土力学第7章土压力与挡土结构(任务6挡土墙设计).ppt

第七章,任务6：挡土墙设计,挡土墙就其结构型式可分为以下主要类型： (一)重力式挡土墙 重力式挡土墙是靠墙体自身重量来维持平衡，常用材料为块石或素砼，宜用于高度小于6m，地层稳定、开挖土石方时不会 危及相邻建筑物 安全的地段。 优点是结构简单、 施工方便、就地取材 等。工程上应用广泛。,任务6：挡土墙设计,（续）,(二)悬臂式挡土墙 悬臂式挡土墙一般用钢筋混凝土建造，它由三个悬臂板组成，即立壁，墙趾悬臂和墙踵悬臂，如右图所示。 墙的稳定主要靠墙踵底板上的土重，而墙体内的拉应力则由钢筋承担，因此能充分利用钢筋砼的受力特点，在市政工程及厂矿贮存库中经常使用。,（续）,(三)扶壁式挡土墙 当墙后填土比较高时，为了增强悬臂式挡土墙立壁的抗弯性能，常沿墙的纵向每隔（0.81.0）h(h为墙高)设一道扶壁，如右图，故称为扶壁式挡土墙。 扶壁间的填土可增加抗滑抗倾覆能力。 常用于重要的大型土建工程。,（续）,(四)锚定板及锚杆式挡土墙 锚定板挡土墙的结构，一般由预制的钢筋砼立柱、墙面、钢拉杆和埋在填土中的锚定板组成。 锚杆式挡土墙是利用嵌入坚实岩层的灌浆锚杆作为拉杆的一种挡土墙结构。 常用于铁路路基、护坡、桥台及基坑支护等。,柱板式锚杆挡土墙,锚定板挡土墙,挡土墙的各部分名称：如右下图所示 墙面：暴露于外的正面。有垂直和向后倾斜两种。 墙背：与填土接触的背面。可做成倾斜和垂直的。 墙基：挡土墙全部埋在地下的部分，与持力层接触。 墙趾：墙基的前缘。 墙踵：墙基的后缘。 墙顶：挡土墙的顶面。,墙背的主要形式,墙背的主动土压力：仰斜式垂直式俯斜式。 如为挖方边坡，采用仰斜式与边坡紧密结合；如为填方边坡，采用垂直式或俯斜式，利于墙背填土夯实。,挡土墙的设计一般采用试算法，即先根据挡土墙所处的条件和构造要求（工程性质、墙后土体性质、荷载情况、建筑材料、施工条件），凭经验初步拟定墙型和截面尺寸，然后进行挡土墙的验算，如不满足要求，则改变截面尺寸或采取其他措施。 挡土墙的设计的基本步骤： （1）选择墙型，确定挡土墙的截面尺寸； （2）稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑移稳定验算； （3）地基的承载力验算； （4）墙身强度验算； （5）抗震计算。,任务6：挡土墙设计,一、选择倾斜形式 根据边坡实际情况，选择挡土墙的倾斜形式：仰斜式、垂直式、俯斜式。,挖方段采用仰斜式；填方段采用垂直式或俯斜式。,（以重力式挡土墙为例）,任务6：挡土墙设计,二、确定截面尺寸,1、确定墙后填土形式：水平还是斜坡？ 2、确定高度：墙顶高程。 3、确定墙顶宽度：砌石和素砼0.5m，钢筋砼0.3m。 4、确定墙底宽度：底宽b=(0.50.7)h，(h为墙高)；持力层为卵石、碎石时取小值，为黏性土时取大值。 经挡墙抗滑移稳定与抗倾覆稳定验算，如安全系数过大，适当减小墙底宽度；反之，安全系数过小，适当加大底宽或采取其它措施。,三、选择墙面坡度和墙背坡度,当选择仰斜式时： 1、墙面坡度： 墙前坡度较陡，可取1：0.051：0.2或直立； 墙前坡度较平坦，中、高挡土墙1：0.4。 愈缓墙身越长、开挖愈多。 2、墙背坡度：1：0.25 愈缓主动土压力愈小，但施工愈困难。 面坡应尽量与背坡平行。,1,0.2,四、设置墙基底逆坡,逆坡度（n：1）： 土质地基 0.1：1 岩石地基0.2：1 作用：增加基底抗滑稳定性 但由于基底倾斜，减少了承载力，因此，地基承载力需折减： 基底逆坡0.1：1时，折减系数0.9； 基底逆坡0.2：1时，折减系数0.8。,1,n,五、设置墙趾台阶,1、台阶高宽比： h：a (a20cm) 2、夹角：应为直角或钝角。 