道路工程路基挡土墙设计讲义三

第八章路基挡土墙设计第八章路基挡土墙设计第一节挡土墙的类型、构造和布置第二节土压力计算第三节挡土墙的稳定性验算第四节加筋土结构第五节其他轻型挡土墙结构第一节挡土墙的类型、构造和布置一、基本概念挡土墙是用来支撑路基填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的一种构造物。挡土墙的各部分名称如图：二、挡土墙类型及适用范围常见的挡土墙形式有：重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚杆式和锚定板式1．重力式挡土墙：依靠墙身自重支撑土压力来维持其稳定，特点圬工量较大，但其形式简单，施工方便，可就地取材，适应性较强2．锚定式挡土墙：分锚杆式和锚定板式两种，特点工程量省，施工安全，较为经济，有利于实现结构轻型化和施工机械化

3．薄壁式挡土墙：钢筋混凝土结构，包括悬臂式和扶壁式两种，特点钢筋与混凝土用量大，经济性差，宜在石料缺乏、地基承载力较低的填方路段采用4．加筋土挡土墙：通过填土与拉筋间的摩擦作用，把土的侧压力传给拉筋稳定土体，特点施工简便、外形美观、占地面积少，而且对地基的适应性大，结构简单，圬工数量少，经济效益大三、挡土墙构造及布置

（一）挡土墙的构造常用的重力式挡土墙一般是由墙身、基础、排水设施和伸缩缝等部分组成1、墙身构造重力式挡土墙的墙背坡度一般采用1:0.25仰斜，仰斜墙背坡度不宜缓于1:0.3；俯斜墙背坡度一般为1:0.25～1:0.4，衡重式或凸折式挡土墙下墙墙背坡度多采用1:0.25～1:0.30仰斜，上墙墙背坡度受墙身强度控制，根据上墙高度，采用1:0.25～1:0.45俯斜，,如下图所示；在地形险峻地段，或过高过长的路肩墙的墙顶应设置护栏；设置沉降缝2、排水设施由地面排水和墙身排水两部分组成地面排水措施：①设置地面排水沟，截引地表水；②夯实回填土顶面和地表松土，防止雨水和地面水下渗，必要时可设铺砌层；③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。墙身排水：为了排除墙后积水，通常在墙身的适当高度处布置一排或数排泄水孔。如下图所示：3、基础埋置深度（二）挡土墙的布置挡土墙的布置，通常在路基横断面图和墙址纵断面图上进行。1、挡土墙位置的选定路堑挡土墙大多数设在边沟旁，当路肩墙和路堤墙的墙高或截面圬工数量相近、基础情况相似时优先选用路肩墙，按路基宽布置挡土墙位置2、纵向布置挡土墙纵向布置在墙址纵断面图上进行，布置后绘成挡土墙正面图。如图：

布置的内容有：（1）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。

3、横向布置横向布置选择在墙高最大处、墙身断面或基础形式有变异处，以及其它必需桩号的横断面图上进行。

4、平面布置针对于个别复杂的挡土墙，如高、长的沿河挡土墙和曲线挡土墙

第二节土压力计算一、土压力类型根据挡土墙的位移和墙后土体所处的应力状态分静止土压力、主动土压力和被动土压力三种类型。a)静止土压力;b)主动土压力;c)被动土压力1．静止土压力如果挡土墙的刚度很大，在土压力作用下，墙体不发生变形和任何位移，墙背后土体处于弹性平衡状态，此时墙背所受的土压力称为静止土压力，以表示

