路面路基工程课件第6章挡土墙设计文档.pptx

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1、路面路基工程汽车与交通学院第六章 挡土墙设计第六章 挡土墙设计 1 概述 2 挡土墙土压力计算 3 挡土墙设计 4 浸水路堤挡土墙设计(不考)5 地震地区挡土墙设计 6 轻型挡土墙第六章 挡土墙设计l学习要点：掌握重力式挡土墙的构造、挡土墙的土压力计算及稳定性验算；熟悉挡土墙的用途；了解浸水路堤挡土墙、地震地区挡土墙、轻型挡土墙和加筋挡土墙设计；6-1 概述一、挡土墙的用途 u 挡土墙定义:为防止土体坍塌而修筑的，主要承受侧向土压力的墙式建筑物。u 按照墙的设置位置，分为：路肩墙、路堤墙、路堑墙和山坡墙等类型。u 作用：u 路肩墙或路堤墙 u 高填路堤或陡坡路堤的下方，防止路基边坡或基底滑动，

2、确保路基稳定；收缩填土坡脚，减少填方数量，减少拆迁和占地面积，保护临近线路的既有重要建筑物。安全、经济u 作用：u 滨河及水库路堤挡土墙 u 傍水一侧设置挡土墙，防止水流对路基的冲刷和浸蚀，减少压缩河床或少占库容。安全、经济u 作用：u路堑挡土墙:堑坡底部，支撑开挖后不能自行稳定的边坡，减少挖方数量，降低边坡高度。安全、经济u作用：山坡挡土墙:堑坡上部，支挡山坡上可能坍滑的覆盖层，有拦石作用。安全u 挡土墙各部分名称：n 墙背 n 墙面(墙胸)n 墙趾 n 墙踵 n 倾角。u 按墙背的倾角方向分：n 俯斜、仰斜和垂直三种。n 墙背向外侧倾斜俯斜墙背正；n 墙背向填土一侧倾斜仰斜墙背负；n 墙背

3、铅垂垂直墙背零。n 墙背单一坡度直线形墙背；n 多个坡度折线形墙背。想象一下一个人背靠在山坡上二、挡土墙类型 1.重力式挡土墙 特点：圬(w)工量较大，型式简单，施工方便，就地取材，适应性较强，广泛采用。墙背型式：直线形、衡重台、折线形 重点Meaning？指除指除钢筋筋砼、预应力力砼、钢结构以外，由构以外，由纯混混凝土或凝土或砖石砌体材料石砌体材料的的建筑。建筑。直线形：普通重力式挡土墙，其断面型式最简单，土压力计算简便。带衡重台的挡土墙：衡重式挡土墙 主要稳定条件:仍凭借于墙身自重 衡重式挡土墙适于在山区公路建设中采用，由于基底面积较小，对地基承载力要求较高，因此应设置在坚实的地基上。不带

4、衡重台的折线形墙背挡土墙：介于上述两者之间。2.锚定式挡土墙 包括：锚杆式和锚定板式两种。锚杆式挡土墙：一种轻型挡土墙，主要由预制的钢筋混凝土立柱、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，另一端被锚固在山坡深处的稳定岩层或土层中。锚杆2.锚定式挡土墙 特点：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。适用：墙高较大、石料缺乏或挖基困难地区，一般多用于路堑挡土墙。p 锚定板式挡土墙：适用：缺乏石料地区，且不适用于路堑挡土墙。锚定式挡土墙的特点：锚定板产生的抗拔力抵抗侧压力，保持墙的稳定。构件断面小，工程量省，不受地基承载力的限制

5、，构件可预制，有利于实现结构轻型化和施工机械化。缺点：钢材用量大,施工工艺较高，要有钻孔、灌浆等配套的专用机械设备。对水较敏感,易受水侵蚀产生断裂与滑移3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，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筑肋板(扶壁)联结墙面板及踵板，称为扶壁式挡土墙。薄壁式挡土墙特点：墙身断面较小，结构的稳定性主要依靠踵板上的填土重量来保证。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。缺点：需要大量钢材4.加筋土挡土墙 加筋土挡土墙：由填土、填土中布置的拉

6、筋条以及墙面板三部分组成。在垂直墙面的方向，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，从而稳定土体。能用于路堑吗？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。特点：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，适用于填土路基。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。结构简单，圬工量少，与其它类型的挡土墙相比，可节省投资30-70，经济效益大。缺点：对水敏感加筋土挡土墙破坏形式6-2 挡土墙土压力计算一、作用在挡土墙上的力

