边坡工程防治技术-抗滑挡土墙设计与施工.ppt

4 边坡工程防治技术 抗滑挡土墙设计与施工,减滑工程,1 概述,滑坡整治工程,通过排除地表水工程(水沟、防渗工程)、排除地下水工程、截断地下水工程、刷方减重等工程措施，而使滑坡运动得以停止或缓和。,抗滑工程则在于利用抗滑构筑物来支挡滑坡体运动的一部分或全部，使其附近及该地区的设施及人民生命财产等免受危害。常用的抗滑工程主要有抗滑挡土墙和抗滑桩等。,抗滑工程,1.1 抗滑挡土墙的类型、特点和适用条件,抗滑挡土墙是依靠挡墙的自身重量来抵抗滑坡体的推力。一般情况下，挡墙设在滑坡体的前缘或坡脚部位。要求挡墙有足够的进入稳定基岩的深度，以确保在挡墙根部不会产生新的滑动面而失去抗滑作用，同时要保证不会产生越过墙顶的滑体。,抗滑挡土墙是目前整治中小型滑坡中应用最为广泛而且较为有效的措施之一。,重力式抗滑挡土墙,结构形式,锚杆式抗滑挡土墙,加筋土抗滑挡土墙,板桩式抗滑挡土墙,浆砌条石抗滑挡土墙,材料,混凝土抗滑挡土墙,钢筋砼抗滑挡土墙,加筋土抗滑挡土墙,1.类型,应根据滑坡的性质、类型、自然地质条件、当地的材料供应情况等条件，综合分析，合理确定。,重力式抗滑挡土墙,墙背倾斜,仰斜式挡土墙,直立式挡土墙,衡重式挡土墙,俯斜式挡土墙,其它组合式挡土墙,常用抗滑挡土墙的断面形式,俯斜式挡墙,仰斜式挡墙,直立式挡墙,衡重式挡墙,抗滑挡土墙与一般挡土墙类似，但它又不同于一般挡土墙，主要表现在抗滑挡土墙所承受的土压力的大小、方向、分布和作用点等方面。一般挡土墙主要抵抗主动土压力，而抗滑挡土墙所抵抗的是滑坡体的剩余下滑推力。一般情况下，滑坡推力较主动土压力大。为满足抗滑挡土墙自身稳定的需要，这要求通常抗滑挡土墙墙面坡度采用1:0.31:0.5，甚至缓至1:0.751:1，有时为增强抗滑挡土墙底部的抗滑阻力，将其基底做成倒坡(逆坡)，或锯齿形；而为了增加抗滑挡土墙的抗倾覆稳定性和减少墙体圬工材料用量，有时可在墙后设置12m宽的衡重台或卸荷平台。,2.特点及适用条件,用抗滑挡土墙整治滑坡，对于小型滑坡(5m)，可直接在滑坡下部或前缘修建抗滑挡土墙。对于中、大型滑坡，抗滑挡土墙常与排水工程、刷土减重工程等整治措施联合适用。,1.2 抗滑挡土墙的设计程序,对于深层滑坡体和正在滑移的滑动体，可能因修建挡土墙进行基础开挖时，加剧滑坡体的滑动，因此这类滑坡不宜采用抗滑挡土墙，而宜采用其它抗滑整治措施（如抗滑桩等）。,对于多级滑坡或滑坡推力较大时，可分级布设抗滑挡土墙。,2.1 抗滑挡土墙上力系分析与荷载确定,通常将作用于抗滑挡土墙上的力系分为基本力系和附加力系。,基本力系是指由滑坡体和抗滑挡土墙本身产生的下滑力和阻滑力，它与滑体的大小、容重、滑动面形状和滑面(带)的抗剪强度指标c、值等因素有关。,附加力系是作用于抗滑挡土墙上除基本力系外的其他力，主要包括：,2 抗滑挡土墙的设计计算,力系分析,（1）作用于滑体上的外加荷载：如：建筑物自重、汽车荷载等；（可加入自重中）（2）对于水库岸坡，水库蓄水时滑体有水，且与滑带水连通时，应考虑的动水压力和浮力；（3）滑体两端有贯通主滑带的充水裂隙，则应考虑裂隙水对滑体的静水压力；（4）其他偶然荷载：如地震力和其他特殊力。,滑坡推力的计算,滑坡推力的计算是在已知滑动面形状、位置和滑动面(带)上土的抗剪强度指标的基础上进行的，计算方法一般采用剩余下滑力法。,如果滑动面为单一平面时，滑坡推力为,式中：E滑坡体下滑力，kN；W 滑坡体重，kN；滑动面与水平面间的倾角；L滑动面长度，m；c滑动面土的粘聚力，kPa；滑动面土的内摩擦角；K安全系数。,如果滑动面为折面，根据第i条块的受力情况，剩余下滑力为,式中：Ei第i条块的剩余下滑力，kN；Ti 第i条块自重Wi的切向分力，kN；Ni第i条块自重Wi的法向分力，kN；i第i条块滑动面的倾角；ci第i条块滑动面土的粘聚力，kPa；i第i条块滑动面土的内摩擦角；Li第i条块滑动面的长度，m。,当Ei为正值时，说明滑坡体有下滑力，是不稳定的，应传给下一条块；Ei为负值时，表示第i条块以上滑坡体处于稳定状态，Ei不能传递，即下条块计算时按上一条块的推力为零考虑；Ei为零时，第i条块以上滑坡体也是稳定的。计算断面中有反坡时，由于滑动面倾角为负值，因而分块Wisini也为负值，即它已不是下滑力，而是抗滑力了。在计算推力时，Wisini项就不应乘安全系数K。