第6章 路基的防护与加固-挡土墙(B)(路基路面工程)

2020/5/24第6章路基的防护与加固——挡土墙（B）6.1挡土墙的分类6.2重力式挡土墙的构造6.3土压力计算6.4重力式挡墙的设计计算2020/5/24作用：（1）防止路基填方或挖方边坡变形失稳；（2）克服地形限制或地物干扰；（3）减少土方量或拆迁，减少占地面积，避免填方侵占河床；（4）防止水流冲刷岸坡；（5）整治滑坡病害。2020/5/246.1挡土墙的类型按位置分:路肩墙路堤墙路堑墙2020/5/24按结构形式分：重力式挡墙轻型挡墙重力式挡墙：重力式衡重式半重力式（墙趾）跺式轻型挡墙：薄壁式：悬臂式扶壁式柱板式锚固式：锚杆式锚定板式桩板式加筋土挡墙2020/5/246.1.1重力挡土墙适用：地基良好，非地震和沿河受水冲刷地区利用衡重台上部填土的下压作用和全墙重心的后移，增加墙身稳定，减小断面尺寸。适合于山区，地面横坡陡峭的路肩墙，路堤墙，路堑墙。2020/5/246.1.2薄壁式挡土墙1）悬臂式：立壁、底板2）扶壁式：主要依靠腹板上的填土量来保证。特点：自重轻，做工省，适用于墙高较大，地质条件一般，需用一定量的钢材，经济效果好。压重2020/5/243）柱板式2020/5/246.1.3锚定式挡土墙锚杆2020/5/242）锚定板式：墙后土压力由挡土板传至立柱、钢锚杆，构件断面小，工程量省。特别适用于地质不良，石料缺乏，挖基困难，有锚固条件的路基挡土墙。提供反力2020/5/24钢筋混凝土锚固桩3）桩板式：6.1.4垛式挡土墙2020/5/246.1.5加筋式挡土墙：(填土、填土中布置拉筋条、墙面板)受力：放置拉筋材料，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。特点：柔性结构，对地基变形随意性大，建筑高度大，适用于填土路基，节约投资30%~70%，经济效益大。2020/5/246.2重力式挡土墙的构造挡土墙的构造应满足：强度；稳定性；就地取材、结构合理、断面经济；施工养护方便、安全。常用重力式挡土墙组成：墙身；基础；排水设施；伸缩缝。直接影响稳定性2020/5/24一、墙身1、墙背：仰斜、垂直、俯斜、凸形折线式、衡重式。2020/5/242、墙面：坡度1：0.05到1：0.20地面较陡；坡度1：0.20到1：0.35地面平缓墙面坡度应与墙背坡度相互协调；墙面坡度应结合墙前地面横坡合理选择。3、墙顶：最小宽度：浆砌挡土墙不小于50cm，干砌不小于60cm。4、护栏：地形险峻地段，过高过长路肩墙的墙顶应设置护栏。2020/5/24二、基础基础形式：一般扩大基础（地基承载力不足）钢筋混凝土底板扩大基础（地基承载力过小）换填地基（软弱土层）台阶基础（挡土墙修筑在陡坡上、地基稳固）拱形基础（地基有长短缺口或挖基困难时）2020/5/24基础埋深：对于土质地基，基础埋置深度应符合下列要求：(1)无冲刷时，应在天然地面以下至少1m；(2)有冲刷时，应在冲刷线以下至少1m；(3)受冻胀影响时，应在冻结线以下不少于0.25m。当冻深超过1m时，采用1.25m，但基底应夯填一定厚度的砂砾或碎石垫层，垫层底面亦应位于冻结线以下不少于0.25m。碎石、砾石和砂类地基，不考虑冻胀影响，但基础埋深不宜小于1m。岩石地基：基础嵌入岩层的深度，可查规范确定。墙趾前地面横坡较大时，应留出足够的襟边宽度（趾前至地面横坡的水平距离），以防止地基剪切破坏。2020/5/24三、排水设施：目的：疏干墙后土体；防止地面水下渗；防止墙后积水形成静水压力等。1、地面排水措施：墙后地面排水沟夯实地表土或加设铺砌加固墙趾前边沟2、墙身排水措施：设一排或数排泄水孔（干砌挡土墙不设）2020/5/24四、沉降缝与伸缩缝地基不均匀沉陷引起墙身开裂→沉降缝；墙体伸缩产生裂缝→伸缩缝（温度缝）。根据地形及地质情况：每隔10-15米设一道沉降伸缩缝（兼作伸缩缝）。填料：胶泥填塞，沥青麻筋或涂以沥青的木板（渗水量大、冻寒严重地区），当墙背为填石或冻寒不严重时，可仅留空缝，不嵌填料。2020/5/246.3土压力计算6.3.1、作用在挡土墙上的力系1、一般地区挡土墙受到的主要力系1）挡土墙自重G及位于墙上的恒载2）作用于墙背上的主动土压力Ea3）基底的法向反力N及摩擦力T4）墙面下部的被动土压力2、浸水地区还包括挡土墙及墙后填料的水浮力、静水压力、动水压力；渗水性土作填料时，动水压力不予考虑。2020/5/243、附加力：季节性作用于挡土墙上的各种力如：洪水时的静水压力和浮力，动水压力，波浪冲击力，冻胀压力，冰压力等。4、特殊力：偶然出现的力如：地震力、施工荷载、水流漂浮物的撞击力。