二篇六挡土墙设计PPT课件

第六章挡土墙设计,第二篇路基工程（第一分篇）,.,2,教学要求1描述各种类型挡土墙的构造、特点和使用场合；2描述重力式挡土墙的构造与布置的要求及方法；3会进行墙背主动土压力计算和挡土墙稳定性的各项验算；若稳定性不足时，会分析和调整横断面尺寸，重新进行挡土墙的验算；4描述其他形式挡土墙的构造特点。,.,3,第一节挡土墙的基本认知,挡土墙是用来支撑路基填土或山坡土体，防止墙后土体坍塌和增加其稳定性的一种构筑物。,在路基工程中，挡土墙可以稳定路堤和路堑边坡，减少土石方工程量和占地面积，防止水流冲刷路基，并经常用于整治塌方、滑坡等路基病害。,.,4,什么是挡墙？有何用处？,用途支撑路堤或路堑边坡隧道洞口防止水流冲刷路基处理路基边坡滑坡崩坍病害,.,5,公路上常用的挡土墙按其设置位置可分为：路堑挡墙、路堤挡墙、路肩挡墙和山坡挡土墙等类型，如图2-1-6-1所示。,图2-1-6-1设置挡土墙的位置a)路堑墙；b）路堤墙（虚线为路肩墙）；c）路肩墙；d）浸水挡土墙；e）山坡挡土墙；f）抗滑挡土墙,按其设置位置分类,.,6,按材料、结构形式分类,按挡土墙的墙体材料可分为：石砌挡土墙、混凝土挡土墙、钢筋混凝土挡土墙、钢板挡土墙等。按挡土墙的结构形式可分为：重力式、半重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、锚杆式、锚定板式、加筋土式、桩板式和垛式等。,衡重式悬臂式,.,7,按材料、结构形式分类,扶壁式锚杆式,.,8,按材料、结构形式分类,锚定板式加筋土式,.,9,按材料、结构形式分类,肋板式锚杆挡土墙垛式,.,10,按材料、结构形式分类,重力式多级锚杆挡土墙,.,11,第二节挡土墙设计的依据,一、挡土墙作用（或荷载）1.施加于挡土墙的作用（或荷载）永久作用挡墙的结构重力、填土重力、土侧压力、墙顶上的有效永荷载等；可变作用（基本可变作用、其它可变作用、施工荷载）基本（车辆荷载引起的土侧压力、人群等）其它（流水动力、温度引起等）偶然作用（地震、滑坡、交通事故等）,.,12,2.作用（或荷载）效应组合,注：洪水与地震力不同时考虑。冻胀力、冰压力与流水压力或波浪压力不同时考虑。车辆荷载与地震力不同时考虑。,常用作用（或荷载）组合表2-1-6-3,.,13,二、墙后填料的计算参数,注：填料重度可根据实测资料作适当修正，计算水位以下的填料重度采用浮重度。,填料内摩擦角或综合内摩擦角（0）,.,14,三、挡土墙的设计方法,挡土墙结构超过某一特定状态，致使挡士墙不能正常使用或在正常维护下不能满足正常使用要求，该特定状态称为功能的极限状态。极限状态可分为“承载能力极限状态”和“正常使用极限状态”两类。公路路基设计规范中挡墙采用以极限状态设计的分项系数法为主的设计方法。,.,15,挡墙的设计状态的一般表达式为：,结构重要性系数表2-1-6-5,.,16,四、承载能力有限状态作用（或荷载）分项系数,.,17,五、等代均布土层厚度,车辆荷载作用在挡土墙墙背填土上所引起的附加土体侧压力,现行公路路基设计规范（JTGD30-2004）规定，附加荷载强度以墙高作为取值参数，基本可变荷载即不再区分为计算荷载、验算荷载，也不划分车辆荷载等级。,(2-1-6-3),.,18,第三节重力式挡土墙的设计,设计程序（1）根据经验或标准图，初步拟定断面尺寸：（2）计算侧向土压力：（3）进行稳定性验算和基底应力与偏心距验算；（4）满足要求则可以，不满足则重新计算。,.,19,一、重力式挡土墙的构造,1.墙身挡土墙各部分名称如图2-1-6-2所示。,其中：靠回填土或山体的一侧面称为墙背；外露的一侧面称为墙面，也称墙胸；墙的顶面部分称为墙顶；墙的底面部分称为基底或墙底；墙面与墙底的交线称为墙趾；墙背与墙底的交线称为墙踵；墙背与铅垂线的夹角称为墙背倾角。,.,20,1）墙背根据墙背倾斜方向的不同，墙身断面形式可分为仰斜、垂直、俯斜、凸形折线式和衡重式等几种，如图2-1-6-3所示。,图2-1-6-3重力式挡土墙的断面形式a）仰斜；b）垂直；c）俯斜；d）凸形折线式；e）衡重式,.,21,2）墙面墙面一般为平面，墙面坡度除应与墙背的坡度相协调外，还应考虑到墙趾处地面的横坡度(影响挡土墙的高度)。