路基路面工程第6章-挡土墙设计.ppt

第5章 内容回顾,1.坡面防护（植物防护-种草、铺草皮、植树等，工程防护-抹面、喷浆、灌浆、勾缝、护面）2.冲刷防护（直接防护-植物防护、石砌防护、抛石、石笼等，间接防护-顺水坝、格坝、挑水坝、拦水坝等）3.软土地基加固（砂垫层法、换填法、反压护道法、分阶段施工、超载预压法、竖向排水法、挤密桩法和加固桩法）,六、挡土墙设计,1.概述2.挡土墙的构造与布置 3.挡土墙土压力计算4.挡土墙设计原则5.重力式挡土墙设计6.浸水路堤挡土墙设计7.地震地区挡土墙设计8.轻型挡土墙9.加筋土挡土墙,问题：,挡土墙的用途是什么？从使用位置来分，挡土墙的类型有哪些？从结构形式来分，挡土墙的类型有哪些？挡土墙有哪些组成部分？挡土墙的排水设施有哪些？挡土墙的沉降缝和伸缩缝有什么作用？,1.概述,挡土墙：是用于支撑路基填土或者山坡土体侧压力、防止边坡或山坡变形失稳的工程构造物。广泛用于支撑路基边坡、桥台、桥头引道和隧道洞口等处。,挡土墙的用途,挡土墙设置与否，宜于与其工程方案比较确定 与移改路线位置进行比较；与填筑或开挖边坡相比较；与坼移有关干扰路基的构造物（房屋、河流、水渠）等比较；与设置其他类型的构造物（桥、护墙）等比较,一般来说，在以下情况下适宜修建挡土墙陡坡路段或岩石风化的路堑边坡路段；需要降低路基边坡高度以减少大量填方、挖方的路段；增加不良地质路段边坡稳定，以防止产生滑坍；防止沿河路段水流冲刷；桥梁或隧道与路基的连接地段；节约道路用地、减少拆迁或少占农田；保护重要建筑、生态环境或其他需要特殊保护的地段。,路堑挡土墙：用于陡峭山坡的路堑底部，降低边坡高度、减少开挖或者边坡防止地质不良地段的滑坡。,挡土墙的使用场合,路堤挡土墙：在陡山坡上填筑路堤时、用以支挡路堤下滑；收缩坡脚，减少填方量；保证沿河路堤不受水流冲刷。,路肩挡土墙：支挡陡坡路堤下滑，抬高公路，收缩坡脚、减少占地，减少填方量。,山坡挡土墙：用以支挡山坡上可能滑坍的覆盖层土体或破碎岩层（需要时可分设数道）。,桥头挡土墙：支撑桥梁上部结构及保证桥头填土稳定,常用的挡土墙一般由墙身、基础、排水设施与伸缩缝组成,挡土墙的组成,按照位置：路堑挡土墙、路堤挡土墙、路肩挡土墙、山坡挡土墙。按照材料：石砌挡土墙、混凝土挡土墙、钢筋混凝土挡土墙、砖砌挡土墙、木质挡土墙和钢板墙。按照结构形式：重力式、半重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、锚杆式、拱式、锚定板式、桩板式、垛式。,挡土墙的类型,重力式挡土墙：重力式挡土地依靠墙身自重支撑土压力来维持其稳定。般多用片(块)石砌筑，在缺乏石料的地区有时也用混凝土修建。工量较大、型式简单、施工方便，可就地取材，适应性较强，故被广泛采用。,A、B多用于路肩墙、路堤墙；C、D多用于路堑墙,衡重式挡土墙：带衡重台的挡土墙，称为街重式挡土墙，其主要稳定条件仍凭借于墙身自重，但由于衡重台上填土的重量使全墙重心后移，增加了墙身的稳定。其墙面胸坡很陡，下墙墙背仰斜，所以可以减小墙的高度，减少开挖工作量，避免过份牵动山体的稳定，有时还可以利用台后净率拦截落石。衡重式挡土墙适多用于路肩墙、路堤墙。,衡重式,悬臂式和扶壁式统称为薄壁式悬臂式挡土墙由立壁和底板组成，具有三个悬臂，即立壁、趾板和踵板。当墙身较高时，沿墙长每隔一定距离设置一道扶壁连接墙面板及踵板，称为扶壁式挡土墙。它们的共同特点是：墙身断面较小，结构的稳定性不是依靠本身的重量，而主要依靠踵板上的填土重量来保证。它们自重轻，圬工省。适用于墙高较大的情况，但需使用一定数量的钢材，经济效果较好。适用于缺乏石料地区和挡土墙高度不超过7m的情况。,加筋土式挡土墙 加筋土挡土墙是由填土、填土中布置的拉筋条以及墙面板部分组成，在垂直于墙面的方向，按一定间隔和高度水平地放置拉筋材料，然后填上压实，通过填土与拉筋间的摩擦作用，把土的侧压力传给拉筋，从而稳定土体。