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1、第五章 路基设计与施工,第八节 挡土墙设计,一、 挡土墙的类型及使用条件,挡土墙是用于支撑路基填土或者山坡土体侧压力、防止边坡或山坡变形失稳的工程构造物。广泛用于支撑路基边坡、桥台、桥头引道和隧道洞口等处。,挡土墙各部分的名称,1、挡土墙的用途,挡土墙设置与否，宜于与其工程方案比较确定 1.与移改路线位置进行比较； 2.与填筑或开挖边坡相比较； 3.与坼移有关干扰路基的构造物（房屋、河流、水渠）等比较； 4.与设置其他类型的构造物（桥、护墙）等比较 。,2、挡土墙的类型,用于陡峭山坡的路堑底部，降低边破高度、减少开挖或者边坡防止地质不良地段的滑坡,（1）按照挡土墙设置的位置: 路堑墙、路堤墙、
2、路肩墙、山坡墙,a、路堑挡土墙,b、路肩挡土墙,用于（1）陡坡路堤，为保证路堤稳定，收缩坡脚；（2）为避免与其它建筑物(如房屋、铁路、水渠等)干扰扰或防止多占农田；（3）为防止沿河路堤受水流冲刷和淘刷。,用于地形受限，需要收缩坡脚；防止陡坡堤下滑。,c、路堤挡土墙,用以支挡山坡上可能滑坍的覆盖层土体或破碎岩层（需要时可分设数道）,d、山坡挡土墙,用于沿河路堤，需要收缩坡脚或防止水流冲淘,e.浸水挡土墙,（2） 、按照挡土墙的结构形式,依靠墙的自重支撑土压力，污工结构。形式简单，施工方便,A、B、E多用于路肩墙、路堤墙；C、D多用于路堑墙,a重力式挡土墙,1.锚杆式,b锚定式挡土墙,2.锚定板式
3、,c薄壁式挡土墙,2.扶壁式,1.悬臂式,d加筋土挡土墙,e土钉（钉土）挡土墙,f 柱板式挡土墙,g 桩板式挡土墙,h 垛式（框架式）挡土墙,3、各种挡土墙的特点与使用条件,（1）重力式和衡重式挡土墙的特点是构造简单，断面尺寸较大，墙身较重，墙背侧向土压力主要由墙身自重来平衡。故对地基承载力要求亦较高。 （2）半重力式与重力式相似，但因其整体强度较高，故墙身断面和自重相对较小。 (3) 垛式挡土墙实际上时一种在钢筋混凝土杆件装配的框架内填以土石的重力式挡土墙，但构造负载，制作和安装要求高。 各种挡土墙的主要特点和适用范围如表5-25所示. P123,二、挡土墙的构造,（一）墙身构造,1.墙背,
4、1）仰斜墙背适用于路堑墙及墙趾处地面平坦的路肩墙或路堤墙。仰斜墙背的坡度不宜缓于1：0.3 ，通常在1：0.151：0.25,4）衡重式墙适用于山区地形陡峻处的路肩墙和路堤墙，也可用于路堑墙。上墙俯斜墙背的坡度1：0.251：0.45，下墙仰斜墙背在1：0.25左右，上下墙的墙高比一般采用2：3,3）凸形折线墙背多用于路堑墙，也可用于路肩墙。上下墙的墙高比一般采用2：3,2）俯斜墙背适用于路堤墙、路肩墙。常用1：0.151：0.25，不超过4m的低墙可用垂直墙背,5）其他类型挡土墙的墙背形式可参考有关规范和设计手册,墙面一般均为平面，其坡度应与墙背坡度相协调。墙面坡度直接影响挡土墙的高度。因此
5、，在地面横坡较陡时，墙面坡度一般为1：0.051：0.20，矮墙可采用陡直墙面；地面平缓时，一般采用1：0.201：0.35较为经济。,2.墙面,墙顶最小宽度，浆砌挡土墙不小于50cm，干砌不小于60cm。浆砌路肩墙墙顶一般宜采用粗石料或混凝土做成顶帽，厚40cm。如不做顶帽，对路堤墙和路堑墙，墙顶应以大块石砌筑，并用砂浆勾缝，或用5号砂浆抹平顶面，砂浆厚2cm。干砌挡土墙墙顶50cm高度内，应用25号砂浆砌筑，以增加墙身稳定。干砌挡土墙的高度一般不宜大于6m。,3.墙顶,为保证交通安全，在地形险峻地段，或过高过长的路肩墙的墙顶应设置护栏。为保持土路肩最小宽度，护栏内侧边缘距路面边缘的距离，二
