第八章挡土墙

第八章挡土墙第1页，共48页，2023年，2月20日，星期三第一节概述挡土墙是用于支撑路基填土或者山坡土体侧压力、防止边坡或山坡变形失稳的工程构造物。广泛用于支撑路基边坡、桥台、桥头引道和隧道洞口等处。二、挡土墙各部分的名称一、挡土墙的用途挡土墙设置与否，宜于与其工程方案比较确定1.与移改路线位置进行比较；2.与填筑或开挖边坡相比较；3.与坼移有关干扰路基的构造物（房屋、河流、水渠）等比较；4.与设置其他类型的构造物（桥、护墙）等比较。第2页，共48页，2023年，2月20日，星期三三、挡土墙的分类用于陡峭山坡的路堑底部，降低边破高度、减少开挖或者边坡防止地质不良地段的滑坡（一）按照挡土墙设置的位置1、路堑挡土墙第3页，共48页，2023年，2月20日，星期三2、路肩挡土墙用于（1）陡坡路堤，为保证路堤稳定，收缩坡脚；（2）为避免与其它建筑物(如房屋、铁路、水渠等)干扰扰或防止多占农田；（3）为防止沿河路堤受水流冲刷和淘刷。第4页，共48页，2023年，2月20日，星期三用于地形受限，需要收缩坡脚；防止陡坡堤下滑。3、路堤挡土墙第5页，共48页，2023年，2月20日，星期三用以支挡山坡上可能滑坍的覆盖层土体或破碎岩层（需要时可分设数道）4、山坡挡土墙第6页，共48页，2023年，2月20日，星期三用于沿河路堤，需要收缩坡脚或防止水流冲淘5.浸水挡土墙第7页，共48页，2023年，2月20日，星期三二、按照挡土墙的结构形式依靠墙的自重支撑土压力，污工结构。形式简单，施工方便A竖直式B俯斜式C仰斜式D折线式E衡重式A、B、E多用于路肩墙、路堤墙；C、D多用于路堑墙（一）重力式挡土墙第8页，共48页，2023年，2月20日，星期三1.锚杆式

（二）锚定式挡土墙2.锚定板式

第9页，共48页，2023年，2月20日，星期三（三）薄壁式挡土墙2.扶壁式1.悬臂式第10页，共48页，2023年，2月20日，星期三（四）加筋土挡土墙（五）土钉（钉土）挡土墙第11页，共48页，2023年，2月20日，星期三一、一般条件下库伦主动土压力计算（一）库仑理论的假设1.假设墙背填料为均质散粒体，仅有内摩擦力，而无粘聚力。2.当墙背向外移动或饶墙趾外倾时，墙背填料会出现一通过墙踵的破裂面，设为平面。3.破裂面上的土楔为刚性体。第二节挡土墙土压力计算第12页，共48页，2023年，2月20日，星期三（二）库仑主动土压力公式的推导（破裂面交于内边坡时）1.力的大小由正弦定理：第13页，共48页，2023年，2月20日，星期三2.最大主动土压力——最危险破裂面的确定当参数ψ、、δ、α、β固定时，Ea随破裂面的位置而变化，即Ea是破裂角θ的函数。为求最大土压力Ea，可以用求驻点的办法，得到如上图边界条件的最大土压力公式和最危险破裂角如下：P＝cosαsinβcos(ψ－）－sincosψcos（α－β）Q=cos(α－β)cos（ψ＋）－cos(ψ－）cos（α＋δ）R＝cossinψcos(α－β）－sinαcos（ψ－）cosβ第14页，共48页，2023年，2月20日，星期三3.力的方向和作用点1）力的方向静力平衡状态决定其与墙背法线夹角等于内摩擦角2）力的作用点舍弃土楔为刚体的假设，引用土楔为松散体假设，土压力对高度求导，绘出土压应力分布图，力的作用点在压应力分布图的形心处。4.破裂面位于其他位置的库仑表达式由于静力平衡条件不变，破裂面交于路基表面和外边坡时，只需要改变土楔重力G的表达式，同时在土压应力分布图中叠加车辆荷载，就能得到类似的表达式。如下图：第15页，共48页，2023年，2月20日，星期三破裂面交于外边坡第16页，共48页，2023年，2月20日，星期三二、大俯角墙背的主动土压力——第二破裂面法（一）出现第二破裂面的条件1）墙背或假想墙背的倾角必须大于第二破裂面的倾角。（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抗滑力必须大于其下滑力（即：使破裂面棱体不沿墙背或假象墙背下滑）衡重式挡土墙上墙土压力分析图第17页，共48页，2023年，2月20日，星期三（一）推导过程1．根据边界条件，计算破裂棱体（包括棱体上的荷载）的重量G2．从力三角形求Ex的方程式3．求Ex的最大值及相应的破裂角i和i（求驻点的办法）4．求主动土压力Ea的作用点绘土压应力分布图第18页，共48页，2023年，2月20日，星期三三、折线形墙背的土压力计算（一）上墙土压力不考虑下墙影响,按照俯斜墙背计算土压力,衡重式考虑是否出现第二破裂面以墙背转折点或衡重台为界分为上墙、下墙，分别计算取两者矢量和（二）下墙土压力计算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B’C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，并绘出墙背应力分布图，从中截取下墙BB’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

