毕业设计论文铁路重力式挡墙设计

石家庄铁道大学四方学院毕业设计铁路重力式挡墙设计Design of Gravity Retaining Wall of Railway2014 届 土木工程 系专 业 土木工程 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 2014年5月25日毕业设计成绩单学生姓名学号20105408班级方1001-14专业土木工程毕业设计题目铁路重力式挡墙设计指导教师姓名吕指导教师职称高级工程师副教授评 定 成 绩指导老师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：系主任 签字：年 月 日毕业设计任务书题目铁路重力式挡墙设计学生姓名学号20105408班 级方1001-14专业土木工程承担指导任务单位土木工程系导师姓名导师职称高级工程师副教授一、设计内容结合铁路某线建设，对路基边坡支挡结构进行设计：1 结构选型与荷载设计；2 支挡结构截面设计与稳定性验算；3 支挡结构基底合力偏心距及地基承载力验算；4 施工组织与病害防治；5 附属支挡结构设计图。二、基本要求1 编制荷载分析及借助软件完成支挡结构设计；2 按时、独立完成一份完整、正确、整洁的计算书；3 绘制结构设计图：平面图、立面图、构造详图；4 专业翻译内容应与设计题目相关，翻译结果应能准确表达外文原意。三、主要技术指标该工程为铁路某线建设工程项目，线路经过此处路线是丘陵地区，石材比较丰富，挡土墙采用水泥沙浆砌片石，容重23kN/m3，强度等级M10；填土综合内摩擦角为35，容重18kN/m3。设计荷载分别按照公路和铁路的不同选用，注意不同的线路支挡结构的优化选型。四、应收集的资料及参考文献1 TB 10025-2006，铁路路基支挡结构设计规范 S. （2009修订版）2 TB 10001-2005，铁路路基设计规范 S.3 GB 50010-2011，混凝土结构设计规范 S.4 铁道第三设计院. 铁路工程设计技术手册-桥涵地基与基础M. 北京: 中国铁道出版社, 2002.5 刘成宇主编. 土力学 M. 北京: 中国铁道出版社, 2001.6 姜振亚, 马培德主编. 铁路工程结构的构造与施工 M. 北京: 中国铁道出版社, 2001.7 杨广庆, 刘树山主编. 高速铁路路基设计与施工 M. 北京: 中国铁道出版社, 1999.五、进度计划12周 查阅相关资料，熟悉基本设计要求，专业文献翻译24周 确定整体设计方案410周 编程及设计计算1012周 绘图、论文整理、答辩准备教研组主任签字时间2014年2月17日毕业设计开题报告题目铁路重力式挡墙设计学生姓名学号20105408 班级方1001-14专业土木工程一、研究背景铁路是现代文明的一项巨大的工业成就，它作为一种经济的、运量大的交通工具，在许多国家的经济生活中占有着非常重要的地位，并为本国经济和社会的发展做出了重大的贡献。然而，随着航空、海运和公路等运输方式在我国迅速崛起和发展，铁路运输受到了严峻的挑战，这种发展的趋势就促使铁路必须进行内部体制改革以及运输手段的技术创新，进一步加速铁路的高速化、重载化运输的立体化，进而实现铁路路网的现代化。实现高速化、重载化运输的同时，给铁路建设增加了不少难度，一系列的问题等待着我们的挑战，特别是边坡倾覆、滑移等不稳定因素。随着在山区、丘陵地带铁路的大量修建，工程领域常常会遇到大量的边坡工程问题，对于不稳定的天然边坡，或人工边坡，采取一定的措施来保证边坡稳定，比如挂网喷浆，土钉，锚杆，挡土墙等方法加固边坡。在修筑铁路时，都会遇到边坡的开挖和回填问题，为防止滑坡的和可能的诱使滑坡发生则必然要用结构实现支挡。支挡结构在土木工程各个领域得到了广泛的应用，它能有效的防止事故的发生，从而确保运输安全。重力式挡土墙是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，其结构简单且施工方便，逐渐成为我国铁路支挡工程主要的边坡稳定的支挡形式。但是在实际应用过程中，支挡结构经常穿越不同地质构造的地区，其抵抗地质灾害的能力直接关系到线路能否正常运行，人们生命财产安全能否得到最大限度的保障。为此，挡土墙的研究工作开展也就更具有了重大的意义。二、国内外研究现状土压力是设计挡土结构物断面和验算其稳定性的主要荷载。国内外对挡土墙设计的问题的研究主要集中在挡土墙土压力计算、挡土墙稳定分析与破坏机理、挡土墙设计优化等方面。计算土压力的方法有很多种，迄今为止实用上仍广泛采用古典的朗肯土理论和库伦理论。一个多世纪以来，各国的工程技术人员做了大量挡土墙的模型试验、原位观测以及理论研究，实践表明，这两个古典理论来计算挡土墙压力仍不失为有效实用的计算方法。 挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡，以保持土体稳定的建筑物，在土木工程中应用很广，结构形式也很多，如悬臂式、锚杆式及重力式等。重力式挡土墙是我国目前最常见的一种挡土墙的形式，但由于墙身断面大，圬工量也大，在软弱地基上修建时往往受到承载力的限制。因此，研究和引进新型、轻型支挡结构，一直是国内外工程技术人员在工程实践中的一个主要内容。三、应收集资料及参考文献1 TB 10025-2006，铁路路基支挡结构设计规范 S. （2009修订版）2 TB 10001-2005，铁路路基设计规范 S.3 GB 50010-2011，混凝土结构设计规范 S.4 铁道第三设计院. 铁路工程设计技术手册-桥涵地基与基础M. 北京: 中国铁道出版社, 2002.5 刘成宇主编. 土力学 M. 