《挡土墙设计 》PPT课件.ppt

Superpave Models,3rd Annual CEE Advisory Council Meeting,1,第六章 挡土墙设计,广州大学土木工程学院吴旷怀 教授Tel:020-3936 6662,Superpave Models,薄壁式挡土墙,薄壁式挡土墙是钢筋混凝土结构，包括悬臂式和扶壁式两种主要型式。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；老路加固时，考虑扶壁难以在踵板侧做，也可考虑将其做在趾板侧，同样可以发挥作用，但须进行设计计算确定。,第八节 轻型挡土墙,Superpave Models,第八节 轻型挡土墙,薄壁式挡土墙悬臂式和扶壁式结构示意图,Superpave Models,第八节 轻型挡土墙,薄壁式挡土墙悬臂式和扶壁式挡土墙的结构稳定性是依靠墙身自重和踵板上方填土的重力来保证，基底应力小。特点：构造简单、施工方便，墙身断面较小，自身质量轻，可以较好地发挥材料的强度性能，能适应承载力较低的地基。一般情况下，墙高6m以内采用悬臂式，6m以上采用扶壁式。它们适用于缺乏石料及地震地区。由于墙踵板的施工条件，一般用于填方路段作路肩墙或路堤墙使用。,Superpave Models,悬臂式挡土墙结构受力示意,第八节 轻型挡土墙,薄壁式挡土墙,悬臂式挡土墙结构示意,Superpave Models,设计步骤：1、先确定各构件的概略几何尺寸 按地基承载力、基底合力偏心距要求及挡土墙的抗滑动稳定性，抗倾覆稳定性等外部稳定条件，通过试算法求出。需要时应对墙体可能发生的深层滑动稳定性进行验算。2、钢筋混凝土结构设计 内力计算，配置钢筋及构件变形与裂缝宽度验算，在此过程中往往需要调整构件截面几何尺寸。部影响外部稳定性。,第八节 轻型挡土墙,一、悬臂式挡土墙设计,Superpave Models,第八节 轻型挡土墙,一、悬臂式挡土墙设计,1、土压力计算,Superpave Models,2、底板宽度计算,1）夹块宽度=立壁底部宽度B22）踵板宽度B3受挡土墙抗滑稳定性要求控制（1）路肩墙，墙顶有均布荷载，立臂面垂直时，路堤墙或路堑墙,容重修正系数,第八节 轻型挡土墙,一、悬臂式挡土墙设计,Superpave Models,2、底板宽度计算,（2）路堤墙或路堑墙，墙顶坡角为，胸坡垂直时B3由试算法求出（3）墙胸面坡坡度1：m，胸坡修正 B3,Kc容许抗滑稳定系数,第八节 轻型挡土墙,一、悬臂式挡土墙设计,Superpave Models,3）墙址板宽度B1高墙受抗倾覆稳定性控制，一般由基底应力或偏心距控制，并要求墙踵处的基底不应出现拉应力。e B/6,令e B/6近似认为N作用于墙踵板和立臂底部宽度的中部，即距墙踵(B2+B3)/2处,稳定力矩为：（续）,2、底板宽度计算,第八节 轻型挡土墙,一、悬臂式挡土墙设计,Superpave Models,第八节 轻型挡土墙,2、底板宽度计算,可得：分析：路肩墙，无车辆荷载作用，M0=HEx/3路肩墙，墙顶均布荷载作用，M0=HEx/3,一、悬臂式挡土墙设计,Superpave Models,2、底板宽度计算,可得：分析：路堤墙或路堑墙，计算高度H=H+B3tg，,第八节 轻型挡土墙,一、悬臂式挡土墙设计,Superpave Models,第八节 轻型挡土墙,4）底板宽度,如果基底应力偏心距不能满足，则应加宽B1，如地基承载力较低，致使墙址板过宽，可适当增大墙踵板的宽度,一、悬臂式挡土墙设计,Superpave Models,3、底板厚度计算,按结构要求和强度要求：A、结构要求趾板端部0.30m，趾板与踵板同厚，踵板一般水平设置墙址板宽度一般可取墙高的1/201/5，底板总宽度B一般为墙高的0.50.7倍，当墙后地下水位较高，且软弱地基时，B可增大到1倍墙高或更大。B、按强度计算 配筋要求和斜裂缝宽度，两者取大值。