6、、三级路不小于0.75m，四级路不小于0.5m。,4.护栏,（二）基础构造,1.基础类型,1）大多数挡土墙都直接修筑在天然地基上。,2）当地基承载力不足，地形平坦而墙身较高时，为了减小基底压应力和增加抗倾覆稳定性，采用扩大基础。,a）墙趾或墙踵部分加宽；b）钢筋混凝土底板； c）换填地基；d）台阶基础；e）拱形基础,3）当地基压应力超过地基承载力过多时，需要的加宽值较大，为避免加宽部分的台阶过高，可采用钢筋混凝土底板。,4）地基为软弱土层时，可采用砂砾、碎石、矿渣或灰土等材料予以换填。,5）当挡土墙修筑在陡坡上，而地基又为完整、稳固、对基础不产生侧压力的坚硬岸石时，可设置台阶基础，以减少基坑开
7、挖和节省圬工。,6）如地基有短段缺口(如深沟等)或挖基困难(如需水下施工)，可采用拱形基础。,2.基础埋置深度,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。,对于岩石地基，应清除表面风化层，将基底嵌入岩层一定深度。当风化层较厚难以全部清除时，可根据地基的风化程度及其容许承载力将基底
8、埋入风化层中。,当挡土墙位于地质不良地段，地基土内可能出现滑动面时，应进行地基抗滑稳定性验算，将基础底面埋置在滑动面以下，或采用其它措施，以防止挡土墙滑动。,（三）排水设施,浆砌块(片)石墙身应在墙前地面以上设一排泄水孔(图a)。墙高时，可在墙上部加设一排汇水孔(图b) 。孔眼间距一般为23m，对于浸水挡土墙孔眼间距一般1.01.5m，干旱地区可适当加大，孔眼上下错开布置。下排排水孔的出口应高出墙前地面或墙前水位0.3m；,为防止水分渗入地基，下排泄水孔进水口的底部应铺设30cm厚的粘土隔水层。泄水孔的进水口部分应设置粗粒料反滤层，以免孔道阻塞。当墙背填土透水性不良或可能发生冻胀时，应在最低一
9、排泄水孔至墙顶以下0.5m的范围内铺设厚度不小于0.3m的砂卵石排水层(图c),（四）沉降缝与伸缩缝,设计时，一般将沉降缝与伸缩缝合并设置，沿路线方向每隔1015m设置一道，兼起两者的作用，缝宽23cm，缝内一般可用胶泥填塞，但在渗水量大，填料容易流失或冻害严重地区，则宜用沥青麻筋或涂以沥青的木板等具有弹性的材料，沿内、外、顶三方填塞，填深不宜小于0.15m，当墙后为岩石路堑或填石路堤时，可设置空缝。,干砌挡土墙，缝的两侧应选用平整石料砌筑，使成垂直通缝,（一）作用在挡土墙上的力系,三、挡土墙的土压力计算,作用在挡土墙上的力系，按性质分为 主要力系、附加力系和特殊力。 主要力系是经常作用于挡土
10、墙的各种力，包括：挡土墙自重G及位于墙上的恒载；墙后土体的主动土压力Ea；基底的法向力N合摩擦力T；墙前土体的被动土压力Ep。 附加力系是季节性地作用于挡土墙上的各种力：洪水时的静水压力和浮力、动力压力、波浪冲击力以及冻胀压力等。 特殊力是偶然出现的力：地震力、施工荷载、水流漂浮物的撞击力等,（二）、一般条件下库伦主动土压力计算,（a）库仑理论的假设,1.假设墙背填料为均质散粒体， 仅有内摩擦力，而无粘聚力。 2.当墙背向外移动或饶墙趾外倾时，墙背填料会出现一通过墙踵的破裂面，设为平面。 3.破裂面上的土楔为刚性体。,（b）库仑主动土压力公式的推导（破裂面交于内边坡时）,1.力的大小,由正弦定
11、理：,2.最大主动土压力最危险破裂面的确定,当参数、固定时，Ea随破裂面的位置而变化，即Ea是破裂角的函数。为求最大土压力Ea，可以用求驻点的办法，得到如上图边界条件 的最大土压力公式和最危险破裂角如下：,Pcossincos(）sincoscos（） Q=cos()cos（）cos(）cos（） Rcossincos(）sincos（）cos,3.力的方向和作用点,1）力的方向,静力平衡状态决定其与墙背法线夹角等于内摩擦角,2）力的作用点,舍弃土楔为刚体的假设，引用土楔为松散体假设，土压力对高度求导，绘出土压应力分布图，力的作用点在压应力分布图的形心处。,4.破裂面位于其他位置的库仑表达式,