北京: 中国铁道出版社, 2001.6 姜振亚, 马培德主编. 铁路工程结构的构造与施工 M. 北京: 中国铁道出版社, 2001.四、主要工作内容1 结构选型与荷载分析：在选择结构形式时, 必须认真考虑设置地点的地形地质施工条件、与邻近结构物的关系等因素后, 再选定切合实际的形式。2 支挡结构截面与稳定性验算：重力式挡土墙截面尺寸按试算法确定，结合工程地质、填土性质、墙身材料和施工条件等方面情况按经验初步拟定截面尺寸，再进行验算。挡土墙的设计应保证其自重和外荷载作用下不发生全墙的滑动和倾覆，并保证墙身截面有足够强度、基底应力小于地基承载力和偏心距不超过容许值，应采用容许应力法进行稳定性和强度验算。3 支挡结构体下地基加固与验算：重力式挡土墙断面尺寸较大、墙身较重，对地基承载力要求较高因此地基的加固处理和承载力的验算十分关键。4 施工组织与病害防治5 附属支挡结构设计图五、预期达到的结果通过收集查阅相关资料和文献，进行整理和分析研究，结合所学专业知识，加深对相关内容的理解。提高自身学习能力和知识的综合运用能力，独立思考解决问题，对重力式挡土墙的计算方法和思路的理解和应用，以及对边坡支挡技术的掌握，保持边坡的稳定性。指导教师签字时 间 年 月 日摘 要随着我国高速铁路建设的飞速发展, 特别是在山区、丘陵地带铁路的大量修建，挡土墙作为特殊结构中非常重要的结构，是铁路工程中应用很广的一种支挡结构，同时也作为铁路工程一项重要的组成部分，正发挥着越来越大的现实作用。因此，我们需要提高挡土墙的设计水平和严格控制挡土墙的施工质量。本设计首先对边坡的破坏类型以及影响边坡稳定的因素进行了阐述，分析了边坡失稳的原因，在此基础上提出了加固边坡措施，其中重点介绍了重力式挡土墙。重力式挡土墙是通过挡土墙自身重力来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，其可能产生滑移、倾覆、不均匀沉陷和墙身断裂等破坏，因此对重力式挡土墙设计进行抗滑稳定性验算、抗倾覆稳定性验算、基底承载力验算和墙身承载力验算等。重力式挡土墙由于结构简单，施工方便、便于取材、适应性强，故在工程建设中得到了广泛的应用。关键词：边坡稳定性 支挡结构 挡土墙 重力式挡土墙 土压力 AbstractWith the rapidly development of high-speed railway construction in our country, especially lots of railway has been constructed in the area of many coteau and hills, retaining wall as an important structure in special structure, is a very widely applied in railway construction of a retaining structure, as an important component in the railway project at the same time, playing an important role in reality. Therefore, we need to improve the design level of the retaining wall and strictly control the construction quality of the retaining wall.Firstly, damage types on the slope and the factors which influence slope stability are described in this project, analyzed the causes of the slope instability, on this bases the slope reinforcement measures are proposed, which focuses on the gravity retaining wall. Gravity retaining wall maintain the stability of the retaining wall under the effect of soil pressure by itself, which may produce sliding, overturning, uneven settlement and wall body fracture damage, so for stability against sliding of gravity retaining wall design checking, resistive overturning stability checking, basal bearing capacity checking and the bearing capacity of wall body checking, etc.because of its simple structure, convenience at construction, easily to sampling and strongly adaptability, so it has been widely used in the engineering construction.Key words: Slope stability retaining structure retaining wall gravity