拉筋材料通常为镀锌薄钢带、铝合金、高强塑料及合成纤维等。墙面板一般用混凝土预制，也可采用半圆形铝板；加筋土挡土墙属柔性结构，对地基变形适应性大，建筑高度大，通用于填土路基。它结构简单，圬工量少，与其它类型的挡上墙相比，可节省投资3070，经济效益大。,锚杆式挡土墙：是一种轻型挡土墙，主要由预制的钢筋泥凝土立柱、挡土板构成墙面，与水平或倾斜的钢锚杆联合组成。锚杆的一端与立柱联接，另一端被锚固在稳定岩层或土层中。墙后侧压力由挡土板传给立柱，由锚杆与岩体之间的锚固力，即锚杆的抗拔力，使墙获得稳定。它适用于墙高较大、石料缺乏或挖基因难地区，具有锚固条件的路基挡土墙，一般多用于路堑挡土墙。,锚定板式挡土墙：预定板式挡土墙的结构形式与锚杆式基本相同，只是锚杆的固定端改用锚定板，埋入墙后填料内部的稳定层中，依靠锚定板产生的抗拔力抵抗侧压力，保持墙的稳定。它主要适用于缺乏石料的地区，一般用于路堤墙。,桩板式挡土墙：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，适用于土压力大、要求基础埋深地段，可用于路堑墙、路肩墙。,垛式挡土墙：用钢筋混凝土预制杆件，纵横交错装配成框架，内填土石，以抵抗土压力，适用于缺乏石料地区的路肩墙和路堤墙。,土钉式挡土墙：由土体、土钉和护面板三部分组成，利用土钉对天然土体实施加固，并与喷射混凝土护面板相结合，形成类似重力式挡土墙的加强体。适用性强、工艺简单、材料用量与工程量较少，常用于稳定挖方边坡或临时支护。,混凝土半重力挡土墙：在墙背设少量钢筋，并将墙趾展宽（保证基地必要的宽度），以减薄墙身，节省圬工。一般用与低墙。拱式挡土墙：由拱板、立柱组成，必要时可设锚杆拉住立柱。拱板可预制，常用于路肩墙。,2.挡土墙的构造与布置,墙身：暴露在外面的为墙面，反之为墙背从土压力大小来看，仰斜小于垂直小于俯斜。仰斜式挡土墙墙背越缓，压力越小，但施工困难，一般控制14度。俯斜式的断面要比仰斜式大，俯斜墙背坡度一般控制在21度48分以下。衡重式墙背上墙墙背坡度通常为1：0.25到1：0.45，下墙一般为1：0.25，上下墙的墙高比一般采用2：3。,挡土墙的构造,墙面：通常基础以上均为平面，当地面横坡比较陡时，墙面可直立或外斜1：0.05到1：0.2，以减小墙高，当地面横坡平缓时，墙面可放缓，一般可以采用1：0.2到1：0.35较为经济，但不宜缓于1：0.4，以免过多增加墙高。墙顶：对于石砌挡土墙墙顶的最小宽度，浆砌的不小于50cm，干砌的不小于60cm。护栏：对于路肩挡土墙，如果高度较大，应设施护栏,基础：基础设计的主要内容包括基础形式的选择和基础埋深的确定。挡土墙一般都使用浅基础，只有在特殊情况下，才采用深桩基。当地基软弱的时候，可先换填。挡土墙的埋置深度应按照以下要求进行：当冻结深度小于或等于1m时，基底应在冻结线不小于0.25m，并符合基础最小埋深不小于1m的要求。当冻结深度大于1m，基底最小埋深不小于1.25米，还应将基底至冻结线以下0.25m范围的地基土换填为弱冻胀材料。,当挡土墙处于地质不良地段，地基土内可能产生滑动面时，应进行抗滑稳定性分析，将基础底面埋置在滑动面以下，或采用其他措施，防止挡土墙滑动。,排水设施：目的：梳干填料中的水分、防止地表水下渗造成积水、消除粘性土由于含水量变化导致的膨胀压力，减小冻胀压力。排水措施：设置地面排水沟，引排地面水；夯实回填土顶面和地面松土，防止雨水及地面水下渗，必要时可加设铺砌；对路堑挡墙墙趾前的边沟应予以铺砌加固，以防边沟水渗人基础；设置墙身泄水孔，排除墙后水。,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泻水孔(图b)。孔眼间距一般为23m，对于浸水挡土墙间距为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),沉降缝与伸缩缝：设计时，一般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。