第七章-路基挡土墙设计

第七章路基挡土墙设计第七章路基挡土墙设计第一节挡土墙的类型、构造和布置第二节路基挡土墙土压力计算第三节路基挡土墙结构设计与验算第四节加筋土挡土墙第五节其他轻型挡土墙结构§7.1挡土墙的类型、构造和布置挡土墙是用来支承路基填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的墙式构造物。在路基工程中，它广泛用于支承路堤或路堑边坡防止坡体变形失稳，收缩坡脚，减少占地及土石方量，避免填方侵占河道和水流冲淘岸坡，整治滑坡等病害。一、类型及适用条件

按照挡土墙的设置位置，挡土墙可分为路肩墙、路堤墙、路堑墙和山坡墙等类型，如图7-1所示。第七章路基挡土墙设计按照挡土墙的结构形式与受力特点不同划分为重力式、薄壁式，锚固式、垛式、桩板式、土钉式和加筋土挡土墙等。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。重力式挡土墙圬工体积大，但其形式简单，施工方便，可就地取材，适应性较强，故被广泛应用。为适应不同地形、地质条件及经济要求，重力式挡土墙具有多种墙背型式。其中墙背为直线形的是普通重力式挡土墙，如图7-2（a）、（b）、（c)所示。第七章路基挡土墙设计悬臂式挡土墙如图7-3所示，它是由立壁和底板组成，具有三个悬臂，即立壁、趾板和踵板。当墙身较高时，沿墙长每隔一定距离加筑肋板（扶壁）联结墙面板及踵板，称为扶壁式挡土墙，如图7-4所示。它们的共同特点是：墙身断面小，结构的稳定性不是依靠本身的重量，而主要依靠踵板上的填土重量来保证。它们自重轻，圬工省，适用于墙高较大的情况，但需要使用一定数量的钢材，经济效果较好。第七章路基挡土墙设计锚固式挡土墙通常包括锚杆式和锚定板式两种。锚杆式挡土墙是一种轻型挡土墙，如图7-5所示，主要由预制的钢筋混凝土立柱、挡土板构成墙面，与水平或倾斜的钢锚杆联合组成。一般多用于路堑挡土墙。锚定板式挡土墙的结构形式与锚杆式基本相同，只是锚杆的锚固端改用锚定板，埋入墙后填料内部的稳定层中，依靠锚定板产生的抗拔力抵抗侧压力，保持墙的稳定，如图7-6所示。一般多用于路堤墙或路肩墙。第七章路基挡土墙设计垛式挡土墙，如图7-7所示，通常采用钢筋混凝土预制杆件纵横交错拼装成框架，内填土石，借其自重抵抗墙后土体的推力。常用作高路堤墙和高路肩墙以及抗滑墙。加筋土挡土墙是由填土、填土中布置的拉筋条以及墙面板三部分组成，如图7-8所示。在垂直于墙面的方向，按一定间隔和高度水平地放置拉筋材料，然后填土压实，通过填土与拉筋间的摩擦作用，把土的侧压力传给拉筋，从而稳定土体。挡土墙属柔性结构，对地基变形适应性大，建筑高度大，适用于填土路基。第七章路基挡土墙设计桩板式挡土墙由钢筋混凝土桩柱和挡板组成，如图7-9所示。利用深埋的桩柱及其桩柱前的被动土压力来平衡墙后主动土压力。可用于支档土质高路堑边坡或处治边坡坍滑，也可用于路肩墙或路堤墙。土钉式挡土墙由土体、土钉和护面板三部分组成，如图7-10所示。利用土钉对天然土体就地实施加固，并与喷射混凝土护面板相结合，形成类似于重力式挡土墙的加强支护体，从而使开挖坡面稳定。常用于支护挖方路堑边坡，也可作为挖方工程的临时支护。第七章路基挡土墙设计计路基挡土墙设计，应根据路基横断面设计要求，并综合考虑各种因素，合理确定挡土墙的位置、起讫点、长度和高度，按表7-1进行技术经济比较后，选择适宜的挡土墙类型。第七章路基挡土墙设计二、构造常用的重力式挡土墙一般由墙身、基础、排水设施和伸缩缝等几部分组成。1．墙身构造重力式挡土墙的墙背，可做成仰斜、垂直、俯斜、凸形折线和衡重式等形式。墙面一般为平面，其坡度应与墙背坡度相协调。地面横坡较陡时，墙面可采用1:0.05~1:0.20，矮墙也可采用直立；地面横坡平缓时，墙面可缓些，一般采用1:0.20~1:0.35，以免过多增加墙高。墙顶的最小宽度，浆砌时应不小于50cm；干砌时应不小于60cm。干砌时其高度一般不宜大于6m。第七章路基挡土墙设计

浆砌时墙顶应用强度等级5MPa的砂浆抹平，厚2cm，或用较大石块砌筑并勾缝；干砌时顶部50cm厚度内宜用强度等级5MPa的砂浆砌筑，以求稳定。墙顶高出地面6m以上，或连续长度大于20m的路肩墙，墙顶应设置护栏。护栏内侧边缘距路面边缘不应小于

0.5m（四级公路）或0.75m（二级、三级公路）。2．基础挡土墙的破坏，很多是由于基础处理不当而引起的。因此，设计时应对基底条件作充分的调查，再确定基础类型和埋置深度。3．排水挡土墙应设置排水设施，以疏干墙后填土中的水，防止墙后积水所产生的静水压力、冻胀力（寒冷地区）或膨胀地区（填料中含有膨胀性土）。排水措施包括：设置地面排水沟；第七章路基挡土墙设计

