G7挡土墙设计

1第七章2一、设置挡土墙情形：1.节约用地（限制）或减小土方量。2.抗滑保护措施（稳定）。3.防水流冲淘岸坡。二、设计内容：1.类型选择：原则：稳定、经济、可靠、耐久、美观。2.构造设计；3.材料选取；4.土压力计算；5.稳定性分析。7.1挡土墙的类型、构造和布置一、类型：按结构形式和特点分有：重力式、薄壁式、锚固式、垛式、加筋土式等按位置分有：路肩墙、路堤墙、路堑墙。1.重力式：依靠墙身自重抵抗侧土压力（墙后土体的），断面尺寸较大。又分为直线式（仰斜、俯斜和垂直墙背）和折线式（凸式和衡重式）。2.薄壁式：钢筋混凝土结构，墙身断面较薄，靠土重来平衡侧向压力。有悬臂式、扶壁式和柱板式（路堑高边坡）33.锚固式：锚杆式、锚定板式、桩板式。4.垛式：钢筋混凝土构件纵横交错拼装成框架。5.加筋土式：面板、拉筋、填土三者的结合体。填土与拉筋间的摩擦力改善了土的性质，使得填土与拉筋结合成为一体。面板的作用是阻挡填土塌落挤出，迫使土与拉筋结合为整体。二、构造：包括墙身、基础、填料、排水设施和沉降伸缩缝等。1.墙身：根据墙的用途、高度及墙址处的地形、性质、水文等条件定，考虑材料强度和整体稳定。1）石砌挡土墙：仰斜墙背：1：0.15~1：0.25，不能缓于1：0.30俯斜墙背：1：0.15~1：0.4，低墙H4m时，可取1：0竖直墙背。衡重式挡土墙：上墙墙背俯斜，下墙墙背仰斜，上下墙高比常取2：31：0~1：0.451：0.25左右墙面一般为仰斜平面，地面横坡较陡时，墙面可用1：0.05~1：0.2，地面横坡平缓时，墙面用不宜缓于1：0.3墙顶宽度浆砌时0.5m，干砌时0.6m，干砌挡土墙顶部0.5m内用砂浆砌筑，以利稳定。42）悬臂式挡土墙：面坡常用1：0.02~1：0.05，背坡可直立。顶宽0.15m，路肩墙0.2m，踵板采用等厚,趾板端部厚度可减薄,但不小于0.30m。扶壁式挡土墙的立壁,常为等厚,间距常取墙高的1/3~1/2,厚度约为间距的1/8~1/6,但不小于0.3m。踵板趾板立壁3）锚杆式挡土墙：为便于立柱和挡板安装，大多采用竖直墙面。立柱间距2.5~3.5m，每根立柱视其高布置2~3根锚杆，锚杆的位置应尽量使立柱受弯分布均匀。锚杆一般水平向下倾斜10º~45º，并使锚杆长度尽可能短。锚杆的有效锚固长度在岩层中一般不小于4m,在稳定土层内，应有9~10m。锚孔内灌以膨胀水泥砂浆；锚孔口与墙面间一段锚杆采用沥青包扎防锈。挡墙分级设置时，每级高度不大于6m,两级之间留有1~2m的平台，以利施工操作和安全。4）加筋土挡墙：面板应坚固、美观、便于运输与安装。预制的面板有十字形、六角形、长条形等；拉筋用抗拉强度高、蠕变量小、柔韧性和耐久性好的材料：如钢带（厚不小于3mm，宽不小于30mm）、钢筋混凝土带（厚6~10cm,宽10~25cm）、聚丙烯土工带（厚大于0.8mm，宽大于18mm）。拉筋长一般为(0.8~1.0)H,但底部不小于3m，同时不小于0.4H。拉筋与面板结点的间距横向常为0.5~1.0m，竖向为0.25~0.75m，面板与拉筋连接可用螺栓或焊接。相邻面板间的连接常用企口和插销。墙高超过12m时，中部应设错台，即有利于调整墙面水平位移，减少面板对地基的压力并便于施工操作。另外，加筋体顶部的面板上应设置路檐板，以固定和约束面板，并可安装栏杆。52.基础：通常挡土墙可直接建造在天然基础上。加筋挡土墙的面板，除平整的坚硬地基外，其底部应设置宽不小于0.3m、厚不小于0.2m的条形混凝土基础。当基础较软弱时，采用扩大基础。墙趾台阶的宽度不小于0.2m，高度按材料的刚性角确定。墙趾处地面陡坡而地基较完整坚硬的岩层时，可将基础做成台阶形。台阶的高宽比不宜小于2：1，宽度不宜小于0.5m。挡土墙的基础应埋置足够的深度，以保证其稳定性。