retaining wall earth pressure 目 录第1章 绪论11.1 前言11.2 国内外研究现状11.3 支挡结构的概述31.3.1 支挡结构的发展41.3.2 支挡结构的方案设计和施工方法8第2章 边坡与挡土墙102.1 边坡的概述102.1.1 边坡破坏类型102.1.2 影响边坡稳定性因素112.1.3 边坡加固措施112.2 挡土墙的概述112.2.1 挡土墙的类型及适用条件122.2.2 挡土墙的布置132.2.3 挡土墙的设置原则132.3 挡土墙破坏形式142.4 重力式挡土墙142.4.1 重力式挡土墙概述142.4.2 重力式挡土墙类型14第3章 重力式挡土墙设计163.1 重力式挡土墙的构造163.1.1 墙身构造163.1.2 路基与基础183.2 挡土墙的排水措施193.3 墙后回填土的选择19第4章 重力式挡土墙的传统结构设计计算204.1 概述204.2 重力式挡土墙的稳定性验算204.2.1 设计荷载204.2.2 一般地区重力式挡土墙稳定性验算214.2.3 挡土墙截面强度验算234.3 设计实例计算234.3.1 设计资料234.3.2 设计说明234.3.3 算例26第5章 重力式挡土墙施工组织与病害防治345.1 重力式挡土墙施工工艺345.2 挡土墙几种常见病害分析原因375.3 挡土墙病害的防治方法39第6章 总结41参考文献42致谢43附录44附录A44附录B56附录C61石家庄铁道大学四方学院毕业设计第1章 绪 论1.1 前言随着我国经济的迅速发展，进入21世纪的今天，铁路作为一种经济的、运量大的交通工具，已经迎来了其发展的高潮时期。铁路建设是一种线（带）状的构造物，均是修建在地表及地表的岩土环境工程中。无论是何等级、采用何种形式都必然对地质环境产生扰动，而环境必然对此做出响应。边坡病害一直是已投入运营的交通工程明线路段的主要病害形式之一。随着边坡数量的增加及运营条件的提高，边坡稳定性的问题日益突出。我国的滑坡主要分布在西南河西北地区，过去由于我们对滑坡危害的认识不足及地质勘探技术的限制，致使在铁路建设中，线路穿越古滑坡体使其复活或切割稳定斜坡坡脚而导致新生滑坡的现象非常多，此类滑坡主要分布在宝成、天宝、鹰夏、成昆、襄渝、安阳和焦太等线，有些铁路滑坡规模巨大，体积达数百万m3以至数亿m3。如宝天线的葡萄园滑坡、阳安线的赵家塘滑坡、太焦线的牛晶坪滑坡和寨底滑坡等，体积都达300万m3以上。有些地区虽然规模不大，但密度大，成群出现，已达到无坡不滑，无堑不坍的严重局面1。随着在山区、丘陵地带铁路的大量修建，边坡工程问题为铁路建设增加了不少难度。在修筑铁路时，都会遇到边坡的开挖和回填问题，为防止滑坡的和可能的诱使滑坡发生则必然要用结构实现支挡，支挡结构在土木工程各个领域得到了广泛的应用，它能有效的防止事故的发生，从而确保运输安全。重力式挡土墙是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，其结构简单且施工方便，逐渐成为我国铁路支挡工程主要的边坡稳定的支挡形式。1.2 国内外研究现状土压力是设计挡土结构物断面和验算其稳定性的主要荷载。国内外对挡土墙设计的问题的研究主要集中在挡土墙土压力计算、挡土墙稳定分析与破坏机理、挡土墙设计优化等方面。计算土压力的方法有很多种，迄今为止实用上仍广泛采用古典的朗肯土理论和库伦理论。一个多世纪以来，各国的工程技术人员做了大量挡土墙的模型试验、原位观测以及理论研究，实践表明，这两个古典理论来计算挡土墙压力仍不失为有效实用的计算方法。 刚性挡土墙依靠自身重力维持稳定，多采用砖、石、混凝土等材料建造，墙体刚度较大。对刚性挡土墙而言，不同的变位方式、墙面的摩擦特性，以及墙后填土的变形与强度特性都对挡土结构所受侧压力的分布规律、大小和作用点产生影响，这是经典土压力理论无法考虑的。为深入研究这一问题，国内外学者进行了大量不同规模的模型试验。国际上，Terzaghi(1932)2通过大规模的模型试验获得了极限状态和挡土墙结构变形之间的关系，并指出，只有当土体水平位移达到一定值、土体产生剪切破坏时，coulomb和Rangkine土压力值才是正确的。并进一步证实(1962)：当挡土墙结构绕墙趾转动时，主动土压力为三角形分布；当挡土结构平移绕墙顶转动和绕墙中部转动时，主动土压力为非线性分布。Fang和Ishibashi(1986)3、Fang，Chen和Wu(1994)4分别对砂性填土刚性挡土墙的主动、被动以压力进行了模型试验，试验结果表明：主动土压力为非线性分布，其分布形式取决于挡土墙结构的变位方式，但不同挡土结构变位方式达到主动土压力状态所需的位移量基本一致，土压力作用点随着土的密度增加而上升。被动土压力当墙体平移时，为直线分布，墙体转动时，为非线性分布，且其大小与合力作用点和墙体的变位方式有关。在国内，周应英、任美龙(1990)5对砂土填料在挡土墙平移情况下进行了土压力试验，以及对粘性填料在挡土墙平移、绕墙底转动和绕墙顶转动情况下进行了土压力试验，结果表明：(1) 刚性挡土墙主动土压力的分布形式，无论是砂土还是粘性土作为填料，都具有共同的规律：绕墙顶转动时是上部土压力大而下部土压力小的抛物线；绕墙底转动时是近似的三角形分布；墙平移时，是一种重心偏下的抛物线形，但底部土压力部位零；(2) 由墙的三种基本位移类型所生的土压力，不仅分布形式有差别，而且在总土压力的量值上也不等，其中以墙平移时总土压力相对最小；(3) 墙平移时底部压力变小，这不是由于侧壁摩阻力所致，这可用土拱理论加以解释。挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡，以保持土体稳定的建筑物，在土木工程中应用很广，结构形式也很多，如悬臂式、锚杆式及重力式等。