挡土墙设计[001]

1,第一节挡土墙的分类、用途及使用条件第二节挡土墙构造及土压力计算第三节挡土墙稳定性验算第四节挡土墙的布置与设计示例,主要内容,第五章挡土墙设计,2,学习目标：1.了解挡土墙的特点、分类、构造、用途及使用条件。2.掌握挡土墙稳定性验算及挡土墙的布置及设计方法。本章重点：挡土墙的构造，挡土墙稳定性验算方法及布置要求。本章难点：挡土墙的稳定性验算方法，挡土墙的设计与布置。,3,一、挡土墙的分类及用途挡土墙的分类按照挡土墙设置的位置分为：1.路堑墙2.路堤墙,第一节挡土墙的分类、用途及使用条件,4,3.路肩墙4.山坡墙,5,按照挡土墙的结构型式分为：重力式挡土墙锚定式挡土墙薄壁式挡土墙加筋土挡土墙按照挡土墙的墙体材料分为：石砌挡土墙混凝土挡土墙钢筋混凝土挡土墙钢板挡土墙,6,挡土墙各部分名称：,墙背倾角,墙顶,墙胸,墙背,墙底,墙踵,墙趾,7,挡土墙的作用路堤墙设置在高填土路堤或陡坡路堤的下方，可以防止路堤边坡或基底滑动，同时可以收缩路堤坡脚，减少填方数量，减少拆迁和占地面积。路堑墙设置在路堑坡底部，主要用于支撑开挖后不能自行稳定的边坡，同时可减少挖方数量，降低挖方边坡的高度。路肩墙设置在路肩部位，用途与路堤相同，还可以保护临近路线的已有的重要建筑物。山坡墙设置在路堑或路堤上方，用于支撑山坡上可能坍滑的覆盖层，破碎岩层或山体滑坡。,8,重力式挡土墙受力特点：依靠墙身自重支撑土压力维持其稳定。优点：形式简单，施工方便，就地取材，适应性较强。缺点：圬工数量大，对地基的承载能力要求较高。适用范围：一般地区、浸水地区和地震地区的路肩、路堤和路堑等支挡工程。,二、挡土墙的使用条件,9,加筋土挡土墙受力特点：填土与拉筋之间的摩擦力使其稳定。构成：填土、拉筋、面板优点：建筑高度大，省工、省料、施工方便、快速。适用范围：一般地区的路肩式挡土墙、路堤式挡土墙，但不应修建在滑坡、水流冲刷崩塌等不良地段。,10,锚定式挡土墙锚杆式构成：预制的钢筋混凝土立柱、挡土板构成墙面，水平或倾斜的钢锚杆。受力特点：由锚杆与稳定岩层或土层之间的锚固力，使墙获得稳定。适用范围：墙高较大的岩质路堑地段，可用作抗滑挡土墙。,11,锚定板式构成：钢筋混凝土墙面、钢拉杆、锚定板、填土受力特点：借助于埋在填土内的锚定板的抗拔力抵抗侧向土压力，保持墙的稳定。适用范围：缺乏石料地区的路肩墙或路堤墙，但不应修建于滑坡、坍塌、软土及膨胀土地区。,12,薄壁式挡土墙悬臂式构成：立壁、墙趾板和墙踵板适用范围：软弱地基上墙高不超过5m。扶壁式构成：立壁、墙趾板、墙踵板和扶壁适用范围：软弱地基上墙高不超过15m。,13,共同受力特点：依靠墙踵板上的填土重量来保证。共同缺点：需耗用一定数量的水泥和钢筋，施工工艺较为复杂。,14,第二节挡土墙构造及土压力计算,一、挡土墙的构造墙身构造墙背,a)仰斜式b)垂直式c)俯斜式d)凸斜式e)衡重式,15,墙面墙顶护栏基础基础类型(如下图)基础埋置深度无冲刷时，应在天然地面以下至少1m；有冲刷时，应在冲刷线以下至少1m；受冻胀影响时，应在冻结线以下不少于0.25m。,16,基础类型,17,排水设施设置地面排水沟，引排地面水。夯实回填土顶面和地面松土，防止雨水及地面水下渗，必要时可加设铺砌。对路堑挡土墙墙趾前的边沟应予以铺砌加固，以防边沟水渗入基础。设置墙身泄水孔，排除墙后水。,18,沉降缝与伸缩缝为何设沉降缝？