路基路面工程1-3-3

第五章挡土墙设计第一节概述◆挡土墙的作用、种类及用途1、挡土墙的作用支撑天然边坡或人工填土边坡，以保持土体稳定。公路中主要用于支撑路堤、路堑、隧道洞口、桥梁两端及河岸壁等。2、挡土墙的设置种类及其各自用途P116路肩墙：护肩及改善综合坡度路堤墙：收缩坡脚，防止边坡或基底(对于陡坡路堤)滑动，沿河路堤则可防水流冲刷、减小河床占压路堑墙：减少开挖，降低边坡高度山坡墙：支挡坡上覆盖层，可兼起拦石作用隧道及明洞口挡墙：缩短隧道或明洞口长度桥梁两端挡墙：护台及连接路堤，作为翼墙或桥台◆挡土墙的各部分名称P1201、墙面（墙胸）2、墙背（俯斜、仰斜、垂直）有直线形墙背和折线形墙背之分3、墙顶4、墙底（墙趾、墙踵）◆挡土墙的结构类型（一）重力式挡土墙重力式挡土墙靠自身重力平衡土体，一般型式简单、施工方便、圬工量大，对基础要求也较高。依据墙背型式不同，其种类有普通重力式挡墙、不带衡重台的折线墙背式重力挡墙和衡重式挡墙。衡重式挡墙属重力式挡墙；衡重台上填土使得墙身重心后移，增加了墙身的稳定性；墙胸很陡，下墙背仰斜，可以减小墙的高度和土方开挖；但基底面积较小，对地基要求较高。（二）锚定式挡土墙锚定式挡土墙属于轻型挡土墙，通常包括锚杆式和锚定板式两种。锚杆式挡墙主要由预制的钢筋混凝土立柱和挡土板构成墙面、与水平或倾斜的钢锚杆联合作用支挡土体，主要是靠埋置岩土中的锚杆的抗拉力拉住立柱保证土体稳定的。锚定板式则将锚杆换为拉杆，在其土中的末端连上锚定板。它不适于路堑，路堤施工容易实现。（三）薄壁式挡墙薄壁式挡土墙是钢筋混凝土结构，包括悬臂式和扶壁式两种主要型式。悬臂式挡土墙由立壁和底板组成，有三个悬臂，即立壁、趾板和踵板。当墙身较高时，可沿墙长一定距离立肋板（即扶壁）联结立壁板与踵板，从而形成扶壁式挡墙；老路加固时，考虑扶壁难以在踵板侧做，也可考虑将其做在趾板侧，同样可以发挥作用，但须进行设计计算确定。（四）加筋土挡土墙加筋土挡土墙是由填土、填土中的拉筋条以及墙面板等三部分组成，它是通过填土与拉筋间的摩擦作用把土的侧压力削减到土体中起到稳定土体作用的。加筋土挡土墙属于柔性结构，对地基变形适应性大，建筑高度也可很大，适用于填土路基；但须考虑其挡板后填土的渗水稳定及地基变形对其的影响，需要通过计算分析选用。（五）其它挡土墙柱板式挡土墙（沿河路堤及基坑开挖中常用）桩板式挡土墙（基坑开挖及抗洪中使用）垛式挡土墙（又称为框架式挡土墙）等等第二节挡土墙土压力计算◆作用在挡土墙上的力系1、主要力系（经常作用在挡土墙上的各种力）：挡土墙自重及位于墙上的衡载墙后土体的主动土压力（包括超载）基底的支撑力与摩阻力墙前土体的被动土压力浸水墙的常水位静水压力及浮力2、附加力季节性或规律性作用于墙的各种力，如波浪冲击、洪水3、特殊力偶然出现的力，如地震力、水面物撞击力等◊一般地区，挡土墙设计仅考虑主要力系，在浸水地区应考虑附加力，地震地区还应考虑地震对挡土墙的影响，按最不利的组合进行设计。◆挡土墙库仑土压力理论挡土墙土压力计算时应用了库仑（Coulomb）土压力理论，通过对墙背后破坏棱体的受力分析，得到土压力的反力E是破裂角的函数，即，再求E的极值可以得到主动土压力和被动土压力。1）库仑法的适用条件：适应墙背倾斜、粗糙，墙后填土不水平。三条假定为：破裂面为平面、填料为砂性土(c=0)、破坏土体为刚体。2)主动土压力为E的极大值，因为土推墙，土压力为不稳定因素，最大值为最危险状态；被动土压力为E的极小值，因为墙推土，土压力为稳定因素，最小值为最危险状态。)(fE◆挡土墙土压力考虑1、主动土压力与被动土压力的区分：假定挡土墙处于极限移动状态，土体有沿墙及假想破裂面移动的趋势，则土推墙即为主动土压力，墙推土即为被动土压力。2、路基挡土墙的土压力考虑：路基挡土墙一般都有可能有向外的位移或倾覆，因此，在设计中按墙背土体达到主动极限平衡状态考虑，且取一定的安全系数以保证墙背土体的稳定。墙趾前土体的被动土压力一般不计。