路基防护与支挡结构-重力式挡墙设计（路基路面工程）

路基路面工程挡土墙的结构布置

一、横向布置

横向布置主要是在路基横断面图上进行，其内容有：选择挡土墙的位置、确定断面形式、绘制挡土墙横断面图等。1、挡土墙位置的选定：1）路堑挡土墙，大多设置在边沟的外侧。2）路堤墙应与路肩墙进行技术经济比较，以确定墙的合理位置。当路堤墙与路肩墙的墙高或圬工数量相近，其基础情况亦相仿时，宜做路肩墙，但当路堤墙的墙高或圬工数量比路肩墙显著降低，且基础可靠时，则宜做路堤墙。3）山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处；4）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。路堑挡墙路堤墙（路肩墙）山坡挡土墙沿河路堤设置挡土墙2、确定断面形式、绘制挡土墙横断面图在墙高最大处、墙身断面或基础形式有变异处，以及其它必须选择的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。

一、横向布置

挡土墙横断面图示例二、纵向布置纵向布置主要在墙趾纵断面图上进行，布置后绘制挡土墙正面图。1、挡土墙纵向布置的主要内容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。2、绘制挡土墙正面图挡土墙正面图泄水孔的布置三、平面布置1、对于个别复杂的挡土墙，如高的、长的沿河挡土墙和曲线路段的挡上墙．除了横、纵向布置外，还应作平面布置，并绘制平面布置图。2、在平面图上，应标示挡土墙与路线平面位置的关系，与挡土墙有关的地物、地貌等情况。3、沿河挡土墙还应标示河道及水流方向，以及其他防护、加固工程等。挡土墙平面布置图路基路面工程重力式挡墙的设计二、动态弯沉检测三、平整度检测重力式挡土墙设计过程拟定设计选择挡土墙的位置拟定挡土墙的断面尺寸和形状拟定挡土墙的基础埋深验算受力计算及荷载组合稳定性验算基底应力及合力偏心距验算墙身强度验算增加挡墙稳定性措施一、重力式挡土墙拟定设计1、选择挡土墙的位置：应根据路基横断面来确定挡土墙的位置。2、拟定挡土墙的断面形式和尺寸：1）断面形式的确定根据重力式挡土墙结构类型及其特点，我们可以根据实际条件，选择不同类型的断面结构。2）挡土墙的截面尺寸的确定重力式挡土墙是靠自身重力来抵抗土压力，在设计时，重力式挡土墙的截面尺寸一般按试算法确定，可结合工程地质、填土性质、墙身材料和施工条件等方面的情况按经验初步拟定截面尺寸，然后进行验算，如不满足要求，则应修改截面尺寸或采取其它措施，直到满足为止。3、拟定挡土墙的基础埋深1）挡土墙置于土质地基时，其埋置深度应符合下列要求:（1）基础埋深不小于1m。（2）有冲刷时，应在冲刷线下至少1m。（3）有冻害时，当冻结深度小于或等于1m时，应在冻结线下不少于0.25m，且最小埋置深度不小于1m；当冻结深度超过1m时，最小埋置深度不小于1.25m，并应对在冻结线下0.25m深度范围内的地基土采取措施，但埋置深度不小于1.25m。2）挡土墙置于硬质岩石上时，应置于风化层以下；置于软质岩石上时，埋置深度不小于1.0m。二、重力式挡土墙的稳定性验算

挡土墙设计按“分项安全系数极限状态”法进行。挡土墙是用来承受土压力的建筑物，它应具有足够的强度和稳定性。挡土墙的设计应保证在自重和外力作用下不发生全墙的滑动和倾覆，并使墙身每一截面和基底的应力与偏心距均不超过容许值。1、作用在挡土墙上的简化力系（如下图1所示），计算力的的大小，进行荷载组合。墙身自重G；墙背承受的由填料自重及车辆荷载产生的侧压力Ea，可分解为水平与垂直的侧压力Ex与Ey；基底法向反力N及摩擦力T；Ep为墙前被动土压力，Ep较小时在挡土墙验算中一般不予考虑。备注：挡土墙土压力计算，可参照土力学里，库伦土压力计算方法计算，作用于墙后破裂棱体上的车辆荷载近似地按均布荷载考虑，换算成容重与墙后填料相同的均布土层，，：墙背填土的重力密度，q:附加荷载强度；h:换算土层厚。