土质地基，基底埋深一般应在地表下不少于1m（加筋土挡墙的面板基础底面不应小于0.6m）；受水流冲刷时，应在冲刷线下至少1m；有冻胀影响时，应在冻胀线以下不少于0.25m，但非冻胀土地基可不受此限制。岩石地基，应清除表面风化层，基础嵌入岩层的深度不少于0.15~0.6m；当风化层较厚而难于清除时，可将基底埋在风化层中。对加筋土挡墙，应设宽度不小于1m的护脚。当挡土墙位于地质不良地段，基底土内可能出现滑动面时，应将基底埋置在滑动面以下一定深度（稳定岩层中不小于0.5m，稳定土中不小于2.0m），或采取其他措施，以防墙随土体一起滑动。3.填料：挡土墙的背后，一般采用当地的土回填并压实，有条件时，应尽量选用有意断级配、内摩擦角大、透水性好、遇水后不易膨胀和非冻胀性的材料，如砂砾、碎石等。加筋土内的填料，应能与拉筋产生足够的摩阻力，易于压实，并具有良好的水温稳定性。加筋体填料的压实度，在距面板1m以内，全部墙高不低于90%；1m以外，则与路基压实度要求相同。64.排水设施：挡土墙要采用适当的排水设施，以免墙身承受额外的侧压力（水压、冻胀压力）。墙后坡面和加筋体顶面应做好排水处理。如设排水沟。路堑墙墙趾前的边沟应予于铺砌加固；非浸水的加筋土挡墙，当面板埋深小于1米时，宜在墙面地表处设置宽为1米的混凝土或浆砌片石散水。浆砌挡土墙，因自身不透水，为防墙后积水，应根据渗水量在墙身的适当高度设置泄水孔。泄水孔常为5~10cm的圆孔，或5cm×10cm、10cm×10cm、15cm×20cm的方孔；其间距一般为2~3m，最下排的出水口底部应高出地面0.3m。在泄水孔的进水口周围，应采用具有反滤作用的粗颗粒材料覆盖，以免填料流失而阻塞孔道。5.沉降伸缩缝：为避免地基不均匀沉降而引起墙身开裂，须按墙高和地基性质的变异，设置沉降缝。同时，为防止圬工砌体因结硬收缩和温度变化而产生裂缝，须设置伸缩缝。这两种缝一般都合并设置，统称沉降伸缩缝。此缝自墙顶做到基底，缝宽2~3cm，土质地基，每隔10~15m设一道；岩石地基间距可适当增大。浆砌挡土墙的沉降伸缩缝内可用胶泥填塞；但在渗水量大的而填料容易流失，或冻害严重地区，则宜用沥青麻筋或沥青木板等具有弹性的材料，沿挡土墙内、外、顶三方填塞，深度不宜小于15cm；当墙后填石且冻害不严重时，可不嵌填材料，仅设空缝。加筋土挡墙的沉降缝处，应采用异形面板，形成直缝，宽1~2cm。钢筋混凝土悬臂式和扶壁式挡土墙的伸缩缝，可采用企口缝，间距不超过30m。三、布置：横向布置、纵向布置和平面布置77.2土压力计算土压力类别：有主动土压力、被动土压力和静止土压力。挡土墙承受的土压力，涉及到填料、墙和地基三者之间的相互作用，是一个非常复杂的问题。目前应用最广的土压力理论是以土体的极限平衡条件为基础的朗金和库伦理论。路基挡土墙是一种条形结构物，可沿纵向取单位长度的挡土墙进行研究。挡土墙往往受到墙后主动土压力的作用。一、计算理论和公式：1.朗金理论：又称极限应力法)sinsin(arcsin21)90(210对一具有倾斜表面的无粘性半无限土体，当土体侧向伸张而达到极限平衡状态时，将出现两组剪切面（破裂面）。β为土体表与水平面的夹角；为土的内摩擦角。ηθβ90º-φHH/3zβEaσz=γzkaBV8此时，上、下侧剪切面所夹的锲体内，处于朗金主动应力状态，作用于竖直面BV上人任一深度处的主动土压力σz(kPa)为:azzKz)coscoscoscoscoscos(cos2222)245(tansin1sin1)0();()/(23aaK，；，Km，zmkN时当土体表面为水平面括号内部分为朗金主动土压力系数的深度为计算点在土体表面下为土的容重土压应力沿深度呈三角形分布，作用方向与土体表面平行，其合力Ea作用于BV面高度H的下三分点处，大小为：aHzaKHdzE2021因此，朗金理论仅适用于墙后填料内存在朗金主动应力状态的情况。