第19页，共48页，2023年，2月20日，星期三2.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，应构成矢量闭合的力多边形。在算得上墙土压力E1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第20页，共48页，2023年，2月20日，星期三四、墙后为粘性土土压力计算（一）等效内摩擦角法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5°～10°，或采用等效内摩擦角D为30°～35°。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D值

（二）力多边形法1.首先求得当c=0时的土压力E′，Ea=E’－Ec；2.再求得由于粘聚力的作用而减少的土压力

Ec3.用求驻点的办法求最大土压力和最危险破裂面第21页，共48页，2023年，2月20日，星期三

五、不同土层的土压力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。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。第22页，共48页，2023年，2月20日，星期三六、有限范围填土时的土压力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(或滑动面)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。第23页，共48页，2023年，2月20日，星期三七、被动土压力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，但是应对被动土压力的计算值进行大幅度的折减第24页，共48页，2023年，2月20日，星期三八、墙背填土上的附加荷载（一）车辆荷载——换算土柱q——车辆荷载附加荷载强度，墙高小于2m，取20kN/m2；墙高大于10m，取10kN/m2；墙高在2～10m之间时，附加荷载强度用直线内插法计算（二）其他荷载作用于墙顶或墙后填土上的人群荷载强度规定为3kN/m2作用于挡墙栏杆顶的水平推力采用0.75kN/m，作用于栏杆扶手上的竖向力采用1kN/m是否考虑附加荷载由实际情况决定第25页，共48页，2023年，2月20日，星期三第三节重力式挡土墙设计一、挡土墙的布置1．挡土墙位置的选定1）路堑挡土墙大多数设在边沟旁；2）山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处；3）当路肩墙与路堤墙的墙高或截面圬工数量相近、基础情况相似时，应优先选用路肩墙；4）若路堤墙的高度或圬工数量比路肩墙显著降低，而且基础可靠时，宜选用路堤墙；5）沿河路堤设置挡土墙时，应结合河流情况来布置，注意设墙后仍保持水流顺畅，不致挤压河道而引起局部冲刷。2．挡土墙的纵向布置挡土墙纵向布置在墙趾纵断面图上进行，布置后绘成挡土墙正面图1）确定挡土墙的起迄点和墙长，选择挡土墙与路基或其它结构物的衔接方式；2）按地基及地形情况进行分段，确定伸缩缝与沉降缝的位置；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；第26页，共48页，2023年，2月20日，星期三3．挡土墙的横向布置在墙高最大处、墙身断面或基础形式有变异处，以及其它必须桩号处的横断面图上进行。根据墙型、墙高及地基与填料的物理力学指标等设计资料，进行挡土墙设计或套用标准图，确定墙身断面、基础形式和埋置深度，布置排水设施等，并绘制挡土墙横断面图。4．