,设计推力的确定,当滑坡推力小于主动土压力时，应把主动土压力作为设计推力进行设计，但当滑坡推力的合力作用点位置较主动土压力的作用点高时，挡土墙的抗倾覆稳定性取其力矩较大者进行验算。即，抗滑挡土墙设计既要满足抗滑挡土墙的要求，又要满足普通挡土墙的要求。,由于一般情况下，滑坡推力较主动土压力大，合力作用点高，因此抗滑挡土墙具有墙面坡度缓、外形矮胖、平面尺度大的特点，以有利于抗滑挡土墙自身的稳定。故抗滑挡土墙墙面坡度常采用1:0.31:0.5，甚至缓至1:0.751:1，其基底常做成反坡(倒坡、逆坡)或锯齿形，有时为了增加抗滑挡土墙的抗倾覆稳定性和减少墙体圬工材料用量，还在墙后设置12m宽的衡重台或卸荷平台。在平面上，抗滑挡土墙一般应布置在滑坡前缘滑床平缓处。,2.2 抗滑挡土墙平面尺寸与高度的拟定,1.抗滑挡土墙平面尺寸的拟定,2.抗滑挡土墙高度的拟定,抗滑挡土墙的高度如果不合理的话，尽管它使滑坡体原来的出口受阻，但滑坡体可能沿新的滑动面发生越过抗滑挡土墙的滑动。因此，抗滑挡土墙的合理墙高应保证滑坡体不发生越过墙顶的滑动。,合理墙高可采用试算的方法确定(如图所示)，先假定一适当的墙高，过墙顶A点作与水平线成(45o-/2)夹角的直线，交滑动面于a点，以Sa、Aa为最后滑动面，计算滑坡体的剩余下滑力。然后，再自a点向两侧每隔5作出Ab、Ac和Ab、Ac 等虚拟滑动面进行计算，直至出现剩余下滑力的负值低峰为止。若计算结果为剩余下滑力为正值时，则说明墙高不足，应予增高；当剩余下滑力为过大的负值时,则说明墙身过高，应予降低。如此反复调整墙高，经几次试算直至剩余下滑力为不大的负值时，即可认为是安全、经济、合理的挡土墙高度。,2.3 地基强度验算,抗滑挡土墙的基底应力、合力偏心距及地基强度验算与普通重力式挡土墙的验算相同。,式中：max/min 分别表示基底的最大和最小应力，kPa；B 表示墙底宽度，m；Vk表示作用在基底面上的竖向合力标准值，kN；e 表示作用在基底面上的竖向合力标准值作用点的偏心距，m；合力作用点与墙前趾的距离，m；,MR竖向合力标准值对墙底面前趾的稳定力矩，kN.m；MO倾覆力标准值对墙底面前趾的倾覆力矩，kN.m。,地基承载力设计值，kPa,设计时要求基底最大应力应小于地基承载力，即,在通常情况下，滑坡推力一般大于主动土压力，但对于一些中小型滑坡，有可能出现主动土压力大于滑坡推力的情况。因此在抗滑挡墙设计时，除计算滑坡推力外，还应计算支挡部位的主动土压力，在两者之间取其大值进行抗滑挡墙的验算。,2.4 抗滑挡土墙的稳定性及强度验算,作用在挡土墙上的土压力,1.静止土压力合力,如果挡土墙静止不动，在土压力的作用下不向任何方向发生移动或转动（墙后土体处于弹性平衡状态），此时作用在墙背上的土压力称静止土压力合力。,刚度很大的挡土结构如果建筑在坚硬的岩基上(如岩基上的重力式挡土墙)，或由于结构构造特点使墙身在土压力作用下不能移动和转动(如连底的船闸、涵洞的边墙等)，墙身变形极小，墙后填土的变形也极小。,2.主动土压力合力,如果挡土墙向离开土体方向移动或转动，墙后土压力逐渐减小。当位移达到一定值时，墙后土体即将出现滑裂面（墙后填土处于主动极限平衡状态），此时作用在墙背上的土压力称为主动土压力合力。,3.被动土压力合力,挡土墙在外力作用下，向墙背方向移动或转动时，墙挤压土体，墙后土压力逐渐增大，当达到某一位移量时，土体即将上隆（墙后土体处于被动极限平衡状态），此时土压力达到最大值，该土压力称为被动土压力合力。,相同条件下,土压力系数与墙变位的关系,朗肯土压力理论,朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土体极限平衡理论建立的，即将土中某一点的极限平衡条件应用到挡土墙的土压力计算中，其基本假设为：,(W.J.M.Rankine,1857),1）挡土墙是无限均质土体的一部分；2）墙背垂直光滑；3）墙后填土面是水平的(也可是倾斜平面)。,在墙无任何位移的情况下，K值约为0.40，称为静土压力系数，用K0表示。,填土可视为半无限弹性体,1.静止土压力及合力,静止土压力系数K0值,2.主动土压力及合力,当挡土墙移离土体，土中发挥的剪应力使土压力降低，K值下降，直至土的抗剪强度全部发挥出来，土体发生剪切破坏，达到朗肯主动状态，而K达到Ka，称主动土压力系数。较为常见。,粘性土：,无粘性土：,主动土压力,单位为（kPa）；,填土的粘聚力，单位为（kPa）；,主动土压力系数，；,填土的内摩擦角，单位为（）。