抗滑挡土墙设计与施工.ppt

第八章抗滑挡土墙的设计与施工 挡土墙的定义是支撑填土或斜坡土体 防止其变形失稳 而承受侧向岩土压力的支挡结构物1 用于支挡滑坡 变形体的挡土墙 一般称为抗滑挡墙 或抗滑挡土墙 2 挡土墙的基本构成 8 1概述 一 抗滑挡土墙类型 特点和适用条件2 按结构型式分类 1 重力式挡土墙 2 锚杆挡土墙设计 3 加筋土挡土墙 4 板桩式挡土墙 等3 按材料分类 1 浆砌条石 块石 抗滑挡土墙 2 混凝土抗滑挡土墙 4 钢筋混凝土抗滑挡土墙 4 加筋土抗滑挡土墙 路堑挡土墙 用于陡峭山坡的路堑底部 降低边坡高度 减少开挖或者边坡防止地质不良地段的滑坡 1 按设置位置分 路堤挡土墙 在陡山坡上填筑路堤时 用以支挡路堤下滑 收缩坡脚 减少填方量 保证沿河路堤不受水流冲刷 路肩挡土墙 支挡陡坡路堤下滑 抬高公路 收缩坡脚 减少占地 减少填方量 山坡挡土墙 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 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 重力式挡土墙 重力式挡土墙 C D多用于路堑墙 2 按结构型式分类 重力式挡土墙 已完工的石砌挡土墙 图6 3锚杆式挡土墙 锚定式挡土墙 图6 4锚定板式挡土墙 由肋柱 挡板和锚杆组成 靠锚杆锚固在山体内拉住肋柱 肋柱 挡板可预制 一般适用于墙身较高的路堑墙或路肩墙 类似于锚杆式挡土墙 仅锚杆的固定端用锚定板固定在山体内 一般适用于路堑墙或路堤墙 锚杆 索 挡土墙 锚杆挡土墙一般适用于岩质路堑地段 但其他具有锚固条件的路堑墙也可使用 还可应用于陡坡路堤 锚索 锚索 锚杆的施工 钻孔 锚定板挡土墙 薄壁式挡土墙 图6 6扶壁式挡土墙 图6 5悬臂式挡土墙 由立壁 墙趾板和墙踵板组成 利用墙踵板上的填土重量来维持土体稳定 适用于缺乏石料地区及挡土墙高度不大于7m的情况 扶壁式挡墙 15m 曲阜东站挡土墙施工现场 曲阜东站是京沪高铁全线21座车站之一 路基全部为路堤填筑 线路中心最大填筑高度为8 1m 最小高度为4 3m 路堤边坡最大填筑高度为7 78m 最小填筑高度3 98m 挡土墙施工的完成 为路基填筑提供了新的作业面 图6 7加筋土挡土墙 其他类型挡土墙 图6 8土钉挡土墙1 土钉 2 铺设钢筋网 喷射混凝土面层 由面板 拉筋和填料组成 依靠拉筋与填料之间的摩擦力来抵抗侧向土压力 面板可预制 适用于缺乏石料地区及在软弱地基上修筑路肩墙与路堤墙 加筋挡土墙 镀锌钢带加筋 加筋土挡土墙预制块的安装 加筋土的回填 土工格栅加筋 土工格栅加筋建成5 6 5m高的加筋挡土墙 边坡支护土钉支护锚杆喷射混凝土 图6 9柱板式挡土墙 图6 10桩板式挡土墙 用钢筋混凝土预制杆件 纵横交错装配成框架 内填土石 以抵抗土压力 适用于缺乏石料地区的路肩墙与路堤墙 由桩柱和挡板组成 利用深埋的桩柱前土层的被动土压力来平衡墙后主动土压力 适用于土压力大 要求基础埋置深地段 可用于路堑墙 路肩墙 桩板墙 格宾挡墙 墙身墙基础排水设施沉降伸缩缝 墙顶墙面墙背墙底墙趾墙踵 二 挡土墙的构造特点 墙背 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 15 1 0 25 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 25 1 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 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 俯斜墙背适用于路堤墙 路肩墙 常用1 0 15 1 0 25 不超过4m的低墙可用垂直墙背 其他类型挡土墙墙背形式可参考有关规范和设计手册 图6 12石砌挡土墙断面形式 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 在地面横坡较陡时 墙面坡度一般为1 0 05 1 0 20 矮墙可采用陡直墙面 地面平缓时 