高速公路边坡支护挡土墙结构设计

第5章土压力与土坡稳定土力学地基基础1§5.5挡土墙设计挡土墙的作用

挡土墙是各类工程建设中常见的支挡结构形式，它具有结构简单、占地少、施工方便和造价低廉等诸多优点。目前，不仅广泛应用于公路、铁路、城市建设，同时应用于水坝建设、河床整治、港口工程、水土保持、土地规划、山体滑坡防治等领域。挡土墙的分类挡土墙的种类很多，按照其结构特点可以分为：

板桩墙加筋土锚定板支撑式重力式扶臂式悬臂式2§5.5.1挡土墙的用途与类型1、挡土墙的用途§5.5挡土墙设计3§5.1概述§5.5.1挡土墙的用途与类型2、挡土墙的类型⑴挡土墙按结构型式分类①重力式；墙顶墙基墙趾墙面墙背4§5.1概述§5.5.1挡土墙的用途与类型以书架为例当没有书架的时候，书本很容易向侧边倾倒，这时候我们自然会想到利用重物挡住。只要重物的自重使桌面与重物间的摩擦力大于书本倾倒的侧向力时，即可达成的目标重力摩擦力侧向力侧向力重力摩擦力5§5.1概述§5.5.1挡土墙的用途与类型2、挡土墙的类型⑴挡土墙按结构型式分类②悬臂式；③扶壁式；墙趾墙踵立壁钢筋墙趾墙踵扶壁6§5.1概述§5.5.1挡土墙的用途与类型2、挡土墙的类型⑴挡土墙按结构型式分类④锚杆式；墙板锚定板基岩锚杆7§5.1概述§5.5.1挡土墙的用途与类型2、挡土墙的类型⑴挡土墙按结构型式分类⑤加筋土挡土墙8§5.1概述§5.5.1挡土墙的用途与类型2、挡土墙的类型⑴挡土墙按结构型式分类⑥其它型式的挡土墙9§5.5挡土墙设计§5.5.2挡土墙型式的选择选择原则：①挡土墙的用途、高度与重要性；②建筑场地的地形与地质条件；③尽量就地取材，因地制宜；④安全而经济。挡土墙包括墙型选择、稳定性验算、地基承载力验算、墙身材料强度验算以及一些设计中的构造要求和措施等。1、重力式挡土墙⑴特点：体积大，靠墙自重保持稳定性。⑵适用：小型工程，挡土墙高度<5m。⑶材料：就地取材，砖、石、素混凝土。⑷优点：结构简单，施工方便，应用较广。⑸缺点：工程量大，沉降大。根据墙背倾斜方向可分为仰斜、直立和俯斜三种。挡土墙中Pa以仰斜最小，直立居中，俯斜最大。因此仰斜墙背较为合理，然而墙背的倾斜型式还应根据使用要求和施工条件综合考虑确定，一般挖坡建墙宜用仰斜，其土压力小，且墙背可与边坡紧密贴合，填方区则用直立或俯斜，便于施工，使填土夯实方便。而在山坡上建墙，则宜于用直立，因此时仰斜墙身太高，俯斜则土压力较大。102、悬臂式挡土墙⑴特点：体积小，利用墙后基础上方的土重保持稳定性。⑵适用：重要工程，墙高H>5m。地基土质差，当地缺少石料等情况，多用于市政工程及贮料仓库。⑶材料：钢筋混凝土。⑷优点：工程量小。⑸缺点：费钢材，技术复杂。§5.5.2挡土墙型式的选择11§5.5.2挡土墙型式的选择3、扶壁式挡土墙⑴特点：为增强悬臂式挡土墙的抗弯性能，沿长度方向每隔0.8～1.0H做一垛扶壁。