,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，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。,挡土墙的布置,挡土墙的横向布置：即确定挡土墙的断面形式在墙高最大处、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。,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；,挡土墙的平面布置：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。,问题：,挡土墙设计主要考虑哪些力？什么是主动土压力？什么是被动土压力？路基挡土墙受到最大土压力的破裂面如何确定？挡土墙的设计的荷载组合如何确定？挡土墙的稳定性验算包括哪些内容？增强挡土墙稳定性的措施有哪些？,3.挡土墙土压力计算,作用在挡土墙上的力系，按力的作用性质分为主要力系、附加力和特殊力。,作用在挡土墙上的力系,主要力系：经常作用于挡土墙的各种力，包括：1.挡土墙自重G及位于墙上的衡载；2.墙后土体的主动土压力Ea；3.基底的法向反力N及摩擦力T；4.墙前土体的被动土压力Ep。（对于浸水挡土墙而言还包括常水位时的静水压力和浮力）附加力：是季节性作用于挡土墙的各种力，例如洪水时的静水压力和浮力、动力压力、波浪冲击力、冻胀压力以及冰压力等。特殊力：偶然出现的力，例如地震力、施工荷载、水流漂浮物的撞击力等。,在一般地区，挡土墙设计仅考虑主要力系在浸水地区还应考虑附加力，而在地震区应考虑地震对挡土墙的影响。各种力的取舍，应根据挡土墙所处的具体工作条件，按最不利的组合作为设计的依据。,主动土压力：挡土墙向外移动(位移或倾覆)，土压力随之减少，直到墙后土体沿破裂面下滑处于极限平衡状态。被动土压力：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。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。用哪种性质的土压力作为挡土墙设计荷载，要根据挡土墙的具体条件而定。,一般条件下库仑主动土压力计算,路基挡土墙一般都可能有向外的位移或倾覆，因此在设计中按照墙背土体达到主动极限平衡状态，且设计时取一定的安全系数，以保证墙背土体的稳定。对于墙趾的土体的被动土压力，在挡土墙基础一般埋深的情况下，考虑到各种自然力和人畜活动的作用，一般均不计，以偏于安全。,库仑土压力理论：1776年法国的库伦（）根据极限平衡的概念，并假定滑动面为平面，分析了滑动楔体的力系平衡，从而求算出挡土墙上的土压力，成为著名的库伦土压力理论。,路基挡土墙库仑主动土压力计算,库仑土压力假设：（1）挡土墙后土体为均匀各向同性无粘性土（c=0）；（2）挡土墙后产生主动或被动土压力时墙后土体形成滑动土楔，其滑裂面为通过墙踵的平面；（3）滑动土楔可视为刚体。,路基挡土墙因路基形式和荷载分布的不同，土压力有多种计算图式。以路堤挡土墙为例，可分为5种图示：破裂面交于内边坡，破裂面交于荷载的内侧、中部和外侧，以及破裂面交于外边坡。,1.破裂面交于内边坡,平衡力三角形：,当参数、固定时，Ea随破裂面的位置而变化，即Ea是破裂角的函数。为求最大土压力Ea，可以用求驻点的办法，得到如上图边界条件 的最大土压力公式和最危险破裂角如下：,2.破裂面交于路基面,a）交于荷载内侧；b）交于荷载中部；c）交于荷载外侧。,a）交于荷载中部的主动土压力计算,最大土压力时破裂角：,其中：,b）交于荷载外侧,交于荷载外侧和内侧的土压力仍按照上式计算，但A0和B0表达式不同,c）交于荷载内侧,3.