,第八节 轻型挡土墙,一、悬臂式挡土墙设计,Superpave Models,1）趾板弯矩和剪力（A-A断面）:,3、底板厚度计算,第八节 轻型挡土墙,一、悬臂式挡土墙设计,Superpave Models,2）踵板弯距和剪力,3、底板厚度计算,第八节 轻型挡土墙,一、悬臂式挡土墙设计,Superpave Models,3）厚度计算a.按配筋率要求b、按斜裂缝宽度要求,3、底板厚度计算,第八节 轻型挡土墙,一、悬臂式挡土墙设计,Superpave Models,4、立壁厚度计算,按结构要求和强度要求：A、结构要求立壁最小1520cm，路肩墙20cm。立臂内侧宜做成竖直面，墙胸做成陡于1：0.1，一般为1：0.020.05。当挡土墙高度不大时，立壁可等厚，墙较高时，宜在立壁下部将截面加宽B、按强度计算 配筋要求和斜裂缝宽度，两者取大值。,第八节 轻型挡土墙,一、悬臂式挡土墙设计,Superpave Models,立壁弯矩及剪力计算:,4、立壁厚度计算,第八节 轻型挡土墙,一、悬臂式挡土墙设计,Superpave Models,3）厚度计算a.按配筋率要求b、按斜裂缝宽度要求,4、立壁厚度计算,第八节 轻型挡土墙,一、悬臂式挡土墙设计,Superpave Models,5、悬臂式墙墙身稳定性及基底应力验算,悬臂式挡土墙底验算内容：1、抗滑稳定性2、抗倾覆稳定性3、基底应力及合力偏心距4、墙身截面强度 控制截面：4.1立壁：底部、2/3立壁高，1/3立壁高 4.2墙踵板：根部，墙踵板宽度 4.3墙址板：根部，墙址板宽度,与重力式相同,第八节 轻型挡土墙,一、悬臂式挡土墙设计,Superpave Models,锚定式挡土墙,锚定式挡土墙也属于轻型挡土墙，通常包括锚杆式和锚定板式两种。锚杆式挡土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。锚定板式挡土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。,第八节 轻型挡土墙,Superpave Models,第八节 轻型挡土墙,锚定式挡土墙特点：(1)结构质量轻，使挡土墙的结构轻型化，与重力式挡土墙相比，可以节约大量的圬工和节省工程投资；(2)利于挡土墙的机械化、装配化施工，可以减轻笨重的体力劳动，提高劳动生产率；(3)不需要开挖大量基坑，能克服不良地基挖基的困难，并利于施工安全。缺点：施工工艺要求较高，要有钻孔、灌浆等配套的专用机械设备，且要耗用一定的钢材。使用场合：一般适用于岩质路堑地段，但其他具有锚固条件的路堑墙也可使用，还可应用于陡坡路堤。,Superpave Models,第八节 轻型挡土墙,锚杆抗拔力 锚杆抗拔力的确定是锚杆挡土墙设计的基础，它与锚杆锚固的形式、地层的性质、锚孔的直径、有效锚固段的长度以及施工方法、填注材料等因素有关。锚杆的类型摩擦型灌浆锚杆；扩孔型灌浆锚杆,Superpave Models,二、锚杆式挡土墙,第八节 轻型挡土墙,锚杆挡土墙是利用锚杆技术形成的一种挡土结构物。锚杆是一种新型的受拉杆件，它的一端与工程结构物联结，另一端通过钻孔、插人锚杆、灌浆、养护等工序锚固在稳定的地层中，以承受土压力对结构物所施加的推力，从而利用锚杆与地层间的锚固力来维持结构物的稳定。,Superpave Models,二、锚杆式挡土墙,第八节 轻型挡土墙,b)壁板式,a)柱板式,Superpave Models,二、锚杆挡土墙,(一)、构造与布置1、钢筋混凝土墙面和钢锚杆组成 墙面预制肋柱和挡土板组成(板柱式和板壁式)锚杆楔缝式和灌浆式 楔缝式直径3850mm，深度35m,压注水泥砂浆，防锈和提高锚杆抗拔力用于岩石边坡防护与加固工程 灌浆锚杆直径100150mm，压注水泥砂浆：如用于土层，则加压灌浆或内部扩孔预压锚杆或扩孔锚杆，多用于路堑挡土墙 肋柱和墙面板C20。