2．主动土压力如果挡土墙在土压力作用下产生位移，墙对土体的侧向应力逐渐减小，土体出现向下滑动的趋势。土的抗剪应力抵抗着这一滑动。当墙的侧向应力减小到某一数值，且土的抗剪强度充分发挥时，土体处于极限平衡状态，与此相应的土压力称为主动土压力，以符号表示。3．被动土压力如果挡土墙在外力作用下推挤土体，墙对土体的侧向应力增大，土体出现向上滑动，土的抗剪力阻止着这一滑动。当墙对土体的侧向应力增大到某一数值，使土的抗剪强度充分发挥时，土体处于另一种极限平衡状态，与此相应的土压力称为被动土压力，以符号表示。二、库伦土压力理论（一）基本原理库伦土压力理论从研究墙后宏观土体的滑动出发，当墙后破裂棱体产生滑动时，土体处于极限平衡状态，根据破裂棱体的静力平衡条件，求得墙背主动土压力和被动土压力。假设：（1）墙后土体为均质散粒体，粒间仅有内摩擦力而无粘聚力；（2）当墙产生一定位移，墙后土体形成破裂棱体，并沿墙背和破裂面滑动；（3）破裂面为通过墙踵的一平面；（4）当墙后土体开始滑动时，土体处于极限平衡状态，破裂棱体在其自重、墙背反力和破裂面反力的作用下维持静力平衡。（5）挡土墙及破裂棱体均视为刚体，在外力作用下不发生变形。（二）主动土压力如下图，AB为挡土墙墙背，BC为破裂面，BC与竖值方向的夹角为破裂角θ，即为破裂棱柱体。这个棱体上作用着三个力，即破裂棱体自重、主动土压力的反力、破裂面上的反力。当填土表面为倾斜平面时，如下图所示：所得的主动土压力的表达式为：

＝（三）库伦土压力理论的适用范围（1）库伦理论概念清晰、计算简单、适应范围较广（2）库伦理论较适用于砂性土，用于粘性土时，应考虑粘聚力的影响。（3）库伦理论不仅适用于墙背平面为平面或近似平面的挡土墙，也可用于形墙背。（4）土体中出现第二破裂面，应按第二破裂面法计算。（5）库伦理论用于仰斜墙背时，墙背坡度不宜太缓。（6）库伦理论仅适用于刚性挡土墙。（7）库伦理论适用于地面或墙后填土表面倾角的情况。三、不同情况下的土压力计算（一）第二破裂面的土压力在挡土墙设计中，当墙背俯斜很缓时，即墙背倾角很大的情况，如折线形挡土墙的上墙墙背或衡重式挡土墙的假想墙背（下图），当墙后土体达到主动极限平衡状态时，破裂棱体并不沿墙背或假想墙背滑动，而是沿土体的另一滑动面滑动，则称为第二破裂面。第二破裂面出现的条件是：（1）墙背倾角必须大于第二破裂面的倾角；（2）作用于墙背或假想墙背上的合力对墙背法线的倾角δ′应小于或等于墙背摩擦角δ。对于一般常用的俯斜墙背，上述条件不能满足，故不会出现第二破裂面。衡重式墙的上墙或悬臂式墙只要满足第一个条件，即出现第二破裂面。设计时应首先辨别是否出现第二破裂面，然后再用相应的公式计算土压力。计算是按上下墙分别计算