重力式挡土墙是我国目前最常见的一种挡土墙的形式,但由于墙身断面大，圬工数量也大，在软弱地基上修建时往往受到承载力的限制。因此，研究和引进新型、轻型支挡结构，一直是国内外工程技术人员在工程实践中的一个主要内容。611.3 支挡结构的概述支挡结构包括挡土墙、抗滑桩、预应力锚索等支撑和锚固结构，是用来支撑、加固填土或山坡土体，防止其坍滑以保持稳定的一种建筑物。在铁路、公路路基工程中，支挡结构被广泛应用于稳定路堤、路堑。隧道洞口以及桥梁两端的路基边坡等，主要用于承受土体侧向土压力。支挡结构广泛用于铁路、水利、公路、航运等部门。当在设计施工过程中遇到高路堤、深路堑等土石方数量大且填挖困难时，可设置挡土墙以减少土石方及人工数量。在平原良田地区，为了有效减少对土地尤其是对耕地的占有量，节约土地，往往也在路堤一侧或两侧设置挡土墙。在滨河地段，尤其是在河流湍急及转弯处，修建挡土墙可以收回坡脚，以避免冲刷危险或避开建筑物。在山区地面横坡较陡时，常在坡陡处设置挡土墙，或在靠山侧，为了减少刷坡，降低土石方数量，并且有利于保护天然植被。此外，挡土墙还经常用于来整治崩坍、滑坡等路基病害。目前我国多采用重力式挡土墙，这种强型在土压力作用下的稳定性主要靠墙身的自重及墙顶的横载来维持。墙身一般用浆砌片石，有时也用混凝土修建。这种挡墙形式简单，取材容易，施工方便，因而应用广泛。20世纪50年代为适应西南山区特殊的地理地形特点，出现了由我国自主设计开发的衡重式挡土墙。它由上墙及下墙组成，上墙间有平台，称为衡重台，它除墙身自重外，还增加了衡重台以上的填土重量来维持墙身的稳定性，节省一部分墙身垢工。由于墙胸胸坡较陡，因而在地面横坡较大时，可减小墙的高度。同时，由于墙身坡度仰斜，基础宽度较重力式挡土墙要小，因而减少了施工开挖的土石方数量。长期以来重力式支挡结构在支挡结构中一直占有主导地位，但其自身也表现除了许多缺点。如其截面积大，圬工数量多、施工进度慢；尤其是在地形困难、石料缺乏地区特别应用不便。因此研究和推广新型支挡结构成为技术人员工作的主要内容。从二十世纪五六十年代开始，各行业在寻求在支挡结构方面新的突破，但由于我国的设计及经济水平较低，新型支挡结构的发展还比较缓慢。近几十年来，随着我国国民经济的不断发展，技术水平的不断提高，我国岩土工程中支挡结构的水平也获得了迅速的发展，支挡结构形式也从单一的靠重力式来维持挡土墙平衡，发展为采用支撑、土工复合结构以及锚固技术等多种新型、轻型支挡技术。这些新型技术具有结构轻、施工快捷、便于预制和机械化施工、节省材料和劳动力、造价低等优点，很快在各类岩土工程中得到了广泛的应用。1.3.1 支挡结构的发展随着经济的发展和国土资源的开发利用滑坡灾害层出不穷。人们通过对滑坡问题的不断研究与实践，使得滑坡的整治方法也由简单的绕避逐渐发展成：削坡卸载、拦截排水、抗滑支挡及坡面防护等一系列措施。其中抗滑移支挡结构物主要有重力式挡土墙、悬臂式抗滑桩、桩板式抗滑桩等。20多年来，随着我国国民经济的不断发展，机械、材料工业水平及岩土加固技术水平的不断提高，我国岩土工程中支挡技术水平也获得了迅速发展，支挡结构形式也从过去单纯靠重力维持平衡的挡土墙，发展为采用支撑、土筋复合结构以及锚固技术等多种新型、轻型支挡新技术。新型支挡结构是由于不同的岩土工程需要而不断发展的。岩土工程技术人员为了在某些特殊地形或特殊地质条件下保证边坡的稳定，往往要设计一些新的结构形式，有些已逐步推广应用。有些结构如对拉式挡土墙、带洞路基墙、檐式挡土墙、竖向预应力挡土墙等，在一些特定的条件下起了较大的作用，但由于其结构比较特殊或理论研究未跟上，尚未得到推广或后来被其他结构逐渐代替。(1) 锚杆（索）挡土墙锚杆挡土墙是由钢筋混凝土肋柱、墙面板、锚杆组成的支挡结构物，它依靠锚杆锚固在稳定的地层内，能承受水平拉力来维持墙的平衡，因此地基承载力一般不受控制，从而能克服不良地基的困难。在高边坡的情况下，且可采用自上而下逐级开挖和施工的办法，可以避免边坡坍塌，有利于施工安全。(2) 卸荷板式挡土墙如图1-1所示，卸荷板式挡土墙是折线型重力式挡土墙的墙背在适当高度处，安装一定长度的水平钢筋混凝土板，这个板将墙后填料分为上下两部分，上部分的填料可以作为墙身重量，而下部分由于该板的隔开，下墙土压力大大减小，故称该板为卸荷板。这种结构形式介于重力式挡土墙和轻型挡土墙之间，即兼具刚性墙和柔性墙两者的特点。由于卸荷板的影响，这种结构的圬工量较重力式节省30左右，因而可节省工程投资。图1-1卸载板式挡土墙(3) 托盘式挡土墙如图1-2所示，托盘式挡土墙是在挡墙顶部设置钢筋混凝土的托盘及道碴槽，以承受线路上部建筑和列车的重量的结构；设置托盘式挡土墙可有效降低墙高、缩短横向距离，结构形式使用范围主要是在山区地面陡峻地带或受有线建筑物影响横向空间受限制时；但是托盘式结构对地基的承载力要求较高。图1-2托盘式挡土墙(4) 桩板式挡土墙如图1-3所示，桩板式挡土墙是一种在桩之间设置挡板来稳定土体的挡土结构；桩板式挡土墙可用于一般地区、浸水地区和地震区的路堑和路堤支挡，也可以用于滑坡等特殊路基的支挡工程。图1-3桩板式挡土墙(5) 桩基托梁挡土墙桩基托梁挡土墙是一种由基桩、托梁及挡土墙组成的复合结构来稳定土体的挡土结构；桩基托梁挡土墙一般用在地基承载力不足需要的地段，当地面陡峻或地表覆盖层为松散体时，采用桩基础将基地置于稳定层。挡土墙墙高控制在10m以下。图1-4桩基托梁挡土墙(6) 加筋土挡土墙如图1-5所示加筋土挡墙是利用加筋土技术修建的一种支挡构筑物，加筋土是一种在土中加入拉筋带的复合土，它利用拉筋与土之间的摩擦作用，改善土体的变形条件和提高土体的工程性能，从而达到稳定土体的目的。