道路工程路基挡土墙设计讲义

第八章路基挡土墙设计第八章路基挡土墙设计第一节挡土墙的类型、构造和布置第二节土压力计算第三节挡土墙的稳定性验算第四节加筋土结构第五节其他轻型挡土墙结构第一节挡土墙的类型、构造和布置一、基本概念挡土墙是用来支撑路基填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的一种构造物。挡土墙的各部分名称如图：二、挡土墙类型及适用范围常见的挡土墙形式有：重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚杆式和锚定板式1．重力式挡土墙：依靠墙身自重支撑土压力来维持其稳定，特点圬工量较大，但其形式简单，施工方便，可就地取材，适应性较强2．锚定式挡土墙：分锚杆式和锚定板式两种，特点工程量省，施工安全，较为经济，有利于实现结构轻型化和施工机械化

3．薄壁式挡土墙：钢筋混凝土结构，包括悬臂式和扶壁式两种，特点钢筋与混凝土用量大，经济性差，宜在石料缺乏、地基承载力较低的填方路段采用4．加筋土挡土墙：通过填土与拉筋间的摩擦作用，把土的侧压力传给拉筋稳定土体，特点施工简便、外形美观、占地面积少，而且对地基的适应性大，结构简单，圬工数量少，经济效益大三、挡土墙构造及布置

（一）挡土墙的构造常用的重力式挡土墙一般是由墙身、基础、排水设施和伸缩缝等部分组成1、墙身构造重力式挡土墙的墙背坡度一般采用1:0.25仰斜，仰斜墙背坡度不宜缓于1:0.3；俯斜墙背坡度一般为1:0.25～1:0.4，衡重式或凸折式挡土墙下墙墙背坡度多采用1:0.25～1:0.30仰斜，上墙墙背坡度受墙身强度控制，根据上墙高度，采用1:0.25～1:0.45俯斜，,如下图所示；在地形险峻地段，或过高过长的路肩墙的墙顶应设置护栏；设置沉降缝2、排水设施由地面排水和墙身排水两部分组成地面排水措施：①设置地面排水沟，截引地表水；②夯实回填土顶面和地表松土，防止雨水和地面水下渗，必要时可设铺砌层；③路堑挡土墙墙趾前的边沟应予以铺砌加固，以防边沟水渗入基础。墙身排水：为了排除墙后积水，通常在墙身的适当高度处布置一排或数排泄水孔。如下图所示：3、基础埋置深度（二）挡土墙的布置挡土墙的布置，通常在路基横断面图和墙址纵断面图上进行。1、挡土墙位置的选定路堑挡土墙大多数设在边沟旁，当路肩墙和路堤墙的墙高或截面圬工数量相近、基础情况相似时优先选用路肩墙，按路基宽布置挡土墙位置2、纵向布置挡土墙纵向布置在墙址纵断面图上进行，布置后绘成挡土墙正面图。如图：

布置的内容有：（1）确定挡土墙的起讫点和墙长，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。

3、横向布置横向布置选择在墙高最大处、墙身断面或基础形式有变异处，以及其它必需桩号的横断面图上进行。

4、平面布置针对于个别复杂的挡土墙，如高、长的沿河挡土墙和曲线挡土墙

第二节土压力计算一、土压力类型根据挡土墙的位移和墙后土体所处的应力状态分静止土压力、主动土压力和被动土压力三种类型。a)静止土压力;b)主动土压力;c)被动土压力1．静止土压力如果挡土墙的刚度很大，在土压力作用下，墙体不发生变形和任何位移，墙背后土体处于弹性平衡状态，此时墙背所受的土压力称为静止土压力，以表示

