《挡土墙设计》PPT课件

1、,挡土墙设计,挡土墙,重力式挡墙,重力式挡土墙,广州市华南快速干线广园站东辅道挡土墙发生塌方事故，塌方缺口长30米、宽2米、高20米，塌方处10米远刚好是大学生宿舍。塌方处下是否有人被活埋目前还不能确定，直到记者发稿时止，消防员在现场停止了用生命探测器进行探测，表明即使有人活埋在下面，生还的希望已经渺茫。有关部门认为，导致这次事件的原因是挡土墙建造不合格加上连日暴雨所致，目前有关部门正在调查当中,塌方的挡土墙宽约20米、高15米，塌方面积为300平方米,目录,第一节 概述 第二节 挡土墙土压力计算 第三节 挡土墙设计 第四节 挡土墙稳定性计算,6-1 概述,一、 设计的目的与分类:,3、各部分

2、名称:,二、类型: 1.重力式挡土墙:依靠墙身自重支撑土压力以保持稳定. 优点:构造简单,取材容易. 适用条件:地基强度高,石料供应充足. 类型:普通式 衡重式,A、B、E多用于路肩墙、路堤墙；C、D多用于路堑墙,优点: 截面尺寸小,轻巧,可以预制,工程量小,受地基强度限 制小,有利于机械化施工. 适用条件: 墙身高,缺乏石料,地基开挖困难的路堑墙,路堤墙 缺点: 钢材用量大,对水较敏感,易受水侵蚀产生断裂与滑移,锚定式挡土墙(锚杆式) Tied retaining wall (anchored bar),锚杆式挡土墙Tie rod anchored retaining wall： 由肋柱，挡

3、板和锚杆组成，靠锚杆锚固在山体内拉住肋柱。肋柱，挡板可预制。,锚定式挡土墙(锚定板式) Tied retaining wall (anchor plate),锚定板式挡土墙 Anchor plate retaining wall： 类似于锚杆式挡土墙，仅锚杆的固定端用锚定板固定在山体内。,地錨背拉之格梁擋土牆,优点:强身断面小,结构稳定性不依赖 于自身重量,自重轻,省工省料 适用条件:墙身高 缺点:需要大量钢材,扶壁式挡墙,垛式挡土墙buttress retaining wall,垛式挡土墙buttress retaining wall：用钢筋混凝土预制杆件，纵横交错装配成框架，内填土石，以抵

4、抗土压力。,桩板式挡土墙pile-baffler retaining wall,桩板式挡土墙pile-baffler retaining wall：由桩柱和挡板组成，利用深埋的桩柱前土层的被动土压力来平衡墙后主动土压力。,4.加筋挡土墙: 特点:受力主要是土与加筋条之间的摩擦力,加筋条数量 多,加筋条一般是塑料制品,合成纤维,经济效益好。 缺点:对水敏感,加筋土挡土墙,沿主动破裂面BC将墙体分为主动区和稳定区，下滑土棱体ABC自重产生的水平推力对每一层拉筋形成拉力T，欲将拉筋从土中拔出，而稳定区土体与筋带的摩擦阻力阻止拉筋被拔出。如果每一层拉筋与土体的摩擦阻力均能抵抗相应的土推力，则整个墙体就

5、不会出现BC滑动面，加筋土体的内部稳定就有保证。,加筋土边坡一般由复合拉筋带（或土工格栅）和土体填料组成。根据工程条件和需要，坡面可设面板，也可不设面板。,加筋土挡土墙,3.挡土墙构造 Structure of the Retaining Wall 墙顶 wall crest 墙面wall space 墙背 wall back 墙趾 wall toe 墙踵 wall heel,墙背,墙顶,墙面,墙趾,墙踵,第二节 挡土墙的构造与布置,二、挡土墙的构造组成,（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

6、：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,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。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

7、：0.35较为经济。,2.墙面,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

8、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。,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,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。,2.基础埋置深度,对

9、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

10、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

11、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,二、挡土墙的布置,1挡土墙位置的选定,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，

12、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

13、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。,6-3 挡土墙土压力计算,一、作用力系:,4.计算方法: 一般地区 只考虑主要力系 浸水地区 还应考虑附加力 地震地区 还应考虑特殊力,6-3 挡土墙土压力计算,二、一般条件下库伦主动土压力计算 主动土压力： 当挡土墙向外移动时(位移或倾覆)， 土压力随之减少，直到 墙后土体沿破裂面下滑 而处于极限平衡状态， 作用于墙