（二）折线形墙背的土压力计算（三）粘性土土压力计算采用换算内摩擦角法来计算粘性土的主动土压力（四）有限范围填土的土压力计算墙后填土不是沿着计算的破裂面滑动，而是沿着已知滑动面滑动用有限范围填土土压力计算问题，计算图示如下：（五）翠车辆荷年载作用蛇下的土啦压力车辆荷蝇载近似耍地按均每布荷载低考虑，支并将其甚换算成驴容重与铲墙后填边料相同会的均布袭土层（1）按墙挑高确定班的附加乱荷载强吵度进行朱换算挡土欧墙设辉计中痕，换辛算均隐布土毒层厚令度（m）可直淘接由挡安土墙高楚度确定礼的附加抬荷载强岛度计算逃，如下蛮图所示展，即：（2）根窃据破业裂棱惜体范表围内真布置倘的车挖辆荷柏载换牌算根据捡墙后岗破裂愿棱体净上的旁车辆妻荷载田换算智为容它重与词墙后正填土紧相同葱的均往布土释层，兆如下辟图所疑示，警其厚览度为阵：第三滚节非挡康土墙档的稳凭定性接验算一、作泼用在挡设土墙上眉的力系力系永久荷盖载可变荷慌载偶然荷办载长期作件用在挡遮土墙挡土柳墙结剂构重细力雕，填揪土重掌力挂，填勤土侧削压力桶，墙顶降上的陆有效握永久粗荷载手，古预加盯力径，墙顶床与第层二破棉裂面西之间吩的有弹效荷搜载幼，浮力斧及静倡水压肚力萄，混孟凝土障收缩英及徐馋变如下图车辆荷嗽载引起塑的土侧冰压力叫，人群粘荷载，动水压德力，齐温度变竭化的影列响力等暂时性炊的或属墨于灾害粘性的，肚地震炎，滑坡愤、泥石职流作石用力的等永久荷腊载如图舌所示：挡土墙肆设计时例，应根冬据可能姑同时出如现的作蹈用荷载蜘，选择筝荷载组蒜合，常飞用的荷预载组合厅如表：组合荷载名称Ⅰ挡土墙结构重力、墙顶上的有效永久荷载、填土重力、填土侧压力及其他永久荷载组合Ⅱ组合Ⅰ与基本可变荷载相组合Ⅲ组合Ⅱ与其他可变荷载、偶然荷载相组合二、章挡土取墙设傍计原升则挡土墙遥设计按谜“分项育安全系岂数极限瓶状态”累法进行拣。挡土法墙设计丧分承载力系极限状今态和正常碍使用售极限状态故。当挡森土墙梳出现献以下浊任何再一种驼状态完，即屿认为纱超过虾了承费载力浸极限渴状态羡：①疮整个悲挡土姥墙或鬼挡土虹墙的浴一部赏分作遇为刚竿体失驾去平决衡；树②挡治土墙分的构朽件或束连接杰部件恶因材其料强格度超省过而封破坏宣，或莫过度胃塑性先变形愿；③辛挡土餐墙结日构变场为机阴动体晚系或惜局部驶失去临平衡唉。挡土堂墙出醋现下屋列状鲁态之己一时馅，即蒜认为技超过催了正叠常使巾用极漠限状怒态：滔①影视响正轮常使炭用或蜘外观帐变形蓄；②扶影响臣正常丽使用导或耐羞久性浪的局宵部破圆坏（吧包括敢裂缝均）；府③影况响正忌常使嘱用的吧其他痒特定位状态怖。三、胆稳定阔性验四算（一倦）滑赛动稳奏定性剑验算挡土墙海的滑动月稳定性伤：在土酿压力和逼其他外泡荷载作盲用下，语基底摩发阻力抵筝抗挡土当墙滑移谨的能力焦。如图禽：滑动邮稳定炭方程抗滑动滋稳定系亮数（二懂）抗张倾覆自稳定存性验贴算为保证眉抗倾覆袄稳定性窝，须验算炒抵抗悠墙身窑绕墙脑趾向哄外转尤动倾袜覆的惰能力碧，如惨图：倾覆鸣稳定遮方程抗倾膛覆稳跌定系暖数四、柳基底菜应力居及合汗力偏丘心距底验算1、基返底合意力的换偏心仁矩：酬避免占挡土穷墙不纪均匀匹沉陷＝2、基怀础地集面的夸压应配力：侮保证哭挡土玻墙的轨基底付应力勤不超德过地酱基承泛载力五、墙宰身截面湖强度验景算1、强度示计算：2、稳定昌计算：第四节醉加莲筋土结岩构一、野加筋态土的析机理1、摩睬擦加隐筋理帆论在加核筋土贵结构临中，航由填附土自冠重和裹外力砍产生子的土顺压力制作用乘于墙船面板难，通澡过墙邀面板窄上的迎拉筋怎连接伸件将著此土疏压力懂传递易给拉匹筋，丙企图且将拉禁筋从策土中商拉出疤。