2．主动土压力如果挡土墙在土压力作用下产生位移，墙对土体的侧向应力逐渐减小，土体出现向下滑动的趋势。土的抗剪应力抵抗着这一滑动。当墙的侧向应力减小到某一数值，且土的抗剪强度充分发挥时，土体处于极限平衡状态，与此相应的土压力称为主动土压力，以符号表示。3．被动土压力如果挡土墙在外力作用下推挤土体，墙对土体的侧向应力增大，土体出现向上滑动，土的抗剪力阻止着这一滑动。当墙对土体的侧向应力增大到某一数值，使土的抗剪强度充分发挥时，土体处于另一种极限平衡状态，与此相应的土压力称为被动土压力，以符号表示。二、库伦土压力理论（一）基本原理库伦土压力理论从研究墙后宏观土体的滑动出发，当墙后破裂棱体产生滑动时，土体处于极限平衡状态，根据破裂棱体的静力平衡条件，求得墙背主动土压力和被动土压力。假设：（1）墙后土体为均质散粒体，粒间仅有内摩擦力而无粘聚力；（2）当墙产生一定位移，墙后土体形成破裂棱体，并沿墙背和破裂面滑动；（3）破裂面为通过墙踵的一平面；（4）当墙后土体开始滑动时，土体处于极限平衡状态，破裂棱体在其自重、墙背反力和破裂面反力的作用下维持静力平衡。（5）挡土墙及破裂棱体均视为刚体，在外力作用下不发生变形。（二）主动土压力如下图，AB为挡土墙墙背，BC为破裂面，BC与竖值方向的夹角为破裂角θ，即为破裂棱柱体。这个棱体上作用着三个力，即破裂棱体自重、主动土压力的反力、破裂面上的反力。当填土表面为倾斜平面时，如下图所示：所得的主动土压力的表达式为：

＝（三）库伦土压力理论的适用范围（1）库伦理论概念清晰、计算简单、适应范围较广（2）库伦理论较适用于砂性土，用于粘性土时，应考虑粘聚力的影响。（3）库伦理论不仅适用于墙背平面为平面或近似平面的挡土墙，也可用于形墙背。（4）土体中出现第二破裂面，应按第二破裂面法计算。（5）库伦理论用于仰斜墙背时，墙背坡度不宜太缓。（6）库伦理论仅适用于刚性挡土墙。（7）库伦理论适用于地面或墙后填土表面倾角的情况。三、不同情况下的土压力计算（一）第二破裂面的土压力在挡土墙设计中，当墙背俯斜很缓时，即墙背倾角很大的情况，如折线形挡土墙的上墙墙背或衡重式挡土墙的假想墙背（下图），当墙后土体达到主动极限平衡状态时，破裂棱体并不沿墙背或假想墙背滑动，而是沿土体的另一滑动面滑动，则称为第二破裂面。第二破裂面出现的条件是：（1）墙背倾角必须大于第二破裂面的倾角；（2）作用于墙背或假想墙背上的合力对墙背法线的倾角δ′应小于或等于墙背摩擦角δ。对于一般常用的俯斜墙背，上述条件不能满足，故不会出现第二破裂面。衡重式墙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。设计时应首先辨别是否出现第二破裂面，然后再用相应的公式计算土压力。计算是按上下墙分别计算

