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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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。, 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
7、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
8、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)
9、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
10、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Ep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
11、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 ,
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