公路工程-挡土墙设计

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1、第八节 挡土墙设计第八节 挡土墙设计 一、挡土墙用途、类型及使用条件（一）使用场合 挡土墙是支撑路基填土或者山坡土体、防止填土或体变形失稳的构造物。1、路堑挡土墙山坡陡峭，降低边坡高度、减少开挖或者地质不良，防止滑坡。2、山坡挡土墙：3、路肩挡土墙：4、路堤挡土墙：收缩坡脚，防止陡坡堤下滑 *挡土墙设置与否，同其它工程方案比较确定 （1）与移改路线位置进行比较。（2）与填筑或开挖边坡相比较 （3）与坼移有关干扰路基的构造物（房屋，河流，水渠）等比较 （4）与设置其它类型的构造物（桥，护墙）等比较 （二）类型及使用范围*1、重力挡土墙特点：(1)依靠墙身自重抵抗土压力的作用 (2)形式简单，取材

2、容易，施工简单。适用：(1)地基良好，地震和沿河受水冲刷地区（干砌重力式挡墙墙高低于6m，浆砌挡墙墙高低于12m，高速公路、一级公路不应采用干砌挡土墙）；(2)盛产砂石地区。（二）类型及使用范围*2、石砌衡重式挡土墙 特点：(1)利用衡重台上部填土的重力作用和全墙重心的后移，增加墙身稳定，节约断面尺寸；(2)墙面陡直，下墙墙背仰斜，可降低墙高，减少基础开挖适用范围：(1)盛产砂石地区(2)适合于山区，地面横坡陡峭的路肩墙，路堑墙，路堤墙。3、锚定式挡土墙 1）锚杆式分为钢筋混凝土主栓，挡土板，钢锚杆 特点：(1)断面尺寸小；(2)立柱、挡板可预制 适用范围：（1）高挡墙；（2）备有钻岩机、压浆

3、机等设备；（3）较宜用于路堑墙，亦可用于路肩墙（4）每级墙高不宜大于8m2）锚定板式：墙后土压力由挡土板传立柱传锚杆形成锚固力特点：（1）构件断面小，工程量省；（2）不受地基承载力的限制；（3）构件可预制。适用范围：（1）特别适用于地质不良时，石料缺乏，挖基困难，有锚固条件的路基挡土墙4、薄壁式挡土墙1）悬臂式 ：立壁、底板 2）扶壁式：主要依靠腹板上的填土量来保证。悬臂式挡土墙4、薄壁式挡土墙特点：（1）自重轻，做工省（2）需用一定量的钢材。适用范围：（1）适用于墙高较大，地质条件一般的地区；（2）缺乏石料地区；（3）相对而言，扶壁式挡墙可比悬臂式挡墙做的更高，此时较悬臂式挡墙更经济。5、加

4、筋土挡土墙：填土、填土中布置拉筋条、墙面板 受力：放置拉筋材料，填土压实，通过填土与拉筋间的摩擦作用，把土的侧压力传给拉筋。n5、加筋土挡土墙：填土、填土中布置拉筋条、墙面板特点：（1）对地基承载力要求低；（2）属于轻型支挡结构，建筑高度大；（3）适合在软弱地基上建造；（4）施工简便，施工速度快；（5）圬工量少，节省投资30%70%；（6）少占地，外形也美观。适用范围：(1)缺乏石料地区；(2)适用于石质土、砂性土、黄土地区修建较高的路肩墙或路堤墙;(3)对于地震烈度8度以上地区和具有强烈腐蚀环境中不宜使用；(4)对于浸水条件下应慎重应用。*二、挡土墙的构造 挡土墙的构造应满足：强度；稳定性；

5、就地取材、结构合理、断面经济；施工养护方便、安全。常用重力式挡土墙组成：墙身；基础；排水设施；伸缩缝。1、墙身构造：P126 墙背：仰斜、垂直、俯斜、凸形折线式、衡重式。墙面：平面。坡度1：0.05到1：0.20(地面较陡)；坡度1：0.20到1：0.35(地面平缓)墙顶：最小宽度。浆砌挡土墙不小于浆砌挡土墙不小于5050厘米厘米 干砌不小于干砌不小于6060厘米。厘米。护栏：地形险峻地段，过高过长路肩墙的墙顶设置护栏。2、基础 重视挡土墙的基础设计,应对地质条件进行详细调查，先做挖深或钻探。类型：墙趾或墙踵部分加宽 扩大基础 钢筋混凝土底板 台阶基础 拱型基础 基础埋置深度:无冲刷时，天然地