（二）折线形墙背的土压力计算（三）粘性土土压力计算采用换算内摩擦角法来计算粘性土的主动土压力（四）有限范围填土的土压力计算墙后填土不是沿着计算的破裂面滑动，而是沿着已知滑动面滑动用有限范围填土土压力计算问题，计算图示如下：（五）片车辆荷蠢载作用伙下的土酒压力车辆俘荷载廊近似废地按鬼均布普荷载息考虑墨，并固将其择换算踩成容押重与矩墙后踏填料格相同闻的均脖布土遥层（1）按墙须高确定伸的附加捉荷载强猛度进行饿换算挡土墙帖设计中费，换算慰均布土控层厚度者（m）可仁直接裂由挡遥土墙惕高度地确定哄的附舒加荷马载强侵度计载算，毙如下惊图所盈示，吼即：（2）根据嫌破裂棱哄体范围她内布置悟的车辆晕荷载换还算根据墙矮后破裂望棱体上值的车辆向荷载换惠算为容朽重与墙非后填土杠相同的齐均布土俱层，如印下图所满示，其闭厚度为臭：第三节题挡鞠土墙的触稳定性慕验算一、作缘瑞用在挡学土墙上布的力系力系永久荷晶载可变料荷载偶然荷舟载长期作储用在挡灶土墙挡土纯墙结瞒构重秆力向，填狠土重缓力往，填薪土侧然压力宏，墙顶撑上的投有效成永久建荷载士，磁预加芳力蛇，墙顶权与第份二破枕裂面保之间鸽的有券效荷如载补，浮力萝及静叮水压莫力够，混县凝土纹收缩品及徐绍变如下图车辆荷背载引起库的土侧垮压力快，人群没荷载，动水压彻力，针温度变隔化的影呈响力等暂时特性的妈或属勺于灾茎害性能的，挂地震撑，奖滑坡敲、泥石流市作用力才等永久荷管载如图夫所示：挡土余墙设研计时床，应决根据戏可能程同时仁出现雨的作虏用荷验载，饺选择像荷载逼组合讨，常既用的米荷载难组合抵如表绝：组合荷载名称Ⅰ挡土墙结构重力、墙顶上的有效永久荷载、填土重力、填土侧压力及其他永久荷载组合Ⅱ组合Ⅰ与基本可变荷载相组合Ⅲ组合Ⅱ与其他可变荷载、偶然荷载相组合二、元挡土鞭墙设甩计原焰则挡土墙妇设计按怜“分项传安全系易数极限葡状态”能法进行龟。挡土保墙设计侵分承载力牲极限状少态和正常使蛋用极限状态。当挡致土墙踢出现冷以下国任何失一种脱状态处，即多认为圣超过买了承伶载力吹极限娇状态你：①称整个躲挡土绑墙或胁挡土锹墙的合一部夸分作毙为刚已体失捉去平虽衡；劳②挡询土墙倒的构获件或云连接套部件寇因材胳料强篇度超支过而他破坏拆，或宗过度樱塑性至变形陆；③娇挡土擦墙结延构变州为机踢动体切系或镜局部鸡失去余平衡昼。挡土墙问出现下翠列状态盟之一时音，即认龙为超过助了正常煤使用极负限状态胁：①影胀响正常潮使用或胶外观变驱形；②转影响正萝常使用舞或耐久解性的局编部破坏阅（包括蒸裂缝）壤；③影订响正常盗使用的猎其他特细定状态葱。三、稳折定性验餐算（一）鼠滑动稳轻定性验姿算挡土艇墙的历滑动晶稳定砍性：半在土汁压力出和其尖他外吩荷载凡作用描下，碧基底刑摩阻代力抵神抗挡孝土墙册滑移谜的能粘力。榴如图肆：滑动悬稳定湖方程抗滑动胸稳定系棋数（二）夕抗倾覆寺稳定性牧验算为保证钉抗倾覆押稳定性宾，须验算抵顷抗墙身绪绕墙趾灵向外转剑动倾覆常的能力顿，如图盒：倾覆稳稳定方程抗倾覆率稳定系严数四、衣基底屡应力乳及合若力偏巩心距砍验算1、基察底合演力的普偏心成矩：故避免域挡土球墙不肚均匀厨沉陷＝2、基础词地面的声压应力陵：保证则挡土墙风的基底倒应力不造超过地虫基承载苹力五、墙己身截面杜强度验谜算1、强浪度计乏算：2、稳定燥计算：第四节椅加盐筋土结欣构一、史加筋弄土的感机理1、摩疑擦加振筋理虫论在加筋阶土结构咽中，由秆填土自沃重和外涨力产生峰的土压幻玉力作用摆于墙面轻板，通旅过墙面买板上的位拉筋连坊接件将夏此土压扭力传递哄给拉筋签，企图浆将拉筋踪蝶从土中嫁拉出。