夯实回填土顶面和地面松土（必要时可加铺砌）；对路堑墙的墙趾前边沟予以加固；设置墙身泄水孔等。浆砌挡土墙应在墙前地面以上设一排泄水孔如图7-11所示。第七章路基挡土墙设计4．沉降与伸缩缝为避免地基不均匀沉陷而引起墙身开裂以及墙体伸缩而产生裂缝，挡土墙需根据地形及地质等情况每隔10~15m设置一道沉降伸缩缝。缝内可用胶泥填塞，但在渗水量大、冻害严重的地区，宜用沥青麻筋或沥青木板等材料，沿墙内、外、顶三边填塞，深度不宜小于15cm。当墙背为填石且冻害不严重时，可仅留空隙，不嵌填料。第七章路基挡土墙设计三、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。布置前，应现场核对路基横断面图，不足时应补测，并测绘墙址处的纵断面图，收集墙址处的地质和水文等资料。在勘测设计阶段，应对挡土墙地基基础进行综合地质勘察，查明地基地质条件和地基承载能力。设计中应分析预测挡土墙建设对环境产生的影响，确定必要的环境保护方案和植物措施；在施工阶段应采用合理施工方法，尽量减少对环境和相邻路基段的不利影响。挡土墙可采用锥坡与路堤连接，墙端应伸入路堤内不应小于0.75m，锥坡坡率宜与路堤边坡一致，并宜采用植草防护措施。挡土墙端部嵌入路堑原地层的深度，土质地层不应小于1.5m；风化软质岩层不应小于1.0m；微风化岩层不应小于0.5m。第七章路基挡土墙设计1．挡土墙位置的选定路堑挡土墙大多数设在边沟旁。山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处，墙的高度应保证墙后墙顶以上边坡的稳定。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，应优先选用路肩墙，按路基宽布置挡土墙位置，因为路肩挡土墙可充分收缩坡角，大量减少填方和占地。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，并作经济比较后确定墙的位置。沿河路堤设置挡土墙时，应结合河流情况来布置，注意设墙后仍应保持水流顺畅，不致挤压河道而引起局部冲刷。第七章路基挡土墙设计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7-12所示。第七章路基挡土墙设计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。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。路肩式挡土墙的顶面宽度不应占据硬路肩、行车道及路缘带的路基宽度范围，并应设置护栏。高速公路和一级公路的护栏设计应符合《高速公路交通安全设施及施工技术规范》的有关规定。第七章路基挡土墙设计4．平面布置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，除了纵、横向布置外，还应进行平面布置，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，其他防护与加固工程等。在以上设计图纸上，可标写简要说明。必要时可另编写设计说明书，说明选用挡土墙方案的理由、选用挡土墙结构类型和设计参数的依据、对材料和施工的要求、注意事项以及主要工程数量等，如采用标准图，应注明其编号。挡土墙墙背填料宜采用渗水性强的砂性土、砂砾、碎（砾）石、粉煤灰等材料，严禁采用淤泥、腐殖土、膨胀土，不宜采用粘土作为填料。在季节性冻土区，不应采用冻胀性材料做填料。第七章路基挡土墙设计§7.2路基挡土墙土压力计算一、作用在挡土墙上的力系作用在挡土墙上的力系，按力的作用性质分为主要力系、附加力系和特殊力。主要力系指经常作用于挡土墙上的各种力，如图7-13所示，它包括：①挡土墙自重G及位于墙上的恒载（如护栏等）；②作用于墙背上的主动土压力Ea（包括墙后填料破坏棱体上的荷载）；③基底的法向反力N及摩擦力T；④墙前土体的被动土压力Ep。附加力是季节性或规律性作用于墙的各种力，如洪水位时的静水压力和浮力、动水压力、波浪冲击力、冻胀压力及冰压力。第七章路基挡土墙设计特殊力是偶然出现的力，如地震力、浮力、水面物撞击力等。第七章路基挡土墙设计二、路基挡土墙土压力类别土压力是挡土墙的主要设计荷载。根据挡土墙的位移情况，可以形成不同性质的土压力，如图7-14所示。在影响挡土墙土压力大小及其分布规律的诸多因素中，挡土墙的位移方向和位移量是计算中要考虑的特殊因素。根据挡土墙的位移和墙后土体所处的应力状态，土压力有：静止土压力、主动土压力和被动土压力三种类型。第七章路基挡土墙设计二、路基挡土墙土压力类别在挡土墙设计中，应根据它在外力作用下可能的位移方向，来判断是主动土压力还是被动土压力。如拱桥桥台在荷载和自重作用下，有向土体移动的趋势，为台背土压力所阻止，故台背所受的土压力应为被动土压力。对路基挡土墙，则墙身有被土体向外推移的趋势，墙背承受的是主动土压力。按主动土压力设计路基挡土墙，是考虑到挡土墙失稳或基底破坏前，墙身必定会产生相应的位移，于是墙后土体的应力状态趋近于主动极限状态。因此，以主动土压力作为路基挡土墙的设计荷载是合理的。第七章路基挡土墙设计三、库伦（Coulomb）主动土压力计算库伦理论用于计算主动土压力，具有计算简便，能适用于各种复杂边界条件，其计算结果比较接近实际等优点。目前，公路路基挡土墙所承受的土压力，普遍采用库伦理论计算。1．库伦理论要点与适用范围库伦土压力理论又称滑楔平衡法，是从研究墙后宏观土体的滑动出发的，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。库伦理论在分析土压力时，基于下述基本假定：墙后土体为均质散粒体，粒间仅有内摩擦力而无粘聚力。当墙产生一定位移（移动或转动）时，墙后土体将形成破裂棱体，挡土墙及破裂棱体均视为刚体，在外力作用下不发生变形，并沿墙背和破裂面滑动（下滑或上移），破裂面为通过墙踵的一平面。第七章路基挡土墙设计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W、墙背反力和破裂面反力R的作用下维持静力平衡。由于破裂棱体与墙背及土体间具有摩擦阻力，故Ea与墙背法线成δ角、与破裂面法线成ϕ角，并均偏向阻止棱体滑动的一侧。库伦理论概念清晰、计算简单、适应范围较广，可适用于不同墙背坡度和粗糙度、不同墙后填土表面形状和荷载作用情况下的主动土压力计算。用库伦理论计算砂性土主动土压力值与实际情况比较接近。当应用于粘性土时，应考虑粘聚力的影响。库伦理论不仅适用于墙背为平面或近似平面的挡土墙，也可用于L形墙背。此时可以墙背顶点和墙踵的连线为假想墙背来计算土压力，其中墙背摩擦角为填土的内摩擦角ϕ。当俯斜墙背（包括L形墙背的假想墙背）的坡度较缓时，破裂棱体不一定沿着墙背滑动，而可能沿土体内某一破裂面滑动，即土体中出现第二破裂面，此时应按第二破裂面法计算。第七章路基挡土墙设计库伦理论仅适用于刚性挡土墙。对于锚杆式、锚定板式、桩板式等柔性挡土墙的土压力只能按库伦理论近似计算。采用库仑理论计算作用在墙背上的主动土压力时，应进行墙后填料的土质试验，确定填料的物理力学指标，当缺乏可靠试验数据时，填料内摩擦角可参照表7-2选用。第七章路基挡土墙设计2．主动土压力计算公式路基挡土墙因设置位置、路基形式和荷载分布的不同，土压力有多种计算图式。以路堤挡土墙为例，按破裂面交于路基面的位置不同，可分为五种图式：破裂面交于内边坡；破裂面交于荷载的内侧、中部和外侧；以及破裂面交于外侧边坡。图7-15为破裂面交于内边坡的土压力计算图示。这一图示适用于路堤墙或路堑墙。第七章路基挡土墙设计第七章路基挡土墙设计图中AB为挡土墙墙背，BC为破裂面，BC与铅垂线的夹角θ为破裂面，ABC为破裂棱体。棱体上作用着三个力，即破裂棱体自重G、主动土压力的反力Ea和破裂面上的反力R。Ea的方向与墙背法线成δ角，且偏于阻止棱体下滑的方向；R的方向与破裂面法线成Φ角，且偏于阻止棱体下滑的方向。取挡土墙长度为1m计算，从作用于棱体上的平衡力三角形abc可得：第七章路基挡土墙设计第七章路基挡土墙设计四、不同情况下的土压力计算1．第二破裂面的土压力计算在挡土墙设计中，当墙背俯斜坡度很缓时，如折线形挡土墙的上墙墙背或衡重式挡土墙的假想墙背，如图7-17所示。第七章路基挡土墙设计2．粘性土土压力计算库伦理论只考虑了不具有粘聚力的砂性土的土压力问题。所以，当填料为粘性土时，就应该考虑粘聚力c对土压力的影响。目前，由于粘聚力的数值难于恰当地确定，同时又缺乏粘聚力计算方法设计挡土墙的实践经验，通常都采用换算内摩擦角法来计算粘性土的主动土压力。即将内摩擦角φ与单位粘聚力c，换算成较实有φ值为大的“等效内摩擦角”φD，按砂性土的公式计算其主动土压力。3．不同土层的土压力计算如图7-18所示，采用近似的计算方法。首先求得上一土层的土压力E1a及其作用点高度Z1x。并近似地假定：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伦公式计算，然后截取下一土层的土压应力图形为其土压力。第七章路基挡土墙设计第七章路基挡土墙设计4．有限范围填土的土压力计算当墙后存在着已知破裂面或可能的滑动面（如陡山坡或山坡土体内有倾向路基的层面等），且其倾角比计算的破裂角陡时，墙后填料将沿此滑动面下滑，如图7-19。此时，作用在墙上的主动土压力可按下式（7-10）确定：第七章路基挡土墙设计5．车辆荷载作用下的土压力作用于墙后破裂棱体上的车辆荷载，使土体中出现附加的竖直应力，从而产生附加的侧向压力。考虑到这种影响，可将车辆荷载近似地按均布荷载考虑，并将其换算成容重与墙后填料相同的均布土层。挡土墙设计中，换算均布土层厚度h0（m）可直接由挡土墙高度确定的附加荷载强度计算，即：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。第七章路基挡土墙设计§7.3路基挡土墙结构设计与验算挡土墙是用来承受土压力的构造物，它应具有足够的强度和稳定性。挡土墙可能的破坏形式有：滑移、倾覆、不均匀沉陷和墙身断裂等。因此挡土墙的设计应保证在自重和外荷载作用下不发生全墙的滑动和倾覆，并保证墙身截面有足够的强度、基底应力小于地基承载能力和偏心矩不超过容许值。这就要求在拟定墙身断面形式及尺寸后，对上述几方面进行验算。一、路基挡土墙结构设计原则路基挡土墙结构设计按“分项安全系数极限状态”法进行。挡土墙结构设计分承载力极限状态和正常使用极限状态。承载力极限状态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；第七章路基挡土墙设计