,粘性土主动土压力包括两部分：一部分是由粘聚力引起的负侧压力（ade），一部分是由土的自重引起的正侧压力（abc）。,通过三角形压力分布图abc的形心，即作用在离墙底,无粘性土的主动土压力与z成正比，沿墙高的土压力是三角形分布。,Ea的作用点通过三角形压力分布图ABC的形心，距墙底H/3处。,当无粘性土的填土表面为倾斜平面时(其倾角为)，主动土压力a可按下式计算：,上式算得的a系作用于过墙踵的铅直截面上，z为在此截面上的填土表面至考察点的距离(即深度)，a的方向假定与填土面平行。,若墙背倾斜，可从墙踵作一竖线与填土表面相交，可将此认为是虚设的垂直光滑的挡土墙墙背，求出AC面上的主动土压力E1，而后按静力平衡条件计算作用在实际倾斜墙背上的土压力。,A,B,C,E1,Ea,G,若水平填土表面有局部均布超载。,45o+/2,q,45o+/2,q,3.被动土压力及合力,当挡土墙受到被动土压力作用时，墙后一定范围内填土达到被动极限平衡状态。为使土中产生被动破坏状态需要有很大的位移，而当位移达到这种数量时，往往己为建筑物的安全所不能允许。,粘性土：,为朗肯被动土压力系数；,被动土压力,单位为（kPa），其余符号同前。,无粘性土：,无粘性土的被动土压力合力作用点距墙底H/3处,方向垂直墙背。粘性土的被动土压力合力作用点在梯形的形心处，方向也垂直于墙背。,当无粘性土的填土表面为倾斜平面时(其倾角为)，被动土压力p可按下式计算：,上式算得的p系作用于过墙踵的铅直截面上，z为在此截面上的填土表面至考察点的距离(即深度)，p的方向假定与填土面平行。,朗肯方法没有考虑摩擦力，这样求得的主动土压力值偏大，而被动土压力值则偏小，因此是偏于安全的。由于公式简单，便于记忆，应用广泛。,库伦土压力理论,库仑(，1776)研究了回填砂土对挡土墙的土压力。,库仑理论也是研究土的极限平衡状态，与朗肯理论不同之处在于，本法是用分析楔形土体在外力作用下的极限平衡条件来求解土对挡墙的总土压力。库仑当时只分析了非黏性土的主动状态，后来有人照他的基本假定推出了计算被动土压力的公式，以及考虑黏结力影响时的计算方法。,1.库伦主动土压力,由于挡土墙的向前移动，墙后一块楔形土体沿墙背和土体中某一平面(滑动面)向下滑动，如图所示，土楔与墙背和滑动面之间均有摩擦力作用，而因填土是砂土，故不存在黏聚力。根据土楔在外力作用下处于极限平衡状态的条件，可以求出挡土墙对土楔的支承反力，从而求得土压力，故本法又称为滑动土楔平衡法。,由正弦定理,为墙背与土体间的外摩擦角，为墙顶土坡坡度，墙背与铅垂向夹角，为土体内摩擦角。,得,只有产生最大P值的滑动面，才是产生库仑主动土压力的滑动面。,由,可求出P为最大值时的角及对于P值。,式中，ka为主动土压力系数，它是、的函数，可制表查用。,2.库伦被动土压力,挡土墙受到外力作用向填压方向移动时，填土受到推挤而达到极限平衡状态，此时，土体给墙的反力就是被动土压力。可仿照库仑分析主动土压力的假定条件和方法。,由,可求出P极小时的角及对于P值。,总被动土压力的作用方向与水平线成-角。土压力Pp 的分布仍为三角形，见图。,当墙背垂直(=0)、光滑(=0)、土体表面水平(=0)时，库伦土压力计算与朗肯土压力公式一样。,库伦方法没有考虑黏聚力，这样求得的主动土压力值偏大，因此是偏于安全的。公式较简单，便于记忆。,滑动土体的自重分成两部分计算。,圆弧滑面整体平衡法,用条分法计算土压力,设想一个与弧面上法向反力在静力平衡方面等效的法向集中力,其作用点处滑面的斜角为,且切向反力,也与滑面上的总摩擦力等效。,由 三个平衡条件,为超越方程组，不可能用解析方法求解。可用试算迭代法求解。,圆弧滑面整体平衡法的基本原理与库仑理论是一致的，都是考虑滑动土体的整体极限平衡条件；所不同者，是假定滑动面形状为圆弧，更符合黏性填土的实际滑面形状。通过算例的计算对比说明：(1)当不计黏结力(c0)时，本方法与库仑、朗肯方法的计算结果是一致的；(2)当黏结力较小时，考虑黏结力的朗肯主动土压力公式与本法接近，但被动土压力公式仍与本法有较大出入，当黏结力较大时，考虑黏结力的朗肯公式(无论主动或被动土压力公式)与本法相差很大，这主要是由于朗肯假定滑面为平面与实际不符造成的；(3)不考虑黏结力影响的库仑公式，又假定滑面为平面，不符合黏性土实际。,当计算砂性填土(c0)的土压力时，宜采用库仑或朗肯公式，因为它们既符合实际，又比较简便；当计算黏性填土的土压力时，宜采用圆弧滑面整体平衡法或前节所述的条分法(但条分法比较麻烦)。