图12、挡土墙稳定性验算挡土墙稳定验算时，施加在挡土墙的作用及效应组合应符合《公路挡土墙设计与施工技术细则》的相关规定，作用效应的组合设计值应符合承载能力极限状态稳定方程，稳定系数也要满足对应的规定。1）、滑动稳定性验算（1）挡土墙的滑动稳定方程如下式：式中G—墙身重力、基础重力、基础上填土的重力及作用于墙顶的其他竖向荷载的标准值（KN），浸水挡土墙应计入浸水部分的浮力；—墙后主动土压力标准值的竖向分量（KN）；—墙后主动土压力标准值的水平分量（KN）；—墙前被动土压力标准值的水平分量（KN），为浸水挡土墙时，—基底倾斜角（），基底水平时—基底摩擦系数，可以通过现场试验确定，如无试验值，如表1。、—主动土压力分项系数、墙前被动土压力分项系数。二、重力式挡土墙的稳定性验算（2）挡土墙的滑动稳定是指在土压力和其他外力作用下，基底摩擦阻力抵抗挡土墙滑移的能力，用滑动稳定系数Kc表示，即作用于挡土墙的最大可能的抗滑力与实际下滑力之比。式中N—作用于挡土墙墙底的竖向分力（KN），浸水挡土墙应计入浸水部分的浮力。—墙前被动土压力的水平分量的0.3倍（KN）。Kc取值见下表。二、重力式挡土墙的稳定性验算（3）采用倾斜基底的挡土墙，还需验算沿墙踵处地基土水平面滑动的稳定性。①滑动稳定方程：

②抗滑稳定系数计算公式：

式中：挡土墙基底水平投影宽度；地基土的内摩擦系数，；地基土的内摩擦角；—地基土的粘聚力（KN/m）；图2挡土墙稳定性验算图G—作用于基底水平滑动面上的墙身重力、基础重力、基础上填土的重力、作用于墙顶的其他竖向荷载及倾斜基底与滑动面间的土楔的重力（KN）的标准值，浸水挡土墙的浸水部分应计入浮力。N—作用于挡土墙墙底的竖向分力（KN），浸水挡土墙应计入浸水部分的浮力。—倾斜基底与水平滑动面间的土楔重力的标准值；—地基土的重度，透水性的水下地基土为浮重。二、重力式挡土墙的稳定性验算

二、重力式挡土墙的稳定性验算

2）挡土墙倾覆稳定性验算挡土墙的倾覆稳定是指它抵抗墙身绕墙趾向外倾覆的能力。（1）倾覆稳定方程：（2）抗倾覆稳定系数用K0表示，其值为对墙趾产生的抗倾覆力矩与倾覆力矩的比值：式中：—墙身重力、基础重力、基础上填土的重力及作用于墙顶的其他竖向荷载的合力重心到墙趾的距离（m）；—墙后主动土压力的水平分量到墙趾的距离（m）；—墙后主动土压力的竖向分量到墙趾的距离（m）；—墙前被动土压力的水平分量到墙趾的距离（m）墙面埋入土中部分受到被动土压力作用，Ep一般忽略不计，基底反力假定为线性分布。抗倾覆稳定系数不应小于1.5。考虑附加力时不应小于1.30当墙高大于12-15m时，应注意加大值。以保证挡土墙的倾覆稳定性。具体取值要求见表2。图2挡土墙稳定性验算图三、挡墙基底应力和合力偏心距验算在土质地基上，要求e≤B/6，在不易风化的岩石地基上，要求e≤B/4。为了保证挡土墙的基底应力不超过地基的承载力，应进行基底应力验算；为了使挡土墙结构合理和避免发生显著的不均匀沉陷，还应控制基底的合力偏心距。1、基底的合力偏心距验算基底的合力偏心距可按下式计算：作用于基底上的垂直力组合设计值，KN/m;作用于基底形心的弯矩组合设计值，Mpa。基底合力偏心距三、挡墙基底应力和合力偏心距验算式中：―挡土墙趾部的压应力；―挡土墙踵部的压应力；