一般采用1 0 20 1 0 35较为经济 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 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 三级路不小于0 75m 四级路不小于0 5m 护栏 墙顶 基础类型 图6 13基础类型示意图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 钢筋混凝土底板 当地基压应力超过地基承载力过多时 或需要的加宽值较大 可采用钢筋混凝土底板 台阶基础 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岩石时 可设置台阶基础 以减少基坑开挖和节省圬工 拱形基础 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 天然地基 大多数挡土墙都直接修筑在天然地基之上 扩大基础 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 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 无冲刷时 应在天然地面以下至少1m 有冲刷时 应在冲刷线以下至少1m 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 排水设施 地面排水截水沟 路堑墙和山坡墙上方必须设置截水沟 以拦截流向挡土墙的地表水 夯实回填土顶面和地表松土 夯实墙前回填土和加固边沟 墙身排水 擋土牆排水孔鑽孔 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2 3m 对于浸水挡土墙孔眼间距一般1 0 1 5m 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 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 图6 14挡土墙排水设施示意图 沉降伸缩缝为防止因地基不均匀沉降而引起墙身开裂 应设置沉降缝 为减少圬工砌体因硬化收缩和温度变化而引起的裂缝 应设置收缩缝 一般将沉降缝与伸缩缝合并设置 沿路线方向间距10 15m 缝宽2 3cm 抗滑挡土墙与一般挡土墙类似 但它又不同于一般挡土墙 主要表现 在抗滑挡土墙所承受的土压力的大小 方向 分布和作用点等方面 一般挡土墙主要抵抗主动土压力 而抗滑挡土墙所抵抗的是滑坡体的剩余下滑推力 一般情况下滑坡的剩余推力较大 对于滑体刚度较大的中厚层滑坡体压力的分布图形于矩形 推力的方向与滑移面层平行 合力作用点位置较高 位于滑面以上l 2墙高处 因此 一般情况下 滑坡推力较主动土压力大 为满足抗滑挡土墙自身稳定的需要 这要求通常抗滑挡土墙墙面坡度采用l 0 3 1 0 5 甚至缓至1 0 75 1 1 有时为增强抗滑挡土墙底部的抗滑阻力 将其基底做成倒坡 或锯齿形 而为了增加抗滑挡土墙的抗倾覆稳定性和减少墙体圬工材料用量 有时可在墙后设置l 2m宽的衡重台或卸荷平台 抗滑挡土墙与一般挡土墙的区别 二 抗滑挡土墙布置原则 1 对于中 小型滑坡 一般将抗滑挡土墙布设在滑坡前缘 2 对于多级滑坡或滑坡推力较大时 可分级布设抗滑挡土墙 3 对于滑坡中 小部有稳定岩层锁口时 可将抗滑挡土墙布设在锁口处 锁口处以下部分滑体另作处理 或另设抗滑挡土墙等整治工程 4 当滑动面出口在构筑物 如公路 桥梁 房屋建筑 附近 且滑坡前缘距建筑物有一定距离时 应尽可能将抗滑挡土墙靠近建筑物布置 5 对于道路工程 当滑面出口在路堑边坡时 可按滑床地质情况决定布设抗滑挡土墙的位置 6 对于滑坡的前缘面向溪流或河岸时 抗滑挡土墙可设置于稳定的岸滩地 或将抗滑挡土墙设置在坡脚 7 对于地下水丰富的滑坡地段 在布设抗滑挡土墙前 应先进行辅助排水工程 并在抗滑挡土墙上设置好排水设施 8 对于水库沿岸 由于水库蓄水水位的上升和下降 除在浸水斜坡可能崩塌处布设抗滑挡土墙外 