加筋土挡土墙是20世纪60年代始于法国发展起来的一种轻型支挡结构，由于其应用广泛、造价低廉，施工简便而深受工程界欢迎。自70年代引入我国后，先后在公路、铁路和煤矿等部门进行了大量的研究和应用，显示出了广阔的发展前景。加筋土技术的发明无疑是一项重大技术创新，然而在经过大量工程实践和理论研究后逐渐发现一些不足，有些甚至是难以逾越的障碍，其主要表现在：由于加筋土作用机理的复杂性导致多种设计理论并存，都有道理却都不能概全，有时依据设计理论计算的数据在模型试验中不能得到理想的验证，而从模型试验中得到的数据有时又与现场实测数据差异较大，这使得设计人员常常对理论计算数据感到信心不足，为工程安全考虑只好依据个人经验增加筋带数量，从而导致费用增加。另外，筋带表面难以防腐以及对填料适应性较差等缺陷是现有加筋技术的不足。图1-5 加筋挡土墙(7) 锚定板挡土墙如图1-6所示，定板结构式我国铁路系统首创的一种新型支挡结构形式。这种结构具有造价低，施工方便，对各类地基适应性强等优点，广泛应用于铁路、公路、水利、煤炭等部门的支挡结构工程中。与重力式挡土墙比，一般可节省工程工资2030。图1-6锚定板挡土墙(8) 土钉墙土钉墙是一种原位土体加筋技术。将基坑边坡通过由钢筋制成的土钉进行加固，边坡表面铺设一道钢筋网再喷射一层砼面层和土方边坡相结合的边坡加固型支护施工方法。其构造为设置在坡体中的加筋杆件（即土钉或锚杆）与其周围土体牢固粘结形成的复合体，以及面层所构成的类似重力挡土墙的支护结构。1972 年，法国瓦尔赛市铁路边坡开挖工程中成功地应用土钉墙来加固边坡，成为世界上首次将土钉墙作为支挡结构运用于岩土边坡地先行者。(9) 抗滑桩抗滑桩是我国铁路部门20世纪60年代开发、研究的一种抗滑支挡结构。抗滑桩是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱，用以支挡滑体的滑动力，起稳定边坡的作用，适用于浅层和中厚层的滑坡，是一种抗滑处理的主要措施。但对正在活动的滑坡打桩阻滑需要慎重，以免因震动而引起滑动。(10) 预应力锚索由钻孔穿过软弱岩层或滑动面，把一端（锚杆）锚固在坚硬的岩层中（称内锚头），然后在另一个自由端（称外锚头）进行张拉，从而对岩层施加压力对不稳定岩体进行锚固，这种方法称预应力锚索，简称锚索。预应力锚索技术用于岩土工程在国外已有很长的历史，1933南阿尔及利首次将锚索用于水电工程的坝体加固。预应力锚索是一种较复杂的锚固工程，需要专门知识与经验，施工监理人员，应具有更丰富理论和经验。1.3.2 支挡结构的方案设计和施工方法支挡工程的总体方案是：在保证工程质量的前提下，尽可能地优化方案，节约支挡结构的造价，降低施工难度，加快施工进程。综合分析考虑施工场地的地理地质条件及工程特性，确定最为经济合理的几种挡土墙形式。为了确保设计的节约经济，科学合理，将对挡土墙形式进行设计计算，确定其结构形式，以及所用材料、截面尺寸、配筋等，然后进行造价工程量的比较分析，最终确定一种最佳方案作为施工设计。支挡结构的设计，除了要保证结构的稳定外，还要考虑该结构如何施工，也就是如何把设计在图纸上的结构放到现实中去。支挡结构工程所处位置的工程地质条件往往很差。例如山区铁路有许多线路是沿河谷陡坡进行的，南昆线从广西盆地爬上云贵高原，线路行进在乐里河谷和南盘江峡谷，内昆线水富一岔河段是在横江河谷进行，线路定线要完全避开断层带是不可能的。这些地段由于地质构造作用，岩层节理发育，风化严重，在边坡开挖过程中，常难以保持边坡自身的临时稳定而出现坍塌。尤其目前因施工机械化程度的提高，边坡的开挖速度很快，但后续支挡防护工序捡个大，软质岩边坡开挖后暴露时间长，边坡临时稳定受各种因素影响，问题更为突出。所以，受地质构造影响风化严重、节理发育、岩体破碎的软质岩挖方边坡在设计中常常作为一种不良地质工点来设计。通过前几年的工程现场试验，我们提出了“软弱破碎岩质边坡分层开挖、分层稳定、坡脚预加固”的设计思路，其中，关键是边坡坡脚的稳定。在上部边坡分层施工完成后，如果路堑坡脚部分在施工过程中出现失稳，则会造成上两级已完工的护墙出现开裂、倒塌，甚至造成整个边坡的坍滑，因此要采用坡脚预加固的方法，这种方法也称为“逆作法”。随着现代自然科学的发展，各门学科相互交叉、渗透、联系、目前信息的概念和一些基本理论已超出了原来的领域而逐步推广与其它领域，信息施工法就是一种逐渐被大家接受的新观念。岩土工程体系本身是一个信息库。岩土工程信息一般从以下几个方面获取：(1) 观察信息，由地质调查、勘探等方法得到的信息；(2) 经验信息，即技术人员设计和施工的经验总结；(3) 理论信息，根据理论计算、试验研究得到的信息；(4) 施工信息，通过工地开挖和施工获得的信息。由于岩土工程地质情况的复杂性、隐蔽性，设计者从前三个方面获得的信息不一定能完全符合工地的实际情况，而从施工中则可以获得更多更可靠耳朵信息。信息施工法就是主张从开挖施工过程中获取尽量多的信息，及时进行分析处理，用以修正设计，指导施工。通过近几年一些实验工程的实践，信息施工法在处理地质复杂的工地中发挥了很大的作用，既能保证施工安全，又能提高工程质量，是今后支挡结构的设计、施工的发展方向。第2章 边坡与挡土墙2.1 边坡的概述边坡稳定性说的是边坡岩、土体在一定坡高和坡角条件下的稳定程度,按照成因边坡稳定性，边坡分为天然斜坡和人工边坡两类，后者又分为开挖边坡和堤坝边坡等。按照物质组成，边坡分岩体边坡、土体边坡,以及岩、土体复合边坡3种。按稳定程度，分为稳定边坡、不稳定边坡，以及极限平状态边坡。