◆一般条件下库仑主动土压力计算1、破裂面交于内边坡：2、破裂面交于路基面：1）交于荷载中部2）交于荷载外部3）交于荷载内部3、破裂面交于外边坡：◆大俯角墙背的主动土压力————第二破裂面法土体并不沿墙背滑动，而是沿另一滑动面滑动，这一般是折线形重力墙背、悬臂墙或带衡重台的墙背，其倾角大于第二破裂面的倾角i、且墙背上抗滑力大于下滑力的情况。一般仰斜挡土墙为避免土压力过大，很少采用平缓背坡，不易出现i的情况，不出现第二破裂面；衡重式挡墙的上墙或悬臂式墙，因采用的是假想的墙背，=，只要i，即存在第二破裂面。（具体求解请自己课后研究）◆折线形墙背的土压力计算*◆粘性土土压力计算*◆不同土层的土压力计算*◆有限范围填土的土压力计算*◆被动土压力计算*◆车辆荷载的换算1、换算方法：换算为对应于墙后填料的一定高度的均布土层。2、换算土层高：h=q/其中：墙高H2.0m时，q=20.0kN/㎥；墙高H10.0m时，q=10.0kN/㎥；墙高H在2.0m~10.0m时，q内插取用第三节挡土墙设计◆挡土墙布置1、在横断面图上进行挡土墙位置的选定确定出是路堑墙、路肩墙、路堤墙或浸水挡墙2、在墙趾纵断面图上进行挡土墙的纵向布置：1）分段，设伸缩缝与沉降缝2）考虑始、末位置在路基及其它结构处的衔接3）基础的纵向布置4）布置泄水孔3、墙身断面及基础的横向布置4、特殊挡墙的平面布置沿河挡墙绕避建筑物挡墙◆挡土墙构造（重力式挡墙为例）1、墙身构造(P120)（1）墙背仰斜：土压力小，对基底前侧的地面横坡要求高俯斜：土压力大，稳定性及基底土压力好垂直凸形折线衡重式（2）墙面（3）墙顶（4）护栏2、基础（1）基础类型：取决于基底应力大小情况，可有：墙身作基础、扩大基础、钢筋混凝土基础、台阶基础、拱形基础等（2）基础埋置深度：考虑冲刷线及冰冻深度3、排水设施（1）地面排水沟（2）泄水孔4、沉降缝与伸缩缝◆挡土墙荷载计算方法1、荷载划分及荷载组合(表6-8、6-9）2、荷载抗震验算3、荷载设计方法挡土墙设计按“分项安全系数极限状态”法进行（1）承载力极限状态（倾覆失稳；墙身或基础强度不足）极限状态分项荷载系数见表6-11（2）正常使用极限状态（外形变形等影响正常使用；裂缝等局部破坏；其它特定状态）极限状态的分项荷载系数除Ep取0.5外，其余均取1.0（3）合力偏心距计算时的极限状态分项荷载系数取值同正常使用极限状态。◆挡土墙稳定性验算1、抗滑稳定性验算检查基底在土压力、自重等作用下的摩阻力抵抗挡土墙滑动的能力。（式6-45）2、抗倾覆稳定性验算检查墙身绕墙趾向外转动倾覆的抵抗能力。验算结果如果不满足以上要求，则稳定性不够，须改变墙身断面尺寸重新核算。◆基底应力及合力偏心距验算1、基础底面的应力p=N/A2、偏心荷载作用e=B/2-ZNpmin及pmax的求算3、地基承载抗力值f=1.1fk挡土墙的基底应力应不超过地基承载力，同时，基底合力偏心距也应满足要求，从而避免墙底不均匀沉陷◆墙身截面强度验算寻找控制断面进行强度验算◆增加挡土墙稳定性的措施1、增加抗滑稳定性的方法1）设置倾斜基底2）采用凸榫形基础2、增加抗倾覆稳定性的方法1）展宽墙趾2）改变墙面及墙背坡度3）改变墙身断面类型◆其它《路基工程》复习提纲：1、公路用土的粒径界限，分类及其依据2、公路自然区划的原则，三级区划3、路基的干湿类型，要求的干湿状态，干湿类型的区分指标4、路基的冻胀与翻浆5、路基土的平均稠度6、路基临界高度7、路面的等级，公路技术等级8、路面的类型，结构层位与功能及对材料的要求9、车辆纵向滑移时的路面附着系数及其影响因素10、路基工作区11、重复荷载导致土基的结果状况及其主要影响因素12、路基的主要病害13、一般路基14、路堤的横断面型式15、路堑的横断面型式16、一般路基设计包括的内容17、路基的宽度、高度及设计标高18、路基土的压实度，分层压实的作用19、浸水路堤失稳破坏容易发生的状态20、陡坡上路堤的稳定性验算21、几种重力式挡墙的特点及其图形22、挡土墙的土压力计算23、挡土墙的设计计算24、地表排水的内容