笋而拉筋绝材料又宰被土压串住，于都是填土省与拉筋罚之间的亏摩擦力软阻止拉浩筋被拔悉出，如泻图。因愧此，只插要拉筋槐材料具程有足够太的强度咽，并与愤土产生水足够的桂摩阻力慕，则加该筋的土汉体就可骡保持稳稠定。2、准贡粘聚锣力理龙论采用优的拉住筋，成其弹猴性模祥量远辩大于仗填土忘。拉岔筋与萌填土旨的共飘同作饶用，蜂包括恒填土群的抗妙剪力晓、填邀土与锐拉筋喇的摩辩擦阻免力及朗拉筋歌的抗蜘拔力展，使驰得加貌筋土薪的强戴度明植显提授高，前这可瞎以从埋三轴剪试验链中得哨到验地证。在没有临拉筋的饥土体中嘴，在竖呜向应力绸作用下转，土体逐产生竖忘向压缩狠和侧向郑膨胀变朵形。随协着竖向蜂应力的俗加大，惜压缩变妥形和膨外胀变形克也随之码加大，写直到破串坏。箱应力状画态如图都：如下图a所示抗。莫稳尔圆I为土岂体未敢破坏泻时的皱弹性病应力书状态毫；圆II则是穴未加机拉筋屑的土管体极玩限应摧力状葛态；尼圆II懒I是加唤筋土可体的科应力誉状态其，在妹相同略的轴封向变焰形条细件下铺，加圾筋土得能承舍受较洗大的葵主应女力差克。这迟还可章以通摘过常岭规三界轴试哈验中洁的应孕力变厘化情拘况来民表示拴，如爱图b所示肺，圆IV为无筋引土极限溪状态时兴的莫尔悼圆；圆VI为加筋离土的莫割尔圆，割圆VI的与圆IV的相等覆，而能距承受的迹压力则裕增加了捆；圆V为加筋段土中填葬土的极有限莫尔志圆，其碑最大主另应力与幸圆VI的相等胆，而最捎小主应饰力却减均小了。次上述分肢析说明津，加筋依土体的峰强度有与了增加昼，应有稠一条新妈的抗剪撒强度线茶来反映味这种关畜系，如接图c所示担。这已宋被试滤验所语证实覆，如爽下图弊所示悦，图从中加群筋砂康与未磁加筋晃砂的伤强度胡曲线饥几乎械完全裕平行爹，说池明值穗在加投筋前怀后基典本不掏变，阁加筋从砂的格力学沈性能然的改押善是混由于出新的路复合娃土体甚（即具加筋泽砂）棉具有长“粘源聚力协”的嫌缘故咽，“燥粘聚城力”电不是凳砂土炭固有币的，任而是酸加筋清的结叉果，例所以概称为尾“准咸粘聚厚力”乏。二、破份坏模式称及验算班项目1、内部焰失稳形询式由于拉泻筋与填踢土之间蒙结合力讯不足造牵成的加俘筋体断冤裂由于拉解筋开裂善造成的绑断裂2、外度部失定稳形灭式加筋土牢挡土墙屯与地基国间的摩那阻力不辞足或墙后巴土体的昨侧向推总力过大然所引起遗的滑移加筋土岂挡土墙争被墙后哨土体侧酸向推力毫所倾覆由于地发基承载瓜力不足贱或不均委匀沉降越而引起绵的倾斜加筋梳土挡纹土墙屋及墙速后土骆体出背现整付体滑曲动三、归拉筋贤拉力犹计算1、加拔筋体汤自重肢产生办的拉桨力对第i层拉筋任所产生削的应力水平应阔力：竖向应著力：2、加筋体菊上路堤霜填土产丽生的拉融力：3、附加存荷载产小生的拉书力：4、拉挣筋拉氧力四、拉绪筋长度巩计算第五节崇其支他轻型础挡土墙解结构一、扎悬臂怕式和午扶壁欠式挡惜土墙（一）神悬臂式料和扶壁情式挡土据墙的构肿造及适今用条件悬臂壶式和裹扶壁穴式挡莲土墙熊的结舱构稳尾定性理是依太靠墙弓身自统重和戚墙踵滑板上汉方填熊土的创重力笛来保凉证，迈而且壮墙趾见板也拦显著猜地增悦大了湖抗倾烟覆稳参定性润，并滑大大躁减小泪了基尝底应圈力。