⑵适用：重要工程，墙高H>10m。⑶材料：钢筋混凝土。⑷优点：工程量小。⑸缺点：技术复杂，费钢材。124、锚杆式挡土墙⑴特点：新型结构。由预制钢筋混凝土立柱、墙面板、钢拉杆和锚定板，在现场拼装。⑵适用：重要工程，墙高已达H=27m。⑶材料：钢筋混泥土、钢材。⑷优点：结构轻、柔性大、工程量小、造价低、施工方便。⑸缺点：技术复杂。§5.5.2挡土墙型式的选择135、加筋土挡土墙由墙面板、拉筋及填土共同组成。依靠拉筋与填土之间的摩擦力来平衡作用在墙面的土压力以保持稳定。§5.5.2挡土墙型式的选择14§5.5.3重力式挡土墙的构造1.墙背倾斜形式仰斜、直立和俯斜E1仰斜E2直立E3俯斜E1＜E2＜E3≥400mm≥400mm≥400mm≥1:0.25≥1:0.4底宽为h/3～h/2,墙底埋深≥500mm15§5.5.3重力式挡土墙的构造2.墙后排水措施泄水孔孔径≥100mm,外斜坡度为5%，间距2～3m。每隔10～10m设一道伸缩缝，缝宽20mm左右。地基有变化时宜加设沉降缝。在拐角和端部处应适当加强。泄水孔粘土夯实滤水层泄水孔粘土夯实粘土夯实截水沟16§5.5.3重力式挡土墙的构造墙后填土宜选择透水性较强的填料，若采用粘土，应混入一定量的块石，增大透水性和抗剪强度，墙后填土应分层夯实。3.填土质量要求17§5.6挡土墙设计§5.5.4挡土墙初定尺寸以常用的重力式、悬臂式和扶壁式挡土墙为例，研究挡土墙型式选定后，初定其尺寸。1、挡土墙的高度H墙后被支挡的填土呈水平时为墙顶的高程。对长度很大的挡土墙，也可使墙顶低于填土顶面，用斜坡连接，以节省工程量。2、挡土墙的顶宽挡土墙的顶宽为构造要求确定。对砌石重力式挡土墙，顶宽应大于0.5m，即2块块石加砂浆。对砼重力式挡墙顶宽也不应小于0.5m。至于钢筋混凝土悬臂式或扶壁式挡土墙顶宽不小300mm。3、挡土墙的底宽挡墙的底宽由整体稳定性确定，初定挡墙底宽B≈0.5H～0.7H，挡墙底面为卵石、碎石时取小值，墙底为粘性土时取高值。挡墙尺寸初定后，经挡土墙抗滑稳定与抗倾覆稳定验算。若安全系数过大，则适当减小墙的底宽；反之，安全系数太小，则适当加大墙的底宽或采取其它措施。保证挡土墙既安全又经济。18§5.6挡土墙设计§5.5.5挡土墙的验算挡土墙的型式与尺寸初定后，需要验算抗滑稳定和抗倾覆稳定等。为此，首先要确定作用在挡土墙上的诸力。1、作用在挡土墙上诸力⑴墙身自重G垂直向下，作用在墙体的重心。挡土墙型式与尺寸初定后，G确定。若经验算后，尺寸修改，则G需重新计算。⑵土压力E这是挡土墙的主要荷载。根据挡土墙的位移来确定土压力的种类，应用相应的公式计算。通常墙向前移，墙背作用主动土压力Ea。若挡土墙基础有一定埋深，则埋深部分前趾上因整个挡土墙前移而受挤压，故对土体作用着被动土压力Ep，但在挡土墙设计中常因基坑开挖松动而忽略不计，使结果偏于安全。⑶基底反力挡土墙基底反力可分解为法向分力和水平分力两部分。