②挡土墙的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。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影响正常使用的其他特定状态。挡土墙构件承载能力极限状态，可采用如下表达式：第七章路基挡土墙设计作用（或荷载）效应的组合设计值：第七章路基挡土墙设计第七章路基挡土墙设计第七章路基挡土墙设计二、挡土墙的荷载组合1．荷载分类施加于挡土墙的作用（或荷载），按其性质划分，如表7-7所示。2．荷载效应组合挡土墙设计时，应根据各种设计状态，对可能同时出现的作用（或荷载），取其最不利情况组合。作用在一般地区挡土墙上的力，可只计算永久作用（或荷载）和基本可变作用（或荷载），浸水地区、地震动峰值加速度值为0.2g及以上的地区、产生冻胀力的地区，尚应计算其他可变作用（或荷载）和偶然作用（或荷载），作用（或荷载）组合可按表7-8进行。第七章路基挡土墙设计三、挡土墙稳定性验算1．抗滑稳定性验算为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其它外力作用下，基地摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力，如图7-20所示。第七章路基挡土墙设计第七章路基挡土墙设计挡土墙抗滑动稳定系数Kc按下式计算：2．抗倾覆稳定性验算为保证挡土墙抗倾覆稳定性，须验算它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力，如图7-21所示。第七章路基挡土墙设计抗倾覆稳定方程抗倾覆稳定系数K0第七章路基挡土墙设计在规定的墙高范围内，验算挡土墙的抗滑动和抗倾覆稳定时，稳定系数不宜小于表7-10的规定值。验算结果如不满足要求，则表明抗滑稳定性或抗倾覆稳定性不够，应改变墙身断面尺寸进行重新验算。第七章路基挡土墙设计四、基底应力及合力偏心距验算为了保证挡土墙的基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力验算；同时，为了避免挡土墙不均匀沉陷，应控制作用于挡土墙基底的合力偏心矩。1．基底应力式中：Ey——墙背主动土压力（含附加荷载引起）的垂直分力（kN）；Ex——墙背主动土压力（含附加荷载引起）的水平分力（kN）；W——低水位浮力（指常年淹没水位）（kN）。第七章路基挡土墙设计偏心荷载作用时，如图7-22所示，作用于基底的合力偏心距e为：式中：M——作用于基底形心的弯距，可按表7-11的规定采用。第七章路基挡土墙设计