帜它们浪的主肿要特估点是敏构造捉简单缝、施储工方太便，掘墙身吸断面贸较小社，自泼身质创量轻横，可途以较荒好地矛发挥话材料茂的强座度性线能，建能适短应承合载能搂力较陷低的陵地基芳。但碧是需桌消耗李一定双数量河的钢推材和夸水泥一般情基况下，档墙高6m以内蕉采用衫悬臂程式，6m以上采峡用扶壁幕式。（二）速土压力玩计算（1）库荒伦土泪压力膨法:一般油可采芝用库救伦土咸压力呜理论胜计算偷，特滔别是刮填土涨表面济为为辜折线层或有片局部熔荷载凶作用杰时（2）朗金巷土压力辉法:填土格表面嘱为一娘平面龙或其州上有咱均匀痒荷载砖作用盒时采菜用，控如下依图所外示按定朗金百土压谦力理锤论计策算的柳土压译力作床用于竹通过在墙踵坦的竖泊直面AC上，遮在立罚壁和壤墙踵扶板设宾计时灯，应昏将羡分插成两垮部分服。（三防）墙醋身构位造设棵计（1）悬思臂式曾挡土床墙构校造设惑计悬臂任式挡哨土墙黄分段贝长度格不应永大于15叙m，段间写设置沉村降缝和于伸缩缝,墙踵受板顶抓面水鬼平,墙踵斥板宽升度由缝全墙仍抗滑腿稳定节性确斩定，丛并具亏有一雄定的镰刚度（2）扶壁孔式挡土梅墙扶壁式礼挡土墙膏分段长瓜度不应戚大于20m。扶肋司间距一马般为1/嗓4~谦1/击2墙高。椒墙面板胶宽度和脱墙底板坚厚度与彩扶壁间忆距成正恢比，扶丸壁式挡撇土墙有挑关构造特要求如残图：（四）搂墙身截萍面尺寸菌的拟定悬臂何式挡锁土墙芬的整依体稳碰定性牺通常断取决幼于墙追底板烫的宽雷度，另增大量墙底猛板的棵宽度洋，可换以提霸高挡盘土墙欧的抗博滑稳按定性垒和抗饶倾覆秀稳定案性，社减少别基底积应力迁。墙械底板究的宽吸度B可分爽为三音部分左：墙爹趾板平宽度益、立忍壁宽罗度和近墙踵听板宽暑度，别如下榴图所笑示。（五）录立壁和彻墙底板股厚度1、内植力计的算2、截喇面厚猛度计支算（六）撞墙身稳驼定性及卖基底应屋力验算验算蜡内容叼包括娃抗滑焰稳性拥、抗未倾覆淡稳定盖性、躺基底揉应力哥及合搭力偏想心矩拌、墙碌身截球面强刮度等二、锚薪杆挡土逃墙（一）耻锚杆挡顽土墙的财构造与么布置锚杆咸挡土释墙是扰由钢芳筋混尸凝土麦墙面影和钢醉锚杆迹组成滴，靠品锚固两在稳握定地呆层内糕的锚铁杆对茅墙面均的水揉平拉弹力以牺保持亚墙身厅的稳距定。兽锚杆脖挡土叛墙可往根据邮地形白设计巴为单热级或佩多级（二）麦锚杆挡钻土墙设糖计1、土压技力计算2、挡土敏板设计3、肋柱贪设计4、锚杆相设计(1)锚杆截车面设计:作用于踪蝶肋柱上签的侧压桶力由锚伍杆承受停，如上积图:(2)锚杆长艳度设计:锚杆由残非锚固喝端和有纪效锚固鱼段组成之。非锚替固段不业提供抗福拔力，贵其长度戴应根据馅肋柱与胸主动破香裂面或叼滑动面秒的实际趁距离确晚定，如粥图所示滚。三、眉锚定抄板挡园土墙（一）欢锚定板从挡土墙邀的构造锚定板田挡土墙璃是由钢步筋混凝于土墙面翅、钢拉器杆、锚马定板以费及其间刮的填土毅共同形寒成的一亩种组合撤挡土结脖构，它借借助于配埋在