《支挡结构设计概论》课件

支挡结构设计概论支挡结构是工程建设中不可或缺的一部分，用于支撑开挖边坡、隧道、基坑等，保证施工安全，确保工程顺利进行。目录第一章支挡结构的概念与类型支挡结构定义支挡结构的分类支挡结构的特点第二章支挡结构的选型影响因素分析支挡结构的设计原则常见支挡结构类型对比第三章土压力理论与计算土压力的性质土压力计算模型土压力计算实例第四章支挡结构受力分析支挡结构的载荷分类支挡结构内力的确定支挡结构稳定性分析支挡结构的概念与类型支挡结构是土木工程中常见的结构形式，主要用于支撑土体或岩石，防止其发生滑坡、坍塌等。支挡结构在工程建设中具有重要的作用，可以保障施工安全，提高工程质量。1.1支挡结构定义11支挡结构是指在土方开挖或填筑过程中，为了保证边坡的稳定和防止土体坍塌而设置的工程结构。22支挡结构主要用于防止开挖或填筑土体发生滑坡、坍塌或变形。33支挡结构的类型多样，常见的有挡土墙、锚杆、喷射混凝土等。44支挡结构的设计和施工需要根据具体工程的条件进行，并符合相关规范和标准。1.2支挡结构的分类按结构形式分类支挡结构可以分为挡土墙、护坡、地下连续墙等，每种类型都具有不同的特点和应用场景。按材料分类常见的支挡结构材料包括混凝土、钢筋混凝土、钢结构、砖石等，材料选择需根据工程实际情况进行综合考量。按施工方式分类支挡结构的施工方式可分为明挖法、钻孔灌注法、地下连续墙法等，不同方法适用于不同的地质条件和工程要求。1.3支挡结构的特点稳定性支挡结构稳定性高，可有效防止土体滑坡，保障工程安全。耐久性支挡结构材料坚固耐用，可以承受长期风吹雨打，保证工程长期使用。适应性强支挡结构可根据地形和地质条件进行设计，适用于各种复杂环境。美观性支挡结构设计可与周围环境相协调，提升整体景观效果。2.支挡结构的选型支挡结构选型是支挡工程设计的重要环节，直接影响工程的安全性、经济性和施工可行性。合理选择支挡结构类型，需要综合考虑地质条件、工程环境、施工条件、经济成本等因素。2.1影响因素分析支挡结构的选型受多种因素影响，包括地质条件、工程规模、施工条件、环境因素等。地质条件是首要考虑因素，如土质、岩性、地下水位等。工程规模也会影响支挡结构的类型和尺寸。施工条件包括场地交通、施工设备、施工技术等。环境因素则包括周边环境、文物保护等。2.2支挡结构的设计原则安全性支挡结构必须确保结构自身稳定性，避免因土压力或外部荷载引起坍塌。经济性在满足安全性能前提下，尽可能降低工程造价，选择经济合理的材料和施工方案。可施工性支挡结构的设计应考虑实际施工条件，选择便于施工、维护和拆卸的结构形式。环保性支挡结构设计应尽量减少对环境的影响，例如选择生态材料，降低噪声和粉尘污染。2.3常见支挡结构类型对比1混凝土挡土墙混凝土挡土墙是一种常见的支挡结构，结构坚固，抗压强度高，能有效地抵抗土压力，适用于各种地质条件。2钢板桩挡土墙钢板桩挡土墙施工速度快，可重复使用，适用于各种地质条件，但对施工精度要求较高，需要专业的施工团队。3格宾网挡土墙格宾网挡土墙具有良好的透水性，可以减少土壤压力，适用于地质条件较差的区域，成本相对较低，但抗压能力较弱。3.土压力理论与计算土压力是土体对支挡结构的侧向压力。计算土压力对支挡结构的设计至关重要，因为它直接影响结构的稳定性和安全性。3.1土压力的性质11.方向性土压力通常垂直作用于挡土结构表面，主要由土体自重和水压力引起。22.变化性土压力的大小和方向会受到多种因素的影响，例如土体的性质、荷载类型、地下水位等。33.影响因素土体的密度、内摩擦角、粘聚力以及土体中水的含量都会影响土压力的变化。44.计算模型不同的土压力计算模型适用于不同的情况，例如库仑模型适用于静止土压力，朗肯模型适用于主动土压力。3.2土压力计算模型1库仑土压力理论考虑土体内部摩擦力和墙后土体表面的摩擦力2朗肯土压力理论假设墙后土体为理想弹性体，忽略土体内部摩擦力3莫尔-库仑土压力理论考虑土体内部摩擦力和墙后土体表面的摩擦力，并考虑土体剪切强度4其他土压力理论如Rankine土压力理论、Caquot土压力理论等，考虑了土体内部摩擦力、墙后土体表面的摩擦力以及土体的弹塑性特性土压力计算模型是支挡结构设计中重要的理论基础，不同的模型考虑的因素不同，适用于不同的工程条件。3.3土压力计算实例土压力计算实例可以帮助我们更好地理解土压力理论的实际应用，并为支挡结构的设计提供更准确的依据。例如，我们可以通过计算土压力来确定支挡结构所需的强度和稳定性，从而确保其在实际工程中的安全性和可靠性。100K土压力千帕1M墙高米5摩擦角20重度千牛/立方米支挡结构受力分析支挡结构承受着来自土体、荷载和其他因素的压力。