平面布置个别复杂的挡土墙，如高、长的沿河曲线挡土墙，应作平面布置，绘制平面图，标明挡土墙与路线的平面位置及附近地貌与地物等情况，特别是与挡土墙有干扰的建筑物的情况。沿河挡土墙还应绘出河道及水流方向，防护与加固工程等。沉降伸缩缝基地线泄水孔路线纵坡锥坡挡土墙正面图第27页，共48页，2023年，2月20日，星期三二、挡土墙的构造组成（一）墙身构造1.墙背1）仰斜墙背适用于路堑墙及墙趾处地面平坦的路肩墙或路堤墙。仰斜墙背的坡度不宜缓于1：0.3，通常在1：0.15～1：0.254）衡重式墙适用于山区地形陡峻处的路肩墙和路堤墙，也可用于路堑墙。上墙俯斜墙背的坡度1：0.25～1：0.45，下墙仰斜墙背在1：0.25左右，上下墙的墙高比一般采用2：33）凸形折线墙背多用于路堑墙，也可用于路肩墙。上下墙的墙高比一般采用2：32）俯斜墙背适用于路堤墙、路肩墙。常用1：0.15～1：0.25，不超过4m的低墙可用垂直墙背5）其他类型挡土墙的墙背形式可参考有关规范和设计手册第28页，共48页，2023年，2月20日，星期三墙面一般均为平面，其坡度应与墙背坡度相协调。墙面坡度直接影响挡土墙的高度。因此，在地面横坡较陡时，墙面坡度一般为1：0.05～1：0.20，矮墙可采用陡直墙面；地面平缓时，一般采用1：0.20～1：0.35较为经济。2.墙面墙顶最小宽度，浆砌挡土墙不小于50cm，干砌不小于60cm。浆砌路肩墙墙顶一般宜采用粗石料或混凝土做成顶帽，厚40cm。如不做顶帽，对路堤墙和路堑墙，墙顶应以大块石砌筑，并用砂浆勾缝，或用5号砂浆抹平顶面，砂浆厚2cm。干砌挡土墙墙顶50cm高度内，应用25号砂浆砌筑，以增加墙身稳定。干砌挡土墙的高度一般不宜大于6m。3.墙顶为保证交通安全，在地形险峻地段，或过高过长的路肩墙的墙顶应设置护栏。为保持土路肩最小宽度，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0.5m。4.护栏第29页，共48页，2023年，2月20日，星期三（二）基础构造1.基础类型1）大多数挡土墙都直接修筑在天然地基上。2）当地基承载力不足，地形平坦而墙身较高时，为了减小基底压应力和增加抗倾覆稳定性，采用扩大基础。a）墙趾或墙踵部分加宽；b）钢筋混凝土底板；c）换填地基；d）台阶基础；e）拱形基础3）当地基压应力超过地基承载力过多时，需要的加宽值较大，为避免加宽部分的台阶过高，可采用钢筋混凝土底板。4）地基为软弱土层时，可采用砂砾、碎石、矿渣或灰土等材料予以换填。5）当挡土墙修筑在陡坡上，而地基又为完整、稳固、对基础不产生侧压力的坚硬岸石时，可设置台阶基础，以减少基坑开挖和节省圬工。6）如地基有短段缺口(如深沟等)或挖基困难(如需水下施工)，可采用拱形基础。第30页，共48页，2023年，2月20日，星期三2.基础埋置深度对于土质地基，基础埋置深度应符合下列要求：(1)无冲刷时，应在天然地面以下至少1m；(2)有冲刷时，应在冲刷线以下至少1m；(3)受冻胀影响时，应在冻结线以下不少于0.25m。当冻深超过1m时，采用1.25m，但基底应夯填一定厚度的砂砾或碎石垫层，垫层底面亦应位于冻结线以下不少于0.25m。碎石、砾石和砂类地基，不考虑冻胀影响，但基础埋深不宜小于1m。对于岩石地基，应清除表面风化层，将基底嵌入岩层一定深度。当风化层较厚难以全部清除时，可根据地基的风化程度及其容许承载力将基底埋入风化层中。当挡土墙位于地质不良地段，地基土内可能出现滑动面时，应进行地基抗滑稳定性验算，将基础底面埋置在滑动面以下，或采用其它措施，以防止挡土墙滑动。第31页，共48页，2023年，2月20日，星期三（三）排水设施浆砌块(片)石墙身应在墙前地面以上设一排泄水孔(图a)。墙高时，可在墙上部加设一排汇水孔(图b)