同时，必须指出，对采用圆弧滑面整体平衡法算得的被动土压力值应有正确的分析。只有当挡土墙向填土方向产生足够的位移、使填土确实达到被动极限状态时，计算所得的被动土压力值才会真正出现。实际工程中，为保持挡墙自身的安全，不允许产生过大的变形，所以对于计算所得的被动土压力值，应进行分析折扣后选用。,在通常情况下，滑坡推力一般大于主动土压力，但对于一些中小型滑坡，有可能出现主动土压力大于滑坡推力的情况。因此在抗滑挡墙设计时，除计算滑坡推力外，还应计算支挡部位的主动土压力，在两者之间取其大值进行抗滑挡墙的验算。,2.4 抗滑挡土墙的稳定性及强度验算,1.挡土墙的稳定性验算,抗滑挡土墙的稳定性验算与普通重力式挡土墙的稳定性验算相同，仅由设计推力替代主动土压力。验算内容包括：抗滑稳定性验算和抗倾覆稳定性验算。,（1）抗滑稳定性验算,式中：Vk作用于挡土墙上的竖向合力，kN；挡土墙基底摩擦系数；Ep当挡土墙埋置较深时，考虑墙前被动土压力水平分 力，取计算值的0.3倍，kN；H作用于挡土墙上的水平设计推力，kN；Ks允许最小抗滑安全系数，一般取1.3。,不考虑逆坡,即基底面视为水平面,这样处理是偏安全的。,式中：Ks抗滑移安全系数，kN；G 重力式挡土墙每延米的自重；a0重力式挡土墙底面的倾角；,a重力式挡土墙墙背的倾角；b重力式挡土墙墙基的水平投影宽度；重力式挡土墙墙背与填土间的摩擦角，可查表；挡土墙基底摩擦系数，宜由试验确定，也可查表。,在一般情况下，对于土质地基，基底逆坡的坡度不宜大于1：10；对于岩质地基，基底逆坡不宜大于1：5。,地基与挡土结构基底间的摩擦系数,（2）抗倾覆稳定性验算,式中：MR、MO 分别为竖向合力标准值和倾覆力标准值对墙底面前趾的稳定力矩和倾覆力矩，kNm；K0 允许最小抗倾覆安全系数，一般取1.6。,抗倾覆稳定验算，通常是以墙趾O点作矩心，作用在挡土结构上的所有荷载对O点取矩，以抗倾覆力矩与倾覆力矩之比，来衡量挡土结构的抗倾覆稳定性。,式中：P下滑推力；zf 土压力作用点离墙趾的高度；x0挡土结构重心离墙趾的水平距离；墙背与填土间的摩擦角。,O,2.挡土墙截面强度验算,为保证墙身自身的安全可靠，要求挡土墙墙身应有足够的强度。设计时应对墙身截面承载力进行验算，包括：偏心压缩承载力验算和弯曲承载力验算。一般可取一、二个控制截面进行强度验算。,墙背与填土间的摩擦角,注：为挡土结构背后填土的内摩擦角。,（1）偏心压缩的承载力计算,砌体偏心受压构件承载力计算公式,式中：N由荷载设计值产生的轴向力；f 砌体抗压强度设计值；A截面面积；承载力影响系数。,h构件的厚度，挡土墙计算取墙厚。,（2）受剪承载力计算,式中：h截面高度，即挡土墙的厚度；f 砌体的抗剪强度设计值。,抗滑挡土墙其断面尺寸一般很大，通常可不进行其受剪承载力的计算。对于石砌或砌块砌筑的挡土墙当尚需验算其抗剪承载力时，可按受弯构件受剪承载力计算：,条石挡墙的顶部宽度不宜小于0.5m；块石或片石挡墙顶部宽度不宜小于0.8m；混凝土挡墙顶部宽度不宜小于0.3m。挡墙墙胸的高宽比宜采用（1:0.5）（1:0.3）；当挡墙高度小于4m时，可采用竖直墙胸。,为了增加抗滑挡墙的滑移稳定系数，可在基础底部设置单向或锯齿状逆坡。逆坡的高宽比，在土质地基上不宜大于1:10；软质岩地基上不宜大于1:8，硬质岩地基上不宜大于1:5。为解决抗滑挡墙的倾覆稳定问题，可在挡墙的背面设置卸荷平台，平台通常采用牛腿的方式挑出。必须验算挑出部分的抗剪强度。,3 抗滑挡土墙的构造,采用重力式挡墙时，土质边坡高度不宜大于8m，岩质边坡高度不宜大于10m。,重力式挡墙的伸缩缝间距，对条石、块石挡墙应采用2025m，对素混凝土挡墙应采用1015m。在地基性状和挡墙高度变化处应设沉降缝，缝宽应采用2030mm，缝中应填塞沥青麻筋或其他有弹性的防水材料，填塞深度不应小于150mm。在挡墙拐角处，应适当加强构造措施。,重力式挡墙的基础埋置深度，在土质地基中，基础最小埋置深度不宜小于0.50.8m(挡墙较高时取大值，反之取小值)；在岩质地基中，基础埋置深度不宜小于0.3m。基础埋置深度应从坡脚排水沟底起算。,在抗滑挡土墙上设置泄水孔，并在墙后设置倒滤层，使地下水顺利排出，同时又能阻挡墙后土颗粒不致流失。,排水,4 抗滑挡土墙的施工,1.填料选择,挡墙后面的填土，应优先选择透水性较强的填料。以块石、砾石为好。因粘性土的压实性和透水性都较差，并且又常具有吸水膨胀性和冻胀性，产生侧向膨胀压力，影响挡土墙的稳定性。