而丙拉筋传材料幅又被跑土压奏住，挠于是皇填土叮与拉刺筋之孔间的夫摩擦脂力阻估止拉厌筋被滤拔出纠，如软图。潮因此同，只傲要拉显筋材稿料具达有足蝇够的其强度欧，并捞与土脉产生暴足够哲的摩棕阻力粉，则客加筋洋的土杆体就接可保夜持稳英定。2、准享粘聚踢力理曾论采用价的拉堪筋，仍其弹地性模遗量远抖大于跨填土士。拉优筋与将填土去的共丛同作信用，拨包括悉填土胜的抗氧剪力乒、填粮土与深拉筋具的摩挽擦阻等力及乘拉筋煌的抗码拔力驴，使倍得加剂筋土怖的强弃度明钟显提趟高，西这可限以从斥三轴随试验起中得税到验浆证。在没血有拉绍筋的脂土体涛中，照在竖瞒向应援力作汉用下庄，土自体产俯生竖趴向压饲缩和鼻侧向泊膨胀医变形虑。随姻着竖申向应泽力的德加大蚕，压闷缩变暖形和各膨胀脉变形欺也随惯之加膊大，令直到恶破坏至。蹈应力红状态此如图皇：如下图a所示。凳莫尔圆I为土体毅未破坏旱时的弹托性应力茫状态；威圆II则是外未加兰拉筋屈的土端体极毒限应煤力状筐态；鬼圆II翠I是加筋矮土体的链应力状隆态，在批相同的瘦轴向变螺形条件暴下，加寸筋土能仰承受较潜大的主烟应力差葱。这还笛可以通柏过常规惜三轴试搞验中的袖应力变醋化情况返来表示厉，如图b所示，卡圆IV为无箩筋土生极限些状态卖时的余莫尔租圆；侧圆VI为加筋抗土的莫秆尔圆，舰圆VI的与承圆IV的相等斗，而能毫承受的宅压力则委增加了吩；圆V为加筋翼土中填缘瑞土的极振限莫尔潜圆，其边最大主屡应力与键圆VI的相岩等，魂而最铃小主捞应力伏却减梁小了细。上线述分删析说什明，丧加筋偿土体使的强枪度有续了增域加，蒸应有辫一条陈新的疼抗剪供强度绩线来相反映怪这种捐关系箱，如丸图c所示。这已匀被试像验所甚证实誓，如微下图莫所示康，图坊中加敏筋砂酿与未鸣加筋躺砂的逗强度厚曲线比几乎廉完全健平行扛，说津明值袭在加笼筋前忙后基抬本不贼变，蓄加筋贩砂的却力学呀性能夸的改具善是从由于虾新的僵复合仰土体槐（即舟加筋云砂）众具有委“粘壳聚力能”的苹缘故寺，“握粘聚棕力”绩不是缴砂土闹固有毯的，谁而是佳加筋厉的结迅果，屡所以常称为系“准半粘聚控力”魄。二、破摔坏模式辟及验算罪项目1、内部纸失稳形披式由于姥拉筋段与填拿土之判间结忘合力脸不足涨造成千的加没筋体辟断裂由于面拉筋胀开裂在造成冶的断锄裂2、外部撇失稳形年式加筋沾土挡猜土墙嚼与地层基间渡的摩尖阻力允不足或墙餐后土叉体的素侧向辣推力饰过大纹所引慌起的照滑移加筋土晌挡土墙仁被墙后迅土体侧欧向推力梦所倾覆由于地嗓基承载柜力不足孔或不均穷匀沉降疲而引起蛇的倾斜加筋土凉挡土墙复及墙后料土体出愁现整体竖滑动三、拉侨筋拉力即计算1、加嫌筋体米自重扰产生翻的拉基力对第i层拉筋睬所产生拔的应力水平应蓬力：竖向妨应力百：2、加筋体谈上路堤绍填土产污生的拉幻玉力：3、附唉加荷汪载产戏生的隐拉力恢：4、拉沉筋拉战力四、拉丧筋长度桃计算第五筋节营其创他轻固型挡特土墙算结构一、骂悬臂黎式和凶扶壁沾式挡柔土墙（一）籍悬臂式匙和扶壁油式挡土绕墙的构虚造及适博用条件悬臂符式和影扶壁廉式挡障土墙值的结雪构稳陵定性月是依菊靠墙桶身自存重和厉墙踵园板上代方填狱土的烟重力粥来保奸证，槐而且贩墙趾还板也拨显著助地增才大了楚抗倾恩覆稳序定性惧，并喘大大住减小匠了基画底应众力。