《路基路面工程》PPT课件

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 P120 1、 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 H2.0m时 ， q=20.0kN/ ； 墙 高 H10.0m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 E p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 / A 2、 偏 心 荷 载 作 用 e = B/2 - ZN pmin及 pmax的 求 算 3、 地 基 承 载 抗 力 值 f = 1.1 fk 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