为简化计算，法向分力与偏心受压基底反力相同，呈梯形分布，合力用∑V表示，作用在梯形的重心。基底反力的水平分力用∑H表示。EaEpG19§5.6挡土墙设计§5.5.5挡土墙的验算2、游抗倾廊覆稳恶定验啊算从挡曾土墙忘破坏戒的宏腐观调厉查来苍看，寻其破买坏大树部分别是倾顾覆。气要保川证挡银土墙衔在土尚压力乳作用忽下不烘发生森绕墙难趾O点的旷倾覆劳，须托要求叹对O就点的支抗倾四覆力路矩M1大于保倾覆冻力矩M2。先将馋Ea兽分解广为E坦az票和E裹ax式中痛Kt--货--妈抗倾伪覆稳硬定安载全系招数；G—牲—挡籍土墙父的重垮力x0、xf、zf分别套为G阴、Eaz、Eax对O智点的力臂，mα0、b膨、z……土对湿墙背木的摩编擦角墙背雁的倾隶斜角20§5.6挡土墙设计§5.5.5挡土墙的验算2、闻抗倾尘覆稳台定验穴算验算花结果撤不满有足公顷式要疮求，浪可选浊用以礼下措绳施来航解决估。①修改挥挡土辞墙尺下寸，贴如加桐大墙籍底宽退，增熟大墙劲自重G，以份增大全抗倾总覆力颠矩。嘱这一生方法难增加鞭较多愁的工栽程量伏，不控经济给。②伸长曲墙前怖趾，名增加拾混凝盗土工保程量娇不多法，需侄增加微钢筋乡丰用量接。③将墙治背做枕成仰丈斜，瓜可减昨小土技压力贪，但武施工唱不方罗便。④做卸摩荷台喊，如庙图所顺示，旺位于描挡土鸟墙竖乱向墙建背上恋，形尘如牛遮腿。瓦卸荷颤台以鞠上的委土压美力，亭不能定传到觉卸荷婶台以铸下。湾土压尝力呈剥两个宇小三卡角形耻，因及而减雕小了感总的伏土压类力，哨减小敞了倾驶覆力倒矩。前趾21§5.6挡土墙设计§5.5.5挡土墙的验算3、淹抗滑主稳定泡验算挡土谦墙的部截面极尺寸谈一般绳按试算谎法确定头。即讯先根耀据挡选土墙意的工养程地威质、寺填土盆性质咐以及白墙身趴材料絮和施匆工条班件等艳凭经纵验初拒步拟灭定截投面尺系寸，坝然后努进行侍验算问。如场不满区足要恳求，狐则修华改截裂面尺袖寸或耳采取壮其它恨措施扬。挡土盯墙作赖抗滑趴移稳落定验递算时拥，将月G和稼Ea促都分烟解为脑垂直弟和平门行于破基底方的分但力。垂直基底遍分力姨为：平行基底尺分力势为：安全毙系数为：式中：22§5.6挡土墙设计§5.5.5挡土墙的验算23§5.6挡土墙设计§5.5.5挡土墙的验算3、喘抗滑众稳定蛙验算24§5.6挡土墙设计§5.5.5挡土墙的验算3、神抗滑种稳定痕验算⑹若验得算结该果不最满足厕公式阻(5貌.2企4)元，则穴应采夫取以兰下措吓施来筛解决惭：①修改扩断面岁尺寸形，通铅常加公大底光宽增芬加墙望自重G以增宽大抗悼滑力秤；②在挡延土墙晚基底砍铺砂脖、碎菌石垫哈层，酱提高μ值，齿增大扇抗滑茎力；③将挡美土墙喜基底听做成逆坡，利回用滑肿动面形上部慈分反障力抗揭滑，宝如图松所示傅；④在软胆土地拌基上纷，抗枯滑稳结定安牛全系绘数相宿差很昌小，摧采取辈其它权方法疤无效赵或不捉经济副时，监可在茎挡土向墙踵裤后面照加钢遇筋混缺泥土拖板。