破裂面交于外边坡,此时的土压力计算公式为：,最大土压力时破裂角：,其中：,计算挡土墙压力Ea，首先是确定产生最大土压力的破裂面，求出破裂角，但是是事先不知道的，需进行试算。通常先假定破裂面位置通过荷载中心，按照图式和对应的计算公式算出的角与假定情况进行对比，若与假定不符，根据试算出来的角重新假定破裂面，重复以上运算，直到相符为止，最后根据此破裂角计算最大土压力。,大俯角墙背的主动土压力第2破裂面法,1）墙背或假想墙背的倾角必须大于第二破裂面的倾角。（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抗滑力必须大于其下滑力（即：使破裂面棱体不沿墙背或假想墙背下滑）,此时的土压力计算公式为：,主动土压力的作用点：绘土压应力分布图如图6-11,求Ex的最大值及相应的破裂角i和i（求驻点的办法）,折线形墙背的土压力计算,凸形墙背的挡土墙和衡重式挡土墙，其墙背不是一个平面而是折面，称为折线形墙背。对这类墙背，以墙背转折点或衡重台为界，分成上墙与下墙分别按库伦土压力计算土动土压力，然后取两者的矢量和作为全墙的土压力。计算上墙土压力时不考虑下墙影响，按俯斜墙背计算土压力。下墙计算比较复杂，一般采用简化方法进行，比如采用延长墙背法。,（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,（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，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,（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,粘性土压力计算,库伦理论只考虑不具有粘聚力的砂性土的土压力问题。当墙背填料为粘性土时，土的粘聚力对主动土压力的影响很大，因此应考虑粘聚力的影响。,（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,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。,不同土层的土压力,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。,有限范围填土时的土压力,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,被动土压力,（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,车辆荷载换算及计算参数,4.挡土墙设计原则,施加于挡土墙的作用或荷载,原则：根据挡土墙所处的具体工作条件、最不利组合 一般地区 仅考虑主要力系 浸水地区 考虑附加力 地震区 考虑地震力,不同条件下荷载组合：,挡土墙设计原则,挡土墙按“极限状态分项系数法”进行设计，挡土墙设计极限状态分构件承载力极限状态和正常使用极限状态。,承载力极限状态是当挡土墙出现以下任何一种状态，即认为超过了承载力极限状态：1）整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体失去平衡；2）挡土墙构件或连接部件因材料强度超过而破坏，或因过度塑性变形而不适于继续承载；3）挡土墙结构变为机动体系或局部失去平衡。,正常使用极限状态是挡土墙出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：1）影响正常使用或外观变形；2）影响正常使用或耐久性的局部破坏（包括裂缝）；3）影响正常使用的其它特定状态。,我国现行规范规定公路挡土墙的构件分析采用承载力极限状态的分项安全系数法为主的设计法，表达式为：,结构重要性系数;,承载能力极限状态作用（或荷载）分项系数,5.重力式挡土墙设计,挡土墙稳定性验算,1.抗滑稳定性分析,2.