挡土墙地基计算时，各类作用（或荷载）组合下，作用效应组合设计值计算式中的作用分项系数，除被动土压力分项系数外，其余作用（或荷载）的分项系数规定均等于1。第七章路基挡土墙设计2．基底合力偏心距基底合力偏心距应满足表7-12的要求。3．地基承载力抗力值地基应力的设计值应满足地基承载力的抗力值要求，即满足以下各式。第七章路基挡土墙设计五、墙身截面强度验算为了保证墙身具有足够的强度，应根据经验选择1~2个控制断面进行验算，如墙身底部、1/2墙高处、上下墙（凸形及衡重式墙）交界处。挡土墙构件轴心或偏心受压时，正截面强度和稳定按下列公式计算。第七章路基挡土墙设计挡土墙墙身或基础为圬工截面时，其轴向力的偏心距应符合表7-14的规定。

第七章路基挡土墙设计偏心受压构件除验算弯曲平面内的纵向稳定外，还应按轴心受压构件验算非弯曲平面内的稳定。重力式挡土墙轴向力的偏

第七章路基挡土墙设计偏心距e0应符合表7-14的规定。混凝土截面在受拉一侧配有不小于截面面积0.05%的纵向钢筋时，表7-15中的容许规定值可增加0.05B；当截面配筋率大于表7-16的规定时，按钢筋混凝土构件计算，偏心距不受限制。

第七章路基挡土墙设计六、增加挡土墙稳定性的措施1．增加抗滑稳定性的方法设置倾斜基底：将基底做成倾斜，如图7-23所示，在一定范围内，基底倾角愈大愈有利于抗滑稳定性，但考虑到挡土墙有连同地基土一起滑走的可能性，因此对基底倾角做以下控制：土质地基，不陡于1：5（α0≤11°19′）；岩石地基，不陡于1：3（α0≤16°42′）。

第七章路基挡土墙设计采用凸榫基础：在基底设置凸榫，如图7-24所示，利用凸榫前的被动土压力，增加抗滑稳定性。2．增加抗倾覆稳定性的方法增加抗倾覆稳定性的方法有以下三种：①展宽墙趾，以增大稳定力臂；②改变墙背或墙面的坡度，以减小土压力或增大力臂；③改变墙身形式，如采用衡重式等。一般衡重式优于仰斜式，仰斜式优于俯斜式。

