNGZE ZE ZMBBeZNN 边缘处压应力为 26MMWB 基底压应力为 max2min6(1)/6pNMNN eNepBWBBBB 当/6eB时，梯形分布； 当/6eB时，三角形分布；

16、 当/6eB时，三角形分布（不考虑基底拉应力，压应力重新分布） 。 在计算,NM时，考虑分项安全系数； 基底压应力和合力偏心矩应符合规范要求。 路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20基底合力偏心距满足表6-14的要求.基底应力满足:轴向荷载作用: 偏心荷载作用: 其中地基承载力抗力值f 值可以根据不同荷载组合予以提高，提高系数K按表6-16的值pf1 .2pf1 12 230.51.1kkffkbkhf路基路面工程HongxiaTAN2021-11-206.12 墙身截面强度验算 选择墙身断面变化处、墙身底部、1/2墙高处，按轴心受压、偏心受压或受弯构件进行强度验算。1 1、强度

17、验算2、稳定验算3、正截面剪应力验算路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20例例6.26.2：某俯斜式重力式挡土墙如图所示，墙高为：某俯斜式重力式挡土墙如图所示，墙高为5.5m,5.5m,墙面和墙背坡度均为墙面和墙背坡度均为1 1：0.250.25 （ ），挡土墙顶宽），挡土墙顶宽b=0.6mb=0.6m。经计算其墙背的主动土压力为。经计算其墙背的主动土压力为 60.00kN60.00kN，土压力其作用点到墙底的垂直距离为，土压力其作用点到墙底的垂直距离为 ，已知墙背填，已知墙背填 料的摩察角为料的摩察角为 ，墙身的容重为，墙身的容重为22kN/m322kN/m3，地基的摩阻系数为

18、，地基的摩阻系数为 f=0.45f=0.45，地基的容许压应力为，地基的容许压应力为 ，验算该挡土墙的稳定性和地基承，验算该挡土墙的稳定性和地基承载力是否满足要求。载力是否满足要求。014.022.0yZm016 350.0kPaHBZxZybEa路基路面工程HongxiaTAN2021-11-201、抗滑稳定性验算： 稳定1012 tan3.350.63.351225.5238.982cos()60cos(14.0216 )51.95sin()60sin(14.0216 )30.02(0.9)0.9tan(0.9238.981.430.02)0.451.451.9542.9xayaQyQxB

19、bhmGrAkNEEkNEEkNGr EuGr E70路基路面工程HongxiaTAN2021-11-202、抗倾覆稳定性验算 稳定13.3520.252.850.9()3.350.9238.981.4(30.022.8551.952)2334.580 xGQyxxyZmGZrE ZE Z路基路面工程HongxiaTAN2021-11-203、地基承载力验算： 满足要求 111238.98 1.21.430.023.3598.15350.0GQyNNPABGrr EAkPa路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20路基路面工程HongxiaTAN2021-11-206.13 提高挡土

20、墙稳定性的措施 展宽墙趾，增大稳定力矩； 改变墙面、墙背坡度，减小墙背土压力； 改变墙身断面类型，如衡重式可使重心后移，增大稳定力臂，利用衡重台上填料增加稳定性，下墙土压力可减小。抗倾覆稳定性 改善地基，如粘性土夯压碎石，增大基底摩擦系数； 设置倾斜基底：土质地基1：5，石质地基1：3，考虑基底抗滑稳定性和水平面的抗滑稳定性； 凸榫基础：利用榫前的被动土压力抵抗滑动。抗滑动稳定性 展宽墙趾，增大稳定力矩； 改变墙面、墙背坡度，减小墙背土压力； 改变墙身断面类型，如衡重式可使重心后移，增大稳定力臂，利用衡重台上填料增加稳定性，下墙土压力可减小。抗倾覆稳定性 改善地基，如粘性土夯压碎石，增大基底摩

21、擦系数； 设置倾斜基底：土质地基1：5，石质地基1：3，考虑基底抗滑稳定性和水平面的抗滑稳定性； 凸榫基础：利用榫前的被动土压力抵抗滑动。抗滑动稳定性路基路面工程HongxiaTAN2021-11-206.14、衡重式挡土墙设计、衡重式挡土墙设计衡重式挡土墙的构造，通常墙胸多采用1：0.05的陡坡，上墙墙背坡率采用1：0.251：0.45之间，下墙墙背坡率采用1：0.25，上下墙高比采用2：3。其它构造要求与一般重力式挡土墙相同。作用于衡重式挡土墙的主动土压力，按上下墙分别计算，取其矢量和作为全墙的主动土压力。衡重式挡土墙稳定性验算的内容和要求同一般重力式挡土墙。当上墙出现第二破裂面时，第二破