14、背的土压力称 主动土压力；,6-3 挡土墙土压力计算,被动土压力：当墙向土体挤压移动，土压力随之增大，土体被推移向上滑动处于极限平衡状态，此时土体对墙的抗力称为被动土压力；,6-3 挡土墙土压力计算,静止土压力：墙处于原来位置不动，土压力介于两者之间，称为静止土压力。,二、 一般条件下库仑主动土压力计算: 挡土墙设计一般认为有侧向移动,不必计算,只需计算主动土压力, 对于墙趾前的被动土压力,一般忽略不计(小,对稳定 有利),125,（一）各种边界条件下主动土压力计算:(五种位置),1.破裂面交于内边坡: 图示,6-1,6-4,6-3,6-2,6-5,6-6,2.破裂面交于路基面:,（1）破裂面

15、交于荷载中部 破裂棱角的断面面积:,6-8,6-9,6-10,将代入(6-6)式求得主动土压力Ea. 注意:(5)、(6)式具有普遍意义,无论破裂面交于荷载 中、内、外侧,断面面积S都可以归纳为: A0、B0为边界条件系数,将不同的A0、B0 值代入可 求得相应的破裂角和最大主动土压力Ea.,(2)破裂面交于荷载外侧: 则: (7) .,6-11,(3)破裂面交于荷载内侧: 在(7)式中令,6-12,特殊情况: (1)当为路肩墙时,式中a=b=0; (2)俯斜墙背取正值,垂直,仰斜取负值; (3)当荷载沿路肩边缘布置时d取0,3.破裂面交于外边坡:,6-13,化简:,式中:P，Q，R见下.,6

16、-14,6-14,三、大俯角墙背的主动土压力第二破裂面法: 1.定义:当墙背俯斜较缓,即倾角很大,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,而是沿土体的另一个破裂面滑动,这个破 裂面称为第二破裂面,远离墙的破裂面称为第一 破裂面.,满足：,6-17,1.判别第二破裂面的条件: 1)墙背或假想墙背倾角a必须大于第二破裂面倾角ai; 2)在墙背或假想墙背面上产生的抗滑力必须大于下滑力.,（一）推导过程,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）,4求主动土压力Ea的作用点,绘

17、土压应力分布图,6-25,6-24,四、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

18、，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,五、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,（二）力多边形法,六、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

19、近似的假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。,七、有限范围填土时的土压力,（6-40）,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。,式中： G土楔及其上荷载重； 滑动面的倾角，即原地面的横坡或层面倾角； 土体与滑动面的摩擦角；当坡面无地下水，并按规定挖台阶填筑时，可采用土的内摩擦角。 参数，。

20、,通常情况下挡土墙前的被动土压力可不计算，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、被动土压力,九、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,九、车辆荷载的换算:,2.公路桥

21、涵设计通用规范中,车辆荷载换算为等 代均布土层厚度.,L-挡土墙计算长度,m. B0 -破裂棱体的宽度,对路堤墙,为破裂棱体范围 内的路基宽. -布置在B0L面积内的轮重或履带重.KN.,L的计算长度,取下述两者之较大值: (1)分段长度,应不大于15m. (2)一辆重车的扩散长度,按下式计算,若计算值大于15m, 仍用15m. B=13+Htag30 L0-重车前后轴距加一个轮胎着地长度(m). H-挡土墙高度(m). a -墙顶面以上填土高度(m).,规定: a.汽车荷载: 纵向:当取用分段长度,为分段长度内可能布置的车轮, 当采用一段重车的扩散长度时,为一辆重车. 横向:最不利荷载组合:

22、范围内可能布置的车轮,当为路肩 墙时,车轮后轮外缘靠墙顶内缘布置,当为路堤墙时, 车轮后轮中心至路基边缘0.5m. b.验算荷载: 验算荷载应在路面宽度内居中行驶,其等代均布土层厚度为: 挂-120为0.96m,挂-100为0.80m,挂-80为0.64m, 履带-50为0.40m.,第四节 挡土墙设计,挡土墙使用条件- P125 一、 挡土墙的布置： 1、位置的选定：根据地形，基础条件，经济比选。 2、纵向布置： a、确定起迄点和墙长，选择与路基或其他结 构物的衔接方式 b 、分段 ，确定伸缩缝与沉降缝位置 c、 布置各段基础 d、 布置泄水孔位置，包括数量间隔和尺寸,3、横向布置： a 、

23、确定挡土墙形式 b、确定基础形式与埋置深度 c、 选用标准图（横断面图） 、平面布置： 、标明挡土墙与路线的平面位置 、标明附近地貌，地物情况 、对挡土墙有干扰的建筑物情况,二、挡土墙的构造 、墙身构造： ）墙背：仰斜俯斜垂直凸形折线 衡重线 ）墙面：地面横坡较陡时1:0.051:0.20 地面平缓1:0.201:0.30（经济） ）墙顶: 最小宽度：浆砌不小于50cm， 干砌不小于60cm，顶帽厚40cm随墙 高宽度增大。 ）护栏：安全,、基础： 1） 基础类型：扩大基础刚性角 钢筋砼基础 拱形基础 台阶基础换填基础 2）基础埋置深度： 对于土质路基：无冲刷在天然地面下至少米 有冲刷 在冲刷