。孔眼间距一般为2～3m，对于浸水挡土墙孔眼间距一般1.0～1.5m，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0.3m；为防止水分渗入地基，下排泄水孔进水口的底部应铺设30cm厚的粘土隔水层。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，应在最低一排泄水孔至墙顶以下0.5m的范围内铺设厚度不小于0.3m的砂卵石排水层(图c)第32页，共48页，2023年，2月20日，星期三（四）沉降缝与伸缩缝设计时，一般将沉降缝与伸缩缝合并设置，沿路线方向每隔10～15m设置一道，兼起两者的作用，缝宽2～3cm，缝内一般可用胶泥填塞，但在渗水量大，填料容易流失或冻害严重地区，则宜用沥青麻筋或涂以沥青的木板等具有弹性的材料，沿内、外、顶三方填塞，填深不宜小于0.15m，当墙后为岩石路堑或填石路堤时，可设置空缝。干砌挡土墙，缝的两侧应选用平整石料砌筑，使成垂直通缝第33页，共48页，2023年，2月20日，星期三（一）作用在挡土墙上的力系三、重力式挡土墙设计验算第34页，共48页，2023年，2月20日，星期三原则：根据挡土墙所处的具体工作条件、最不利组合一般地区仅考虑主要力系浸水地区考虑附加力地震区考虑地震力（二）不同条件下荷载组合第35页，共48页，2023年，2月20日，星期三（三）挡土墙结构分析的方法承载力极限状态是当挡土墙出现以下任何一种状态，即认为超过了承载力极限状态：1）整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体失去平衡；2）挡土墙构件或连接部件因材料强度超过而破坏，或因过度塑性变形而不适于继续承载；3）挡土墙结构变为机动体系或局部失去平衡。1.结构的承载力极限状态和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，即认为超过了正常使用极限状态：1）影响正常使用或外观变形；2）影响正常使用或耐久性的局部破坏（包括裂缝）；3）影响正常使用的其它特定状态。我国现行规范规定公路挡土墙的构件分析采用承载力极限状态的分项安全系数法为主的设计法，表达式为：第36页，共48页，2023年，2月20日，星期三（四）验算分析内容1.挡土墙滑动稳定性验算GEyExEpa0第37页，共48页，2023年，2月20日，星期三2.挡土墙滑倾覆稳定性验算第38页，共48页，2023年，2月20日，星期三3.基底压应力及合力偏心矩验算B/6>B/6e0B/2>B/6土质地基偏心矩不应大于B/6；岩石地基不应大于B/4否则应从新拟定挡土墙断面。应力重分布对于岩石地基，e=B/2-ZN第39页，共48页，2023年，2月20日，星期三4.墙身截面强度验算1）法向应力验算2）切应力验算第40页，共48页，2023年，2月20日，星期三（五）增加挡土墙稳定性的措施1.增加抗滑稳定性的方法土质地基，不陡1:5；岩石地基，不陡于1