第七章路基挡土墙设计§7.4加筋土挡土墙一、加筋土的作用机理加筋土挡土墙是利用加筋土技术修建的路基支挡结构物。在加筋土结构中，由填土自重和外力产生的土压力作用于拉筋，企图将拉筋从土中拉（拔）出，而拉筋材料又被土压住，于是填土与拉筋之间的摩擦力阻止拉筋被拔出。因此，只要拉筋材料具有足够的强度，并与土产生足够的摩阻力，则加筋的土体就可保持稳定。拉筋与土体之间就不会产生相互滑动，这时拉筋与土体之间好像直接相连似地发挥着作用。如果每一根加筋都能满足这一要求，则整个加筋土结构的内部抗拔稳定性就能得到保证。第七章路基挡土墙设计1．内部稳定性加筋土挡土墙内部稳定性受诸多因素的影响，如拉筋的数量、断面尺寸、强度、间距、长度，以及作用在墙面板上的土压力、填土的性质等，而且上述诸因素又是相互影响的。与加筋土挡土墙内部稳定性有关的破坏形式有以下两种：由于拉筋开裂造成的断裂：拉筋开裂造成的工程断裂，起因于拉筋强度不足、这种现象可能来源于拉筋或锚接点钢筋、螺栓的尺寸不够或荷载过大，也可能是因受力区段拉筋腐蚀，造成抗力减退。试验结果表明断裂渐渐地沿最大拉力线发展。由于拉筋与填土之间摩擦力不足造成的加筋体断裂：当拉筋与填土之间的摩擦力不足以平衡施加于拉筋的拉力时，就会因结合力不足而造成断裂。此时拉筋与填土相对滑动，加筋体出现严重变形，直至断裂。第七章路基挡土墙设计2．外部稳定性加筋土挡土墙的外部稳定性与工程的地基土（承载能力、沿基础地面滑动等）和工程相连的整体土层等有关，其破坏形式有：①加筋土挡土墙与地基间的摩阻力不足或墙后土体的侧向推力过大所引起的滑移；②加筋土挡土墙被墙后土体侧向推力所倾覆；③由于地基承载力不足或不均匀沉降而引起的倾斜；④加筋土挡土墙及墙后土体出现整体滑动。第七章路基挡土墙设计二、加筋土挡土墙构造要求加筋土挡土墙分为有墙面板加筋土挡土墙和无墙面板加筋土挡土墙。有墙面板加筋土挡土墙的墙面板宜采用钢筋混凝土预制件，其强度等级不宜低于C20，厚度不应小于80mm。加筋土墙面的平面线形可采用直线、折线和曲线。相邻墙面间的内夹角不宜小于70°。加筋体的墙面若不是砌筑在石砌圬工、混凝土构件上或地基为基岩时，均应设置宽度不小于0.40m，厚度不小于0.20m的混凝土基础。基础埋置深度，对于土质地基不应小于0.60m。加筋土挡土墙的基底不宜设置纵坡，可做成水平或结合地形做成台阶形。非浸水加筋土挡土墙，当基础埋深小于1.25ｍ时，宜在墙面地表处设置宽度为1.0ｍ，厚度大于0.25ｍ的混凝土预制块或浆砌片石防护层，其表面宜做成向外倾斜3%～5%的排水横坡。第七章路基挡土墙设计拉筋的材料性能在加筋土挡土墙中具有重要作用，拉筋的长期强度和变形性能关系到挡土墙的稳定，耐久性关系到挡土墙的使用年限，因此选材是拉筋设计的主要环节。为使拉筋在承受填土和压实施工中避免产生脆性断裂，拉筋要具有一定的韧性和柔性，同时拉筋也不能有过大的蠕变，蠕变易使拉筋产生应力松弛，导致加筋土挡土墙变形甚至破坏。拉筋材料可采用高密聚乙烯（HDPE）、聚酯（PET）焊接土工格栅、复合土工带或钢筋混凝土板带。当采用土工格栅作拉筋时，需具有抗拉强度高、延伸率低、蠕变变形小、筋土界面之间有足够的摩擦力、耐腐蚀性和抗老化性能，并应符合现行《公路土工合成材料应用技术规范》（JTG/TD32）的有关规定。第七章路基挡土墙设计在满足抗拔稳定的前提下，采用的拉筋长度应符合下列规定：墙高大于3.0ｍ时，拉筋长度不应小于0.8倍墙高，且不小于5ｍ。当采用不等长的拉筋时，同等长度拉筋的墙段高度不应小于3.0ｍ。相邻不等长拉筋的长度差不宜小于1.0ｍ；墙高小于3.0ｍ时，拉筋长度不应小于3.0ｍ，且应采用等长拉筋；采用预制钢筋混凝土带时，每节长度不宜大于2.0ｍ；筋带与面板的连接必需坚固可靠，并与筋带有相同的耐腐蚀性能。双面加筋土挡土墙的筋带相互插入时，应错开铺设，避免重叠。加筋土挡土墙宜采用渗水性良好的中粗砂、砂砾或碎石填筑，填料与筋材直接接触部分不应有尖锐棱角的块体，填料最大粒径不应大于100mm。对可能危害加筋土工程的地表水和地下水，应采取适当的排水或防水措施。第七章路基挡土墙设计

多级加筋土挡土墙的平台顶部应设不小于2%的排水橫坡，并用厚度不小于0.15m的C15混凝土板防护；当采用细粒填料时，上级墙的面板基础下应设置宽度不小于1.0ｍ，厚度不小于0.50ｍ的砂砾或灰土垫层，如图7-25所示。第七章路基挡土墙设计三、加筋土挡土墙设计计算（一）加筋土挡土墙内部稳定验算加筋土挡土墙的设计应进行内部稳定计算和外部稳定计算。浸水加筋土挡土墙设计应按下列规定考虑水的浮力：①拉筋断面设计采用低水位浮力；②地基应力验算采用低水位浮力或不考虑浮力；加筋体的滑动稳定验算、倾覆稳定验算采用设计水位浮力；③其他情况采用最不利水位浮力。筋带截面计算时，应考虑车辆、人群附加荷载引起的拉力。筋带锚固长度计算时，不计附加荷载引起的抗拔力。1．加筋土挡土墙内部稳定验算加筋体内部稳定验算时，土压力系数按下式计算：第七章路基挡土墙设计第七章路基挡土墙设计1．加筋土挡土墙内部稳定验算加筋体内部稳定验算时，土压力系数按下式计算：加筋体活动区与稳定区的分界面可采用简化破裂面，简化破裂面的垂直部分与墙面板背面的距离bH为0.3H，倾斜部分与水平面的夹角β为45°+φ/2。见图7-26。附加荷载作用下，可按沿深度以1:0.5的扩散坡率计算扩散宽度。加筋体深度处的附加竖直压应力，当扩散线的内边缘点未进入活动区时，；当扩散线的内边缘点进入活动区时，按下式计算。第七章路基挡土墙设计永久荷载重力作用下，拉筋所在位置的竖直压力，按下式计算。一个筋带结点的抗拔稳定性，按如下公式验算。计算筋带抗拔力时，不计基本可变荷载的作用效应。第七章路基挡土墙设计第七章路基挡土墙设计筋带有效净截面面积A的规定：①扁钢带。设计厚度为扣除预留腐蚀厚度并扣除螺栓孔后的计算净截面积；②钢筋混凝土带。不计混凝土的抗拉强度，钢筋有效净面积为扣除钢筋直径预留腐蚀量后的主钢筋截面积的总和；③钢塑复合带、塑料土工格栅、聚丙烯土工带。由供货厂家提供尺寸，经严格检验延伸率和断裂应力后，按统计原理确定其设计截面积和极限强度，保证率为98%。墙面板应按下列规定设计计算：①作用于单板上的土压力视为均匀分布；②面板作为两端外伸的简支板，沿竖直方向和水平方向分别计算内力；③墙面板与筋带的联结部分宜适当加强。全墙抗拔稳定性验算，应符合下式的规定。计算公式中的分项系数均取1.0。第七章路基挡土墙设计