6、面以下至少1米 有冲刷时，在冲刷线以下1米 受冻涨影响时，在冻涨线以下不小于0.25米 3、排水设施 目的：疏干墙后土体；防止地面水下渗；防止墙后积水形成静水压力等 主要措施：设置地面排水沟，或排地面水。夯实回填土顶面和地面松土，防止雨水及地面水下渗。路堑挡土墙墙趾到边沟予以铺砌加固，以防止边沟水渗入基础。设置墙身泄水孔，排除墙后水。4、沉降、伸缩逢 地基不均匀沉陷引起墙身开裂，即沉降逢；墙体伸缩产生裂缝，即伸缩缝。根据地形及地质情况：每隔10-15米设一道沉降伸缩缝。填料：胶泥填塞，沥青麻筋或涂以沥青的木板（渗水量大、冻寒严重地区），当墙背为填石或冻寒不严重时，可仅留空缝，不嵌填料。三、挡土

7、墙压力计算（一）作用在挡土墙上的力系1、一般地区挡土墙受到的主要力系 1）挡土墙自重G及位于墙上的恒载 2）作用于墙背上的主动土压力Ea 3）基底的法向反力N及摩擦力T 4）墙前被动土压力 2、附加力：季节性作用于挡土墙上的各种力 如：洪水时的静水压力和浮力，动水压力，波浪冲击力，冻胀压力，冰压力等。3、特殊力：偶然出现的力。如：地震力、施工荷载、水流漂浮物的撞击力。考虑原则：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 主动土压力：当挡土墙向外移动，土压力随之减少，直到墙后土体沿破裂下滑而处于平衡状态时，作用于墙背的土压力。*设

8、计中考虑主动土压力（二）一般条件下库伦主动土压力计算。1、各种边界条件下主动土压力计算。库仑理论的要点为：（1）假设墙背填料为均质散粒体，仅有内摩擦力，而无粘聚力。（2）当墙背向外移动或饶墙趾外倾时，墙背填料会出现一通过墙踵的破裂面，并为平面。（3）破裂面上的土楔，既为刚性体，根据静力平衡条件，确定土楔处于极限平衡状态时给予墙背的主动土压力（4）通过墙锺，假拟若干个破裂面，其中使主动土压值最大的破裂面为最危险破裂面.dE/ds=0 求得破裂面的位置和主动土压力值。（5）假设土压力沿墙高呈直线分布土压力作用在墙高的下三分点处（土楔上无荷载作用时）与墙背线夹角为2、库仑理论适用范围：（1）概念简单

9、明了，适用范围广。可以解算各种墙背情况。不同墙后填料表面形状和荷载作用情况下的主动土压力。（2）适用于砂性土，计算主动土压力与实际情况较接近。粘性土、平面代曲面，误差不大，影响因数多，缺乏实践经验。（3）库仑理论适用于刚性挡土墙。柱板式，锚杠式和锚定板式柔性挡土墙需作假设。*3、大俯角墙背的主动土压力第二破裂法 在挡土墙设计中：往往会遇到墙背俯斜很深，即墙背做倾角比较大的情况（如折线形挡土墙的上墙墙背，衡重式挡土墙上墙的假想墙背。）当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，而是沿土体的另一破裂面滑动，称为第二破裂面，远离墙的破裂面称为第一破裂面。出现第二破裂面的条件

10、：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：使破裂面棱体不会沿墙背或假象墙背下滑）（四）折线形墙背的土压力计算 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。上墙土压力，不考虑下墙影响。衡重式考虑是否出现第二破裂面。下墙土压力计算：1、延长墙背法：画出全墙应力分布图，截取BB，即为下墙土压力 2、力多边形法：墙背土体，处于极限平衡条件下，作用于破裂棱体上的各力，构成力多边形。求得上墙土压力后可绘出下墙破裂面力多边形。P 138 （五）粘性土土压力计算 1、等效内摩擦角法

11、：通常将内摩擦角与单位粘聚力换成为较实有摩擦角值为大的“等效内摩擦角”，按砂性土公式来计算。换算原则：抗剪强度相等或土压力相等。2、力多边形法。（六）不同土层的土压力计算 首先求得上一土层的土压力及作用点 并近似得假定：上下两土层层面平行 计算下一土层时，讲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。四、挡土墙稳定性验算（一）挡土墙稳定验算方法 1、抗滑稳定性验算 基底摩擦阻力抵抗挡土墙滑移的能力。2、抗倾覆稳定性验算 为保证挡土墙抗倾覆稳定性，经验算它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力。3、基底应力及合力偏心距验算为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力基底应力验算。为避免挡土墙不均匀