利笨用拖矮板上酸的填攻土重丝式增大丝式抗滑践力。活拖板认和挡筋土墙及之间坛用钢悬筋连乎接，技如图智所示乱。25§5.6挡土墙设计§5.5.5挡土墙的验算4、障地基汗承载腾力验叙算挡土威墙的粱基底堵压力苦应小钱于地蜜基承饰载力词。否控则，扣地基锯将丧浸失稳径定性主而产碰生整昼体滑惕动。魄挡土站墙基傲底常敞属偏基心受单压情微况，先其验抄算方隐法可烘见§划7.茫5.子2。壁即要立求应紧同时别满足杆：(3.28)同时惊要求e≤暖b1/4(b1为挡驶土墙挡没有弄台阶晒时的考墙身壁宽度戴)。殿对基和底逆缠坡者气，如瞧逆坡偿度为0.远1:抹1时，学要求Pma赖x≤0窃.9猛f；逆患坡坡足度为0.掌2:房诚1时，码则要轨求Pma跪x≤0趟.8辉f。当酿墙体冈高度蚊不太肌大而钥地基洗并软秒弱时酸，或敬者挡躲土墙府墙顶咐面没忘有直毙接承皇受竖任向荷书载，保基底陪压力巡寿的验纱算，尿一般芹均能兰满足抱要求府。26§5.6挡土墙设计§5.5.5挡土墙的验算5、蹦挡土茶墙的领墙身受强度刑验算墙身六强度徒的验需算，茄一般听选在驳墙截宫面突变处，愁例如撞墙底晌台阶垫的上章截面帖。验币算时悟，先灿计算撑此截悟面以跨上的丙墙体动的重虾力和龙相应恐高度植的主脚动土色压力岸，求电得该性截面煤的内勉力，像然后哀按《砌疏体结谦构设制计规甚范》(赌GB惭J3书-8委8)渣进行立抗压串强度愧和抗率剪强录度验排算。应当筋指出来，一戚些满福足截桂面强晨度验堂算的慰挡土奏墙，药由于施工倾质量责差，石碍缝的物砂浆围不饱纸满，旧因而扯造成患墙体展破坏苹。因眉此，打挡土扎墙的晚施工击质量盛也不零容忽骨视。27§5.6挡土墙设计§5.5.6墙后回填土的选择根据芝上述跟土压拉力理灿论分血析，葬希望啊作用厘在挡钩土墙赖上的帅土压加力值番越小湿越好革。这野样可咏使挡直土墙仙断面序小，吵省方芽量，煎降低覆造价匀。各达种土端压力见中，势最小厉土压地力为桥主动斗土压毕力Pa,播而Pa的产随生与勇数值举大小赌与墙潜后填蹲土的伤种类般和性名质密尼切相容关。军由此敢可见于，挡而土墙洪后的政填土论并非雅无关宣紧要战，更浆不能说随便励什么粗土填垮平即敬可，扭而应倡作为羽挡土桑墙工祥程的降组成酒部分畏，正枕规地插进行拘设计磨与选胳择。1、肾理想苦的回点填土卵石扎、砾梯石、稍粗砂值、中拦砂的股内摩商擦角钩ф大岗。主段动土改压力必系数巩Ka=t窜g(犹45冻°-短ф/秘2)寒小，抓由作绿用在吸挡土纯墙上糕主动却土压萝力小策，使叫墙节园省工阶程量赠保持吃稳定减性。慌无疑月，上输述粗箩粒土铲为挡胸土墙骄后理狗想的柜回填刘土。2、呜可用昌的回鸟填土细砂岗、粉向砂、楚含水亩量接分近最早优含贯水量恨的粉才土、损粉质奔粘土吩和低诸塑性拳粘土疗为可果用的晋回填臭土，丽如当类地无给粗粒装土，盏外运活不经隶济，讨就地帖取材遵。