22、裂面与上墙墙背之间的填土与墙身一起移动，其重量应计入墙身自重。验算墙身截面强度时，应按上墙实际墙背所承受的土压力计算，验算内容同重力式。最危险的截面是上下墙分界面2-2，以及与上墙土压力大致平行的3-3斜截面。对于斜截面验算，应将诸力投影到斜截面上，验算的重点是抗剪强度能否满足要求。路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20 验算墙身截面强度时，应按上墙实际墙背所承受的土压力计算，验算内容同重力式。对于斜截面验算，应将诸力投影到斜截面上，验算的重点是抗剪强度能否满足要求。 1、上墙实际墙背的土压力假定此土压力沿墙背呈直线分布，作用于上墙的下三分点处。2、斜截面剪应力验算 令 0，经整

23、理简化得 EEEE tgE tgxxyxx1111163-6 11cossin211cossin1coscos12022221 122 12itgtgitgtgitgitgiibtgitgiibGEtgitgibEbitgitgPlPrxkyxddi12AAtgi 路基路面工程HongxiaTAN2021-11-206.15 浸水路堤挡土墙设计浸水路堤挡土墙设计(一)当填料为砂性土时计算时考虑：1浸水部分填料单位重量采用浮容重；2浸水前后的内摩擦角不变；3破裂面为一平面；由于浸水后破裂位置的变动对于计算土压力的影响不大，因而不考虑浸水的影响。 (二)当填料为粘性土时考虑到粘性土浸水后c值显著降

24、低，将填土的上下两部分视为不同性质的土层，应分别计算土压力(见图6-40)。计算中，先求出计算水位以上填土的土压力E1；然后再将上层填土重量作为荷载，计算浸水部分的土压力E2。E1与E2的矢量和即为全墙土压力。（三）、浸水挡土墙稳定性验算设计浸水挡土墙，应求算最不利水位进行验算。路基路面工程HongxiaTAN2021-11-20 运用优选法求最小稳定系数和最不利水位的步骤：如图6-44所示，设浸水挡土墙的高度为H，试算水位均从挡土墙基底算起：1求算H1处的稳定系数K=1，H10.618H；2求算与H1对称的H2处的K2，H20（HH1）0.382H；3比较K1和K2，若K2K1，则舍去0，H

25、2区段，求算剩余区段H2，H中与H1对称的H=3处的K=3，H3H2（HH1）0.764H；4比较K1和3，若K13，则舍去H2，H1区段求算新剩余段H1，H中与H3对称的H4处的K4，H4H1（HH3）0.854H；5比较K3和K=4，若K43，则舍去H4，H区段，求算新剩余段H1，H4中与H3对称的H5处的K5，H5H1（H4H3）0.708H；如此试算三、五次，并将各试算水位的稳定系数K1、2绘成K-H曲线，从曲线上找出Kmin(本次为K5)，则其相应的水位(5)便是最不利水位。基底应力验算中，通常以枯水位作为验算水位。 路基路面工程HongxiaTAN2021-11-206.16 地震

26、地区挡土墙设计地震地区挡土墙设计对于地震作用下的路肩挡土墙，可用下面的简化公式计算 Ea（1+3CzKHtg）Ea 一般防震措施 ：尽可能采用重心低的墙身断面形式。基础尽可能置于基岩或坚硬的均质土层上；遇有软粘土、饱和砂土或严重不均匀地基时，应采取适当措施进行加固处理。挡土墙宜采用浆砌片(块)石、混凝土和钢筋混凝土修筑。当采用干砌片(块)石时，墙高须加以限制：设计烈度为8度时，一般不超过5m；9度时，一般不超过3m。墙体应以垂直通缝分段，每段长度不宜超过15m。地基变化或地面标高突变处，也应设置通缝。应严格控制砌筑质量，石料要嵌挤紧密，砂浆要饱满，砂浆标号按非地震区要求提高一级采用。墙后填料应

27、尽量用片、碎石或砂性土分层填筑并夯实，并做好排水设施。路基路面工程HongxiaTAN2021-11-206.17 轻型挡土墙轻型挡土墙 包括悬臂式挡土墙、锚杆挡土墙和锚定板挡土墙 等。1、悬臂式挡土墙设计 悬臂式挡土墙由立壁和底板组成，有三个悬臂，即立壁、趾板和踵板。当墙身较高时，可沿墙长一定距离立肋板（即扶壁）联结立壁板与踵板，从而形成扶壁式挡墙。1）土压力计算 2）底板宽度计算 ： 包括夹块宽度、踵板宽度 趾板宽度 、底板宽度 3）底板厚度计算 4）立壁厚度计算 路基路面工程HongxiaTAN2021-11-202、锚杆挡土墙设计 锚杆式挡墙主要由 预制的钢筋混凝土立柱 和挡土板构成墙面、与水平或倾斜的钢锚杆联合作用支挡土体，主要是靠埋置于岩土中的锚杆的抗拉力拉住立柱保证土体稳定的。路基路面工程HongxiaTAN2021-11-203、锚定板挡土墙设计 锚定板式挡墙则将锚杆换为拉杆，在其土中的末端连上锚定板。它不适于路堑，路堤施工容易实现。路基路面工程HongxiaTAN2021-11-206.18 加筋土挡土墙 原理：加筋土是一种在土中加入拉筋的复合土，它利用拉筋与土之间的摩擦作用，提高填土的抗剪强度，改善土体的变形条件