为避免因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，需根据地质条件的变异和墙高、墙身断面的变化情况设置沉降缝。为何设伸缩缝？为了防止圬工砌体因收缩硬化和温度变化而产生裂缝，应设置伸缩缝。,19,二、作用在挡土墙上的力系挡上墙自重G及位于墙上的荷载；墙后土体的主动土压力Ea(包括作用在墙后填料破裂棱体L的荷载，简称超载)；基底的法向反力N及摩擦力T；墙前土体的被动土压力Up。,20,三、土压力计算,21,静止土压力挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位移，墙后填土处于弹性平衡状态时，作用在挡土墙背的土压力。,Eo,22,主动土压力在土压力作用下，挡土墙离开土体向前位移至一定数值，墙后土体达到主动极限平衡状态时，作用在墙背的土压力。,Ea,23,被动土压力在外力作用下，挡土墙推挤土体向后位移至一定数值，墙后土体达到被动极限平衡状态时，作用在墙上的土压力。,Ep,24,第三节挡土墙稳定性验算,一、荷载分类与组合荷载分类：永久荷载挡土墙结构重力填土(包括基础襟边以上土)重力填土侧压力墙顶上的有效永久荷载墙顶与第二破裂面之间的有效荷载计算水位的浮力及静水压力预加力混凝土收缩及徐变影响力基础变位影响力,25,可变荷载基本可变荷载（活载）车辆荷载引起的土侧压力人群荷载、人群荷载引起的土侧压力其他可变荷载水位退落时的动水压力流水压力波浪压力冻胀压力和冰压力温度影响力施工荷载与各类挡土墙施工有关的临时荷载,26,偶然荷载地震作用力滑坡、泥石流作用力作用于墙顶护栏上的车辆碰撞力,27,荷载组合：,28,一般地区的挡土墙，作用于墙上的力系：挡土墙自重及位于墙上的恒载。作用于墙背上的主动土压力(包括墙后填料破坏棱体上的荷载)。基底的法向反力及摩阻力。,29,二、抗滑动稳定性验算抗滑动稳定系数Kc计算,挡土墙自重,主动土压力的垂直分力,主动土压力的水平分力,摩擦系数,30,增加抗滑稳定性的措施倾斜基底设置凸榫改变墙身断面形式,31,三、抗倾覆稳定性验算抗倾覆稳定系数K0计算增加抗倾覆稳定性的措施加宽墙趾改变墙面及墙背坡度,32,四、基底应力及偏心距验算基底合力的偏心距eo计算：计算挡土墙地基时，各类作用（或荷载）组合下，作用效应组合设计值计算式中的作用分项系数，除被动土压力分项系数Q2=0.3外，其余作用（或荷载）的分项系数规定均为1。,33,基底压应力计算：,34,降低基底压应力及减小偏心距的措施加宽墙趾或扩大基础，可加大承压面积、调整偏心距；加固地基或换土，以提高地基承载力；调整墙背坡度或断面形式，以减小偏心距。,35,五、墙身断面强度计算,36,第四节挡土墙的布置与设计示例,一、挡土墙的布置横向布置挡土墙的位置选择确定断面形式，绘制挡土墙横断面图纵向布置确定挡土墙的起讫点和墙长，选择挡土墙与路基或其它结构物的连接方式。按地基及地形情况进行分段，布置沉降伸缩缝的位置。布置各段挡土墙的基础。,37,纵向布置布置泄水孔和护栏（或护桩、护墙）的位置，包括数量、尺寸和间距。标注各特征断面的桩号，及墙顶、基础、冲刷线、冰冻线和设计洪水位的标高等。