12、沉陷控制基底合力偏心矩。1）基础底面的压应力：（1）轴心荷载作用时：P=N/A （2）偏心荷载作用时：基底合力偏心距e 2）基底合力偏心距：应满足P146表5-333）地基应力设计值应满足地基承载力的抗力值 （1）当轴向荷载作用时:Pf f-地震承载力抗力值 （2）当偏心荷载作用时：P 1.2 f 4、墙身截面强度验算 保证墙身有足够强度,根据经验选择12个截面验算。图562（二）增加挡土墙稳定的措施 1、增加抗滑稳定性措施 1）设置倾斜基底：向内倾斜基底偏角越大越有利。2）利用凸榫基础：混凝土凸榫与基础连成整体，利用榫到土体产生被动土压力增加抗滑稳定性。3)采用人工基础 4)改变墙型或墙背形

13、状 2、增加抗倾覆稳定性的措施 增大稳定力矩，减小倾覆力矩。1）展宽墙趾，增加稳定力臂。2）改变墙面及墙背坡度。改缓墙面坡度减少土压力 改陡俯斜墙减少土压力 3）改变墙身断面类型 改为衡重式或墙后设卸荷平台。（二）增加挡土墙稳定的措施 3、提高地基承载力或减小基底应力的方法 1）采用人工基础 2）采用扩大基础五、挡土墙设计路基在遇到下列情况时可考虑修建挡土墙：1、路基位于陡坡地段活岩石风化的路堑边缘地段。2、为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑地段。3、可能产生塌方、滑坡的不良地质路段。4、水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿沙路基地段。5、为节约用地、减少折迁或少占农田的地段。6、为保护重要建筑物，

14、生态环境或其他特殊需要的地段。技术和经济技术和经济（一）挡土墙的布置 1、挡土墙位置的选定：路堑挡土墙大多设在边沟旁；山坡挡土墙设在基础可靠处，墙高得保证墙顶以上边坡高度。当路肩墙和路堤墙墙高数量相近，基础情况相似时，优选路肩墙（可收缩坡脚）。2、在路基横断面上布置挡土墙 在墙高最大处，墙身断面或基础形式变化处，以及其他必要桩号处的路基横断面图上，按拟定墙身方案及其相应位置布置挡土墙，初步确定其断面形式、位置、基础类型及埋深。确定墙身断面形式的一般原则是路堑墙宜用仰斜式或折线式；对路肩墙和路堤墙，当地形陡峻时宜选用俯斜式或衡重式；地形平坦时选用仰斜式。3 在墙趾纵断面图上布置挡墙按横向布置初步

15、确定的挡墙位置基础埋深大小绘制或补测墙趾纵断面图，并在墙趾纵断面图上纵向布置挡土墙，确定挡土墙的起讫点墙分段长：挡土墙分段长按设置沉降伸缩缝的要求进行，一般为1015m。泄水孔位置等，3 在墙趾纵断面图上布置挡墙。挡土墙基础布置形式应根据地形和地质情况变化而定。墙趾地面有纵坡时，挡土墙的基底宜做成不大于5%的纵坡。当地基为岩石时，为减少开挖，可沿纵向做成台阶。台阶尺寸随纵坡大小而定，但其高宽比不宜大于1:2。挡土墙与路基或其他结构物的衔接方式，关系到前后工程的衔接是否协调顺适和挡土墙的长度与稳定性。一般，路肩墙与路堤衔接，应采用锥坡；与桥台连接需在台尾与挡土墙之间设置隔墙（与挡土墙纵断面垂直）

16、和接头墙（与隔墙垂直）。4 根据初步确定的墙型、墙高、地基及填料的物理力学指标等设计资料进行验算，以确定墙身断面尺寸。5 根据验算结果，选择其中最合理经济的断面作为设计断面。6 根据上述反复计算和调整后得出的断面尺寸方案，绘制挡土墙的横断面图，纵断面图，必要时还需绘制平面图。在墙趾纵断面图上，需标明挡土墙的起讫点 墙长两端连接方式 沉降伸缩缝位置、基底线泄水孔位置及各特征断面（布置有挡土墙的路基横断面）的桩号，以及墙顶、基础顶面、基底、各特征水位线、冲刷线和冰冻线等的标高。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的地貌与地物情况。沿河挡土墙还应绘出河道及水流方向，防护与加固工程等。7 编制设计说明简要说明可直接写在设计图上。如有必要则另编专门的说明书，应说明的内容包括：选用挡土墙方案的理由，挡土墙结构类型和设计参数的选择依据，对材料及施工的要求和注意事项，主要工程数量等。如采用标准图，应注明其编号。六、浸水挡土墙设计 1、浸水挡土墙与一般挡土墙的区别2、浸水挡土墙的土压力计算(砂性土和粘性土)六、浸水挡土墙设计 3、浸水挡土墙的稳定性验算(1)抗滑稳定性验算；(2)抗倾覆稳定性验算；(3)基底应力与合力偏心距验算；(4)墙身截面强度验算；(5)最不利水位的求算。