（二）无墙面板加筋土挡土墙设计无墙面板加筋土挡土墙，属于柔性结构体系，能很好地适应地基变形，通过反包式土工格栅的加筋锚固作用，约束土体的侧向变形，保持路基的稳定。无墙面板挡土墙与加筋路堤的区别在于：土工格栅加筋坡面与水平面夹角大于或等于70°时，属于加筋路堤的范畴，应按现行《公路土工合成材料应用技术规范》的有关规定进行设计计算。反包式土工格栅筋材应采用统一的水平回折反包长度，其长度应大于下式计算值，且不宜小于2m。坡面保护应采用抗老化的筋材。第七章路基挡土墙设计3．加筋土挡土墙的外部稳定性加筋土挡土墙的外部稳定性分析时，把拉筋的末端与墙面板之间的填土视为一整体墙，即加筋体，验算方法与普通重力式挡土墙相似，视加筋体为刚体。根据破坏形式，外部稳定性分析的内容有抗滑稳定性与抗倾覆稳定性验算、地基承载力验算。建于软土地基上的加筋体应作地基沉降计算。地基下可能存在深层滑动时，应作加筋体与地基整体滑动稳定验算。第七章路基挡土墙设计§7.5其他轻型挡土墙结构轻型挡土墙常用钢筋混凝土构件组成，墙身断面较小，墙的稳定性不是或不完全是依靠墙身重量来维持，因而结构较轻巧，圬工量省，占地较少，有利于机械化施工。轻型挡土墙结构主要有：悬臂式和扶壁式挡土墙、锚杆式挡土墙及边坡锚固、锚定板挡土墙、桩板式挡土墙、土钉支护、抗滑桩等。一、悬臂式和扶壁式挡土墙1．构造要求悬臂式挡土墙是由立壁（墙面板）和墙底板（包括墙趾板和墙踵板）组成，呈倒“T”字形，具有三个悬臂，即立壁、墙趾板和墙踵板，如图7-3所示。扶壁式挡土墙由墙面板（立壁）、墙趾板、墙踵板及扶壁（扶肋）组成，如图7-4所示。当墙身较高时，在悬臂式挡土墙的基础上，沿墙长方向，每隔一定距离加设扶壁。第七章路基挡土墙设计

扶壁把立壁同墙踵板连接起来，扶壁起加劲的作用，以改善立壁和墙踵板的受力条件，提高结构的刚度和整体性，减小立壁的变形。悬臂式和扶壁式挡土墙的结构稳定性是依靠墙身自重和墙踵板上方填土的重力来保证，而且墙趾板也显著地增大了抗倾覆稳定性，并大大减小了基底应力。它们的主要特点是构造简单、施工方便，墙身断面较小，自身质量轻，可以较好地发挥材料的强度性能，能适应承载能力较低的地基。一般情况下，墙高6m以内采用悬臂式，6m以上采用扶壁式。它们适用于缺乏石料及地质条件较差的地区。由于墙踵板的施工条件，一般用于填方路段作路肩墙或路堤墙使用。第七章路基挡土墙设计2．设计计算悬臂式挡土墙各部分均应按悬臂梁计算，作用（或荷载）分项系数，应按表（7-4）、表（7-5）的规定采用，基底应力作为竖向荷载时，可采用竖向恒载的分项系数。作用于扶壁式挡土墙立壁上的作用（或荷载），可按沿墙高呈梯形分布，如图7-27a)，立壁竖向弯矩，沿墙高分布，如图7-27b），竖向弯矩沿线路方向呈台阶形分布，如图7-27c)。面板沿线路方向的弯矩，可按以扶壁为支点的连续梁计算。第七章路基挡土墙设计二、锚杆挡土墙1．构造与布置锚杆挡土墙可根据地形设计为单级或多级，每级墙的高度不宜大于8m，具体高度应视地质和施工条件而定。在多级墙的上、下两级墙之间应设置平台，平台宽度一般不小于1.5m。为便于立柱及挡土板的安装，以竖直墙背为多。决定立柱的间距应考虑工地的起吊能力和锚杆的抗拔能力，一般可选用2.5~3.5m。每根立柱视其高度可布置2~3根或更多的锚杆，锚杆的位置应尽可能使立柱的弯距均匀分布，方便钢筋布置。肋柱和墙面板采用的混凝土强度等级不应低于C20。肋柱式锚杆挡土墙的肋柱间距，宜为2.0~3.0m。肋柱宜垂直布置或向填土一侧仰斜，但仰斜度不应大于1:0.05。每级肋柱上的锚杆层数，可设计为双层或多层。锚杆可按弯矩相等或支点反力相等的原则布置，向下倾斜。第七章路基挡土墙设计

