挡土墙选型与设计

1挡土墙的选型与设计21概述1.1挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物。挡土墙在环保工程中一般称作挡渣墙，用于支撑填埋场废弃矿渣，防止渣土土体变形失稳。31.2挡土墙的破坏垮塌的重力式挡墙4垮塌的护坡挡墙52挡土墙的类型按材料分：石砌、砖砌、混凝土、钢筋混凝土等按结构类型分：重力式、悬臂式、扶壁式、锚拉式等62.1重力式挡土墙以挡土墙自身重力来维持挡土墙在力的作用下的平衡和稳定。墙体抗拉强度较小，作用于墙背的土压力所引起的倾覆力矩全靠墙身自重产生的抗倾覆力矩来平衡，墙身的体积和重量都比较大。墙高一般小于5m78重力式挡土墙按墙背的倾斜情况分为仰斜、垂直和俯斜三种92.2悬臂式挡土墙一般用钢筋混凝土建造，由三个悬臂板组成：立壁、墙趾悬臂和墙踵悬臂。墙的稳定性主要靠墙踵底板上的土重，而墙体内的拉应力则由钢筋承担。优点是能充分利用钢筋混凝土的受力特性，墙体截面较小。适用于墙高大于5m，地基土较差的工程。10112.3扶壁式挡土墙当挡土墙后的填土比较高时，为了增强悬臂式挡土墙中立壁的抗弯性能，常沿墙的纵向每隔一定距离设一道扶壁，故称为扶壁式挡土墙。墙高大于8m。12132.4其他类型挡土墙锚定板挡土墙14加筋土挡土墙153土压力计算朗金土压力理论：墙背竖直光滑，填土面水平。库伦土压力理论：墙后填土是理想的散粒体，滑动破裂面为通过墙踵的平面。可考虑墙背倾斜、填土面倾斜以及墙背与填土间的摩擦等多种因素的影响。3.1两大计算理论16土压力是挡土墙的主要外荷载，所以设计挡土墙时首先要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。土压力主动土压力Ea静止土压力Ep被动土压力E03.2作用在挡土墙上的土压力根据墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为以下三种：17（1）主动土压力：当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力，一般用Ea表示。Ea土推墙18（2）被动土压力：当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力，用Ep表示。Ep墙推土19（3）静止土压力：当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对墙的压力，用E0表示。E0弹性平衡203.3地震时的土压力计算地震时由于地面运动使土压力增加，在挡土墙增加一个地震力F：kGF21地震力F与其他作用力一起计算，此时主动土压力：2''''2'2)cos()cos()sin()sin(1)cos()(cos)(cosaKaaKHE2cos21式中：224重力式挡土墙设计4.1选型主动土压力比较：仰斜＜垂直＜俯斜挖方比较：仰斜优于俯斜填方比较：俯斜优于仰斜俯斜式用于路堑（挖方）比较多，仰斜式（填方）用于路堤和路肩比较多23（2）墙的背坡和面坡选择背坡：1：0.05～1：0.3面坡:不小于1：0.25面坡尽量与背坡平行24（3）基底逆坡坡度选择土基：不大于1：10岩基:不大于1：525（4）墙趾台阶墙趾高h和墙趾宽a的比例为：h:a=2：1墙趾宽a不得小于20cm264.2构造（1）埋置深度应按持力层的承载力、冻结因素确定。土基：h1.0m岩基：27（2）墙身构造应符合强度和稳定要求。挡土墙顶宽＞0.4m28（3）排水措施方孔径：50×100mm、100×100mm、150×200mm圆孔径：50～100mm孔间距：2～3m29（4）填土质量最优采用抗剪强度高、性质稳定、透水性好的无粘性土不能采用淤泥、耕植土、膨胀土等。（5）沉降缝和伸缩缝间距：10～20m，缝宽：20~30mm填土压实质量是挡土墙施工中的一个关键问题。填土时应分层夯实。30（6）挡土墙材料要求石料：微风化（7）砌筑质量错缝砌筑，砌稳安正、灰浆饱满、外露面勾缝砂浆：水泥砂浆314.3计算※抗倾覆验算※抗滑移稳定验算；※地基的承载力验算；※墙身强度验算。※抗震计算挡土墙的计算通常包括下列内容：32（1）抗倾覆验算绕墙趾的抗倾覆力矩与倾覆力矩之比称为抗倾覆安全系数Kt。6.10faxfaztzExExGKcosaazEEsinaaxEEcotffzbx0tanbzzf式中：33（2）抗滑移验算抗滑力与滑动力之比称为抗滑安全系数Ks。