不稳定的天然斜坡和设计坡角过大的人工边坡，岩、土体重力,水压力，振动力以及其他外力作用下,发生滑动或崩塌破坏自然边坡或人工边坡保持安全稳定的条件和能力。这两类边坡的岩土体在各种内外因素作用下逐渐发生变化，坡体应力状态也随之改变，当滑动力或倾覆力达到以至超过抗滑力或抗倾覆力而失去平衡时，即出现变形破坏，造成灾害或威胁建筑物安全。山坡变形破坏是相当普遍的一种自然灾害；大规模工程开挖边坡的安全稳定问题也很突出，中国的高山深谷和地质复杂地区，山坡失稳现象时有发生。许多国家和地区都很重视这方面的勘测与研究，国际工程地质协会也设置滑坡及其它块体滑动专门委员会，从事学术交流和促进工作。2.1.1 边坡破坏类型边坡破坏的类型很多，主要有松弛蠕动、崩塌和滑坡三种及其他过渡型或复合型等。(1) 松弛蠕动：山坡在形成过程中，先是岩土体向临空方向产生回弹变形和大致平行于山坡的卸荷裂隙,形成一定深度的松弛卸荷带,并使此带岩土体强度降低、渗透性增大，各种风化营力更易侵入。继在重力作用下，使岩土体向临空面产生弯曲或弯折，以至倾倒、松动等缓慢蠕动变形现象。蠕动变形往往是破坏的先兆，可导致急剧崩塌或滑坡。(2) 崩塌：陡崖上部被高倾角裂隙切割的岩土体，突然滚落堆积于坡脚的现象。规模大的又称山崩。崩塌还可发生于：陡坡下部存在软弱岩层并产生塑性蠕变，导致上部沉陷、滑移以至崩塌；坡体下部有洞穴或采掘空间，使岩体塌陷并将临空一侧的岩体挤出而溃散崩塌。崩塌冲击力强，往往造成交通断绝、河道堵塞以及人员伤亡、财产损失等灾害。(3) 滑坡：边坡部分岩、土体沿着先前存在的地质界面，或新形成的剪切破坏面向下滑动的过程和现象。在边坡破坏中，滑破是最常见，危害最严重的一类。2.1.2 影响边坡稳定性因素边坡稳定性本身受工程地质条件、水文地质条件、岩性、地形地貌和新构造运动影响，又受到人类的工程活动等因素影响和控制，边坡的稳定性与这些因素综合作用有关，具有相当的复杂性、规模性或不确定性，但总体来说，边坡滑体产生的原因主要有以下几个方面：(1) 坡高与坡形。高陡山坡一般比低缓的易于变形破坏；凸形坡的稳定性比凹形坡要差。(2) 岩土体的强度与结构。当土体的内摩擦角小于斜坡坡角时即不稳定；当岩体存在顺坡向的软弱结构面,其倾角小于斜坡坡角并在坡面出露时,易产生顺层滑动。(3) 地下水作用对山坡稳定影响很大而且复杂。当地下水位抬升时，坡体内孔隙水或裂隙水的水压力增强，有效应力随之降低；还可使岩土体性状恶化，抗剪强度削弱，导致山坡变形破坏。(4) 人为因素，如施工爆破、削断坡脚、增加坡体上部荷载、施工方法不当以及天然植被遭受破坏等，均可促使边坡失稳。2.1.3 边坡加固措施对边坡加固一般多采用钢轨抗滑移、预应力锚杆和挡墙等。重力式挡土墙依靠强身自重支撑土压力来维持其稳定。一般多用片（块）石砌筑，在缺乏石料的地区有时也用混凝土修建。重力式挡土墙是通过挡土墙自身重力来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，但其形式简单，施工方便，可就地取材，适应性较强，故被广泛采用。2.2 挡土墙的概述挡土墙是用来支承路基填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的一种构造物。在路基工程中，挡土墙可用以稳定路堤和路堑边坡，减少土石方工程量和占地面积，防止水流冲刷路基，并经常用于整治坍方、滑坡等路基病害。在山区、丘陵地带铁路的修建，挡土墙的应用更为广泛。路基在遇到下列情况时可考虑修建挡土墙：(1) 陡坡地段；(2) 岩石风化的路堑边坡地段；(3) 为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑地段；(4) 可能产生塌方、滑坡的不良地质地段；(5) 高填方地段；(6) 水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路基地段；(7) 为节约用地、减少拆迁或少占农田的地段。在考虑挡土墙的设计方案时，应与其他方案进行技术经济比较。例如，采用路堤或路肩挡土墙时，常与栈桥或填方等进行方案比较；采用路堑或山坡挡土墙时，常与隧道、明洞或刷缓边坡等方案进行比较，以求工程技术经济合理。2.2.1 挡土墙的类型及适用条件挡土墙类型的划分方法较多，一般以挡土墙的结构形式分类为主，常见的挡土墙形式有：重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚杆式和锚定板式。各类挡土墙的适用范围取决于墙址地形、工程地质、水文地质、建筑材料、墙的用途、施工方法、技术经济条件及当地的经济等因素。(1) 重力式挡土墙重力式挡土墙一般由块石或混凝土材料砌筑。重力式挡土墙是靠墙身自重保证墙身稳定的，因此，墙身截面较大，但结构简单，施工方便，能就地取材，因此广泛应用于实际工程中。(2) 悬臂式挡土墙当地基土质较差或缺少石料而墙又较高时，通常采用悬臂式挡土墙，一般设计成L型，由钢筋混凝土建造，墙的稳定性主要依靠墙踵悬臂以上土重来维持。墙体内设置钢筋以承受拉应力，故墙身截面较小。(3) 扶壁式挡土墙由墙面板、墙趾板、墙踵板和扶肋组成，即沿悬臂式挡土墙的墙长方向，每隔一定距离增设一道扶肋，把墙面板和墙踵板连接起来。适用于缺乏石料的地区或地基承载力较差的地段。当墙高较高时，比悬臂式挡土墙更为经济。(4) 锚定板及锚杆式挡土墙锚定板挡土墙是由预制的钢筋混凝土立柱、墙面、钢拉杆和埋置在填土中的锚定板在现场拼装而成，依靠填土与结构的相互作用力维持其自身稳定。与重力式挡土墙相比，具有结构轻、柔性大、工程量少、造价低、施工方便等优点，特别适合用于地基承载力不大的地区。设计时，为了维持锚定板挡土墙结构的内力平衡，必须保证锚定板结构周围的整体稳定和土的摩阻力大于由土自重和荷载产生的土压力。