3、基底法向反力的偏心距满足： e0.25b(1/4b) (b为无台阶时的基底宽度) 作用：扩大基底面积，减小基底压应力，增大持力层受力面积。,a,h,墙趾,e,b,六、采取适当排水措施,1、排水不良：水渗入墙后，降低挡土墙稳定性。墙后填土抗剪强度降低，土压力增大；若积水，产生水压力，静、动水压力让挡墙形成了拦水坝，更加危险。,墙前排水沟,六、采取适当排水措施,2、设置： 1）纵横两向设泄水孔：间距23m，外斜5%，孔眼直径100mm。 2）墙后设滤水层（碎石宽500mm）和排水暗沟，墙顶背后设防水层。 3)墙后有斜坡时，坡下设截水沟，纵向排水。 3、作用：尽快把水排出挡土墙外。,墙前排水沟,七、填土质量要求,填料： 首选砂土、砾石、碎石，抗剪强度稳定，易于排水； 次选黏性土分层夯实（密实度85%）。 冻土地区：选择非冻胀性填料（炉渣、碎石、粗砂） 不应采用：淤泥、耕植土（未固结、抗剪强度低）和膨胀性黏土（遇水膨胀增加土压力）。 不含杂物：冻结土块、木块（树根、树枝）、建筑垃圾。,挡土墙的验算,1、挡土墙的稳定性验算： 包括： 1）、抗滑移稳定性验算； 2）、抗倾覆稳定性验算； 2、地基承载力验算； 3、墙身强度验算。,挡土墙的验算,1、挡土墙的稳定性验算： 抗滑移稳定挡土墙在墙背土压力作用下可能沿着墙底发生滑动破坏，要保证挡土墙的抗滑移稳定性，必须要求抗滑力和滑动力之比不小于1.3，该比值称为抗滑安全系数，即,挡土墙的验算,1、挡土墙的稳定性验算： 抗倾覆稳定挡土墙在墙背土压力作用下可能绕墙趾向前发生转动而倾覆，要保证挡土墙的抗倾覆稳定性，必须要求抗倾覆力矩和倾覆力矩之比不小于1.6，该比值称为抗倾覆安全系数，即,1、抗滑移稳定性验算,验算沿基底向外滑移的可能性。 分解挡土墙自重G和主动土压力Ea为垂直和平行于基底的两个分力。Gn、Ean为垂直墙底分量，Gt、Eat为平行墙底分量。 那么，抗滑移力为(Gn+Ean)，滑移力为(Ea t-Gt)，则抗滑移安全系数为： （有关符号的意义见P152） 土对挡土墙基底的摩擦系数，见“表7-2”。,G,Gt,Gn,0,0,Ea,Eat,Ean,基底,1、抗滑移稳定性验算,当墙背直立(=90)，基底水平(0=0)时： 当Ks不满足要求时，可修改挡土墙的断面尺寸加大自重，或在基底铺砂石垫层提高摩擦系数等，提高挡土墙的抗滑稳定性。,G,Gt,Gn,0,0,Ea,Eat,Ean,基底,2、抗倾覆稳定性验算,验算沿墙趾O点向外倾覆的可能性。 分解主动土压力Ea为水平分力Eax和垂直分力Eaz 。 对O点倾覆力矩为Eax Zf，抗倾覆力矩为Gx0+ Eaz xf，则抗倾覆安全系数为： （有关符号的意义见P153）,0,Ea,Eax,Eaz,基底,教材未标注Z、Zf,2、抗倾覆稳定性验算,当墙背直立(=90)，基底水平(0=0)时： 当Kt不满足要求时，可采取修改挡土墙的断面尺寸加大自重，伸长墙址增加力臂长度、将墙背做成仰斜式减小土压力等措施，增加挡土墙的抗倾覆稳定性。,0,Ea,Eax,Eaz,基底,教材未标注Z、Zf,3、地基承载力的验算,1）求合力N作用点对O点的距离C及形心的偏心距e： 分解主动土压力Ea为垂直分力Eaz和水平分力Eax。 合力N： 合力距等于各分力矩之和： Nc=Gx0+ Eazxf- Eaxzf 则：,0,G,N,Eax,Eaz,zf,xf,x0,b,O,c,e,b/2,b/2,3c,pmax,pmax,pmin,3、地基承载力的验算,2)挡土墙基底压力按下式计算： 地基承载力，KPa。 当eb/6时，基底压力呈梯形或三角形分布； 当eb/6时，基底压力呈三角形分布： 地基承载力的验算要求同时满足：,0,G,N,Eax,Eaz,zf,xf,x0,b,O,c,e,b/2,b/2,3c,pmax,pmax,pmin,4、墙身强度验算和抗震计算,应根据墙身材料分别按 混凝土结构设计规范(GB