7、系 按力的作用性质分为 主要力系 附加力 特殊力 主要力系：经常作用于挡土墙的各种力。包括：1.挡土墙自重及位于墙上的衡载；2.墙后土体的主动土压力。(包括作用在墙后填料破裂棱体上的荷载，简称超载)3.基底的法向反力及摩擦力；4.墙前土体的被动土压力。对浸水挡土墙而言，在主要力系中尚应包括常水位时的静水压力和浮力。6-2 挡土墙土压力计算附加力：季节性作用于挡土墙的各种力。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。6-2 挡土墙土压力计算特殊力：偶然出现的力。地震力 施工荷载 水流漂浮物的撞击力等。设计：按最不利的组合作为依据。6-2 挡土墙土压力计算二、一般条件下库

8、伦主动土压力计算 u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，作用于墙背的土压力称 主动土压力；6-2 挡土墙土压力计算u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；6-2 挡土墙土压力计算u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。6-2 挡土墙土压力计算设计：按墙背土体达到主动极限平衡状态，取一定的安全系数，以保证墙背土体的稳定。6-2 挡土墙土压力计算路堤挡土墙：按破裂面交于路基面的位置不同，可分为5种图示：1交于内边坡，

9、2交于荷载的内侧 3交于荷载的中部 4交于荷载的外侧 5交于外边坡。6-2 挡土墙土压力计算1 破裂面交于内边坡（路堤式或路堑式）6-2 挡土墙土压力计算因：因：而当参数、固定时，则：则：所以：所以：为求最大土压力，首先要求对应最大土压力的破裂角取：取：土压力的水平和垂直分力为：（一）破裂面交与内边坡 6-2 挡土墙土压力计算6-2 挡土墙土压力计算2 破裂面交于路基面6-2 挡土墙土压力计算3 破裂面交于外边破6-2 挡土墙土压力计算 求解过程：n 破裂棱体面积S n 重量G n 土压力Ea表达式 n d Ea/d=0 n t g n 代入Ea表达式6-2 挡土墙土压力计算 三、大俯角墙背的

10、主动土压力 6-2 挡土墙土压力计算 三、大俯角墙背的主动土压力第二破裂面法 l第二破裂面：墙背俯斜很缓，墙背倾角很大，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。破裂棱体并不沿墙背或假想墙背滑动，而是沿着土体的另一破裂面滑动。6-2 挡土墙土压力计算 三、大俯角墙背的主动土压力第二破裂面法 挡土墙承受着第二破裂面上的土压力，Ex是Ea的水平分力，故可以列出以下函数关系：6-2 挡土墙土压力计算满足：6-2 挡土墙土压力计算 判断第二破裂面的条件是：1)墙背或假想墙背的倾角必须大于第二破裂面的倾角i，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的抗滑力必须大于

11、其下滑力，即NRNG使破裂棱体不会沿墙背或假想墙背下滑；6-2 挡土墙土压力计算计算过程：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方程式；3.求Ex的最大值及相应的破裂角i 和i；4.求主动土压力Ea的作用点。6-2 挡土墙土压力计算 四、折线形墙背土压力 分为上、下墙分别计算,再求矢量和 计算上墙时,先判别是否出现第二破裂面 计算下墙时:a)延长墙背法 b)多边形法6-2 挡土墙土压力计算下墙土压力计算方法：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

12、应力分布图，从中 截取下墙B B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。6-2 挡土墙土压力计算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，构成矢量闭合的力多边形。算得上墙土压力后，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，这种方法叫力多边形法。6-2 挡土墙土压力计算6-2 挡土墙土压力计算五、粘性土土压力计算 1等效内摩擦角法 将内摩擦角 与单位粘聚力c，换算成较实有 值为大的“等效内摩擦角”D，按砂性土的公式来计算土压力。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

13、510，或采用等效内摩擦角D为3035。6-2 挡土墙土压力计算2力多边形法(数解法)当墙身向外有足够位移时，粘性土土层顶部会出现拉应力，产生竖向裂缝，裂缝从地面向伸至拉应力趋于零处。在垂直裂缝区范围内，竖直面上的侧压力等于零，因此在此范围内不计土压力。6-2 挡土墙土压力计算六.不同土层的土压力计算 首先求得上一土层的土压力E1X及其作用点高度Z1X，并近似假定：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，按地面为一平面的库仑公式计算，后截取下一土层的土压力图形为其土压力。（6-38）（6-39）6-2 挡土墙土压力计算七.有限范围填土的土压力计算 如果挡土墙修在陡坡的半路堤