抗倾覆稳定性分析,在验算挡土墙的稳定性时，一般不计趾前土层产生的被动土压力。验算结果如不满足以上要求，则表明抗滑稳定性或抗倾覆稳定性不够，应改变墙身断面尺寸重新核算。,基底应力及合力偏心矩验算,为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力应进行基底应力验算；同时，为了避免挡土墙不均匀沉陷，控制作用于挡土墙基底的合力偏心距,1.基础地面的压应力（1）轴心荷载作用时,（2）偏心荷载作用时,2.基底合力偏心距,3.地基承载力抗力值,（1）轴心荷载作用时,（2）偏心荷载作用时,（3）地基承载抗力f：当挡土墙的基础宽度大于3m，或埋置深度大于0.5m时，除岩石地基外，地基承载应力抗力值按下式计算：,（4）当不满足式(6-53)的计算条件或计算出的结果f1.1fk时，可按f=1.1fk 直接确定地基承载应力抗力值。（5）f值可以根据不同荷载组合予以提高，提高系数K按表中的值。（6）当偏心距e小于或等于0.333倍基础底面宽度时，可根据土的抗剪强度指标确定地基承载应力抗力值。：,墙身截面强度验算,1.强度计算,与材料有关的系数；,2.稳定计算,土质地基，不陡1:5；岩石地基，不陡于1:3,设置倾斜基底,增加挡土墙稳定性的措施,1.增加抗滑稳定性,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要求,采用凸榫基底,展宽墙址,2.增加抗倾覆稳定性,改变墙面及墙背坡度,改变墙身断面类型,问题：,浸水路堤挡土墙受力与一般挡土墙有何不同？地震地区挡土墙设计中如何考虑地震的影响？悬臂式挡土墙设计的内容有哪些？锚杆挡土墙设计的内容有哪些？锚定板挡土墙设计的内容有哪些？加筋土的基本原理是什么？,6.浸水路堤挡土墙设计,1浸水的填料受到水的浮力作用而使土压力减小；2砂性土的内摩擦角受水的影响不大，可认为浸水后不变，但糯性土浸水后执剪强度显著降低；3墙背与墙面均受到静水压力，在墙背与墙面水平一致时，两者互相平衡；而当有一水位差时，则墙身受到静水压力差所引起的推力；4墙外水位骤然降落或者墙后暴雨下渗在填料内出现渗流时，填料受到渗透动水压力。5.墙身受到水的浮力作用，使其抗倾覆及抗滑稳定性减弱。,浸水路堤挡土墙的受力特点,1当填料为砂性土时 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，因此不考虑浸水的影响。在此情况下，浸水挡土墙墙背土压力Eb可采用不浸水时的土压力Ea扣除计算水位以下因浮力影响而减少的土压力Eb,浸水路堤挡土墙土压力计算,2当填料为粘性土时考虑到粘性土浸水后c值显著降低，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。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。El与E2的矢量和即为全墙土压力。,在计算浸水部分的土压力E2时，先按浮容重b将上部土层及超载换算为均布土层作为超载，土层厚hb为：,静水压力、动水压力和上浮力,当计算动水压力时，墙背静水压力为：,当墙胸和墙背存在水位差时，两者的静水压力水平分力的差为推力。垂直分力的差计入上浮力。,2上浮力作用于基底的上浮力按下式计算：,总的上浮力为基底浮力与墙胸墙背垂直分力的代数和：,3动水压力当墙后为弱透水性填料时，在填料内部将产生渗流，由此会产生动水压力P3，其大小按下式计算：,式中：Ij降水曲线的平均坡度；产生动水压力的浸水部分，即图中的阴影 部分，可近似地取梯形abcd的面积。,动水压力P3的作用点为面积的重心，其方向平行于Ij。,具体验算方法和前面一样，但要考虑浸水挡土墙的受力特点，在最不利水位进行验算：最高水位并不是在所有情况下都是最不利的水位；抗滑稳定系数和倾覆稳定系数的最小值，可能同时出现在某一水位，也可能分别出现。