在高水位附近还应设抗滑桩或二级抗滑挡土墙 挡土墙的纵向布置 平面布置 个别复杂的挡土墙 如高 长的沿河曲线挡土墙 应作平面布置 绘制平面图 标明挡土墙与路线的平面位置及附近地貌与地物等情况 特别是与挡土墙有干扰的建筑物的情况 沿河挡土墙还应绘出河道及水流方向 防护与加固工程等 按地基及地形情况进行分段 确定伸缩缝与沉降缝的位置 布置各段挡土墙的基础 布置泄水孔的位置 包括数量 间隔和尺寸等 三 抗滑挡土墙的设计程序 8 2抗滑挡土墙设计与计算 一 抗滑挡土墙上力系分析与荷载确定1 抗滑挡土墙上的基本力系 1 作用于滑体上的外加荷载 如 建筑物自重 汽车自重等 2 对于水库岸坡 水库蓄水时滑体有水 且与滑带水连通时 应考虑的动水压力和浮力 3 滑体连端有贯通主滑带的裂隙 在滑动时裂隙充分 则应考虑的裂隙水对滑体的静水压力 4 其他偶然荷载 如地震力和其他特殊力 2 滑坡推力计算滑坡推力的计算是在已知滑动面形状 位置和滑动面 带 上土的抗剪强度指标的基础上进行的 计算方法一般采用剩余下滑力法 计算滑坡推力时 作了如下假定 1 滑坡体是不可压缩的介质 不考虑滑坡体的局部挤压变形 2 块间只传递推力不传递拉力 3 块间作用力 即推力 以集中力表示 其方向平行于前一块滑动面 4 垂直于主滑方向取1m宽的土条作为计算单元 忽略土条两侧的摩阻力 5 滑坡体的每一计算块体的滑动面为平面 并沿滑动面整体滑动 3 附加力的计算在计算滑坡推力的同时 还需考虑附加力的影响 1 滑坡体上的外荷载加在相应的滑块自重之中 2 对于水库岸坡等地带的滑坡 应考虑动水压力和浮力 3 在地震烈度大于7度的地区 应考虑地震力的作用 4 设计推力的确定当滑坡推力小于主动土压力时 应把主动土压力作为设计推力 但当滑坡推力合力作用点位置较主动压力的作用点高时 挡土墙的抗倾覆稳定性取其力矩大者进行计算 二 抗滑挡土墙平面尺寸与高度的拟定1 平面尺寸抗滑挡土墙墙面坡度常用1 0 3 1 0 5 其基底常做成反坡或锯齿形 2 高度抗滑挡土墙高可采用试算的方法确定 抗滑挡土墙的高度如果不合理的话 尽管它使滑坡体原来的出口受阻 但滑坡体可能沿新的滑动面发生越过抗滑挡土墙的滑动 因此 抗滑挡土墙的合理墙高应保证滑坡体不发生越过墙顶的滑动 合理墙高可采用试算的方法确定 先假定一适当的墙高 过墙顶A点作与水平线成夹角的直线 交滑动面于a点 以Sa Aa为最后滑动面 计算滑坡体的剩余下滑力 然后 再自a点向两侧每隔5 作出Ab Ac 和Ab Ac 等虚拟滑动面进行计算 直至出现剩余下滑力的负值低峰为止 若计算结果为剩余下滑力为正值时 则说明墙高不足 应予增高 当剩余下滑力为过大的负值时 则说明墙身过高 应予降低 如此反复调整墙高 经几次试算直至剩余下滑力为不大的负值时 即可认为是安全 经济 合理的挡土墙高度 三 基础的埋深基础的埋深应通过计算予以确定 一般情况下 无论何种型式的抗滑挡土墙 其基础必须埋入滑动面以下的完整稳定的岩土层中 且有足够的抗滑 抗剪和抗倾覆的能力 基岩 0 5m 坚实的土层 2m 且滑动面以下 四 基底应力及地基强度验算抗滑挡土墙的基底应力 合力偏心距及地基强度计算公式为 式中 smax min 分别为基底的最大和最小应力 KPa B 表示墙底宽度 m Vk 作用在基底面上的竖向力标准值 KN e 合力作用点偏心距 基底偏心距及基底应力分布 一 Vk 基底偏心距及基底应力分布 二 Vk 圬工砌体容许压应力 kpa 基底合力偏心距的要求 土质地基上e B 6 软弱岩石地基上e B 5 在不易风化的岩石地基上 e B 4 五 抗滑挡土墙的稳定性及强度验算1 抗滑稳定性验算式中 Vk 作用于抗滑挡土墙上的竖向合力 KN m 抗滑挡土墙基底摩擦系数 Ep 墙前被动土压力的水平分力 KN Eax 墙背主动土压力或剩余下滑力的水平分力 Ks 抗滑挡土墙所允许的最小抗滑安全系数 1 3 当Kc Kc 表明挡土墙的抗滑稳定性不足 可考虑采用下列措施 以增加其抗滑动稳定性 1 采用倾斜基底 设置向内倾斜的基底 可以增加抗滑力和减少滑动力 从而增加抗滑稳定性 基底倾角 对于土质地基不陡于1 5 对于岩石地基不陡于1 3 2 采用凸榫基础 