14、上，或上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，当其倾角陡于计算求得的破裂面倾角时，墙后填料将沿陡坡面下滑，此时作用在墙上的主动土压力为：（6-40）6-2 挡土墙土压力计算八.被动土压力的计算 实践表明：用库仑理论计算的被动土压力常有和很大的偏常有和很大的偏于不安全的误差。于不安全的误差。（6-41）当建筑物的设计要考虑土的被动抗力时，应对被动土压力的计算值进行大幅度折减。6-2 挡土墙土压力计算不常用九、车辆荷载的换算6-2 挡土墙土压力计算6-3 挡土墙设计 路基在遇到下列情况时可考虑修建挡土墙：(1)路基位于陡坡地段或岩石风化的路堑边缘地段；(2)为避免大量挖方及降低

15、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河路基地段；(5)为节约用地、减少拆迁或少占农田的地段；(6)为保护重要建筑物、生态环境或其它特殊需要的地段。总结：可能塌、有水、省地一.挡土墙的布置 路堑挡墙大多数设在边沟旁山坡挡墙设在基础可靠处，墙高应保证墙后墙顶边坡稳定路肩墙与路堤墙墙高或截面圬工数量相近、基础情况相似时，优先选用路肩墙沿河路堤挡墙应结合河流情况布置，注意保持水流通畅1.挡土墙位置的选定6-3 挡土墙设计Why?一.挡土墙的布置（1）确定挡土墙的起迄点，选择挡土墙与路基或其他结构物的衔接方式 2.挡土墙纵向布置（2）确定伸缩缝

16、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6-3 挡土墙设计q一.挡土墙的布置 挡土墙与路基或其他结构物的衔接方式u路肩挡土墙：端部可嵌入石质路线中采用锥坡与路堤衔接与桥台连接时，需在台尾与挡墙间设置隔墙与接头墙u路堑挡土墙：在隧道洞口应结合隧道洞门、翼墙的设置平顺衔接 与路堑边坡衔接时，一般将墙高逐渐降低至2m以下，有时也可与横向端墙连接 6-3 挡土墙设计一.挡土墙的布置 6-3 挡土墙设计一.挡土墙的布置 3.挡土墙横向布置横向布置选择在墙高最大处、墙身断面或基础形式有变异处，以及其他必须桩号处的横断面上进行，确定墙身断面、基础形式和埋置深度、

17、排水设施等。4.挡土墙平面布置对个别复杂的挡土墙，在绘制平面图时，应表明挡土墙与路线的平面位置及附加地貌与地物等情况，沿河挡土墙还应绘出河道及水流情况，防护与加固工程等。6-3 挡土墙设计二.挡土墙的构造（一）.墙身构造仰斜墙背所受土压力小，墙身断面较经济。适用于路堑墙及墙趾处地面平坦的路基墙或路堤墙。坡度不宜缓于1：0.31.墙背6-3 挡土墙设计二.挡土墙的构造（一）墙身构造俯斜墙背所受土压力较大，地面横坡较陡时，可采陡直的墙面。俯斜墙背也可做成台阶形。1.墙背凸形折线墙背系将仰斜式挡土墙的上部墙背改为俯斜，以减小上部断面尺寸，多用于路堑墙。衡重式墙适用于山区地形较陡处的路肩墙或路堤墙，也

18、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，上下墙高比一般采用2：3。6-3 挡土墙设计二.挡土墙的构造（一）墙身构造墙面一般均为平面，坡度应与墙背坡度协调。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1：0.201：0.35。2.墙面3.墙顶墙顶最小宽度：浆砌挡土墙不小于50cm，干砌不小于60cm。浆砌路肩墙墙顶一般采用粗石或混凝土做成顶帽，厚40cm，干砌挡土墙墙顶50cm高度内，应用25号砂浆砌筑，以增加稳定。6-3 挡土墙设计二.挡土墙的构造（一）墙身构造在地形险峻地段或过高过长的路肩