设计浸水挡土墙时，须作反复的试算，以寻求最不利的水位。为减少汁算工作量，可采用优选法。,浸水路堤挡土墙稳定性验算,优选法求最小稳定系数和最不利水位的步骤：,至于基底应力，在一般情况下，它随水位的降低而增大，而在枯水位时接近或达到最大值。故在浸水挡土墙基底应力验算中，通常以枯水位作为验算水位。,7.地震地区挡土墙设计,挡土墙修建在设计烈度为8度及8度以上的地震区，以及修筑在地震时可能发生大规模滑坡、崩塌的地段或软弱地基(如软弱粘性土层)处，地震强度和稳定性验算要考虑破裂棱体和挡土墙身分别承受地震力的作用，将地震荷载与恒载组合，并考虑常年水位的浮力。不考虑季节性浸水的影响，其他外力，包括车辆荷载的作用均不考虑。,在挡土墙设计中，一般只考虑最大水平地震力Ps：Ps=C1CzKHGCz综合影响系数，表示实际建筑物的地震反应与理论计算间的差异，一般采用0.25，KH按设计烈度在下表中取值，C1为重要性修正系数按路线等级在表6-22中取值。,地震荷载的计算,挡土地重G与水平地震力Ps的合力G1，其与竖直线的夹角s称为地震角：s=arctanCzKH,可采用库仑土压力公式进行计算：用,地震作用的土压力,这种方法仅仅是利用原有公式来求解的计算过程，而地震土压力Es的作用方向仍应核实际墙背摩擦角决定，在计算Ex和Ey时，采用而不用S 对于地震作用下的路肩挡土墙，也可用下面的简化公式计算：,1尽可能采用重心低的墙身断面形式。2基础尽可能置于基岩或坚硬的均质上层上；遇有不良地基时，应采取适当措施进行加固处理。3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，一般小超过3m。4墙体应以垂直通缝分段，每段长度不宜超过15m。地基变化或地而标高突变处，也应设置通缝。5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。6墙后填料应尽量用片、碎石或砂性土分层填筑并夯实，并做好排水设施。,挡土墙防震措施,8.轻型挡土墙,1.悬臂式挡土墙的构造及适用条件钢筋混凝土悬臂式挡土墙是由立壁和底板组成，具有三个悬臂，即立壁、趾板和踵板，墙的稳定性依靠墙身自重和踵板上的填土重量来保证，而趾板的设置又显著地增加了抗倾覆力矩的力臂，因此结构形式比较经济。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6-9m之间。当墙高较大时，立壁下部的弯矩大，钢筋与混凝土用量剧增，影响这种结构型式的经济效果，此时可采用扶壁式挡土墙。,悬臂式挡土墙,2悬臂式挡土墙设计1）土压力计算对于悬臂式挡土墙，通常采用朗金理论计算通过墙踵的竖直面上的土压力Ea，然后结合位于该竖直面与墙背间的土重，得到墙上的总压力。,2）底板宽度=夹板宽+踵板宽+趾板宽+胸坡修正宽度A、踵板宽度受滑动稳定控制，要求,路肩墙：,路堑或路堤墙：,B、趾板宽度一般由地基应力或偏心距e来决定，要求墙踵不出现拉应力，即有：,路肩墙：,路堑或路堤墙：,3）底板厚度计算主要取决于结构要求和截面强度要求。结构要求：趾板与踵板同厚(指与中间夹块连接处，趾板端部不宜小于30cm，因板顶面要求水平)。A根据配筋率确定截面厚度（一般配筋率0.3%-0.8%）B防止斜裂缝开展过大确定的厚度,4）立臂厚度计算主要取决于结构要求和强度要求。结构要求：立壁顶部最小厚度采用1525cm，路肩墙不宜小于20m。胸墙一般不做垂直坡面，以免因挡墙变形、地基不均匀沉陷及施工误差等因素的影响，造成立壁前倾。通常采用的坡率是1：0.02 1：0.05力臂弯矩计算：剪力计算：,A根据配筋率确定截面厚度B防止斜裂缝开展控制,1锚杆挡土墙的构造与布置锚杆挡土墙是由混凝土墙面和锚杆组成，靠锚固在稳定地层内的锚杆对墙面的水平拉力以保持墙身的稳定。墙面为板柱式墙或板壁式墙。使用的锚杆主要有楔缝式锚杆和灌桨锚杆两种。