,第八节 轻型挡土墙,Superpave Models,二、锚杆挡土墙,2、可设单级墙或双级墙，每级墙高 8m，多级墙间设置宽度2m的平台，下两级墙的肋柱宜交错布置。3、肋柱式间距宜为2.03.0m，肋柱宜垂直布置或向填土一侧仰斜，仰斜度不应大于1：0.05。4、每级肋柱上的锚杆层数，可设双层或多层。锚杆可按弯距相等或支点反力相等的原则布置，向下倾斜。每层锚杆与水平面的夹角宜控制在150200之间，锚杆层间距不小于2.0m。5、肋柱受力方向的前后侧面内应配置通长受力钢筋，钢筋直径不应小于12mm6、墙面板宜采用等厚度板，板厚不得小于0.3m,预制墙面板应预留锚杆的锚定孔。,第八节 轻型挡土墙,Superpave Models,二、锚杆挡土墙,（二）锚杆挡土墙设计1、土压力计算 一般库仑理论，多级墙下墙按延长墙背法2、挡土板内力计算 挡土墙是以立柱为支座的简支梁。挡土板高h上下两边缘的单位压力挡土板沿墙高归并为23种类型,第八节 轻型挡土墙,Superpave Models,二、锚杆挡土墙,3、立柱的内力计算1）当上墙立柱仅有两根锚杆且底端为自由端，可假定为两端为悬臂的简支梁2）当上墙立柱仅有两根锚杆且底端视为铰接，按连续梁计算3）当立柱有两根以上锚杆且底端视为固定时，按一端固定的连续梁计算,第八节 轻型挡土墙,Superpave Models,二、锚杆挡土墙,3、立柱的内力计算,1）当上墙立柱仅有两根锚杆且底端为自由端，可假定为两端为悬臂的简支梁,第八节 轻型挡土墙,Superpave Models,二、锚杆挡土墙,2）当上墙立柱仅有两根锚杆且底端视为铰接，按连续梁计算,第八节 轻型挡土墙,Superpave Models,二、锚杆挡土墙,3）当立柱有两根以上锚杆且底端视为固定时，按一端固定的连续梁计算,第八节 轻型挡土墙,Superpave Models,二、锚杆挡土墙,4、锚杆设计 轴心受拉构件，按容许应力法设计截面。锚杆截面设计,第八节 轻型挡土墙,Superpave Models,二、锚杆挡土墙,4、锚杆设计 锚杆长度设计结构长度锚固段长度Le,第八节 轻型挡土墙,Superpave Models,二、锚杆挡土墙,锚杆与立柱的连接,第八节 轻型挡土墙,Superpave Models,三、锚定板式挡土墙,第八节 轻型挡土墙,锚定板挡土墙按墙面结构形式分为柱板式和壁板式两种。柱板式挡土墙的墙面由肋柱与挡土板拼装而成，根据运输和吊装能力可采用单根柱，也可以分段拼接，上下肋柱之间用榫连接。,Superpave Models,三、锚定板挡土墙,(一)、构造1、钢筋混凝土墙面和钢拉杆、锚定板组成 肋柱和墙面板 C20。肋柱条形基础C152、宜用于缺少石料地区的路肩墙或路堤式挡土墙，不应建筑与滑坡、坍塌、软土及膨胀土地区。3、肋柱式间距宜为1.52.5m，肋柱宜垂直布置或向填土一侧仰斜，仰斜度不应大于1：0.05。,第八节 轻型挡土墙,与锚杆挡土墙的主要区别：,都依靠钢拉杆的抗拔力来保持墙身稳定锚杆挡土墙的锚杆系插入稳定地层的钻孔中，抗拔力主要来源于灌浆锚杆与孔壁之间的黏结强度锚定板挡土墙的钢拉杆及其端部的锚定板都埋设在人工填土中，抗拔力主要来源于锚定板前的填土的被动抗力,Superpave Models,锚定板与锚杆挡土墙的主要区别：,第八节 轻型挡土墙,Superpave Models,三、锚定板挡土墙,（二）锚定板挡土墙的整体稳定性1、群锚理论土墙假定2、双拉杆设计理论,第八节 轻型挡土墙,Superpave Models,三、锚定板挡土墙,（二）锚定板挡土墙的整体稳定性1、群锚理论土墙假定,第八节 轻型挡土墙,Superpave Models,三、锚定板挡土墙,（二）锚定板挡土墙的整体稳定性2、双拉杆设计理论折线滑动面假定垂直边界条件：,第八节 轻型挡土墙,Superpave Models,三、锚定板挡土墙,（二）锚定板挡土墙的整体稳定性2、双拉杆设计理论折线滑动面假定俯斜边界条件：,第八节 轻型挡土墙,Superpave Models,1、概述,加筋土挡土墙是利用加筋土技术修建的支挡结构物。