19、墙的墙顶应设置护栏。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0.5m2.护栏6-3 挡土墙设计2基础 1)基础类型 扩大基础：将墙趾或墙踵部分 加宽成台阶，或两侧同时加宽，以加大承压面积。加宽宽度 一般不小于20cm。台阶高度 按加宽部分的抗剪、抗弯拉和 基础材料的刚性角的要求确定。钢筋混凝土底板：其厚度由剪力和主拉应力控制。6-3 挡土墙设计换填：扩散基底压应力，使之均匀地传递到下卧软弱土层中。台阶基础：减少基坑开挖和节省圬工。拱形基础：6-3 挡土墙设计二.挡土墙的构造 土质地基：2.基础埋置深度碎石、砾石和砂类地基：基础埋深不宜小于1m。l无冲刷时，在天然地面

20、以下至少1m；l有冲刷时，在冲刷线以下至少1m；l受胨胀影响时，在冻结线以下至少0.25m。冻深超过1m时，应采用1.25m，基底应夯填一定的砂砾或碎石垫层。岩石地基：应清除表面风化层，基础嵌深参照表6-2。当地基土内可能出现滑动面时，应将基础埋在滑动面以下6-3 挡土墙设计6-3 挡土墙设计二.挡土墙的构造（三）.排水设施排水措施：l设置地面排水沟；l夯实回填土顶面和地面松土；l铺砌加固路堑挡墙墙趾的边沟；l设置墙身泄水孔，排除墙后水。6-3 挡土墙设计二.挡土墙的构造（三）排水设施l泄水孔尺寸：5cm*10cm、10*10cm、15cm*20cm的方孔或直径510cm的圆孔。孔眼间距一般2

21、3m，孔眼上下错开布置。l下排排水孔出口应高于墙前地面或边沟水位0.3m l下排泄水孔进口底部应铺设30cm厚的粘土隔水层 6-3 挡土墙设计二.挡土墙的构造（三）排水设施l泄水孔的进水口部分应设置粗粒料反滤层，以免孔道堵塞 l墙背填土透水性不良或可能发生胨胀时，应在最低一排泄水孔至墙顶以下0.5m范围内铺设厚度不小于0.3m的砂卵石排水层。6-3 挡土墙设计二.挡土墙的构造（四）沉降缝与伸缩缝沉降缝：避免地基不均匀沉陷而引起墙身开裂 伸缩缝：防止圬工砌体因收缩硬化和温度变化而产生裂缝 6-3 挡土墙土设计二.挡土墙的构造（四）沉降缝与伸缩缝一般两缝合并设置，沿路线方向每隔1015m设置一道，

22、缝宽23cm，缝内一般可用胶泥填塞，渗水量大时宜用沥青麻筋或涂以沥青的木板等填塞，填深不宜小于0.15m。干砌挡墙，缝两侧应选用平整石料砌筑，使成垂直通缝 6-3 挡土墙设计6-3 挡土墙设计三.挡土墙的荷载的计算方法 设计时，应按上述荷载的可能不利组合不利组合进行计算 1.挡土墙的荷载三.挡土墙的荷载的计算方法 设计时，应按上述荷载的可能不利组合进行计算 1.挡土墙的荷载6-3 挡土墙设计6-3 挡土墙设计三.挡土墙的荷载的计算方法 挡土墙设计按“分项安全系数极限状态”法进行 2.挡土墙的设计原则挡土墙设计分承载力极限状态和正常使用极限状态承载力极限状态：l挡墙作为刚体失去平衡；l挡墙构件或

23、连接部件因材料强度超过而破坏，或因塑性变形而不适合继续承载；l挡墙结构变为机动体系或局部失去平衡 6-3 挡土墙设计三.挡土墙的荷载的计算方法 2.挡土墙的设计原则正常使用极限状态：l影响正常使用或外观变形；l影响正常使用或耐久性的局部破坏；l影响正常使用的其他特定状态 承载力极限状态表达式：6-3 挡土墙设计三.挡土墙的荷载的计算方法 3.计算状态及荷载系数承载力极限状态分项荷载系数见表6-6正常使用极限状态：除被动土压力用0.5，其他全部分项荷载系数规定采用1.0当对挡土墙进行基础合力偏心距和圬工结构合力偏心距计算时，除被动土压力用0.5，其他全部荷载分项系数规定采用1.06-3 挡土墙设

