路基路面工程第6章-挡土墙设计

1、 挡土墙设置与否，宜于与其工程方案比较确定挡土墙设置与否，宜于与其工程方案比较确定 与移改路线位置进行比较；与移改路线位置进行比较； 与填筑或开挖边坡相比较；与填筑或开挖边坡相比较； 与坼移有关干扰路基的构造物（房屋、河流、水渠）等比较；与坼移有关干扰路基的构造物（房屋、河流、水渠）等比较； 与设置其他类型的构造物（桥、护墙）等比较与设置其他类型的构造物（桥、护墙）等比较 A 竖直式竖直式B 俯斜式俯斜式C 仰斜式仰斜式D 折线式折线式 A A、B B多用于路肩墙、路堤墙；多用于路肩墙、路堤墙；C C、D D多用于路堑墙多用于路堑墙 衡重式衡重式 浆砌块浆砌块( (片片) )石墙身应在墙前地面

2、以上设一排泄水孔石墙身应在墙前地面以上设一排泄水孔( (图图a)a)。墙高时，。墙高时， 可在墙上部加设一排泻水孔可在墙上部加设一排泻水孔( (图图b)b) 。孔眼间距一般为。孔眼间距一般为2 23m3m，对于，对于 浸水挡土墙间距为浸水挡土墙间距为1.01.01.5m1.5m，干旱地区可适当加大，孔眼上下错，干旱地区可适当加大，孔眼上下错 开布置。下排排水孔的出口应高出墙前地面或墙前水位开布置。下排排水孔的出口应高出墙前地面或墙前水位0.3m0.3m； 为防止水分渗入地基，下排泄水孔进水口的底部应铺设为防止水分渗入地基，下排泄水孔进水口的底部应铺设30cm30cm厚的粘厚的粘 土隔水层。泄水

3、孔的进水口部分应设置粗粒料反滤层，以免孔道阻土隔水层。泄水孔的进水口部分应设置粗粒料反滤层，以免孔道阻 塞。当墙背填土透水性不良或可能发生冻胀时，应在最低一排泄水塞。当墙背填土透水性不良或可能发生冻胀时，应在最低一排泄水 孔至墙顶以下孔至墙顶以下0.5m0.5m的范围内铺设厚度不小于的范围内铺设厚度不小于0.3m0.3m的砂卵石排水层的砂卵石排水层 ( (图图c) c) 沉降伸缩缝沉降伸缩缝 基地线基地线 泄水孔泄水孔 路线纵坡路线纵坡 锥坡锥坡 挡土墙正面图挡土墙正面图 主要力系：经常作用于挡土墙的各种力主要力系：经常作用于挡土墙的各种力，包括：，包括： 1.挡土墙自重挡土墙自重G及位于墙上

4、的衡载；及位于墙上的衡载；2.墙后土体的主动土压力墙后土体的主动土压力Ea； 3.基底的法向反力基底的法向反力N及摩擦力及摩擦力T； 4.墙前土体的被动土压力墙前土体的被动土压力Ep。 （对于浸水挡土墙而言还包括常水位时的静水压力和浮力）（对于浸水挡土墙而言还包括常水位时的静水压力和浮力） 附加力：是季节性作用于挡土墙的各种力附加力：是季节性作用于挡土墙的各种力，例如洪水时的静水压力，例如洪水时的静水压力 和浮力、动力压力、波浪冲击力、冻胀压力以及冰压力等。和浮力、动力压力、波浪冲击力、冻胀压力以及冰压力等。 特殊力：偶然出现的力，特殊力：偶然出现的力，例如地震力、施工荷载、水流漂浮物的撞例如