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，把土的侧压力削减到土体中，改善土体的变形条件和提高土体的工程性能，从而达到稳定土体的目的。加筋土挡土墙由填料、在填料中布置的拉筋以及墙面板三部分组成。,加筋土挡土墙属于柔性结构，对地基变形适应性大，建筑高度也可很大，适用于填土路基；但须考虑其挡板后填土的渗水稳定及地基变形对其影响，需要通过计算分析选用。,第九节 加筋土挡土墙,Superpave Models,1、概述材料 柔性：钢板 铝板 塑料板 多做成槽型 刚性：钢筋混凝土 多做成三角形,第九节 加筋土挡土墙,Superpave Models,加筋条 金属类片状和棍状 塑料类网状土工格珊，土工布，树脂网 混凝土肋钢筋混凝土板条 58cm 楔型填料多为摩擦力大，透水性好，对筋条无腐蚀作用，如砂砾石、砾卵石，也可用一般土作用：加强作用隔离作用排水防冲,第九节 加筋土挡土墙,1、概述,Superpave Models,破坏型式内部破坏拉脱（摩擦力不够）内部稳定分析 拉断（强度不足）外部破坏 加筋体滑动 倾覆 撕裂,外部稳定性分析,第九节 加筋土挡土墙,1、概述,Superpave Models,第九节 加筋土挡土墙,加筋土桥台类型图：a)整体式；b)内置组合式；c)外置组台式,1、概述,加筋土挡土墙桥台的基本类型和基础的基本要求,Superpave Models,第九节 加筋土挡土墙,2、加筋土挡土墙的形式常见的加筋土挡土墙形式有下列几种：(1)单面式加筋土挡土墙；(2)双面式加筋土挡土墙，双面式中又分为分离式、交错式以及对拉式加筋土挡土墙；(3)台阶式加筋土挡土墙(4)无面板加筋墙。,加筋土示意图,Superpave Models,第九节 加筋土挡土墙,3、加筋体构造与材料（1）横断面和面板,加筋体横断面形式,加筋土面板形式,Superpave Models,第九节 加筋土挡土墙,3、加筋体构造与材料（2）填料填料是加筋体的主要材料，由它与加筋产生摩擦力。要求：易于填筑与压实能与拉筋产生足够的摩擦力；满足化学与电化学要求；水稳定性好。通常填料优先选择具有一定级配、透水性好的砂类土、碎(砾)石类土。摩擦力大粗粒料中不得含有尖锐的棱角，以免在压实过程中压坏拉筋。当采用黄土、粘性土及工业废渣时应做好防水、排水设施和确保压实质量等。,Superpave Models,第九节 加筋土挡土墙,3、加筋体构造与材料（3）拉筋(1)抗拉能力强，延伸率小，蠕变小，不易产生脆性破坏；(2)与填料之间具有足够的摩擦力；(3)耐腐蚀和耐久性能好；(4)具有一定的柔性，加工容易，接长及与墙面板连接简单；(5)使用寿命长，施工简便。种类：钢带；钢筋混凝土带；聚丙烯土工带；钢塑复合带。,Superpave Models,3、加筋体构造与材料加筋体面板基础埋置深度要求：,第九节 加筋土挡土墙,Superpave Models,3、加筋体构造与材料错台与垫层：,第九节 加筋土挡土墙,Superpave Models,3、加筋体构造与材料桥台类型图式：,第九节 加筋土挡土墙,Superpave Models,4、加筋土挡土墙的填土压实要求,加筋体填料压实度要求,第九节 加筋土挡土墙,Superpave Models,加筋体筋带的断面积、长度以及加筋体的稳定性，应通过加筋体内部和外部的稳定性分析确定。