24、线下至少米 有冻胀 在冻胀线下至少0.25米,对于岩石地基：清除表面风化层按表确定 襟边宽度：墙趾前至地面横坡的水平距离。,3、排水设施：墙身泄水孔,4、沉降缝与伸缩缝： 合并设置1015设置一条，缝宽23cm 内，外，顶三方填塞胶泥、沥青或涂沥青木板,三挡土墙荷载的计算方法 1、作用荷载：、恒载 、可变荷载 、温度及施工荷载 常用荷载组合： 组合：基本可变荷载（平板车及履带车除外） 的一种或几种恒载的组合 组合II : 组合I+其他一种或几种可变荷载 组合III : 组合I+静水压力及浮力 组合IV : 组合II+静水压力及浮力 组合V : 组合I+地震力,2、 设计原则： 分项安全系数极限

25、状态平衡法,承载能力极限状态表达式：,3 、 计算状态及荷载系数 （1） 承载能力极限状态分项荷载系数（表6-6） (2) 正常使用极限状态 全部荷载系数采用1.0 (3) 合力偏心距计算时 全部荷载系数采用 1.0,第五节 挡土墙稳定性分析,一 、 设计参数的敏感性分析,路基设计规范要求,1.挡土墙滑动稳定性验算,N作用于基底上合力的竖向分力； 墙前被动土压力的0.3倍。,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。,5.4.3-5,二、 抗滑稳定性分析,2.挡土墙滑倾覆稳定性验算(规范要求),或,5.4.3-7-8,二、抗倾覆稳定验算,二、基底应力及合力偏心矩

26、验算： 1） 基础地面压应力,6-47,2）基底合力偏心矩： 满足表6-14 3）地基承载力抗力值,土质地基偏心矩不应大于 B/6；岩石地基不应大于 B/4 否则应从新拟定挡土墙断面。,三、 墙身截面强度验算 1、 验算断面选择,三.墙身截面强度验算,污工构件或材料的抗力分项系数；,轴向力偏心影响系数,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：,荷载组合效应系数,荷载组合、取1.0，取0.8，施工荷载取0.7。,1）墙身抗压强度验算,污工材料的容许偏心矩：荷载组合、时，e00.25B； 时e00.3B；施工荷载时e00.33B。,表6-18,公式5.4.4-1(

27、6-55),2）墙身抗弯稳定性验算,偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数；,与材料有关的系数；,3）墙身抗弯弯拉验算,4）墙身抗剪验算,四、 增加挡土墙稳定性的措施,1.增加抗滑稳定性的方法,土质地基，不陡1:5；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， 高宽比满足污工刚性角的要求,倾斜基底,凸榫基底,2.增加抗倾覆稳定性的方法,展宽墙趾,改变墙面及墙背坡度,改变墙身断面类型,五、衡重式挡土墙设计 衡重式挡土墙设计与一般重力式挡土墙相同。但是，因为墙背为带有衡重台的折线形，所以土压力计算及墙身构造都有其特殊性。 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

28、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（如图6-31所示）。最危险的截面是上下墙分界面2-2，以及与土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

29、。,6-6：浸水挡土墙设计design of the inundate retaining wall,与一般挡土墙的区别difference from ordinary retaining wall： 1）、土压力因填料受浮力的影响而减小； 2）、有附加力系的作用，如动水压力、静水压力、上浮力； 3）、浸水挡土墙的稳定性降低。 一、浸水挡土墙土压力的计算calculation of the pressure against the inundate retaining wall 1、填料为砂性土cohesionless soil as the filler 计算前提条件：1）、内摩擦角不变；

30、2）、破裂面为一平面； 3）、浸水部分填料容重为浮容重。 2、填料为粘性土 cohesive soil as the filler,二、静水压力、动水压力、上浮力的计算calculation hydrostatic pressure, hydrodynamic pressure and buoyance pressure,1、静水压力calculation hydrostatic pressure P1 墙面静水压力 墙背静水压力 2、上浮力buoyance pressure P2 基底的上浮力P2 墙身的上浮力P2 3、动水压力hydrodynamic pressure P3,三、浸水挡土墙稳定性验算computation of the inundate retaining wall,1、抗滑稳定性验算anti-slippery stability computation 2、抗倾覆稳定性验算tilt stability computation 3、基底应力及合力偏心距的验算computation of the su