3.1)(tatannsGEEGK0cosaanEE式中：0cosGGn0sinGGt0sinaatEE343.1)(tatannsGEEGK式中：μ挡土墙基底对地基的摩擦系数，由试验确定，也可按下表确定35（3）地基承载力验算与偏心受压基础验算方法相同，即：关键是基底压力的计算36挡土墙基底压力计算挡土墙重力G与土压力Ea的合力E可用平行四边形法求得cos222aaEGEGEcossintanGEGa37合力E分解为垂直和平行于基底的两个分力：0cosEEn0sinEEt38垂直合力En（即作用在基底上的重直合力N）对基底偏心距e为：cbe2NzExEGxcfaxfaz00cosbb式中：39则挡土墙地基承载力验算如下：6beafbebNP2.161maxmin（1）当时（梯形分布）（2）当时（三角形分布）6beafcNP2.132max注：由基底倾斜，此时的fa应折减0.840（4）墙身强度验算墙身强度验算应根据墙身材料分别按砌体结构、素混凝土结构或钢筋混凝土结构的有关计算方法进行。墙身强度验算应取墙身薄弱截面（截面转折、急剧变化处）进行。内容有：抗压验算、抗剪验算411）抗压验算fANaI－I截面处：422）抗剪验算AfQuVa18.0I－I截面处：43（5）挡土墙抗震计算地震区挡土墙分别按有地震时的挡土墙和无地震时的挡土墙进行计算，选用其中截面较大者。1）抗倾覆验算3.10wfaxfaztzFzExExGK442）抗滑移验算1.1cos)sin(00FGEFEGKtatanns456beafbebFNP2.161sin0maxmin当时：当时：6beafcFNP2.13)sin(20max3）地基承载力验算00sinFNzFzExEGxcwfaxfaz46抗压验算fANaI－I截面处：4）墙身强度验算AfQuVa18.0抗剪验算475悬臂式挡土墙设计5.1构造48（2）墙身（立臂）变截面：上小下大，节约材料上斜下平的变截面，利于排水；底板厚度与墙身下端相等。（3）墙趾与墙踵49（4）排水措施圆孔径：100～150mm孔间距：2～3m墙后做滤水层（5）填土质量最优采用抗剪强度高、性质稳定、透水性好的无粘性土不能采用淤泥、耕植土、膨胀土等。填土时应分层夯实。（6）沉降缝和伸缩缝间距：15～20m，缝宽：20mm50（7）防滑键抗滑移不满足要求时，可加设防滑键：宽度不小于30cm（8）保护层厚度墙身：不小于30mm底板：不小于50mm；无垫层时不小于70mm墙趾板立臂墙踵板凸榫515.2计算※确定侧压力※墙身内力及配筋计算※地基的承载力验算※基础板内力及配筋计算※抗倾覆稳定验算※抗滑移稳定验算悬臂式挡土墙的计算包括下列内容：52（1）确定侧压力1）无地下水时21aaaEEEaaKHE2121245tan02aKaaqHKE2532）有地下水时aaKh1地下水以上：地下水以下：221hKhhwawsata54（2）墙身内力及配筋计算按下端嵌固在基础板中的悬臂板进行计算，墙身底部I-I截面处弯矩最大：23210HEHEMaQaG受力筋面积：0hfMAyss55垂直受力筋面积：0hfMAyss配筋方法：底部钢筋的1/2或1/3伸至顶部，其余在墙高中部切断。56（3）地基承载力验算与偏心受压基础验算方法相同，即：关键是基底压力的计算57垂直合力对基底偏心距e为：6beafbebGP2.161maxmin1）当时2）当时6beafcGP2.132max58（4）基础板内力及配筋计算墙趾弯矩：211max1261bppM受力筋面积：011hfMAyss配置在墙趾下部59墙踵弯矩：2212min12261bppppM受力筋面积：022hfMAyss配置在墙踵上部60（5）抗倾覆验算绕墙趾的抗倾覆力矩与倾覆力矩之比称为抗倾覆安全系数Kt。6.12321332211HEHEaGaGaGKaat61（6）抗滑移验算抗滑力与滑动力之比称为抗滑安全系数Ks。3.121321aasEEGGGK625.3提高稳定性的措施（1）减小土的侧力1）填土换成块石，增加内摩擦角2）加设减压平台63（2）增加墙踵悬壁长度64（3）提高基础抗滑能力1）底板做成逆坡2）设置防滑移键3）在底板底面夯填碎石垫层，增加摩擦系数μ656扶壁式挡土墙设计6.1构造（1）扶壁间距（1/2～1/3）H扶壁式挡土墙是由立板、底板和扶壁三部分构成，墙高可大于8m66（2）底板宽与墙高b/H1=1/2～1/3（3）其它构造与悬臂式挡土墙相同676.2计算※确定侧压力（与悬臂式相挡墙相同）※墙身内力计算※地基的承载力验算（与悬臂式相挡墙相同）※基础板内力计算（与悬臂式相挡墙相同）※扶壁计算※抗倾覆稳定验算（与悬臂式相挡墙相同）※抗滑移稳定验算（与悬臂式相挡墙相同）扶壁式挡土墙的计算包括下列内容：68墙身由竖向扶壁和基础底板支承（1）墙身内力计算※当Ly/Lx≤2时，按三边固定、一边自由的双向板计算内力※当Ly/Lx＞2时，按连续单向板计算内力※由于土压力自上而下逐渐增加，则水平弯矩也自上而下逐渐增加，因此，配筋可自上而下分段加密，墙厚可上薄下厚69※扶壁与墙身边成一起工作，按固定在基础底板的一个变截面悬臂T形梁计算（2）扶壁计算※斜筋：为悬臂T形梁的受拉钢筋※水平筋：为悬臂T形梁的箍筋，承受肋中的主拉应力※垂直筋：承受扶壁内垂直方向的拉力7071