5、地震力、施工荷载、水流漂浮物的撞 击力等。击力等。 路基挡土墙一般都可能有向外的位移或倾覆，因此在设计中按照墙路基挡土墙一般都可能有向外的位移或倾覆，因此在设计中按照墙 背土体达到主动极限平衡状态，且设计时取一定的安全系数，以保背土体达到主动极限平衡状态，且设计时取一定的安全系数，以保 证墙背土体的稳定。证墙背土体的稳定。 对于墙趾的土体的被动土压力，在挡土墙基础一般埋深的情况下，对于墙趾的土体的被动土压力，在挡土墙基础一般埋深的情况下， 考虑到各种自然力和人畜活动的作用，一般均不计，以偏于安全。考虑到各种自然力和人畜活动的作用，一般均不计，以偏于安全。 当参数当参数、 、固定时，固定时，Ea

6、随破裂面的位置而变化，即随破裂面的位置而变化，即Ea是是 破裂角破裂角的函数。为求最大土压力的函数。为求最大土压力Ea，可以用求驻点的办法，得到，可以用求驻点的办法，得到 如上图边界条件如上图边界条件 的最大土压力公式和最危险破裂角如下：的最大土压力公式和最危险破裂角如下： 2 22 2 2 1cos ()1 = 22 sin()sin() coscos() 1 cos()cos() aa EHH K ixa ixy ix x EE tgEE tgtg H h H b byAc E tgtgh a ax AE sec cos1 2 1 2 1 1 1 cos1 2 1 1 1 2 2 0 02

7、 0 2 2 2 2 2 2 或 ixy h h x tgZBZ hhhahah hhhhhhah dy ydy Z 301 2 2 30 2 11 23 0 0 223 333 不考虑下墙影响不考虑下墙影响, ,按照俯斜墙背计算土压力按照俯斜墙背计算土压力, ,衡重式考虑是否出现第衡重式考虑是否出现第 二破裂面二破裂面 1.1.延长墙背法延长墙背法 在上墙土压力算出后，延长下在上墙土压力算出后，延长下 墙墙背交于填土表面墙墙背交于填土表面C C，以，以BCBC 为假想墙背，根据延长墙背的为假想墙背，根据延长墙背的 边界条件，用相应的库伦公式边界条件，用相应的库伦公式 计算土压力，并绘出墙背应

8、力计算土压力，并绘出墙背应力 分布图，从中截取下墙分布图，从中截取下墙BBBB部部 分的应力图作为下墙的土压力。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，将上下墙两部分应力图叠加， 即为全墙土压力即为全墙土压力 2.2.力多边形法力多边形法 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，应构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，应构 成矢量闭合的力多边形。在算得上墙土压力成矢量闭合的力多边形。在算得上墙土压力E1E1后，就可绘出下墙任后，就可绘出下墙任 一破裂面力多边形。利用力多边形来推求下墙土压力一破裂面力多边形。利用力多边形来推求下墙土压力 按换算前后

9、土的抗剪强度相等的原则或土压力相等的原则来计算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 D 值。通常把粘性土的内摩擦角值增大值。通常把粘性土的内摩擦角值增大5 51010，或采用等效内摩，或采用等效内摩 擦角擦角 D D为为30303535。对于矮墙偏于安全，对于高墙则偏于危险。对于矮墙偏于安全，对于高墙则偏于危险。 因此在设计高墙时，应按墙高酌情降低因此在设计高墙时，应按墙高酌情降低 D D值值 1.1.首先求得当首先求得当c=0c=0时的土压力时的土压力EE，Ea=EEa=EEcEc ； 2.2.再求得由于粘聚力的作用而减少的土压力再求得由于粘聚力的作用而减少的土压力E

10、cEc 3.3.用求驻点的办法求最大土压力和最危险破裂面用求驻点的办法求最大土压力和最危险破裂面 填土为两层以上不同性质的土体，首先求得上一土层的土压力及作填土为两层以上不同性质的土体，首先求得上一土层的土压力及作 用点，并近似的假定上下两土层层面平行。用点，并近似的假定上下两土层层面平行。 计算下一土层时，将计算下一土层时，将 上一土层视为均布荷载，按地面为一平面时的库仑公式计算。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。 挡土墙修在陡坡的半路堤上，或者山坡土体有倾向路基的层面，则挡土墙修在陡坡的半路堤上，或者山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