在挡土墙基础底面设置混凝土凸榫 与基础连成整体 利用凸榫前土体所产生的被动土压力以增加挡土墙的抗滑稳定性 3 更换基底土层 以增大基础底面与地基之间的摩擦系数 4 改变墙身断面形式和尺寸 以增大垂直力系 但单纯扩大断面尺寸 收效不大 也不经济 2 抗倾覆稳定性验算式中 K0 抗滑挡土墙所允许的最小抗倾覆安全系数 1 5 3 挡土墙截面强度验算 1 偏心受压承载力验算式中 N 由荷载设计值产生的轴向力 f 砌体抗压强度设计值 A 截面面积 j 承载力影响系数 砌体偏心受压构件 随偏心距的增加 强度将逐渐降低 这主要是偏心受压构件截面应立分布不均匀所致 2 受剪承载力计算式中 V 剪力设计值 fv 砌体抗剪强度设计值 b 截面宽度 挡土墙为单位延米长 z 内力臂 z 2h 3 h为挡土墙厚度 五 挡土墙基础设计 挡土墙的破坏 很多是由于地基不良 或者是基础设计和地基处理不当而应起的 设计时应当充分掌握基地的地质条件 在确定基底的类型和埋置深度 挡土墙一般采用明挖基础 当地基为松软土层时 可采用换填或桩基础 水下挖基有困难时 可采用桩基础或沉井基础 础埋置深度要求 在冻结深度以下0 25 同时不少于1 埋深 受流水冲刷时 在冲刷线以下不小于1 挡土墙基地的冲刷深度 除按不同河段位置的设计水位和相应的流速 设计产生的一般冲刷和局部冲刷外 尚应对河床 地层及冲刷的资料 进行综合分析 比较计算与实测资料 最后确定冲刷深度 扩大基础设计 当挡土墙受倾覆稳定 基地应力和偏心距控制时 可采用扩大基础 即假设强制台阶的方法来解决 强制台阶的宽度 应根据倾覆稳定 及地应力和偏心距等条件 由试算决定 钢筋混凝土底板当基底应力和地基承载力设计值相差较大时 需要加宽的较大 为避免过高 造成材料浪费 或则无法满足地基承载力的要求 可采用钢筋混凝土底板 它除了满足抗弯要求以外 其高度还应满足剪应力和主拉应力的要求 换土地基 当基础设置在较弱土层上 地基承载力不满足设计时 可用较好的土换填一定深度 以扩散基础压力 使之均匀的传递到下卧土层中 换土法最好用于其下卧层为岩层或砂类卵石及粗粒等透水性良好的土层 而且基地面距良好土层不深 施工不困难 换土深度愈大 传布到下卧层的压力强度愈小 但会增大工程量 不经济 同时也会增加施工的难度 通常不宜小于1 5 也不宜大于3 0 当然 对软弱地基的处理方法很多 如选用机械压实 对载预压 砂井真空预压 砂桩 碎石桩 灰土桩 水泥土桩及桩基等方法 设计者应根据当地的实际条件 进行多方案比较 综合考虑确定地基的处理方法 以保证基础及挡土墙的稳定 8 3抗滑挡土墙的施工 一 填料选择为保证抗滑挡土墙既能安全正常工作 又减少其断面尺度 降低工程后造价 其墙后填料的选择也是一项重要的工作 一般以块石 砾石为好 这样的填料透水性也强 抗剪强度稳定 易排水 粘性土的压实性和透水性都较差 并且又常具有吸水膨胀性和冻胀性 产生侧向膨胀压力 影响挡土墙的稳定性 当不得不采用粘性土作填料时 应适当加以块石或碎石 任何时候不能采用淤泥 膨胀土作墙后填料 二 墙身材料选择墙身材料的选择应与抗滑挡土墙的结构形式相适应 对于重力式抗滑挡土墙 墙身材料一般采用条石 块石或块石砼或素砼 一般应选择Mu30号以上的条石或块石 砼的强度等级一般不应低于C15 对于锚杆式抗滑挡土墙 板桩式抗滑挡土墙 竖向预应力锚杆式抗滑挡土墙等形式 最好采用砼或钢筋砼 砼强度等级不宜低于C20 预应力锚杆的锚固区域 砼等级不低于C30 三 施工注意事项 1 对天变形剧烈的滑坡 宜从两端向中间分段施工 逐段稳定滑坡 减小滑坡规模 控制滑坡运动 要防止大面积开挖 尤其在坡脚 而造成土体滑动 加剧滑坡体运动 影响抗滑的稳定性 甚至破坏已修建的抗滑挡土墙 应事行作好排水系统 2 注意掌握施工季节 3 刷方减载应按自上而下的原则进行 4 对辅助工程 也应切实注意事故质量 重力式抗滑挡墙设计步骤 一 滑坡推力里算 作用于抗滑挡墙上的推力 不平衡推力法二 拟定墙高 基础埋深 验算拟定墙高是否合适三 拟定挡墙尺寸 四 抗滑稳定性验算 五 抗倾覆稳定性验算六 挡土墙强度验算 垮塌的重力式挡墙 垮塌的护坡挡墙 失稳的立交桥加筋土挡土墙