即必须符合下列条件：1.挡土墙不妨碍第二破裂面的形成，即墙背（或假想墙背）倾斜角α应大于外破裂角η；2.位于第二破裂与墙背之间的土楔不沿墙背下滑，而随墙一起移动，即作用在墙背上的总压力与墙背法线的夹角ρ小于墙背摩擦角δ；3.墙后填料表面必须为平面，其上无荷载或有连续均布荷载作用；。填料表面倾角.49若墙后填料表面上作用连续均布荷载，则可将此荷载换算成等代土层厚度，此时，土压应力沿深度呈梯形分布，由土压应力图形的面积和形心的主动土压力为：aaKhHHE)2(210其作用点位置为：)2(3)3(00hHhHHZah0HZa第二破裂面aKh0aEaKhH)0（假想墙背又朗金主动土压力是作用于过墙踵（或衡重台后缘）的竖直面上，与水平面成β角。2.库伦理论：又称滑楔平衡法它假设墙后填料为均质散粒体（无粘聚力），当墙向外移动或倾覆时，会出现一通过墙踵的破裂面，此破裂面与墙背这两个平面所夹的填料，即滑动土楔，视作刚性体，根据静力平衡条件，可确定土楔处于极限平衡状态时给予墙背的主动土压力：)sin()cos()sin()90sin(FGEaRG9090aEHH/3aE)(aEG为破裂角10azzK222])cos()cos()sin()sin(1)[cos(cos)(cosaKaaKHE221为库伦土压力系数aK适用范围：1）较广，可计算各种墙背情况（须为平面或近似平面）、不同墙后填料表面形状和荷载作用情况；2）砂性土；应用于粘性土时误差较大。3）仅适用于刚性挡土墙。柱板式、锚板式、锚定板式等柔性挡土墙，目前尚无成熟的理论和方法，常用近似方法计算（如忽略墙身柔性和锚杆的存在对Ea的影响）对路堤墙：①如破裂面变化于堤顶范围内)(,)sin()cos(FFFFEa为土楔面积，可算出，的大小及作用点值。可得出由aaEddE0②如破裂面交于内边坡可按θ=90°-φ–ε，tgε=…③如破裂面交于外边坡时，也可根据上述原理求得θh0aH11在计算挡土墙土压力时，破裂面交于路基的位置，事先并不知道，须试算后确定。先定一破裂面，→θ，看是否与假设相符，如不符，重新假设破裂角再算；如出现验证与假设不符，改变图式后仍不符，则按破裂面交于两种边界条件的分界点来计算破裂角。ph0aHaHKaaKaKh03.计算理论的选用：重力式挡土墙，常用库伦理论算土压力Ea，直线形墙背的坡度一般均较陡，可直接按库伦公式计算。当墙背为折线形时，常分别计算上、下墙的土压力，而后取其矢量和作为全墙的土压力。计算上墙时可不考虑下墙的影响，计算下墙时，对上墙部分作近似处理，一般采用延长墙背法或均布超载法。见P113图7-15。悬臂式和扶壁式挡土墙，如符合朗金理论的使用条件，就按朗金公式计算作用在墙踵竖直面上的土压力Ea，并分别算出立壁和踵板的E1、E2，而G作用在踵板上。若填料表面为折面或有局部荷载作用，又出现第二破裂面时，则按库伦公式计算第二破裂面上的土压力Ea，并假设Ea的水平分力Ex由立壁来承受，而踵板承受竖直分力Ey以及第二破裂面与墙之间的土重。当踵板较窄而立壁妨碍第二破裂面形成时，可将墙顶内缘与墙踵连线视为假想墙背，也用库伦土压力公式计算。12二、不同情况下的土压力计算：1、粘性土的土压力：前述的朗金、库伦土压力公式在理论上只适用于无粘性土填料情况，但也可用于砂性土，其计算的结果较接近。若墙后土为粘性土，则需考虑粘聚力C对主动土压力的影响。当墙身向外有足够位移时，粘性土土层的顶部会出现拉应力，并进而产生裂缝。在拉应力消失处裂缝区的深度范围内，土的侧压力等于零。裂缝区以下，当填料顶面为水平时，破裂面为平面，与水平面的夹角为)245(2,,24500tgchc而裂缝区深度土压力也呈三角形分布.,10-5,,,,,c0按前面理论计算增加使换算为可把故一般情况下影响因素又多往往难以确定c2、有限范围填土的土压力：若墙后土体