11、陡于由计算求得的破墙后存在着已知坡面或潜在滑动面，当其倾角陡于由计算求得的破 裂面的倾角时，墙后填料将沿着陡破面裂面的倾角时，墙后填料将沿着陡破面( (或滑动面或滑动面) )下滑，而不是沿下滑，而不是沿 着计算破裂面下滑，土压力计算的破裂面为由勘察确定的实际可能着计算破裂面下滑，土压力计算的破裂面为由勘察确定的实际可能 发生的破裂面。计算时不必求取最危险破裂面和最大土压力。发生的破裂面。计算时不必求取最危险破裂面和最大土压力。 EH K K x PP P 1 2 1 2 2 22 cos () coscos() sin()sin() cos()cos() 通常情况下挡土墙前的被动土压力可不计算

12、，当基础埋置较深且地通常情况下挡土墙前的被动土压力可不计算，当基础埋置较深且地 层稳定、不受水流冲刷和扰动破坏时，可计入，但是应对被动土压层稳定、不受水流冲刷和扰动破坏时，可计入，但是应对被动土压 力的计算值进行大幅度的折减力的计算值进行大幅度的折减 q q 车辆荷载附加荷载强度，墙高小于车辆荷载附加荷载强度，墙高小于 2 m2 m，取，取 20kN/m20kN/m2 2；墙高；墙高 大于大于 10 m10 m，取，取10kN/m10kN/m2 2；墙高在；墙高在 2 210m 10m 之间时，附加荷载强度用之间时，附加荷载强度用 直线内插法计算直线内插法计算 作用于墙顶或墙后填土上的人群荷载

13、强度规定为作用于墙顶或墙后填土上的人群荷载强度规定为 3kN/m3kN/m2 2 作用于挡墙栏杆顶的水平推力采用作用于挡墙栏杆顶的水平推力采用 0.75kN/m0.75kN/m，作用于栏杆扶手上，作用于栏杆扶手上 的竖向力采用的竖向力采用 1kN/m1kN/m 承载力极限状态承载力极限状态是当挡土墙出现以下任何一种状态，即认为超过了是当挡土墙出现以下任何一种状态，即认为超过了 承载力极限状态：承载力极限状态： 1 1）整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体失去平衡；）整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体失去平衡； 2 2）挡土墙构件或连接部件因材料强度超过而破坏，或因过度塑性）挡土墙构件或连接部件因

14、材料强度超过而破坏，或因过度塑性 变形而不适于继续承载；变形而不适于继续承载； 3 3）挡土墙结构变为机动体系或局部失去平衡。）挡土墙结构变为机动体系或局部失去平衡。 正常使用极限状态正常使用极限状态是挡土墙出现下列状态之一时，即认为超过了正是挡土墙出现下列状态之一时，即认为超过了正 常使用极限状态：常使用极限状态： 1 1）影响正常使用或外观变形；）影响正常使用或外观变形； 2 2）影响正常使用或耐久性的局部破坏（包括裂缝）；）影响正常使用或耐久性的局部破坏（包括裂缝）； 3 3）影响正常使用的其它特定状态。）影响正常使用的其它特定状态。 011 (,) k GGKQQ KQiciQiKd f R SSSR 0 结构重要性系数结构重要性系数; G 垂直恒载引起的效应分项系数；垂直恒载引起的效应分项系数； 1Q 恒载及汽车活载的土压力效应分项系数恒载及汽车活载的土压力效应分项系数; Qi 其它荷载效应分项系数其它荷载效应分项系数; 恒载效应；恒载效应； GK S 恒载及汽车活载的土压力效应；恒载及汽车活载的土压力效应； KQ S 1 其它荷载效应其它荷载效应; QiK S 抗力安全系数；抗力安全系数； f 构件抗力标准值；构件抗力标准值； k R d 结构或结构构件几何参数的设计值结构或结构构件几何参数的设计值. B/6 B/6 e0B/2 1 2 B/6 0