杏它们树的主塔要特永点是份构造茅简单名、施饿工方娱便，雹墙身交断面侵较小云，自浇身质留量轻状，可掀以较辨好地惧发挥殖材料怠的强恢度性恢能，药能适督应承依载能戴力较孟低的辫地基世。但察是需障消耗捡一定洗数量眼的钢浆材和离水泥一般勤情况潜下，侦墙高6m以内采践用悬臂请式，6m以上采择用扶壁泳式。（二祖）土宿压力弃计算（1）库秃伦土算压力韵法:一般可波采用库着伦土压巾力理论森计算，浮特别是排填土表忆面为为栗折线或耳有局部疑荷载作聚用时（2）朗金踢土压力善法:填土表妻面为一探平面或稍其上有穴均匀荷患载作用瞧时采用序，如下分图所示火按朗金咐土压力昂理论计锁算的土利压力作孕用于通领过墙踵概的竖直暮面AC上，欧在立脾壁和桥墙踵群板设拉计时详，应对将装分算成两百部分范。（三）秧墙身构雕造设计（1）悬臂鹅式挡土岗墙构造驻设计悬臂外式挡共土墙黎分段译长度守不应宗大于15阴m，段间糖设置沉另降缝和大伸缩缝,墙踵板维顶面水畅平,墙踵板称宽度由桨全墙抗遭滑稳定形性确定惹，并具醋有一定唐的刚度（2）扶壁充式挡土话墙扶壁式析挡土墙码分段长云度不应让大于20m。扶肋茎间距一默般为1/元4~酬1/页2墙高。慎墙面板现宽度和寨墙底板骨厚度与扭扶壁间赖距成正语比，扶口壁式挡托土墙有舰关构造骂要求如呼图：（四）勿墙身截木面尺寸给的拟定悬臂溪式挡治土墙法的整伤体稳绪定性建通常研取决略于墙割底板扬的宽质度，猴增大躺墙底在板的晌宽度稻，可想以提允高挡塑土墙轨的抗献滑稳扒定性凝和抗赞倾覆剑稳定袜性，定减少扎基底群应力刑。墙愚底板江的宽刚度B可分笑为三赔部分墓：墙雕趾板跳宽度阅、立评壁宽渣度和左墙踵揪板宽引度，产如下铁图所浙示。（五槽）立东壁和差墙底壳板厚华度1、内力仪计算2、截下面厚解度计申算（六孩）墙森身稳兔定性膏及基茫底应需力验火算验算内爸容包括猎抗滑稳商性、抗券倾覆稳纷定性、浙基底应娇力及合悲力偏心剩矩、墙琴身截面谜强度等二、锚封杆挡土套墙（一饲）锚想杆挡鞋土墙萄的构梦造与蛙布置锚杆挡堡土墙是塑由钢筋菠混凝土疑墙面和赵钢锚杆兆组成，黑靠锚固底在稳定株地层内仪的锚杆伴对墙面她的水平侍拉力以锹保持墙昏身的稳暖定。锚圈杆挡土性墙可根奸据地形询设计为岔单级或转多级（二返）锚甘杆挡言土墙蒸设计1、土廊压力托计算2、挡土窃板设计3、肋柱墙设计4、锚这杆设许计(1扒)锚杆康截面浸设计:作用垃于肋叶柱上竭的侧蒙压力扣由锚伤杆承胡受，促如上肚图:(2)锚杆位长度吸设计:锚杆改由非竭锚固提端和昌有效膏锚固躺段组阔成。两非锚甲固段纱不提专供抗深拔力潜，其定长度时应根健据肋拒柱与暗主动竖破裂招面或鸟滑动鹅面的银实际量距离抄确定和，如途图所珠示。三、锚醉定板挡么土墙（一椅）锚缎定板搞挡土脆墙的皆构造锚定板大挡土墙普是由钢之筋混凝胞土墙面洋、钢拉营杆