考虑原则：根据挡土墙所处的具体工作条件、最不利组合一般地区：仅考虑主要力系浸水地区：考虑附加力地震地区：考虑地震力注释：主动土压力：当挡土墙向外移动，土压力随之减少，直到墙后土体沿破裂下滑而处于平衡状态时，作用于墙背的土压力。*设计中考虑主动土压力2020/5/246.3.2一般条件下库伦主动土压力计算一、库仑理论的要点1、假设墙背填料为均质散粒材料，仅有内摩擦力，而无粘聚力。2、当墙背向外移动或饶墙趾转动，墙背填料会出现一通过墙踵的破裂面，滑动面为平面。3、破裂面上的土楔，为刚性体，根据静力平衡条件，确定土楔处于极限平衡状态时给予墙背的主动土压力。2020/5/24二、库伦主动土压力计算2020/5/24最危险破裂面：各种边界条件下的主动土压力计算：0ddEa求极值！2020/5/24三、库仑理论适用范围：1、概念简单明了，适用范围广。可以解算各种墙背情况。可求解不同墙后填料表面形状和荷载作用情况下的主动土压力。2、适用于砂性土，计算主动土压力与实际情况较接近。对于粘性土、采用平面代替圆弧面，误差不大，影响因素多，缺乏实践经验。3、库仑理论适用于刚性挡土墙。柱板式，锚杆式和锚定板式柔性挡土墙需作假设。2020/5/24四、折线形墙背的土压力计算总体思路：以墙背转折点或衡重台为界分为上墙、下墙，分别计算取两者矢量和。计算上墙土压力，不考虑下墙影响。衡重式考虑是否出现第二破裂面。下墙土压力计算：（一）延长墙背法：画出全墙应力分布图，截取下墙部分，即为下墙土压力。2020/5/24（二）力多边形法：墙背土体处于极限平衡条件下，作用于破裂棱体上的各力，构成力多边形。求得上墙土压力后可绘出下墙破裂面力多边形。2020/5/24五、粘性土土压力计算1、等效内摩擦角法：通常将内摩擦角与单位粘聚力换成为比实际摩擦角值大的“等效内摩擦角”，按砂性土公式来计算。换算原则：抗剪强度相等或土压力相等。2、力多边形法：2020/5/24六、不同土层的土压力计算首先求得上一土层的土压力及作用点，并近似假定：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，按地面为平面时的库仑公式计算。2020/5/24七、有限范围填土的土压力计算•墙后填土按照已知滑动面滑动，并非计算的破裂面。EGasin(')cos()力多边形法2020/5/24车辆荷载换算：h0=q1/γh0----换算土层厚度（m）q1----车辆荷载附加荷载强度（KN/m2）γ----墙背填土的重度（KN/m3）2020/5/24∑G——布置在L′×B′面积内的轮载或履带荷载，kN；B′——破坏棱体范围内路基顶面部分的宽度，m；L′——挡土墙的计算长度，m，但不应超过挡土墙分段长度。当挡土墙分段长度小于13m时，取分段长度，并在该长度内按不利情况布置轮重；l——车辆荷载的纵向分布长度，m；H——挡墙顶面至计算截面的高度，m；a——挡墙墙顶以上路基边坡部分的高度，m。'2tan30LlHa''1LBGq2020/5/246.4重力式挡墙的设计计算设计内容：挡土墙的选型断面尺寸选定挡土墙的验算验算内容：抗滑稳定性验算抗倾覆稳定验算地基承载力及偏心距验算墙身强度验算2020/5/246.3.4.1抗滑稳定验算基底摩擦阻力抵抗挡土墙滑移的能力。GEaEaxEazFaxazsEEGK2020/5/24措施：设倾斜基底；设置榫形基础；其它措施（如改善地基、改变墙身断面尺寸）等。2020/5/24EaEanEatGGnGtαnttatannsGEEGK0000sincossincosaGaaEfaaEaGaa当墙底设有逆坡时2020/5/246.3.4.2抗倾覆稳定验算为保证挡土墙抗倾覆稳定性，应验算他抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力。GEaEaxEazZfXfX02020/5/24措施：增大稳定力矩，减小倾覆力矩。1）拓宽墙趾，增加稳定力臂。2）改变墙面及墙背坡度。改缓墙面坡度→增加稳定力臂改陡俯斜墙背，改缓仰斜墙背→减少土压力3）改变墙身断面类型改为衡重式或墙后设卸荷平台。2020/5/246.3.4.3挡土墙的地基承载力及基底偏心距验算为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力→基底应力验算。为避免挡土墙不均匀沉陷→控制基底合力偏心矩。当e≤B/6时当eB/6时基底最大压力pmax1.2fk2020/5/24满足承载力及减小偏心距的措施:1)加宽墙趾或扩大基础,以加大承压面积,调整偏心距.2)人工加固地基或换土,以提高地基承载力.3)调整墙背坡度或断面形式,以减少偏心距.2020/5/246.3.4.4墙身材料强度验算验算截面：墙身底部墙高一半上、下墙交界处验算项目：应力剪应力法向应力偏心距