平面布置,38,二、挡土墙的设计步骤根据具体情况，通过技术和经济比较，确定墙址位置；测绘墙址处的纵向地面线，核对路基横断面图，收集墙址处的地质和水文等资料；选择墙后填料，确定填料的物理力学计算参数和地基计算参数；进行挡土墙断面型式、构造和材料设计，确定有关计算参数；进行挡土墙的纵向布置；用计算法或套用标准图确定挡土墙的断面尺寸；绘制挡土墙立面、横断面和平面图。,39,第五节挡土墙施工,能够依据工程图纸完成公路的挡土墙施工。通过对公路挡土墙工程施工的学习，掌握公路支挡工程施工特点、施工方法及有关要求。,40,重力式挡土墙一般采用明挖基础，当基底松软或水下挖基困难时，可采用换填基础、桩基础或沉井基础。对于土质地基，墙趾的埋置深度至少1m；有冲刷时，在冲刷线以下至少1m；冻胀地区，应在冻结线以下至少0.25m冻胀深度超过lm时，基底应换填一定厚度的砂砾或碎石垫层，且垫层底面应在冻结线以下至少0.25m。对碎(砾)石、砂类地基，基础埋深不宜小于1m对岩石地基，应清除表面风化层，如风化层较厚，基础应嵌岩0.251.00m，墙趾前应有足够的襟边宽度。,一：重力式挡土墙,41,1、浆砌片石l)片石宜分层砌筑，应长短相间地与里层砌块咬接成一体，上下层石块交错排列，避免竖缝重合。每层的水平缝大致齐平，竖缝应错开，不能贯通，砌缝宽度一般不应大于4cm。2)砌筑较大的片石，宜用在下面，宽面朝下，片石间以砂浆隔开。3)砌体中的片石应大小搭配，相互错叠，咬紧密实并配有小石块，作挤浆填缝之用。2、浆砌块石1)用作镶面的块石，表面四周应修整，以便安砌。2)块石应平砌，每层石料高度应做到基本齐平。外圈定位和镶面的石块应一丁一顺排列，丁石深入墙心不小于25，灰浆缝宽为23上下层竖缝错开距离不应小于10cm。,42,3、料石砌筑1)每层镶面料石均应事先按规定灰缝宽及错缝要求配好石料，再用铺浆法顺序砌筑和随砌随填立缝，并应先砌角石。2)镶面石砌筑完毕后，方可砌填心石，其高度与镶面石齐平。3)每层料石均应采用一丁一顺砌法，缝宽一般为1.01.5相邻两层立缝应错开不小于10。4、墙顶墙顶宜用粗料石或现浇混凝土作成顶帽，路肩墙顶面宽宜用大石块砌筑，5号砂浆勾缝和抹面，并均应在墙顶外缘线留出10cm的帽沿。,43,5、基础1)在松软地层或坡积层地段时，基坑不宜全段贯通，应采用跳槽办法开挖以防上部失稳。当基底土质为碎石土、砂砾土、砂性土、粘性土等时，应将其整平夯实。地质、水文较特殊时，也可采用桩基、沉井等基础。2)当基底软弱、地形平坦、墙身又超过一定高度时，可在墙趾处伸出一台阶，以拓宽基础。3)当地层为淤泥土、杂填土等，可采用砂砾、碎石、矿渣灰土等材料予以换填，或用砂桩、石灰桩、碎石桩、土工织布、粉喷桩等方法处理。4)当岩层有空隙裂缝时，应以水泥砂浆或小石子混凝土浇注饱满。墙趾地面纵坡较大时，挡土墙基底可做成不大于5%的纵坡。5)基坑底面开挖宽度应比设计尺寸各边增宽0.51.0m，并保持一定的开挖边坡度。,44,45,6、墙背填料1)砌体砂浆强度达70%以上时，方可回填墙背填料，并应优先选择渗水性较好的砂砾土填筑。浸水挡土墙背应全部用水稳性和透水性较好的材料填筑。2)墙背回填要均匀摊铺平整，并设不小于3%的横坡逐层填筑，逐层夯实。每层压实厚度不宜超过20cm，碾压机具和填料性质、厚度及碾压遍数应经过试验确定。3)压实时，临近墙背1.0m范围内，应采用小型压实机具如蛙式打夯机、内燃打夯机、手扶式振动压路机、振动平板夯等。