这些压力会产生内力，对支挡结构的稳定性和安全性产生影响。4.1支挡结构的载荷分类地震荷载地震荷载是支挡结构的重要荷载之一，其强度和方向取决于地震烈度和场地条件。施工荷载施工荷载是指在施工阶段作用于支挡结构的临时荷载，包括施工机械、材料和人员的重量。水压力水压力是支挡结构在水体作用下产生的荷载，其大小取决于水深和水体密度。风荷载风荷载是指风力对支挡结构产生的荷载，其强度取决于风速和结构的迎风面积。4.2支挡结构内力的确定荷载分解支挡结构所受荷载可分为土压力、结构自重、外荷载等。根据荷载作用方式和分布规律，将荷载分解到各个支挡构件上。受力分析根据支挡结构的几何形状和材料特性，利用力学原理进行受力分析，确定各个构件所受的内力，包括轴力、剪力、弯矩等。内力计算根据受力分析结果，采用力学公式或数值计算方法，对支挡结构内力进行计算，并绘制内力图，以了解支挡结构在不同部位的内力大小和分布情况。内力校核将计算得到的内力与支挡结构的材料强度和抗力进行比较，确保支挡结构的内力处于安全范围内，避免出现过载破坏。4.3支挡结构稳定性分析抗滑稳定性分析确保支挡结构在各种荷载作用下不会发生滑动，保证其整体稳定性。抗倾覆稳定性分析检查支挡结构是否能抵抗土压力和外部荷载的翻转作用，避免结构失稳。抗震稳定性分析评估支挡结构在地震作用下的安全性，确保其结构完整性和功能。5.支挡结构的设计支挡结构的设计是一个复杂的过程，需要综合考虑多种因素。设计目标是确保支挡结构的稳定性和安全，同时满足工程建设的需要。5.1承载力和变形控制承载力控制支挡结构必须能够承受来自土壤和外部荷载的压力，确保结构安全稳定。变形控制控制支挡结构的变形，防止过大的沉降和倾斜，避免影响周边建筑和设施。设计标准根据相关规范和标准确定承载力和变形控制的要求，确保支挡结构的安全性。5.2抗滑动和抗倾覆抗滑动支挡结构的抗滑稳定性是指结构抵抗水平荷载的能力，避免沿基础底面滑动。抗滑稳定性分析通常采用静力平衡法，计算滑动力和抗滑力的大小，比较两者的大小，确定结构的抗滑安全储备系数。抗倾覆支挡结构的抗倾覆稳定性是指结构抵抗倾覆力矩的能力，避免整体发生倾覆。抗倾覆稳定性分析通常采用力矩平衡法，计算倾覆力矩和抗倾覆力矩的大小，比较两者的大小，确定结构的抗倾覆安全储备系数。5.3构造措施和细部设计钢板连接钢板连接用于增强支挡结构的整体稳定性，防止局部应力集中，提高结构的承载能力。混凝土增强混凝土增强主要通过增加钢筋含量或使用高强度混凝土来提高支挡结构的抗压强度和抗剪强度。锚固设计锚固设计应确保锚固件的可靠性和强度，防止支挡结构滑移或倾覆。排水系统排水系统设计应确保及时排除积水，防止土壤浸泡导致支挡结构失效。6.支挡结构施工技术支挡结构的施工技术是确保工程质量和安全的关键。从设计到施工，每一个环节都需要严格控制，以确保工程安全稳定。6.1常见施工工艺桩板支护桩板支护是常见的施工工艺。将钢板桩打入地面，形成封闭的支护结构。它适合于较深基坑，可以有效控制土方开挖。锚杆支护锚杆支护应用广泛，尤其适用于山坡或边坡的支护。通过在岩石或土体中锚固钢筋或钢管，形成抗拉力，防止滑坡或坍塌。喷射混凝土支护喷射混凝土支护快速高效，适用于边坡或基坑的临时支护。通过喷射混凝土形成一层保护层，防止土体松散或坍塌。6.2施工质量控制要点严格控制材料质量支挡结构材料应符合相关标准，确保其强度、耐久性和稳定性。确保施工工艺规范施工人员应严格按照设计图纸和规范进行操作，确保施工质量。加强现场质量监督项目负责人应加强现场质量监督，及时发现并纠正施工过程中的质量问题。做好施工记录详细记录施工过程，包括材料使用、施工工艺、质量检验等，以便于后期追溯。6.3支挡结构施工实例支挡结构施工实例可以分为多个类别，例如桥梁支挡工程、隧道支挡工程、边坡支挡工程等。每个类别都包含不同的特点和施工要求，需要根据具体的工程情况进行针对性的设计和施工。施工实例分析可以帮助我们了解不同类型的支挡结构在实际工程中的应用，并总结相应的施工经验和技术要点。支挡结构的维护与加固定期检查支挡结构，及时发现和处理问题，延长其使用寿命。7.1常见病害类型11.沉降不均支挡结构基础沉降不均，导致结构失稳或破坏。22.裂缝支挡结构出现裂缝，可能是由于荷载过大或材料质量问题。33.渗漏支挡结构出现渗漏，会导致土体浸水，降低其强度。44.腐蚀支挡结构材料受到腐蚀，导致结构强度下降。7.2加固技术与方法钢筋混凝土加固应用于支挡结构基础和墙体加固，提高其承载力。锚杆加固在支挡结构中设置锚杆，增强其抗滑力和稳定性。灌浆加固对支挡结构裂缝进行灌浆，修复结构并提高其整体性。钢结构加固利用钢结构构件，增强支挡结构的强度和稳定性。7.3