B―基底宽度（ｍ），倾斜基底为其斜宽；

A―基础底面每延米的面积，矩形基础为基础宽度B×1（m2）；修正后的地基承载力特征值；

—地基承载力特征值的提高系数，荷载组合I、II，取1；组合III时取1.25.其余符号意义同前。2、基底底面压应力验算挡土墙明挖基础基底压应力应按下列公式计算：

;位于岩石地基上的挡土墙明挖基础，当时，基底的一侧将出现拉应力，考虑到一般情况下地基与基础间不能承受拉力，故不计拉力而按应力重分布计算基底最大压应力。四、墙身强度验算图3验算断面的选择目的：为了保证墙身具有足够的强度，应根据经验选择1~2个控制断面进行验算，如墙身底部、1/2墙高处、上下墙（凸形及衡重式墙）交界处，见图3。重力式挡土墙一般均属于偏心受压，故截面强度应按偏心受压构件进行验算。根据《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》JTJ022-85的规定，当构件采用分项安全系数在极限状态设计时，荷载效应不利组合的设计值，应小于或等于结构抗力效应的设计值。重力式挡土墙按承载能力极限状态设计时，在某一类作用（或荷载）效应组合下，作用（或荷载）效应的组合设计值，可按公式计算。四、墙身强度验算四、墙身强度验算（2）挡土墙墙身或基础为圬工截面时，其轴向力的偏心距应符合表7的规定式中：在某一类作用（或荷载）组合下，作用（或荷载）对计算截面形心的总力矩，KN.m；在某一类作用（或荷载）组合下，作用于计算截面上的轴向力的合力，KN。(3)挡土墙构件正截面受弯时，按下式计算构件的弯曲抗拉承载力：式中：计算截面上弯矩组合设计值，KN.m;计算截面受拉边缘的弹性抵抗矩，（4）正截面直接受剪时验算四、墙身强度验算1、

增加抗滑稳定性的方法（1）增大基底摩擦系数（2）增大挡墙截面（3）设反斜基底（图4）（4）设凸榫形基础（图5）2、增加抗倾覆稳定性的方法（1）改变墙面及墙背坡度（图6）（2）改变挡墙类型（图7）（3）展宽墙趾3、提高地基承载力或减小基底应力的措施:（1）增大基础底宽，如展宽墙趾等；（2）提高地基承载力，如基础换填，将浅基础改为深基础等。五、增加挡土墙稳定性的措施图4图5图6图7路基路面工程重力式挡墙的一般构造二、动态弯沉检测三、平整度检测重力式挡墙的一般构造重力式挡墙的构造组成墙身墙顶（护栏）墙面墙背墙底墙趾墙踵基础排水设施沉降伸缩缝挡土墙立面图一、墙身构造1、墙顶（护栏）（1）墙顶：当墙身为混凝土浇筑时，墙顶宽度不应小于40cm，浆砌挡土墙的墙顶宽度不小于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。对路堤墙和路堑墙，可不做顶帽，墙顶应以大块石砌筑，并用砂浆勾缝。墙顶基底墙趾墙面墙背墙踵（2）护栏：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。一、墙身构造2、墙面墙面一般均为平面，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。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。

墙面一、墙身构造仰斜式垂直式俯斜式凸形折线式衡重式3、墙背（1）墙背的形式仰斜式墙背墙背所受的土压力较小，故墙身断面较经济。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1：0.35，以免施工困难。俯斜式墙背墙背所受的土压力较大，墙面一般采用陡直的墙面，适用于路堤墙、路肩墙。垂直式墙背其特点介于俯斜式和仰斜式墙背之间。（2）各种墙背的特点凸形折线墙背系将仰斜式挡土墙的上部墙背改为俯斜，以减小上部断面尺寸，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。衡重式墙背在上下墙之间设衡重台，并采用陡直的墙面，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。二、基础1、基础类型：（1）地基：大多数挡土墙都直接修筑在天然地基之上，地层较弱时，砂砾等换填。（2）扩大基础：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）钢筋混凝土底板：当地基压应力超过地基承载力过多时，或需要的加宽值较大，可采用钢筋混凝土底板。（4）台阶基础：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岩石时，可设置台阶基础，以减少基坑开挖和节省圬工。（5）拱形基础：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。换填地基扩大基础钢筋混凝土底板台阶基础拱形基础2、基础的埋置深度（1）对于土质地基，基础埋置深度应符合下列要求：无冲刷时，应在天然地面以下至少1m；有冲刷时