,46,二：混凝土挡土墙,混凝土挡土墙一般包括重力式混凝土挡土墙、扶壁式钢筋混凝土挡土墙、悬臂式钢筋混凝土挡土墙和组合式钢筋混凝土挡土墙(如挡土板)等，其共同特点时墙身断面小、自重轻、圬工省，适用于石料缺乏、地基承载力较低的路堤和路肩墙，浇注的钢筋混凝土系整体结构，以现浇为宜。,47,1、形式,二：混凝土挡土墙,混凝土挡土墙形式,重力式混凝土挡土墙,扶壁式钢筋混凝土挡土墙,悬臂式钢筋混凝土挡土墙,组合式钢筋混凝土挡土墙,48,2、基础施工1)基底处理与砌石挡土墙基础基本相同。软基处，可以采取桩基础、加固结剂等加固措施。2)桩基础挡土墙的桩体规模不大，常用挤密振冲桩或沉桩。3)施工方式混凝土底板，可以在地基上直接立模；钢筋混凝土底板，则需先浇垫层，在垫层上放线扎钢筋立模。基础模板的支撑，不宜直接落在土基上，应加垫木。钢筋混凝土基础施工时，要注意钢筋的保护层厚度，墙体的钢筋应安装到位，并且有可靠的固定措施。混凝土的施工缝应尽量避免设置在基础与墙体的分界面，基础混凝土成型面设置在墙体以上10cm处，其界面应做成毛面。,二：混凝土挡土墙,分析实践,49,3、墙体模板1)基本要求挡土墙分段施工时，相邻段应错开间断施工。钢筋混凝土挡土墙，特别是扶壁式挡土墙，因墙体交叉倾斜，需要放样准确，支撑控制到位，并且模板要有一定的结构刚度。2)整体模板技术特点是整体设计、工厂加工、整体拼装。整体模板成型混凝土质量高，功效也大大提高。(1)整体模板由面板、筋肋和支撑件构成。面板常用胶合板、竹胶板或木板(要覆面)，筋肋可用木条、型钢或冲压件。(2)挡土墙对模板接缝要求不是很高，可不用拼接件而直接安装。安装时从转角处开始，注意控制对线和模板坡度。整体模板一般用于专用支撑，有时可用临时支撑，也可用对销螺栓来平衡混凝土侧压力。(3)为了方便拆模，模板表面应涂刷拆模剂。拆模应在混凝土成型24h以后进行。,分析实践,50,4、墙体钢筋及混凝土施工1)墙体钢筋安装墙体钢筋安装应在立模前施工(有时先立一侧，再扎钢筋，然后封闭另一侧)。安装模板时，特别是对扶壁挡土墙钢筋，不易校正其位置偏差，因此钢筋安装绑扎必须控制到位。一般控制方法是搭架支撑，在钢筋顶部位置设置檩架，控制钢筋在顶端的准确位置。对每根钢筋，控制上下准确位置，拉紧固定。,51,2)墙体混凝土钢筋混凝土挡土墙截面较小，钢筋密，混凝土浇注时，塌落度可适当大些。混凝土下仓要有漏斗、溜槽等辅助措施，以免上层钢筋沾上残浆，影响成型混凝土对钢筋的握裹力。另外，应分层浇注，分层振捣。每层厚度以30cm为宜，浇注进度控制在每小时11.5m。混凝土重力式挡土墙属大体积混凝土，宜用低热量、收缩小的矿渣类水泥。必要时还可在混凝土中抛人块石，抛石比例不超过混凝土的15%，要求石质坚硬，清洗干净，石块厚度不小于15cm，不得使用片石、卵石。石块距石块、模板、钢筋及预埋件净距均不小于46cm。,52,1、施工准备1)面板形式及预制面板一般是混凝土预制板，其外形有矩形槽板、正六边形槽板、十字形板、以及相应形状的角隅板。面板钢筋根据设计尺寸，工厂加工成钢筋片，浇混凝土前安装到位。采用干性或半干性混凝土，机械振捣密实，混凝土等级不低于C20。面板混凝土成型后，应特别注意养生，防止产生龟裂，影响美观，降低防渗防水性能。2)筋带选择及技术标准筋带采用强度高、受力变形小、能与土料产生足够摩擦力、耐腐蚀材料制成。