当不得不采用粘性土作填料时，应适当加以块石或碎石。任何时候不应采用淤泥、耕植土、膨胀土等软弱有害的岩土体作为墙后填料。对季节性冻土地区，不能用冻胀性材料作为填料。墙后的回填土必须分层夯实，达到要求强度，保证质量。,2.墙身材料选择,墙身材料的选择应与抗滑挡土墙的结构型式相适应。对于重力式抗滑挡土墙，墙身材料一般采用条石、块石或块石混凝土或素混凝土。条石或块石应质地坚实，未风化或风化程度弱，强度较高，一般应选择MU30号以上的条石或块石；采用素混凝土时，混凝土强度等级一般不应低于C15。对于锚杆式抗滑挡土墙、板桩式抗滑挡土墙、竖向预应力锚杆式抗滑挡土墙等型式，其墙身材料最好采用混凝土或钢筋混凝土，混凝土强度等级不宜低于C20。对预应力锚杆的锚固区域，其混凝土等级不宜低于C30，锚固区域的大小应通过计算合理确定，防止施加预应力时锚固区域被压坏。对于加筋土抗滑挡土墙，其墙身材料一般采用级配良好的砂卵石或级配良好的碎石土作为加筋体部分的填料，筋带最好采用钢塑复合带，加筋挡土墙的面板宜采用钢筋混凝土面板。,3.施工,（1）浆砌块石、条石挡墙的施工必须采用座浆法，所用砂浆宜采用机械拌合。块石、条石表面应清洗干净，砂浆填塞应饱满，严禁干砌。,（2）块石、条石挡墙所用石材的上下面应尽可能平整，块石厚度不应小于200mm，露面应用M7.5砂浆勾缝。应分层错缝砌筑，基底和墙趾台阶转折处不应有垂直通缝。,（3）当填方挡墙墙后地面的横坡坡度大于1:6时，应在进行地面粗糙处理后再填土。本条规定是为了避免填方沿原地面滑动。填方基底处理办法有铲除草皮和耕植土、开挖台阶等。,4.施工注意事项,(1)抗滑挡土墙应尽可能在滑坡变形前设置，或在坡脚土体尚未全面开挖前，以较陡的临时边坡分段开挖设置。根据施工过程中建筑物的受力情况，施工时采取“步步为营”分段、跳槽、马口开挖，并及时进行抗滑挡土墙的修建。(2)在滑坡地段修建挡土墙前，应事先作好排水系统，合理编制施工组织设计，集中施工力量，作好施工准备，尽量缩短施工工期。(3)注意掌握施工季节，尽可能避免雨季滑坡正在急剧发展时，在坡脚开挖基坑和修建建筑物。要充分注意排除地表水，也应注意排除地下水，以防水的滞留。同时，对施工用水也应特别注意。,(4)施工时应先对滑坡体上(后)部进行刷方减载，以减小滑坡体产生的下滑力。刷方减载应按自上而下的原则进行。对刷方减载的弃土可作为抗滑挡土墙后的填料或抗滑挡土墙前的压载体。若滑坡体前缘极为松散，有时需将其清除，在这种情况下，也应采用自上而下的原则进行施工。(5)当地下水丰富时，除按设计要求作好主体工程的施工外，对辅助工程，如墙后排水沟、墙身泄水孔等，也应切实注意其质量，防止墙后积水。(6)对墙后的回填土必须分层夯实，达到设计要求。,(7)墙体施工时，必须保证施工质量，对浆砌条石挡土墙或浆砌块石挡土墙，砌筑时，砂浆必须饱满，砂浆强度应符合设计要求，保证墙体的整体性和其刚度。(8)施工时，应保证基础埋置到最深的可能滑动面以下的稳定岩(土)中，并满足设计深度。挡土墙的基底面应严禁做成顺坡，基底面的倒坡应符合设计要求。,思 考 题简述抗滑挡土墙类型、特点和适用条件。简述抗滑挡土墙布置原则。如何进行抗滑挡土墙的设计？如何进行抗滑挡土墙的稳定性及强度验 算？简述抗滑挡土墙施工的注意事项。,4 边坡工程防治技术 薄壁挡墙设计与施工,薄壁式挡土墙是钢筋混凝土结构，属于轻型挡土墙。,1 概述,结构形式,悬臂式挡土墙,扶壁式挡土墙,H6m,6mH15m,薄壁式挡土墙的结构稳定性是依靠墙身自重和墙踵板上方填土的重力来保证，而且墙踵板也显著地增大了抗倾覆稳定性，并大大减少了基底应力。,薄壁式挡土墙的主要特点是：构造简单，施工方便，墙身断面小，自重轻，可以较好的发挥材料的强度性能，能适应承载能力较低的基础。但是墙高较大时，钢材用量急剧增加，会影响经济效益。,另外，为了增加挡土墙的抗滑稳定性，减少墙踵板的长度，通常在墙踵板的中部设置凸榫（防滑键）。,榫高应根据凸榫前土体的被动土压力能够满足抗滑稳定性的要求而定（保证键前土体不被挤出）。,B1300mm,挡墙侧向土压力宜按第二破裂面法进行计算。当不能形成第二破裂面时，可用墙踵下缘与墙顶内缘的连线或通过墙踵的竖向面作为假想墙背计算，取其中不利状态的侧向压力作为设计控制值。,2 设计计算,扶壁式挡墙的计算除应符合重力式挡土墙计算规定外，还应进行结构内力计算和配筋设计。,计算扶壁式立板内力时，侧向压力分布可按图或根据当地经验图形确定。