28§5.6挡土墙设计§5.5.6墙后回填土的选择3、伟不能糠用的暖回填侵土凡软吉粘土丢、成补块的盲硬粘雷性土庸、膨锁胀土樱和耕齿植土边，因锹性质币不稳冤定，委在冬姑季冰鹊冻时输或雨才季吸菊水膨笼胀都累将产舍生额召外的菜土压鄙力，器对挡遍土墙蔽的稳麦定性涛产生云不利天影响倡，故舅不能酷用作信墙后留的回辞填土汽。29§5.6挡土墙设计§5.6.5墙后排水措施1、鸣无排备水措帖施的壮危害在挡寄土墙悠建成垒使用符期间茄，有圆大量萄雨水捡渗入秀挡土蹦墙后添填土杰中，妥结果销使填龟土的轻重度阵增加途，内拌摩擦旧角减冒小，昌土的岩强度寨降低懒，导裹致填肤土对乞墙的畜土压露力增惭大，股同时退墙后述积水护，增歪加水滔压力环，对区墙的棕稳定冤性产鸭生不诵利影被响。喇若遇班软弱蹦地基处，则弊因土弄压力启增大苗造成浆挡土漏墙破厕坏。废根据昂某地借区对痒挡土闹墙的坊实地掀调查膀，仅秀19助66畅年，硬因无貌排水格措施锐或排泰水不锦良发晒生挡恼土墙泊破坏鄙达十锄多处营。因吓此挡衬土墙演设计沟中必叹须设项置排野水。2、余排水点措施仅的部赌位与雨构造⑴截水桃沟哄凡续挡土响墙后卸有较残大的微面积秒或挡袋山坡报，则尘应填腾土顶未面、瞎离挡朝土墙轧适当还的距际离设脚截水慎沟，恋把坡焰上、死外部孔径流但截断巧排除扶。截怜水沟至的剖帆面尺物寸要坊根据妹暴雨柱集水坟面积雷计算迎确定祖，并灿应用观混凝默土衬眉砌。屯截水景沟纵陕向设冠适当耳坡度劈燕。截惯水沟愈出口专应远搞离挡担土墙轨，如鞋图5惊.3松8(堂a)声所示屈。30§5.6挡土墙设计§5.6.5墙后排水措施⑵泄水晴孔展若已尼渗入旦挡土凉墙中庭的水染则应泉将其筐迅速往排出管，通教常在匆挡土卫墙的毙下部贴设置满泄水届孔。当墙添高H>仁12鸣m时，馒可在给墙的寨中部抹加一聚排泄萝水孔朱，一物般泄愿水孔壶的直遗径为摩5c坝m～借10厌cm浅，间滚距为2m六～3高m。泄企水孔艰应高于锁墙前针水位，以创免倒侦灌。睁此外僵，在殖泄水城孔入舒口处鞠，应绒用易拨渗的蜻粗粒克材料收做反滤竞层，并疼在泄益水孔奖入口系下方福铺设粘土新夯实层，苏防止犬积水糟渗入终地基裳不利辛于墙够的稳何定。伞同时检，墙填前亦免应做深散水蔬、排乒水沟希或粘妹土夯模实隔换水层感，避阶免墙辫前水工渗入善地基令，泄步水孔丈的布罢设如响图5云.3补8(圣b)吐、(浪c)衫所示缸。31[例趁5-增4]试对闯例5捡-2谨的挡梢土墙捆进行高稳定披验算竹。初右选墙技体截要面尺聋寸如梯图所衰示，滴墙身陈砌体考重度凉为2巾2k蒙N/墨m3，μ臣＝0道.5勒。(Ea碗=6畅1.部67摸kN梳/m)[解弓]墙体否重力服，分钓为三赚部分盒：32【例乞】某霞挡墙暴高为愤6m胀，墙帽背直拜立，牺填土丹面水旺平，龙墙背磨光滑驶，用室毛石堵和M盟2.科5水送泥砂锈浆砌历筑，锡砌体艰重度g＝2终2k恭N/泄m3，填拘土内尊摩擦津角j＝4摇0°，c＝0测，g＝1损9k般N/婚m3，基确底摩线擦系揪数m＝0撞.5显，地粘基承荣载力拘设计小值f＝1姐80撒kP依a，域试设品计此恒挡土尚墙。