楔缝式锚杆俗称小锚杆，是对锚杆施加一定压力后，使杆端楔缝的楔子张开，从而将锚杆卡紧在岩石中。锚孔一级直径38.50m，深度35m，用普通风钻即可施工。孔内压注水泥砂浆，用来防锈和提高锚杆抗拔力。楔缝式锚杆多用于岩石边坡防护及加固工程。,锚杆挡土墙,灌浆锚杆又称大锚杆，要用钻机钻孔，锚孔直径一般为100150mm，锚杆插入锚孔后再灌注水泥砂浆。当用于土层时，由于土层与锚杆间的锚固能力较差，尚需采用加压灌浆或内部扩孔的方法来提高其抗拔力，称为颈压锚杆或扩孔锚杆。国外还采用化学液体灌浆，利用化学液体的膨胀性来提高锚杆的抗拉能力。灌浆锚杆一般多用于路堑挡土墙。,当挡土墙较高时，应布置两级或两级以上，两级之间设12m宽的平台。每级挡土墙不宜过高，一级为56m。为便于立柱及挡土板的安装，以竖直墙背为多。决定立柱的间距应考虑工地的起吊能力和锚杆的抗拔能力一般可选用2.53.5m。每根立柱视其高度可布置23根或更多的锚杆，锚杆的位置应尽可能使立柱的弯矩均匀分布，方便钢筋布置。挡土板一般设计成矩形或槽形，长度比立柱间距短10cm左右，以便留出锚杆位置。墙后应回填矽卵石等透水材料，由下部泄水孔将水排入边沟内。,2锚杆挡土墙设计1）土压力计算：同一般挡土墙2）档土板内力计算：,3）力柱内力计算：根据其受力特性按照简支梁或连续梁计算,4）锚杆设计锚杆为轴心受拉构件，按容许应力法设计截面。按单锚理论来设计锚杆长度，即个考虑锚杆与锚固层岩体的整体稳定性问题。A锚杆截面设计：由立柱计算中得到的反力Rn求锚杆的轴向力Nn：得到钢筋截面面积：,B锚杆长度设计：锚杆长度包括非锚固长度（由墙面与稳定地层之间的实际距离决定）和锚固长度（由地层情况和抗拔力计算）对于岩质边坡，岩层与砂浆间的粘结强度大，锚固长度取决于砂浆对钢筋的锚固力。为了提高锚固力，水泥砂浆不得低于30号。要求锚固力大于钢筋的抗拉强度，即,如为半岩质或土质边坡锚固长度取决于砂浆与围岩接触面上的抗剪强度，即,C锚杆与立柱的连接主要有三种形式：(1)焊短钢筋锚固；(2)弯钩锚固；(3)螺母锚固c弯钩锚因适用于就地浇筑，其余两种适用于预制构件。,1锚定板挡土墙的构造锚定板挡土墙是由钢筋混凝土墙面、钢拉杆、锚定板以及其间的填土共同形成的一种组合挡土结构，它借助于埋在填土内的锚定板的抗技力，平衡挡土墙塌背水平土压力，从而改变挡土墙的受力状态，达到轻型的目的。它具有省料省工、能适应承载力较低地区的特点，在我国铁路与公路工程中，已开始应用于路肩或路堤挡土塌和桥台。,锚定板挡土墙,锚定板挡土墙的结构形式和受力状态与锚杆挡土墙基本相同，主要区别是：锚杆挡土墙的锚杆是插入稳定地层的钻孔中，抗拔力来源于灌浆锚杆与孔壁地层之间的粘结强度，而锚定板挡土墙的钢拉杆及其端部的铺定板都埋设在人工填土当中，抗拔力来源于锚定板前的填土的被动抗力。锚定板挡土墙的墙面是由挡土板和立柱组成，挡土板通常为钢筋混凝土矩形板或槽形板，立柱为钢筋混凝上矩形截面柱，立柱间距多采用12m，每根立柱上可布置单根、双根或多根拉杆，钢拉杆采用普通圆钢，外设防锈保护层。每根拉杆端部的锚定板通常为单独的钢筋混凝土方形板。,2锚定板挡土墙设计1）锚定板设计锚定板尺寸由铺定板的容许抗拔力确定，极限抗拔力与锚定板面积近似地成正比例关系，极限抗拔力除以一定的安全系数，便是所采用的容许抗拔力。单块锚定板的抗拔力与锚定板的理设位置、板的尺寸和填料的物理力学性质有关。铁道科学研究院等单位根据现场抗拔试验的结果，提出容许抗拔力的建议值如下：对于埋置深度为35m的锚定板，其容许抗拔力为100120kpa；埋置深度为610m的锚定板，其容许抗拔力为130150kPa。锚定板尺寸由拉杆拉力及容许抗拔力计算确定。,2）锚定板挡土墙的整体稳定性锚定板挡土墙的整体稳定性与拉杆的长度有关，拉杆愈长，其稳定性愈大。要根据整体稳定性的要求来确定各层拉杆的长度，使选用的拉杆较短而又能确保安全。锚定板挡土墙的整体稳定性主要由抗滑稳定性控制。