钢带：我国目前没有定型产品，国外是使用3号扁钢，宽度不应小于30mm，厚度不应小于3mm，表面压成肋纹增强抗拔力。筋带是受拉构件，钢筋混凝土筋带是由主筋受拉。主筋数量根据计算确定，直径不得小于8mm。混凝土起到增强咬合力和钢筋保护作用。这种筋带的断面尺寸为(610)(1025)cm，每节长度等宽23m，不等宽1.52m。3)填料分类及选用回填土料要求有较好的稳定性和较高的抗剪强度，一般采用中低液限粘土、砂类土、砾碎石土和各种稳定土。对于满足要求的工业废渣也可采用。禁止使用腐殖土、冻结土、白垩土和硅藻土。4)排水滤水构件为了保证土体稳定，必须控制土壤含水量。施工中通过埋设滤水管网和铺设滤水粒料，及时排除加筋体内积水或渗水。管网材料目前常用40100的UPVC管件，支管(也有主管)有规则钻出洞眼，管周填上较粗的砂砾，以达到排水滤水的目的。,三：加筋土挡土墙,53,2、施工方法加筋土工程施工一般包括：基坑开挖;基底处理；基础浇注;构件准备；面板安装;筋带布设；填料摊铺及压实；封闭压顶；附属构件安装。1)基础施工加筋土挡土墙的基底处理措施同其它挡土墙一样，一般是钢筋混凝土条形基础，它的主要作用不仅要承受荷载，而且是作为加筋土挡土墙面板施工的起点和控制点。所以，顶面要水平整齐。2)控制放线加筋土挡土墙墙面垂直，平面上随现场条件作成直线或曲线。第一层面板安装准确，以后每层只需用垂线控制就可。挡土墙的另一个控制内容是面板的接缝线条。挡土墙的美观主要体现在线条上，要求平顺整齐，接缝大小一致。每层面板安装前都应准确放出每块面板的位置，精确对线。,三：加筋土挡土墙,54,4)施工技术要点以及质量标准(1)面板施工要点面板安装以外缘定线。高程、位置和接缝，都以外缘为测量点。矩形、十字型及六角形面板安装顺序如图6-11所示。每块面板的放置应从上而下垂直就位，以免横向施力造成相邻面板移位。为防止相邻面板错位，可采用螺栓夹木或斜撑固定。面板一般干砌，接缝不作处理，可用砂浆或软木进行调整。面板的沉降缝，同时也是分段施工的分界线。相邻段施工应明显错开，以保证沉降缝顺直、等宽和贯通。施工缝与沉降缝宜设在一起，且填缝料应在后一段施工前放入。,55,4)施工技术要点以及质量标准(2)筋带铺设施工要点筋带铺设应与面板的安装同步，进行铺设的底料应平整密实。钢带不得弯曲，接头(插销连接)和防锈(镀锌)处理应符合标准规定。钢带或面板间的钢筋连接，可采用焊接、拉环连接或螺栓连接，且连接处应浇混凝土保护。聚丙烯土工带、塑钢带,应穿过面板的预留孔或拉环，折回与另端对齐或绑扎在筋带间，与孔或拉环，折回与另端对齐或绑扎在钢筋中间，与面板连接。筋带本身连接也采取绑扎方式。施工中，严禁用打结方式连接。筋带应成扇形辐射状铺设在硬基上。不得与硬质棱角填料直接接触。筋带从面板铺设到位后，在尾部少量填土，且固定在预先埋设的小木条上，然后再进行尾部张拉(不宜太紧)。填料摊铺碾压结束后，取出木条，下次再用。,56,(3)填料施工要点面板安装、筋带铺设和埋地排水管完成到位并检查验收合格后用准备充足的合格填料进行填料施工。运土机具不得在未覆盖填料的筋带上行驶，且要离面板1.5m以上。填料可用机械或手工摊铺，摊铺应厚度均匀，表面平整，并有不小于3%的向外倾斜横坡。机械摊铺方向应与筋带垂直，不得直接在筋带上行驶，距面板l.5m范围内只能采用人工摊铺。填料采用机械碾压。禁止使用羊足碾，不得在