【解导】1.今挡土赏墙断帅面尺凉寸的迷选择重力琴式挡抢墙的欲顶宽型约H妄/1纱2，爆底宽陈取H士/3盲～H酒/2缺，蠢初步申定顶晋宽0慎.7饮m，枯底宽嫌2.兵5m2.避土压锅力计别算作用导点高乳度2凝m，腰水平超。3.岭挡土咸墙自橡重作用谁点距捉O点挡土俗墙设重计算戴例…虏14.鸽抗倾搜覆稳跌定性道验算满足5.裁抗滑腥移稳吗定性庸验算满足6.晨地基秒承载喷力验土算合力合点距偿O点辩距离偏心梁距基底稀压力足够7.奋墙身参强度袄验算旨，略匪。挡土办墙设洞计算技例…副4习题5-斑1、秆5-纺3、超5-牲437习题右提示闻与解幸答P1样155-顾1某砂默土场梯地需遵放坡偏开挖怕深度亩为5侧m的柔基坑相，砂顶土的瓣自然栋休止螺角φ佛＝3孩0°孝。(1)求极舞限坡锋角β筛(即镜K＝和1)略；(2停)取安倍全系答数K隙＝1壳.3用，求界允许失坡角若β;(3阀)取β横＝2达0°馆，求凑稳定寇安全秧系数昆K。解：桥⑴由⑵由⑶385-吗2某某挡与上墙孕高5策m，杆假定豪墙背适垂直省、光鹅滑，靠墙后犬填土舟面水蚂平，品填土劲的粘娇聚力昂c=玻ll睛kP讽a，贿内摩母擦角带φ=脆20津°，心重度腿γ=向18烤kN玩/m膏，试货作出毒墙背差主动璃土压点力(强强度妙)分圈布图增形，浪并求割土动宁土压姐力的苏合力醒。解：园⑴式没(5征-8森a)仆计算阻：395-五2某某挡减上墙村高5杜m，爸假定迎墙背责垂直交、光筑滑，冠墙后句填土击面水怖平，虾填土范的粘坡聚力睡c=勤ll菊kP应a，繁内摩稠擦角跳φ=已20始°，缠重度返γ=饲18湿kN迷/m不，试巧作出微墙背扩主动甚土压产力(猜强度迎)分窃布图平形，唯并求上土动戏土压宰力的涝合力雨。405-匆3高度骗为6符m的搜挡土四墙，亮墙背蛇直立相、光备滑，西墙后涌填土斤面水转平，蛮填土只面上机有均园布荷姥载q葛＝2拆0k喜Pa世，填添土情遭况见葡图。铁试作捞出墙瓦背主廊动土室压力味分布崭图及肾计算晓主动排土压窄力合窑力的尿大小磨和作删用点橡位置查。解：415-衫3高度白为6溉m的狐挡土自墙，霉墙背递直立怕、光低滑，嘉墙后栏填土见面水感平，衬填土症面上灭有均关布荷令载q耻＝2波0k津Pa屡，填移土情隶况见梅图。学试作旨出墙帽背主凳动土似压力换分布宏图及缎计算戚主动捕土压折力合宰力的敲大小加和作朝用点针位置忌。合力歼：设合枪力E敲a作四用点过距墙臭底的勒距离由为y嚷：425-甘4对5构-2吹中的驴挡土即墙，车取图殿所示选的毛泽石砌量体截拒面，峰砌体膛重度熔为2扔2k诉N/相m3，挡艇土墙索下方吃为坚毒硬粘育性土毒，土搜对挡喜土墙惰基底伐的摩飘擦系源数μ课＝0猾.4限5。凭试对倘该挡季土墙胃进行幅抗滑税和抗妻倾覆仪稳定急验算越。解：(1挺)计输算主赔动土导压力夹及作安用点档位置由5花-2教知，批Ea着＝4休6.都6k岛N/白m3，Z好＝1绍.0旦8m廉