,对扶壁式挡墙，根据其受力特点可按下列简化模型进行内力计算：1 立板和墙踵板可根据边界约束条件按三边固定、一边自由的板或连续板进行计算；2 墙趾底板可简化为固定在立板上的悬臂板进行计算；3 扶壁可简化为悬臂的T形梁进行计算，其中立板为梁的翼，扶壁为梁的腹板。,0.5H,0.5ehk,0.25H,0.25H,ehk,3 构造设计,扶壁式挡墙的混凝土强度等级不应低于C20，受力钢筋直径不应小于12mm，间距不宜大于250mm。混凝土保护层厚度不应小于25mm。,扶壁式挡墙尺寸应根据强度和变形计算确定，并应符合下列规定：(1)两扶壁之间的距离宜取挡墙高度的1/31/2；(2)扶壁的厚度宜取扶壁间距的1/81/6，可采用300-400mm；(3)立板顶端和底板的厚度应不小于200mm；(4)立板在扶壁处的外伸长度，宜根据外伸悬臂固端弯矩与中间跨固端弯距相等的原则确定，可取两扶壁净距的0.35倍左右。,4 施工,扶壁式挡墙施工时应做好排水系统，避免水软化地基的不利影响，基坑开挖后应及时封闭。,施工时应清除填土中的草和树皮、树根等杂物。在墙身混凝土强度达到设计强度的70后方可进行填土，填土应分层夯实。,扶壁间回填宜对称实施，施工时应控制填土对扶壁式挡墙的不利影响。,当挡墙墙后地面的横坡坡度大于1:6时，应在进行地面粗糙处理后再填土。,4 边坡工程防治技术 锚杆挡墙设计与施工,1 概述,结构形式,板肋式锚杆挡墙,排桩式锚杆挡墙,格构式锚杆挡墙,锚杆类型,非预应力锚杆挡墙,预应力锚杆(索)挡墙,下列边坡宜采用排桩式锚杆挡墙支护：1)位于滑坡区或切坡后可能引发滑坡的边坡；2)切坡后可能沿外倾软弱结构面滑动，破坏后果严重的边坡；3)高度较大、稳定性较差的土质边坡；4)边坡塌滑区内有重要建筑物基础的类岩质边坡和土质边坡。,在施工期稳定性较好的边坡，可采用板肋式或格构式锚杆挡墙。对填方锚杆挡墙，在设计和施工时应采取有效措施防止新填方土体造成的锚杆附加拉应力过大。高度较大的新填方边坡不宜采用锚杆挡墙方案。,2 设计计算,锚杆挡墙设计应包括下列内容：1)侧向岩土压力计算；2)挡墙结构内力计算；3)立柱嵌入深度计算；4)锚杆计算和构造设计；5)挡板、立柱(肋柱或排桩)及其基础设计；6)边坡变形控制设计；7)整体稳定性分析；8)施工方案建议和监测要求。,坡顶无建(构)筑物且不需进行边坡变形控制的锚杆挡墙，其侧向岩土压力可按下式计算：,岩质边坡以及坚硬、硬塑状粘土和密实、中密砂土类边坡的锚杆挡墙，立柱和锚杆的水平分力可按下列规定计算：1)立柱可按支承于刚性锚杆上的连续梁计算内力；当锚杆变形较大时立柱宜按支承于弹性锚杆上的连续梁计算内力；2)根据立柱下端的嵌岩程度，可按铰结端或固定端考虑；当立柱位于强风化岩层以及坚硬、硬塑状粘土和密实、中密砂土边坡内时，其嵌入深度可按等值梁法计算。,除坚硬、硬塑状粘土和密实、中密砂土类外的土质边坡锚杆挡墙，结构内力宜按弹性支点法计算。当锚固点水平变形较小时，结构内力可按静力平衡法或等值梁法计算。,3 锚杆挡墙的构造,锚杆挡墙支护结构立柱的间距宜采用28m。锚杆挡墙支护中锚杆的布置应符合下列规定：1)锚杆上下排垂直间距不宜小于2.5m，水平间距不宜小于2m；2)当锚杆间距小于上述规定或锚固段岩土层稳定性较差时，锚杆宜采用长短相间的方式布置；3)第一排锚杆锚固体上覆土层的厚度不宜小于4m，上覆岩层的厚度不宜小于2m；4)第一锚点位置可设于坡顶下1.52m处；5)锚杆的倾角宜采用1035；6)锚杆布置应尽量与边坡走向垂直，并应与结构面呈较大倾角相交；7)立柱位于土层时宜在立柱底部附近设置锚杆。,肋柱和排桩截面一般采用对称配筋作法，但如果顶端设单锚的桩锚结构可根据立柱的内力包络图采用不对称配筋作法。锚杆布置上下排垂直间距不宜小于2.5m，水平间距不宜小于2.0m。锚杆锚固体上覆土层不宜小于4.0m，上覆岩层不宜小于2.0m。倾斜锚杆的倾角1035为宜，不宜大45。对于直立边坡，第一锚点位置应设于坡顶下1.52.0m。桩和肋柱顶应设置钢筋混凝土联系梁，以保证支挡结构整体共同工作；如果支护结构在施工期变形较大时，连系梁宜后浇或设置后浇段。,现浇挡土板和拱板厚度不宜小于200mm，并应保证其满足支座长度构造要求。锚杆挡墙混凝土构件强度等级均不应小于C20，肋柱宜采用碎石混凝土。同时永久性锚杆挡墙现浇混凝土构件温度伸缩缝的间距不宜大于20 25m。外锚头的防腐设计作重点考虑时，应有可靠的防腐构造处理，保证其永久防腐的可靠性。