加筋体中活动区与稳定区 加筋挡土墙 总体平衡法验算,5、加筋土挡土墙结构计算,第九节 加筋土挡土墙,内部和外部的稳定性分析：加筋体筋带的断面积、长度加筋体的稳定性,Superpave Models,地震区挡土墙与桥台的验算范围：,5、加筋土挡土墙结构计算,第九节 加筋土挡土墙,Superpave Models,筋带抗拔安全系数及基底滑移、倾覆、整体滑动稳定系数：,筋体与基底的摩擦系数：,5、加筋土挡土墙结构计算,第九节 加筋土挡土墙,Superpave Models,1、加筋体中活动区与稳定区,5、加筋土挡土墙结构计算,第九节 加筋土挡土墙,Superpave Models,简化破裂面上下两部分高度：,5、加筋土挡土墙结构计算,第九节 加筋土挡土墙,1、加筋体中活动区与稳定区,Superpave Models,1、加筋体中活动区与稳定区,加筋体顶面在水平荷载作用下，深度zi处的侧向力：,5、加筋土挡土墙结构计算,第九节 加筋土挡土墙,Superpave Models,2、加筋挡土墙,加筋体土压力系数，：,5、加筋土挡土墙结构计算,第九节 加筋土挡土墙,Superpave Models,2、加筋挡土墙,路堤式挡土墙在车辆荷载作用下：,5、加筋土挡土墙结构计算,第九节 加筋土挡土墙,Superpave Models,3、总体平衡法验算,5、加筋土挡土墙结构计算,第九节 加筋土挡土墙,Superpave Models,基础底面地基承载力验算,5、加筋土挡土墙结构计算,第九节 加筋土挡土墙,Superpave Models,抗滑稳定验算,抗倾覆稳定验算,5、加筋土挡土墙结构计算,第九节 加筋土挡土墙,Superpave Models,整体抗滑稳定验算,5、加筋土挡土墙结构计算,第九节 加筋土挡土墙,Superpave Models,设错台加筋土挡土墙,计算与不设错台挡土墙相同。,5、加筋土挡土墙结构计算,第九节 加筋土挡土墙,Superpave Models,第九节 加筋土挡土墙,6、内部稳定性加筋土挡土墙内部稳定性有关的破坏形式有以下两种：（1）由于拉筋开裂造成的断裂（2）由于拉筋与填土之间结合力不足造成的加筋体断裂,Superpave Models,第九节 加筋土挡土墙,7、外部稳定性加筋土挡土墙的外部稳定性与工程的地基土(承载能力、沿基础底面滑动等)和工程相连的整体土层等有关，其破坏形式有：(1)加筋土挡土墙与地基间的摩阻力不足或墙后土体的侧向推力过大所引起的滑移，如a)；(2)加筋土挡土墙被墙后土体的侧向推力所倾覆，如b)；(3)由于地基承载力不足或不均匀沉降引起的倾斜，如c)；(4)加筋土挡土墙及墙后土体出现整体滑动，如d)。,Superpave Models,第九节 加筋土挡土墙,7、外部稳定性,Superpave Models,1、请说出库仑土压力理论在路基挡土墙计算中的几个基本假设及该理论的适宜使用场合。2、公路挡土墙计算中主要考虑何种压力？为什么？3、挡土墙土压力计算中如何考虑车辆荷载的作用？4、挡土墙纵向布置有哪些主要内容？5、挡土墙设置排水措施的主要目的及其作用？6、挡土墙排水措施所包括的主要项目有哪些？7、挡土墙泄水孔设置要考虑什么要求？为什么干砌挡土墙不设泄水孔？8、挡土墙沉降缝及伸缩缝的设置目的及设置位置？9、对土质地基，挡土墙埋置深度一般应满足哪些要求？10、何谓挡土墙的主要力系？它包括哪些项目？请用示意图表示一般地区、非浸水挡土墙的主要力系。,复习思考题,Superpave Models,11、路基挡土墙计算中，破裂面交于荷载中部和交于路基顶面荷载内侧或外侧的土压力计算方法有何异同点？12、路肩墙和路堤墙的主动土压力计算有何异同点？13、何种情况下会出现第二破裂面？14 挡土墙抗滑稳定、抗倾覆稳定或基地承载力不足时，应分别采用哪些改进措施？15、当作用于挡墙基底合力偏心矩大于规定值时该怎办？16、季节性浸水地区挡土墙设计时，与一般挡土墙设计相比，还需多考虑哪些具体因素？17、薄壁式挡土墙有何结构特点及主要类型？18、加筋土挡墙的主要组成部分、结构性质及其作用原理、适用于何种形式的路基？19、提高加筋土挡土墙承载能力的方法？,复习思考题,