每层锚杆与水平面的夹角宜控制在15°~20°之间，锚杆层间距不小于2.0m。肋柱受力方向的前后侧面内应配置通长受力钢筋，钢筋直径不应小于12mm。多级肋柱式锚杆挡土墙的平台，宜用厚度不小于0.15m的C15混凝土封闭，并设置向墙外倾斜2%的横坡度。墙面板宜采用等厚度板，板厚不得小于0.3m。一般设计成矩形或槽形，长度比立柱间距短10cm左右，以便留出锚杆位置。预制墙面板应预留锚杆的锚锭孔。墙后应回填砂卵石等透水材料，由下部泄水孔将水排入边沟内。2．设计计算土压力是作用于锚杆挡土墙的外荷载。由于墙后岩层中有锚杆的存在，造成比较复杂的手受力状态。目前设计中大多按库伦主动土压力理论进行近似计算。对于多级挡土墙，可按延长墙背法分别计算各级墙后的主动土压力。第七章路基挡土墙设计作用于锚杆式挡土墙上的作用（或荷载），应满足采用以极限状态设计的分项系数法为主的设计方法的要求。当为多级墙时，可按延长墙背法分别计算各级墙后的主动土压力。肋柱设计计算应符合下列规定：①作用于肋柱上的作用（或荷载），应取相邻两跨面板跨中至跨中长度上的作用（或荷载）；②视肋柱基底地质构造、地基承载力大小和埋置深度，肋柱与基底联接可设计为自由端或铰支端，肋柱应按简支梁或连续梁计算其内力值及锚杆处的支承反力值；③肋柱截面强度验算和配置钢筋时应采用内力组合设计值，其作用（或荷载）分项系数应符合以极限状态设计的分项系数法为主的设计方法的规定。④采用预制肋柱时，还应作运输、吊装及施工过程中锚杆不均匀受力等荷载下肋柱截面强度验算。第七章路基挡土墙设计三、锚定板挡土墙1．构造要求锚定板挡土墙是由钢筋混凝土墙面、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，如图7-6所示。它借助于埋在填土内的锚定板的抗拔力，平衡挡土墙墙背水平土压力，从而改变挡土墙的受力状态，达到轻型的目的，并具有省料省工、能适应地基承载力较低的特点，常应用于路肩或路堤挡土墙和桥台。肋柱、挡土板、墙面板、锚定板、肋柱分离式垫块基础及肋柱杯座式基础、板壁式锚定板挡土墙帽石的混凝土强度等级不应低于C20。肋柱条形基础的混凝土强度等级不应低于C15。肋柱式锚定板挡土墙的肋柱间距，宜为1.5~2.5m，每级肋柱高度宜采用3~5m。肋柱应采用垂直或向填土侧后仰布置，仰斜度宜为1:0.05，严禁肋柱前倾布置。第七章路基挡土墙设计

肋柱须预留圆形或椭圆形拉杆孔道，孔道直径或短轴长度应大于拉杆直径。肋柱下端应设置混凝土条形基础、分离式垫块基础或杯座式基础，基础厚度不宜小于0.5m，襟边宽度不宜小于0.1m。肋柱受力方向的前后侧面内应配置通长受力钢筋，钢筋直径不应小于12mm。多级肋柱式锚定板挡土墙的平台，宜用厚度不小于0.15m的C15混凝土封闭，并设置向墙外倾斜的2%的横坡度。采用细粒土作填料时，路基顶面也宜设置封闭层。壁式挡土墙的每块墙面板至少连接一根拉杆，拉杆直径宜为22~32ｍｍ。锚定板宜采用钢筋混凝土板，肋柱式锚定板面积不应小于0.5ｍ2，无肋柱式锚定板面积不应小于0.2ｍ2。锚定板需双向配筋。拉杆、拉杆与肋柱及拉杆与锚定板连处，必须做好防锈处理。第七章路基挡土墙设计

2．设计计算锚锚定板挡土墙的钢筋混凝土构件设计计算时，作用（或荷载）效应组合中，应按表7-3的规定计入结构重要性系数。作用于锚定板挡土墙挡土板或墙面板上的恒载土压力，按图7-28分布，其水平土压应力可按如下公式计算。第七章路基挡土墙设计

拉杆设计计算应符合下列规定：①最上一排拉杆至填料顶面的距离不得小于1ｍ。当锚定板埋置深度不足时，可采用向下倾斜的拉杆，其水平倾角β宜为10°~15°；②拉杆长度应满足挡土墙整体滑动稳定性的要求，且最下一层拉杆在主动土压力计算破裂面之后的长度，不得小于锚定板高度的3.5倍；最上一层拉杆长度不应小于5ｍ；③未计锈蚀留量的单根钢拉杆计算直径，可按下式计算。第七章路基挡土墙设计

锚定板面积应根据拉杆设计拉力及锚定板容许抗拔力，可按下式计算：第七章路基挡土墙设计四、桩板式挡土墙桩板式挡土墙钢筋混凝土构件的承载能力极限状态计算、正常使用极限状态验算及构造要求等，除应按《公路路基设计规范》JTGD30的规定执行外，其它未列内容应按照现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》、《公路桥涵地基与基础设计规范》的相关规定执行。1．构造要求桩板式挡土墙如图7-9所示。桩板式挡土墙的锚固桩柱必须锚固在稳定的地基中,桩的悬臂长度不宜大于15m。锚固桩和挡土板的混凝土强度等级不应低于C20。桩柱的构造可参照抗滑桩设计的相关规定执行。挡土板与桩柱搭接，其搭接长度每端不得小于1倍板厚。若为圆形桩柱，则应在桩柱后设置搭接用的凸形平台。平台宽度应比搭接长度宽20~30㎜。加锚杆的锚固桩柱应保证桩与锚杆的变形协调。第七章路基挡土墙设计挡土板外侧墙面的钢筋保护厚度应大于35㎜，板内侧墙面保护厚度应大于50㎜；桩的受力钢筋应沿桩长方向通长布置，直径不应小于12㎜。桩的钢筋保护层净距不小于50㎜。当采用拱型挡土板时，不宜用混凝土灌筑，而应当沿径向和环向配置一定数量的构造钢筋，钢筋直径不宜小于100㎜。1．设计计算桩板式挡土墙的钢筋混凝土构件设计计算时，荷载效应组合中，应按照表7-3规定计入结构重要性系数γ0。滑坡路基上的桩板式挡土墙按滑坡推力和土压力的最不利者作为计算荷载，桩的重力可不计入。作用在桩上的荷载宽度可按其左右两相邻桩之间距离的一半计算，作用在挡土板的荷载宽度可按板的计算跨度计算。桩的内力可参照抗滑桩设计的相关规定，采用地基系数法计算。第七章路基挡土墙设计桩柱前地基岩层结构面的产状、倾角为向坡外倾斜时，应按顺层滑坡验算地基的稳定性及整体稳定性。预制钢筋混凝土挡土板可按支承在桩上的简支板计算，其计算跨径L为:路堤中的锚杆桩板式挡土墙，应避免填料下沉所产生的锚杆次应力。锚杆的设计应符合边坡锚固的相关规定。第七章路基挡土墙设计五、边坡锚固1．构造要求边坡锚固是将受拉杆件打入岩土层中，以提高岩土边坡自身强度和自稳能力的边坡支档与加固技术。边坡锚固技术是一种发展中的加固措施，工序比较复杂，种类繁多，制约因素多，属隐蔽工程。边坡锚固设计时，应根据边坡稳定性分析资料，鉴别边坡的破坏模式，确定边坡不稳定程度及范围，对锚固方案的合理性、安全性进行技术经济论证。锚固的型式应根据边坡岩土体类型、工程特征、锚承载力大小、锚材料和长度、施工工艺等条件确定。边坡锚固设计应具备如下资料：①与锚固工程有关地形、地貌及边坡总体布置设计；②岩土体类别、主要构造的产状、各种结构面的组合关系及地下水发育程度；③锚固工程所涉及部位岩土体的抗压强度、岩土体的c、ϕ值，以及可能失稳的结构面的c、ϕ值和胶结材料与被锚固介质的粘结强度。第七章路基挡土墙设计2．锚固边坡稳定性设计对锚固边坡进行稳定性计算时，锚作用力可简化为作用于坡面上的一个集中力，也可简化为作用于滑面上的一个集中力，如图7-29所示，并取二者计算的锚固边坡稳定安全系数的小值作为锚固边坡的稳定安全系数。第七章路基挡土墙设计设计锚固力应根据边坡不稳定力（下滑力）确定，可按下式计算。3．预应力锚杆设计预应力锚杆设计应遵守下列规定：①预应力锚杆可用于土质、岩质边坡加固，其锚固段应置于稳定地层中；②硬质岩锚固宜采用拉力型锚杆，土质及软质岩锚固宜采用分散型锚杆。锚杆体截面积可按下式计算。锚杆预应力筋的张拉控制应力第七章路基挡土墙设计