立柱的截面尺寸除应满足强度、刚度和抗裂要求外，还应满足挡板(或拱板)的支座宽度、锚杆钻孔和锚固等要求。肋柱截面宽度不宜小于300mm，截面高度不宜小于400mm；钻孔桩直径不宜小于500mm，人工挖孔桩直径不宜小于800mm。,4 边坡工程防治技术 加筋土挡墙设计与施工,1 概述,加筋土是一种在土中加入加筋材料而形成的复合土，加筋材料可以提高土的强度，增强土体的稳定性。因此，凡在土中加入加筋材料而使整个土工系统的力学性能得到改善和提高的土工加固方法均称为土工加筋技术，形成的结构亦称之为加筋土结构。主要有加筋土边坡、加筋土地基和加筋土挡墙等。,1.1 加筋土结构的应用,加筋土挡墙一般出基础、面板、加筋材料、土体填料、帽石等主要部分组成。,加筋土边坡,加筋土地基,加筋土挡墙(GRSW),加筋土挡墙于1965年由法国工程师H.Vidal（亨利.维达尔）在法国建成，1967年日本将该技术正式公布为补强土工法，1972年美国开始使用，当时的筋材是金属条，而土工合成材料加筋始于1977 年，1982 年应用土工格栅加筋，如今数量突飞猛进。,加筋土技术国外在20世纪60年代就开始应用。我国于1979年在云南的田坝矿区的小型工程中第一次试用(3座24m高的试验性加筋土挡墙)，80年代逐渐在公路、水运、铁路和水利工程中试用。取得了巨大的经济效益和显著的社会效益。,天然植物，如竹片，柳条等。一般用于临时或抢险工程。,1.2 加筋材料,金属材料，如扁钢带，带肋钢带，镀锌钢带和不锈钢钢带等。,合成材料，如聚丙烯，聚乙烯，聚酯，尼龙，玻璃纤维等。主要形式有聚丙烯条带，土工格栅，土工网，土工布等。,复合材料，如钢筋混凝土带，钢-塑复合加筋带等。,单轴格栅,网格,双轴格栅,网箱,塑料条带,带肋钢带,钢-塑复合带,钢筋混凝土带,在工程实践中，我们知道松散的砂土可堆成具有天然休止角的斜坡，粘性土体可开挖出一定高度的垂直坡面。如果在砂土中分层埋设水平向的加筋材料，则这种由砂土和加筋材料形成的筋土复合体就可保持一定的高度和直立状态而不塌成斜坡，与粘性土体相类似。,1.3 加筋土工作基本原理,根据迄今为止的研究成果，筋-土间相互作用的基本原理大致可归纳为两大类：一是摩擦加筋原理，二是准粘聚力原理，或似粘聚力原理。,摩擦加筋原理,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，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探阻力均能抵抗相应的土推力，则整个墙体就不会出现BC滑动面，加筋土体的内部稳定性就有保证。,准粘聚力原理,将未加筋砂和加筋砂试验的极限平衡条件进行比较，加筋砂多了一项由c引起的强度增加，这个“粘聚力”砂土本身是没有的，而是砂土加筋后的结果。,在三轴对比试验中，如果未加筋砂土样在1、3作用下达到极限平衡(见图为未破坏时的应力状态，为未加筋砂极限破坏状态)。保持 3 不变，则加筋砂在相同应力状态下未破坏，而是1 增至1f 才达到极限破坏状态，如图所示。砂样在加筋前后的值不变，加筋后土的强度提高了，它有一条新的强度线来反映这些关系。,(1)结构新颖、造型美观,加筋土挡墙与传统支挡结构相比，具有以下特点：,面板可根据环境和需要构思出各种图案，与景观、环境、相邻建(构)筑物等配套协调，富于艺术感染力。,(2)技术简单、施工方便,加筋土结构结构简单，技术容易掌握，需要的施工机械较少，加筋体逐层回填压实形成柔性结构，对地基变形适用性大，地基处理简单。,(3)要求较低、节省材料,加筋土结构大宗材料为加筋土填料(一般填土)，其来源广泛，基础小、面板薄，所用材料少。,1.4 加筋土挡墙的特点,(4)施工速度快、工期短,面板可现场先预制，也可进行工厂化生产，再运至现场安装。施工作业简单，施工工序少，现场比较好管理。,(5)造价低廉、效益明显,加筋土结构的造价与同等条件下的其他支挡结构相比，节约造价幅度一般为1050。加筋土挡墙的墙面板可以垂直砌筑，加筋土边坡的坡度一般也比较大，因此，工程占地较少。另外，施工时对环境的影响小，施工快、工期短，其综合效益十分显著。,(6)适应性强、应用广泛,1.5 加筋土挡墙的形式,路肩式,断面外轮廓,路堤式,台阶式,复合式,路肩式,路堤式,台阶式,复合式,矩形,结构断面,正梯形,倒梯形,锯齿形,加筋体墙高6m以下者，一般选用矩形断面。,墙后边坡较陡，地基基础条件较好，宜选用倒梯形断面。