对于锚定板结构丧失整体稳定性时滑动面的形式，科研工作者分别作了不同的假定，下面介绍两种设想，即土墙假定和折线滑面假定。,群锚理论土墙假定西南交通大学等单位提出：当锚定板的布设达到足够的密度时，墙面与各锚定板以及其中的填料形成一个整体墙(有的叫土墙)，用这个整体柔性结构来共同支承侧压力，保证路基的稳定这就形成了群锚作用。群锚形成后，沿各锚定板中心连续AB破裂，也就是锚定板中心的连线形成假想墙背。这时，利用库伦公式计算该假想墙背的主动土压力，和验算重力式挡土墙的方法一样，来验算土墙的抗滑和抗倾覆稳定性。,9.加筋土挡土墙设计,加筋土挡土墙是利用加筋土技术修建的挡土墙，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性能达到稳定土体的作用。,概述,1横断面,加筋土挡土墙的构造,2加筋方式,3填料加筋土填料应使用渗水性的砂类或砾碎石类，压实度要达到高标准,4基础加筋体面板基础底面的基础形式宜采用普通混凝土或钢筋混凝土扩大基础。加筋体面板基础底面的埋置深度，对于一般土质地基不小于0.6m，当设置在岩石上时应清除表面风化层，当风化居较厚难以全部消除时，可采用土质地基的理置深度。浸水地区与冰冻地区的加筋体面板基础埋置深度按现行的公路桥涵地基与基础设计规范合关规定确定。,季节性冰冻地区，当基础埋深小于冻结线时，由基底至冻结线范围内的土应换填非冻胀性的中砂、粗砂、砾石等粗粒土其中粉、粘粒含量不应大于15。斜坡上的加筋体应设宽度不小于1m的护脚，加筋体固板基础埋置深度从护脚顶面算起。,5沉降伸缩缝加筋土挡土墙应根据地形、地质、墙高等条件设置沉降缝，其间距对土质地基为10-30m、岩石地基可适当增大。沉降缝、伸缩缝宽度一般为1-2cm，可采用沥青板、软木板或沥青麻絮填塞。6加筋土桥台加筋土桥台类型分为整体式、内置组合式和外置组合式,7筋条扁钢带、钢筋混凝土板带、钢塑复合带、土工格栅、聚丙烯土工带,8面板,加筋体筋带的断面积、长度以及加筋体的稳定性，废通过加筋体内部和外部的稳定性分析确定。加筋体内部稳定性，按局部平衡法计算，对整体式桥台和墙高大于12m的挡土墙，应用总体平衡法验算荷载组合I。加筋体外部稳定性分析包括地基应力、基底滑移和倾覆，必要时增加整体滑动稳定性。筋带断面计算应考虑车辆荷载引起的拉力。筋带锚固长度计算不计车辆荷载引起的抗拔力。,加筋土挡土墙结构计算,加筋体中活动区与稳定区为了确定拉筋锚固段的起点，必须区分加筋体中活动区与稳定区。加筋体的潜在破裂面为最大拉力点的连线(称简化破裂面)，潜在破裂面可以简化为上部平行于墙面(相距0.3H)，下部通过墙脚(与水平面夹角45+)的两段折线；当整体式桥台垫梁后缘距离ba大于0.3H时，采用bH=ba,简化破裂面上、下两部分高度H1和H2按下式计算：,内部稳定性分析,1）拉筋的拉断分析；2）拉筋的拔出分析；3）拉筋的耐久性分析；,10.习题,习题1：图1为某重力式挡土墙横断面：（1）列出图中所示A、B、C、D、E各部分的名称；（2）地面横坡的陡缓将影响B和E的形式，请分析一下B和E可能的形式及其适应的地面横坡条件。,习题2：某挡土墙墙高为5 米，墙背直立光滑。墙顶宽b1=0.5m，墙底宽为b 2=2m。填土为沙土，内摩擦角为=10，=16kN/m3。试用库仑土压力理论计算主动土压力 Ea的大小和位置。,习题3：挡土墙高5 m，墙背倾斜角=10（俯角），填土坡角20，填土重度18 kN/m3，=30，c=0，填土与墙背的摩擦角=(2/3)，按库仑土压力理论计算主动土压力的大小、方向和其作用点。,习题4：如图所示路肩式挡土墙，墙身为浆砌片石污工，墙与地基土之间的摩擦系数=0.4，地基为粘土质，墙身圬工容重y22kN/m3，墙高H=5m，墙顶2m，墙底2.25m，在Ex=75.28kn/m，Ey=12.33kn/m土压力下，Zx=2.76，Zy=2.05,ZG=1.8，分项系数取1.4（组合I），试进行挡土墙的抗滑稳定性、抗倾覆稳定性验算。,