当地面横坡度较陡时，墙面可采用10.0510.20，也可采用直立（低墙时）。3）墙顶重力式挡土墙可采用浆砌或干砌圬工。墙顶最小宽度，浆砌时应不小于50cm；干砌时应不小于60cm。浆砌路肩墙墙顶宜采用粗料石或混凝土做成顶帽，厚度取40cm。干砌挡土墙顶部50cm厚度内，宜用5号砂浆砌筑，以求稳定。,.,22,2基础挡土墙的破坏在很多情况下，是由于地基不良所引起的。因此，应对地基充分调查，以进行详细的基础设计。设计主要内容：基础形式的选择、基础埋深度的确定。,图2-1-6-4挡土墙基础形式a）扩大基础；b)钢筋混凝土底板；c)台阶形基础；d)拱形基础（纵断面）,.,23,3排水设施墙身排水主要是为了迅速排除墙后积水。浆砌挡土墙应根据渗水最在墙身的适当高度处布置一排或数排泄水孔，如图所示。泄水孔尺寸可视泄水量大小分别采用5cm10cm、10cm10cm、15cmx20cm的方孔，或直径520cm的圆孔。,图2-1-6-5挡土墙排水设施示意图,.,24,4沉降缝和伸缩缝每隔1015m设置一道沉降伸缩缝；岩石地基可适当增大，但不应大于20m。缝宽一般为23cm。沉降伸缩缝内可用胶泥填塞。,设置沉降缝和伸缩缝,.,25,二、挡墙的布置,挡墙布置是挡土墙设计的一个重要内容，通常是在路基横断面图和墙趾纵断面图上进行，个别复杂的挡土墙应作平面布置。1横向布置布置包括：选择位置、确定断面形式、绘制挡土墙横断面图等。位置：应考虑工程量、结构安全等方面、美观、地质、冲刷等。断面：地形陡峻俯斜式或衡重式；地形平坦仰斜式。路堑墙仰斜式或折线式。,.,26,2纵向布置纵向布置主要在墙趾纵断面图上进行，布置后绘成挡土墙正面图，如图2-1-6-6所示。,3平面布置在地形复杂地段使用,图2-1-6-6挡土墙正面图,.,27,三、挡土墙的稳定性验算,1.确定墙趾位置（结合具体情况；与经济比较）；2.收集资料资料（如地质水文资料、）3.选择墙后填料，确定参数；4.进行挡墙断面形式、构造和材料设计，确定有关计算参数；5.进行挡土墙的纵向布置；6.用计算法或套用标准断面确定挡墙的断面尺寸；7.绘制挡墙的立面、平面与横断面图。,.,28,1.作用在挡土墙上的力系,(1)挡土墙自重W及位于墙上的恒载。(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)基底法向反力N及摩擦力T。(4)墙前土体的被动土压力。,.,29,2.抗滑动稳定性验算挡土墙的抗滑动稳定方程可表示为：,0,.,30,基底与基底土间的摩擦系数表2-1-6-8,.,31,抗滑动稳定系数,在验算挡土墙的抗滑动稳定性时，抗滑动稳定系数应满足下表规定。,.,32,3.抗倾覆稳定性验算,抗滑稳定性系数可按下式计算:,.,33,4.基底应力及合力偏心距验算,1）计算基底合力偏心距,基底合力的偏心距,.,34,2）计算基底压应力,注:采用加宽墙趾的方法时，如地面横坡较陡，则会因此增加墙身高度，所以应与采用其他方法比较后再予确定,.,35,5.墙身截面强度验算,截面合力偏心距验算：,荷载效应组合系数值表2-1-6-10,.,36,第四节常用的其他形式挡土墙,一、加筋挡土墙加筋土挡土墙是利用加筋土技术修建的一种支挡结构物，加筋土是一种在土中加入拉筋的复合土，它利用拉筋与土之间的摩擦作用，改善土体的变形条件和提高土体的工程性能，从而达到稳定土体的目的。,.,37,1.加筋土工程的特点,（1）很高的垂直填土，减少占地面积。（2）集中预制，快速，并且节省劳动力和缩短工期。（3）填料本身是墙体的一部分，其造价低廉：据国内部分工程资料统计，加筋土挡土墙的造价一般为钢筋混凝土挡墙的50，重力式挡土墙的6080。（4）加筋土是柔性结构物。它能够适应地基较大的变形，因而可用于较软的地基上。同时由于加筋土结构所特有的柔性，能够很好地吸收地震的能量，故其抗震性好。,.,38,2.加筋土挡土墙的工作原理加筋土的基本原理是借助于拉筋与填料之间的摩擦力来提高填料的抗剪强度，从而保证土体平衡。3.加筋土挡土墙的构造加筋体是由填料、拉筋及墙面板组成。