12、由于静力平衡条件不变，破裂面交于路基表面和外边坡时，只需要改变土楔重力G的表达式，同时在土压应力分布图中叠加车辆荷载，就能得到类似的表达式。如下图：,破裂面交于外边坡,(三)、大俯角墙背的主动土压力第二破裂面法,（a）出现第二破裂面的条件,1）墙背或假想墙背的倾角必须大于第二破裂面的倾角。（即：墙背或假想墙背不妨碍第二破裂面的出现） 2）在墙背或假想墙背面上产生抗滑力必须大于其下滑力（即：使破裂面棱体不沿墙背或假象墙背下滑）,衡重式挡土墙上墙土压力分析图,（b）推导过程,1根据边界条件，计算破裂棱体（包括棱体上的荷载）的重量G,2从力三角形求Ex的方程式,3求Ex的最大值及相应的破裂角i和i（
13、求驻点的办法）,4求主动土压力Ea的作用点,绘土压应力分布图,(四)、折线形墙背的土压力计算,（a）上墙土压力,不考虑下墙影响,按照俯斜墙背计算土压力,衡重式考虑是否出现第二破裂面,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,（b）下墙土压力计算,1.延长墙背法,在上墙土压力算出后，延长下墙墙背交于填土表面C，以BC为假想墙背，根据延长墙背的边界条件，用相应的库伦公式计算土压力，并绘出墙背应力分布图，从中截取下墙BB部分的应力图作为下墙的土压力。将上下墙两部分应力图叠加，即为全墙土压力,2.力多边形法,在墙背土体处于极限平衡条件下，作用于破裂棱体上的诸力，应构成矢量闭合的力
14、多边形。在算得上墙土压力E1后，就可绘出下墙任一破裂面力多边形。利用力多边形来推求下墙土压力,（五）、车辆荷载的换算,（一）车辆荷载换算土柱,q 车辆荷载附加荷载强度，墙高小于 2 m，取 20kN/m2；墙高大于 10 m，取10kN/m2；墙高在 210m 之间时，附加荷载强度用直线内插法计算,（二）其他荷载,作用于墙顶或墙后填土上的人群荷载强度规定为 3kN/m2,作用于挡墙栏杆顶的水平推力采用 0.75kN/m，作用于栏杆扶手上的竖向力采用 1kN/m,是否考虑附加荷载由实际情况决定,四、挡土墙稳定性验算,1.挡土墙的破坏形式及稳定性要求 （1）由于基础滑动而造成的破坏 （2）绕墙趾转
15、动所引起的破坏 （3）因基础产生过大或不均匀的沉陷而引起的墙身倾斜 （4）因墙身材料强度不足而产生的墙身剪切破坏 （5）沿通过墙踵的某一滑动圆弧的浅层剪切破坏和沿基底下某一深度的滑弧的深层剪切破坏。,为避免挡墙发生以上破坏，保证其具有足够的整体稳定性和强度，设计挡土墙时，一般要验算 基底滑动稳定性、绕墙趾转动的倾覆稳定性，基底应力和偏心距、以及墙身断面的强度。,2、挡土墙稳定性验算,（1）.挡土墙滑动稳定性验算,或,N作用于基底上合力的竖向分力； 墙前被动土压力的0.3倍。,规范建议：设计分析采用极限状态设计表达式，按照总安全系数法来校准计算结果。,（2）.挡土墙滑倾覆稳定性验算,或,3.基底
16、合力偏心矩和基底压应力验算,土质地基偏心矩不应大于 B/6；岩石地基不应大于 B/4 否则应从新拟定挡土墙断面。,4.墙身截面强度验算,污工构件或材料的抗力分项系数；,轴向力偏心影响系数,计算时，在不同荷载组合情况下弯矩和轴向力的分项系数与地基验算不同，表达式：,荷载组合效应系数,荷载组合、取1.0，取0.8，施工荷载取0.7。,1）墙身抗压强度验算,污工材料的容许偏心矩：荷载组合、时，e00.25B； 时e00.3B；施工荷载时e00.33B。,2）墙身抗弯稳定性验算,偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数；,与材料有关的系数；,5.增加挡土墙稳定性的措施,1.增加抗滑稳定性的方法,土质地基，不陡1:5；岩石地基，不陡于1:3,凸榫的高度按照抗滑稳定性要求设计， 高宽比满足污工刚性角的要求,倾斜基底,凸榫基底,2.增加抗倾覆稳定性的方法,展宽墙趾,改变墙面及墙背坡度,改变墙身断面类型,