,加筋体地基条件较差，后方边坡平缓，宜选用正梯形断面。,墙体较高，或墙基础本身较高，为满足整体稳定要求和地基承载力要求时，可选用锯齿形断面。,矩形,正梯形,倒梯形,锯齿形,1.6 加筋土挡墙的构造,1.基础,面板下的条形基础的作用主要是便于安砌墙面板，起支托、定位的作用，其尺寸大小视地基、地形条件而定，宽度不宜小于30cm，厚度也不宜小于30cm。可采用C15素混凝土或浆砌条石。,基础的埋深在无浸水地区，一般可取60100cm；浸水工程应根据水流的冲刷和淘刷作用大小而定，一般不少于150cm。斜坡上的加筋体应设不小于1m宽的护脚。,面板下的基础及加筋体下的基础都应满足地基承载力要求。若承载力不满足，应进行地基处理，处理方法与其他地基处理方法一样，如换填、挤密、抛石、桩基和加筋地基处理等。,条形基础沿纵向可根据地形、地质、墙高等条件设置沉降缝，其间距一般取1030m，岩石地基可取大值。在新旧建筑物衔接处、在地形或地质条件突变处都应设沉降缝。沉降缝间距设置时还应考虑面板的长度模数。基础的沉降缝、加筋体墙面的变形缝、帽石或压顶的伸缩缝应统一考虑，一般做成垂直通缝，缝宽24cm，用沥青木板等填塞。,2.面板,面板的作用是装饰整洁墙面、约束土体、传递下滑土体的推力，与加筋材料、填料共同形成加筋体。面板的选择原则是与环境协调、造形优美、便于施工(预制脱模方便、便于安装、与筋带连接方便)、造价经济。面板的形式常用的有槽形板、十字板、六角形板、L形板、矩形板等。,面板的厚度由拉筋拉力对面板的作用计算而确定，长和宽要与筋带的铺设、施工方法相一致，一般厚度在1220cm左右，长以150cm左右为宜，高50120cm。每块标准板上应有四个结点。上、下两面形状和尺寸要考虑到安砌和整体性要求。,工程中常用的面板是钢筋混凝土面板，混凝土标号不低于C20。为了施工安装方便，同时也增强墙面的整体性，可在面板中预留插孔，用钢筋作连接插销。面板安装就位后用钢筋插入插销孔，再灌入水泥浆或水泥砂浆。这种处理可省去面板安装施工时的支架，施工非常方便、简单、快速。插销孔直径3cm，插筋1012mm。,3.加筋材料,加筋材料应具有较高的强度，受力后变形小，表面粗糙、能与填料产生足够的摩擦力，抗腐蚀性好，加工、接长方便，与面板的连接简单、可靠。,加筋材料目前应用的有5种，一是钢带，二是钢筋混凝土板带，三是聚丙烯条带，四是复合土工带，钢-塑复合土工带和玻璃纤维复合土工带，五土是土工格栅、土工网格和复合土工布。,加筋材料铺设时应尽量在每层中均匀铺开，除结点附近外，不能重叠，加筋材料应伸直，不宜有挠曲，不应有折皱。加筋材料在空间可以交叉，但交叉处加筋材料不宜接触。,4.加筋体填料,填料的选择要求易压实、与拉筋材料有足够的摩擦力、满足化学和电化学标准，对浸水工程要求水稳定性好。因此，砾类土、砂类土、碎石土、黄土、中低液限粘性土及工业废渣(要满足化学和电化学标准)均可。,要达到规定的压实度，填料本身的颗粒级配应比较好，对砂砾石填料，最大粒径不得大于填料压实厚度的2/3，且不大于15cm，其总量不大于15。第二，填料的含水量应接近于最佳含水量；第三，填料必须分层碾压，分层厚度一般在30cm左右，碾压机械也必须达到一定的标准。,2 加筋土工程设计一般规定,加筋土工程设计应根据工程的使用任务、工程性质、工程特点和发展需要，按照安全、适用、经济、美观的要求和因地制宜、合理取材、有利施工、便于维护和多方案比选的原则进行设计。,加筋土工程设计应保证结构的稳定和安全，保证各部分具有足够的强度、耐久性，保证加筋体的整体稳定性。,加筋土工程设计一般包括四方面的内容，一是构造设计，二是结构计算，三是施工图绘制和明确施工技术要求，四是工程概算或预算。,与其他结构物一样，作用于加筋土结构上的荷载有永久荷载、可变荷载、偶然荷载三种类型。,3 荷载类型与组合,3.1 荷载类型,作用于加筋土挡墙上的荷载一般为：,a加筋体重力；b加筋体上填土重力；c水的浮力和加筋体后方的剩余水压力、水流力；d加筋土体后方土的侧压力；e车辆的等代荷载、固定设备、堆货等使用荷载(包括垂直力和侧压力)，船舶荷载(系缆力，挤靠力，撞击力)；f地震荷载。,公路加筋土结构的荷载组合有6种：,3.1 荷载组合,组合：基本可变荷载(平板挂车和履带车除外)的一种或几种与永久荷载的一种或几种组合；,组合：基本可变荷载(平板挂车和履带车除外)的一种或几种与永久荷载的一种或几种与其他可变荷载的一种或几种组合；,