24、计四.挡土墙稳定性验算 1.抗滑稳定性验算式中：0 基底倾斜角；基底摩擦系数；rQ1 主动土压力分项系数，当组合为、时，rQ1=1.4；当组合为、时rQ11.3。6-3 挡土墙设计四.挡土墙稳定性验算 2.抗倾覆稳定性验算式中：ZG 墙身、基础及其上土重合力重心到墙趾的水平距离；Zx、Zy 土压力垂直分力及水平分力作用点到墙趾的水平距离。6-3 挡土墙设计五.基底应力及合力偏心距验算 1.基础底面的压应力式中：A 基础底面每延米的面积，即基础宽B*1.0（m2）N 每延米作用于基底的总竖向力设计值，kN；（1）轴心荷载作用时：式中：W 低水位浮力，kN。6-3 挡土墙设计五.基底应力及合力偏心

25、距验算 1.基础底面的压应力式中：（2）偏心荷载作用时：其中：合力偏心距为：当eB/6时当基底有倾斜时：6-3 挡土墙设计五.基底应力及合力偏心距验算 1.基础底面的压应力（2）偏心荷载作用时：式中：当eB/6时C=B/6 e 五.基底应力及合力偏心距验算 2.基础合力偏心距6-3 挡土墙设计五.基底应力及合力偏心距验算 3.地基承载力抗力值（1）轴向荷载作用时：（2）偏心荷载作用时：（3）地基承载力抗力值的规定：（4）当不满足式（6-52）或计算出的结果f1.1fk时，可按f1.1fk直接确定地基承载应力抗力值。（6-52）（5）f值可以根据不同荷载组合予以提高。（6）当偏心距小于或等于0.

26、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。6-3 挡土墙设计六.墙身截面强度验算 1.强度计算验算断面的选择按每延米墙长计算：式中：N 设计轴力，kN r0 重要性系数；Ci 荷载组合系数；NG 恒载引起的轴向力，kN 6-3 挡土墙设计六.墙身截面强度验算 1.强度计算按每延米墙长计算：式中：NQ1 主动土压力引起的轴向力，kN NQi 被动土压力、水浮力、静水压力、动水压力、地震力引起的轴向力；rK 抗力安全系数；RK 材料极限抗压强度，kPa；A 挡土墙构件的计算截面积，m2；K 轴向力偏心影响系数。6-3 挡土墙设计六.墙身截面强度验算 2.稳定计算式中：K

27、 弯曲平面内的纵向翘曲系数，按下式计算：s 2H/B，H为墙有效高度；B为墙的宽度；s 系数，查表6-15。当H/B小于10时，为矮墙，其余则为细高墙，但当墙顶为自由时，H/B应小于30。6-3 挡土墙设计六.墙身截面强度验算 3.利用弯曲抗拉极限强度RWL验算式中：W 截面系数，m3。当挡土墙长度取1延米为计算单元时，A=1B，则式6-57为（6-57）6-3 挡土墙设计六.墙身截面强度验算 4.正截面直接受剪时验算式中：Qj 正截面剪力，kN；（6-59）Aj 受剪面积，m2；Rj 砌体截面的抗剪极限强度，kPa；fm 摩擦系数，取为0.42。6-3 挡土墙设计七.增加挡土墙稳定性的措施（

28、一）.增加抗滑稳定性的方法1.设置倾斜基底 通常对土质地基，倾斜度不陡于不陡于1 1：5 5；对岩石地基，不陡于1：3 2.采用凸榫基础 为增加榫前被动土压力，应使榫前被动土楔不超过墙趾，同时为了防止因设凸榫而增加墙背的主动土压力，应使凸榫后缘与墙踵的连线同水平的夹角不超过角 6-3 挡土墙设计榫【拼音】：sn【字义】：1.器物两部分利用凹凸相接的凸出的部分七.增加挡土墙稳定性的措施2.采用凸榫基础当0，0，0时，榫前的单位被动土压力按朗金理论计算：考虑墙身位移的要求，凸榫前的被动土压力按朗金被动土压力的1/3采用，即：按抗滑稳定性要求，得到凸榫高度为：6-3 挡土墙设计七.增加挡土墙稳定性的措施（二）.增加抗倾覆稳定性的方法1.展宽墙趾 2.改变墙面及墙背坡度 6-3 挡土墙设计七.增加挡土墙稳定性的措施（二）.增加抗倾覆稳定性的方法3.改变墙身断面类型 6-3 挡土墙设计