锚杆式挡土墙是利用嵌入坚实岩层的灌浆锚杆作为拉杆的一种挡土结构。(5) 加筋土挡土墙由墙面板、拉筋和填土三部分组成，借助于拉筋于填土间的摩擦作用，把土的侧压力传给拉筋，从而稳定土体。即是柔性结构，可承受地基较大的变形；又是重力式结构，可承受荷载的冲击、振动作用。施工简便、外形美观、占地面积小、而且对地基的适应性强。适用于缺乏石料的地区和大型填方工程。(6) 土钉墙土钉墙是有面板、土钉与边坡相互作用形成的支挡结构。它适用于一般地区土质及破碎软岩质地段，也可置于桩板挡土墙之间支挡岩土以保证边坡稳定。土钉墙面层为喷射混凝土中间夹钢筋网，土钉要和面板有效连接，外端设钢垫板或加强钢筋通过螺丝端杆锚具或焊接进行连接。2.2.2 挡土墙的布置1 平面位置主要考虑：路堑墙，大多设在边沟旁。山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处，墙在的高度应保证在设置墙后墙顶以上边坡的稳定。2 纵向布置在墙趾纵断面图上进行，并绘成挡土墙的正面图，布置的内容为：(1) 确定挡土墙的起讫点或墙长、选择土墙与路基或其他构造物连接方式。(2) 按地基及地形情况进行分段，确定沉降缝及伸缩缝的位置。(3) 布置各段挡土墙的基础。(4) 确定泄水孔的位置，包括数量、间距和尺寸等。3 横向布置宜选择在墙高最大处、墙身断面或者基础形式有变异处以及其他必须桩号处的横断面图上进行，确定墙身断面，基础形式和埋置深度，布置排水设施等，并绘制挡土墙横断面图。2.2.3 挡土墙的设置原则(1) 陡坡路堤，地面横坡较陡，填土不稳定，经与其它支挡建筑物比较后，认为设置挡土墙经济合理时；(2) 当路堑设计边坡与原地面坡接近，且边坡过高，形成剥山皮情况，用挡土墙较其它支挡建筑物可显著降低路堑边坡高度，减少石方数量时；(3) 地质不良地段，按一般路堑开挖后，可能引起坍滑，设挡土墙可稳定边坡时；(4) 滨河路堤，为收回路堤坡脚时；(5) 线路靠近既有建筑物，按一般路基设计拆迁有困难时，或需要与桥头或隧通的附属建筑连接时。2.3 挡土墙破坏形式(1) 倾覆式破坏，由于施工不当或者环境侵蚀等原因，例如渗水后冻融，化学物质粉化混凝土等等。造成的自身结构开裂、粉化等等导致无法继续承受侧向土压力，而发生倾覆式破坏。(2) 基础滑移式破坏，由于地基不良或者持力层土体结构变化，例如浸水，塌陷等。导致挡土墙基础产生滑移，无法继续保证使用功能的破坏。(3) 设计不良导致的无法承受侧向土压力而被荷载破坏。(4) 由于外部荷载改变，例如挡墙内侧通过超重车辆，或建筑施工有超大振动，导致荷载与设计不符，挡土墙本身无法抵抗，而发生位移或者崩裂等形式的破坏。(5) 临界正常使用年限，整个墙体处于疲劳极限，最终破坏。(6) 由于地震、洪水、山体滑坡等自然力的破坏。2.4 重力式挡土墙2.4.1 重力式挡土墙概述重力式挡土墙是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，它是我国目前最常用的一种挡土墙形式。重力式挡土墙多用浆砌片石砌筑，缺乏石料地区有时可用混凝土预制块作为砌体，也可直接用混凝土浇筑，一般不配钢筋。半重力式挡土墙可采用混凝土或少筋混凝土浇筑。它的优点就是形式简单，施工方便，可就地取材，适用性强，因而在我国铁路、公路、水利、港湾、矿山等工程中得到广泛的应用。由于重力式挡土墙靠自重维持平衡稳定，因此，体积、重量都大，在软弱地基上修建往往受到承载力的限制。如果墙太高，它耗费材料多，也不经济。当地基较好，挡土墙高度不大，本地又有可用石料时，应当首先选用重力式挡土墙。重力式挡土墙一般不配钢筋或只在局部范围内配以少量的钢筋，墙高在6m以下，地层稳定、开挖土石方时不会危及相邻建筑物安全的地段，其经济效益明显。2.4.2 重力式挡土墙类型重力式挡土墙类型重力式挡土墙可根据其墙背的坡度分为仰斜、俯斜、直立三种类型。(1) 按土压力理论，仰斜墙背的主动土压力最小，而俯斜墙背的主动土压力最大，垂直墙背位于两者之间。(2) 如挡土墙修建时需要开挖，因仰斜墙背可与开挖的临时边坡相结合，而俯斜墙背后需要回填土，因此，对于支挡挖方工程的边坡，以仰斜墙背为好。反之，如果是填方工程，则宜用俯斜墙背或垂直墙背，以便填土易夯实。在个别情况下，为减小土压力，采用仰斜墙也是可行的，但应注意墙背附近的回填土质量。(3) 当墙前原有地形比较平坦，用仰斜墙比较合理；若原有地形较陡，用仰斜墙会使墙身增高很多，此时宜采用垂直墙或俯斜墙。第3章 重力式挡土墙设计3.1 重力式挡土墙的构造挡土墙的构造必须满足强度要求与稳定性的要求，同时还应该考虑就地取材、经济合理，施工养护方便与安全。3.1.1 墙身构造如图3-1；重力式挡土墙由墙身、基础和墙帽三部分组成，墙身靠近填土的一面称为墙背，另一面大部分露在外面称为墙胸。墙背与基底的交线称为墙踵，基底的另一端即前端称为墙趾6。图3-1 重力式挡土墙构造属于重力式挡土墙范畴的另一种形式是衡重力式重力挡土，它由上墙和下墙组成（图3-2），上下墙间有一平台，称为衡重台，它除墙身自重外，还增加了衡重台以上的填土重量来维持墙身的稳定性，能节省一部分墙身圬工。由于墙胸胸坡较陡（一般为1:0.05），因而在地面横坡较陡时，可减小墙的高度。同时由于墙背坡度为仰斜，基础宽度较重力式挡土墙要小，因而减小了施工开挖的土石方量。图3-2 衡重式挡土墙构造重力式挡土墙的墙背坡度一般采用1:0.25的仰斜；衡重式挡土墙多采用1:0.251:0.30仰斜，上墙墙背坡度受墙身强度控制，根据上墙高度，采用1:0251:0.45俯斜。