1）填料填料是加筋体的主体材料，由它与拉筋产生摩擦力。通常填料优先选择具有一定级配、透水性好的砂类土、碎(砾)石类土。粒径D=60200mm的卵石含量不宜大于30，最大粒径不宜超过200mm。,.,39,2）拉筋拉筋（又称筋带）的作用是承受垂直荷载和水平拉力，并与填料产生摩擦力。拉筋为带状，常用的拉筋有钢带、钢筋混凝土带、聚丙稀土工带、钢塑复合带和土工格栅等。3）墙面板加筋土挡墙的墙面板的作用是防止填土侧向挤出、传递土压力以及便于拉筋固定布设，并保证填料、拉筋和墙面构成具有一定形状的整体。墙面板可用金属板(如镀锌薄钢板)构件或混凝土预制板拼装而成。,.,40,4.加筋挡土墙的材料要求,填料：1）易于填筑压实；2）能与筋带产生足够摩擦力；3）水稳定性好；4）满足化学和电化学标准。,筋带：1）抗拉能力强，延伸率小，蠕变小，不易产生脆性破坏；2）能与填料产生足够摩擦力；3）耐腐蚀和耐久性好；4）具有一定柔性，便于加工、接长、连接面板。,.,41,加筋体的横断面形式一般宜用矩形，如图2-1-6-11a)所示，当受地形、地质条件限制时，也可采用图2-1-6-11b或c的形式。,图2-1-6-11加筋体横断面形式,.,42,加筋土挡土墙高度大于12m时，填料宜采用粗粒土、黄土或稳定土。墙高的中部宜设宽度不小于1m的错台。墙高大于20m时，应进行特殊设计。错台顶部设25%的排水横坡，用混凝土板防护，见图2-1-6-12。,.,43,1）坚固；2）美观；3）安装方便。,基础：,加筋挡土墙的布置,.,44,加筋挡土墙的设计要点,步骤：1）根据地形地质条件，初步拟定挡土墙类型方案；2）在路基横断面图上布置挡墙；3）在墙趾纵断面图上布置挡墙；4）验算墙身断面尺寸；5）根据验算结果，选取经济合理的设计断面；6）绘制挡墙横断面图、纵断面图和平面图；7）编制设计说明。,.,45,二、锚杆式挡土墙,锚杆式挡土墙是利用锚杆技术形成的一种挡土结构物。锚杆是一种新型的受拉杆件，它的一端与工程结构物连接，另一端通过钻孔、插入锚杆、灌浆、养护等工序被锚固在山坡深处的稳定岩层或土层中，以承受土压力对结构物所施加的推力，从而利用锚杆与稳定岩层或土层之间的锚固力，使墙获得稳定。,.,46,1.锚杆式挡土墙的特点,（1）结构质量轻，节省工程投资。（2）提高劳动生产率。（3）不需要开挖大量基坑，能克服不良地基挖基的困难。（4）设计和施工受到一定的限制。（5）一般适用于墙高较大，缺乏石料或挖基困难地区。,.,47,2.锚杆式挡土墙的分类,板壁式锚杆挡土墙肋板式锚杆挡土墙,.,48,三、锚定板式挡土墙,锚定板式挡土墙是由钢筋混凝土墙面、钢拉杆、锚定板以及其间的填土共同形成的一种组合挡土结构,.,49,1.锚定板式挡土墙的特点,（1）构件断面小、结构质量轻、柔性大、工程量省。（2）不受地基承载力的限制。（3）构件可预制，有利于实现结构轻型化和施工机械化。（4）适用于承载力较低和缺乏石料地区（5）在滑坡、坍塌地段以及膨胀土地区不能使用。,.,50,2.锚定板式挡土墙的分类,肋板式,壁板式,.,51,本章小结,(1)挡土墙是用来支撑路基填土或山坡土体，防止墙后土体坍塌和增加其稳定性的一种构筑物。路基工程中挡土墙按设置的位置分为路堑挡墙、路堤挡墙、路肩挡墙和山坡挡墙等类型；按结构形式分为重力式挡土墙、半重力式挡土墙、薄壁式挡土墙、锚定式挡土墙、加筋土挡土墙等。(2)重力式挡土墙依靠墙身自重支撑土压力来维持其稳定。一般多用片(块)石砌筑，在缺乏石料的地区有时也用混凝土修建。常用的重力式挡土墙，一般由墙身、基础、排水设施和沉降缝与伸缩缝等几部分组成。,.,52,（3）挡土墙的布置，通常是在路基横断面图和墙趾纵断面图上进行横向布置与纵向布置。通过横向布置确定挡土墙的位置、断面形式、横断面图等；通过纵向布置完成挡土墙正面图，以指导施工。(4)重力式挡土墙的断面尺寸可通过试算的方法确定。试算的方法是根据经验或挡土墙标准图初步拟定其断面形式和尺寸，依据设计车辆荷载、墙后填料、地基及墙身材料等设计参数，通过稳定性验算确定断面形式和尺寸，直至满足要求为止。（5）常用的挡土墙除重力式挡墙外，还有加筋土挡墙、悬臂式挡墙、锚杆式挡墙、锚定板式挡土墙等