σcon应符合表7-20的规定。锚固体的承载能力由注浆体与锚孔壁的黏结强度、锚杆与注浆体的黏结强度及锚杆强度等三部分控制，设计时取其小值。预应力锚杆宜采用黏结型锚固体，地层与注浆体间黏结长度，可按下式计算。第七章路基挡土墙设计4．非预应力锚杆设计非预应力的全长粘结型锚杆设计时，锚杆应按轴心受拉构件进行设计计算，其所需锚筋面积，可按下式计算：第七章路基挡土墙设计锚杆长度包括非锚固长度和有效锚固长度。非锚固长度应根据边坡滑裂面的实际距离确定。有效锚固长度应根据锚杆的拉力，可按公式（7-52）计算，对采用粘结料的粘结型锚杆，还应按公式（7-53）验算锚杆与粘结料间的容许粘结力。有效锚固长度不宜小于2.0m，也不宜大于10.0m。第七章路基挡土墙设计杆体材料应采用HRB400钢筋，杆体钢筋直径宜为16～32mm。钻孔直径不宜小于42mm，也不宜大于100mm。杆体钢筋保护层厚度，采用水泥砂浆时不应小于8mm，采用树脂时不应小于4mm。长度大于4m或杆体直径大于32mm的锚杆，应采取杆体居中的构造措施。5．锚固边坡坡面结构设计锚固边坡坡面结构形式应根据边坡工程地质水文地质条件、岩土性、边坡高度、施工方法，并结合岩体结构、结构面产状、风化程度和地貌形态以及自然稳定边坡和人工边坡的调查综合确定；坡面结构形式及其适用条件，可按表7-26的规定选用。第七章路基挡土墙设计

6．锚杆试验与监测设计在锚固工程施工初期，应进行预应力锚杆锚固试验。锚杆试验包括基本试验和验收试验。施工前，应进行锚杆基本试验。基本试验数量取工作锚杆的3%，且不少于3根。施工后，应进行锚杆验收试验。锚杆验收试验的数量可取工作锚杆的5%，且不少于3根。当有特殊要求时，可适当增加。控制锚杆试验内容及要求应符合《锚杆喷射混凝土支护技术规范》的规定。锚杆监测包括施工期监测和运营期监测，监测数量应取工作锚杆数量的10%。施工期监测，以保证施工安全和施工质量为目的。可按表6-23选择监测项目，施工期监测的断面，应设置在锚固区的关键部位；有条件时，宜同永久监测相结合。第七章路基挡土墙设计

运营期的长期监测应以锚固区域的整体稳定和锚杆预应力保持为目的。可按表6-23选择监测项目，长期监测至少应设一个监测断面，一个监测断面上至少应设置三个监测部位，并设置在边坡锚固区的关键部位。运营期监测周期从锚杆施工期开始，应为公路建成营运后不少于一年。预应力锚固工程应根据对于边坡工程和滑坡整治工程的重要性和实际条件，对预应力锚杆的工作状况和锚固效果进行施工期和永久运行期的原位监测。第七章路基挡土墙设计六、土钉支护1．设计原则及适用条件土钉支护是从隧道新奥法发展起来的边坡支护新技术，主要用于临时支护，近年来随技术的发展也用于边坡永久支护。土钉支护，亦称土钉墙。土钉墙由岩土体、土钉和护面板三部分组成，如图7-10所示。在护面板、土钉和岩土体相互作用下，依靠土钉与土体的界面黏结力或摩擦力，在岩土体发生变形的条件下被动受力，并主要承受拉力和其他荷载，从而使得开挖坡面稳定。土钉支护融合了锚杆挡土墙和加筋土挡土墙的特点，常用于基坑支护和挖方边坡稳定。土钉支护适用于硬塑或坚硬的粘质土、胶结或弱胶结的粉土、砂土、砾石、软岩和风化岩层等挖方路堑边坡的临时支护和永久支护。但在腐蚀性地层、膨胀土地段、软黏土、土质松散、地下水较发育及存在不利结构面边坡，不宜采用土钉支护。第七章路基挡土墙设计

下列土体中，