在地面横向倾斜时，胸坡坡度影响挡土墙的高度，横向坡度越大影响越大，如图3-3所示，由于重力式挡土墙胸坡一般与背坡一致，采用1:0.25仰斜，衡重式挡土墙胸坡采用1:0.05后仰，所以在横向坡度较大的山区，采用衡重式挡土墙较为经济。衡重式挡土墙上墙与下墙高度之比，采用4:6较为经济合理。对一处挡土墙而言，其断面形式不宜变化过多，以免造成施工困难，并且应当注意不要影响挡土墙的外观。图3-3 墙高与地面横坡的关系浆砌片石挡土墙的墙顶宽度一般不应小于0.5m，路肩挡土墙墙顶应以粗料石或C15混凝土做帽石，其厚度通常为0.4m，宽度不小于0.6m,突出墙顶外的帽橹宽为0.1m。路堤墙及路堑墙可不做帽石，选用大块片石置于墙顶并用砂浆抹平即可。在有石料的地区，重力式挡土墙应尽可能采用浆砌片石。片石的极限抗压强度不得低于30MPa,在一般地区及寒冷地区，采用M7.5水泥砂浆；在浸水地区及严寒地区，采用M10水泥砂浆。在缺乏石料的地区，重力式挡土墙可用C15混凝土或片石混凝土建造；在寒冷地区采用C20号混凝土或片石混凝土。此时墙顶宽度不应小于0.4m。为保证列车正常运行，线路养护及行人的安全，路肩挡土墙在一定条件下，应设置防护栏杆。为了避免因地基不均匀沉降而引起墙身开裂，应根据地基地质条件的变异和墙高、墙身断面的变化设置沉降缝。为了防止圬工砌体因收缩硬化和温度变化而产生裂缝，应设置伸缩缝，一般在设计时将沉降缝和伸缩合并设置，沿线路方向每隔1025m设置一道，缝宽采用23m。缝内沿墙的内、外顶三边填塞沥青麻筋或沥青木板，塞入深度不得小于0.2m。3.1.2 路基与基础挡土墙基底宜采用明挖基础。当基坑开挖较深且边坡稳定性较差时，采用临时支护措施；当地基为松软土层时，可采用加宽基础、换填土或地基处理等措施。水下基坑开挖困难时，也可采用桩基础或沉降基础。挡土墙基础置于土质地基时，其基础深度应符合下列要求：基础埋置深度不小于1m。当有冻结时，应在冻结线下0.25m处，当冻结深度超过1m时，可在冻结线下0.25m内换填渗水土，但埋置深度不小于1.25m。受水流冲刷时，基础应埋置在冲刷线以下不小于1m。路堑挡土墙基础底面应在路肩以下不小于1m，并应低于侧沟砌体底面不小于0.2m。挡土墙基础置于硬质岩地基上时，应置于风化层以下，置于软质岩石地基上时，埋置深度不小于1m。挡土墙基础置于斜坡地面时，其趾部埋入深度和距离地面的水平距离应符合表3-3的要求。表3-3 墙趾埋入斜坡地面的最小尺寸（m）岩层类别埋入深度(m)距地表水平距离(m)较完整的坚硬岩层0.250.250.5一般坚硬岩层0.600.61.5 续表3-3岩层类别埋入深度(m)距地表水平距离(m)软质岩层1.001.001.02.01.52.53.2 挡土墙的排水措施挡土墙排水设施的作用在于疏通墙后土体的水，以免墙后积水使墙身承受额外的静水压力，减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力，清除填料浸水后的膨胀压力挡土墙的排水措施通过由地面和墙身排水两部分组成，地面排水主要是防止地表水渗入墙后土或地基，地面排水措施有：(1) 设置地面排水沟，截引地表水。(2) 夯实回填土顶面和地表水松土，防止雨水和地面水下渗，必要时可铺砌层。(3) 路堑挡土墙趾前的边沟应予以铺砌加固，以防止边沟水渗入基础。墙身排水主要是为了排除墙后积水，在墙身上应设置向墙外坡度不应小于4%的泄水孔，泄水孔应采用管型材料，其进水侧应设反滤层。对于墙后排水不定式填料有冻胀膨胀性时，应在墙后最低排水泄水孔至墙顶下0.5m之间全部设置土工合成材料或厚度不小于0.5m的砂加卵石反滤层，既可减轻冻胀或膨胀力对墙的影响，又可防止墙后产生静水压力，同时起反滤作用，在靠近路肩或地面的最底排水孔的进水口下部应设置隔水层。3.3 墙后回填土的选择根据土压力理论分析可知，不同的土质对应的土压力是不同的。挡土墙设计中希望土压力越小越好，这样可以减小墙的断面，节省土石方量，从而降低造价。(1) 理想的回填土。卵石、砾砂、粗砂、中砂的内摩擦角较大，主动土压力系数小，则作用在挡土墙上的土压力就小，从而节省工程量，保持稳定性。因此上述粗颗粒土为挡土墙后理想的回填土。本设计采用此类型的填土，且回填土粘聚力等于零，墙后填土分层夯实，以提高填土质量。(2) 可用的回填土。细砂、粉砂、含水量接近最佳含水量的的粉土、粉质粘土和低塑性粘土为可用的回填土，如当地无粗颗粒，外运不经济。(3) 不宜采用的回填土。凡软粘土、成块的硬粘土、膨胀土和耕植土，因性质不稳定，在冬季冰冻时或雨季吸水膨胀将产生额外的土压力，导致墙体外移，甚至失去稳定，故不能用作墙的回填土。第4章 重力式挡土墙的传统结构设计计算4.1 概述重力式挡土墙一种依靠墙身自重来平衡墙后土体产生的土压力的挡土结构，由于其石料来源广泛，就地取材，施工方便，所以在石砌挡土墙中在过去的很长一段时间内也是我国岩土工程主要的结构形式，且被铁路工程广泛采用。随着技术的进步现在按规范规定大部分采用混凝土灌注，重力式挡土墙是依靠墙身自重来平衡土的侧压力，其设计一般采用库伦土压力理论。当墙后土体向外变形达到主动土压力状态时，假定土中主动土压动面为平面并按滑动土楔的极限平衡条件来求算主动土压力，并适用于一般地区、浸水地区、地震地区的边坡工程，当地基承载力较低时或地质条件较复杂时应适应控制墙高。重力式支挡结构的设计国内外的公路、铁路行业中采用不同的设计思路和方法7-9。在我国的铁路行业中支挡结构的设计至今采用极限状态设计法，而在公路行业中目前已经把可靠度的设计方法作为标准。在设计理论上，国内外的铁路行业一般采用库伦土压力理论计算法，但在荷载的计算形式上又各有不同。在我国，采用换算土柱法，把路基面以上的静、动力荷载统一