《道路工程》第12章 路基挡土墙设计.ppt.ppt
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1、第一节概述 第二节挡土墙的构造与布置 第三节挡土墙土压力计算 第四节挡土墙的设计原则 第五节重力式挡土墙设计 第六节浸水路堤挡土墙设计 第七节地震地区挡土墙设计 第八节轻型挡土墙 第九节加筋土挡土墙,第十二章 路基挡土墙设计,1、挡土墙的定义,挡土墙是支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的结构物。公路中主要作用是支撑路堤、路堑、隧道洞口、桥台及河岸防护等,第一节概述,2、挡土墙的类型,按挡土墙位置分: 路堑挡墙,路堤挡墙,路肩挡墙和山坡挡墙等。 按挡土墙的墙体材料分: 石砌挡墙,混凝土挡墙,钢筋混凝土挡墙,砖砌挡墙,木质挡墙和钢板墙等。 按挡土墙的结构形式分: 重力式,半重力式,衡重式,悬
2、臂式,扶壁式,锚杆式,拱式,锚定板式,板桩式和垛式等。,挡土墙位置分:a)路肩挡墙、b)路堤挡墙、c)路堑挡墙、d)山坡挡墙,刚性挡土墙:本身变形极小,只能发生整体位移,柔性挡土墙: 本身会发生变形,墙上土压力分布形式复杂,3、新型挡土墙,自嵌式挡土墙-主要依靠挡土块块体、填土通过加筋带连接构成的复合体自重来抵抗动静荷载,达到稳定的作用。用于园林景观、高速公路、立交桥和护坡、小区水岸等,比传统的混凝土和浆砌块石容易施工,并且美观、耐久。,4、挡土墙的作用 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,沿河路堤可防水流冲刷等; 路堑墙:减少开挖,降低边坡高度
3、; 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; 桥台挡墙:护台及连接路堤,作为翼墙或桥台。,5、各式挡土墙的使用条件,6、挡土墙的破坏,第二节挡土墙的构造与布置,1、挡土墙的构造,墙面(墙胸) 墙背(俯斜、仰斜、垂 直、直线形、和折线形) 墙顶及护栏 墙底(墙趾、墙踵),挡土墙的组成示意图,基础 设计的主要内容包括基础形式的选择和基础埋置深度的确定。 排水设施 通常由地面排水和墙身排水两部分组成。 沉降缝和伸缩缝 为防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂,应根据地基地质条件及墙高墙身断面的变化情况,设置沉降缝;为了减少圬工砌体因硬化收缩和温度变化作用而产生的
4、裂缝,须设置伸缩缝。,2、挡土墙布置,横向布置 主要是在路基横断面图上选定挡土墙的位置,确定是路堑墙、路肩墙、路堤墙还是浸水挡墙,并确定断面形式及初步尺寸。 纵向布置 在墙趾纵断面图上进行墙的纵向布置,布置后绘成挡土墙正面图。包括: 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)泄水孔布置。,平面布置 对于个别复杂的挡土墙,例如高、长的沿河挡墙和曲面挡墙;绕避建筑物挡墙,除了横、纵向布置外,还应作平面布置,并绘制平面布置图。,第三节挡土墙土压力计算,1、作用在挡土墙上的荷载,(1)主要力系: 挡土墙自重及位于墙上的恒载; 墙后土体的主动土
5、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,如地震荷载、浮力、水面物撞击力等。,作用在挡土墙上的力系,2、挡土墙移动形式与土压力关系,(1)墙体外移,(3)墙体不移动,(2)墙体内移,Ea:墙体外移,土压力逐渐减小,当土体破坏,达到极限平衡状态时所对应的土压力(最小) Ep:墙体内移,土压力逐渐增大,当土体破坏,达到极限平衡状态时所对应的土压力(最大) E0:墙体不移动,土压力即是土体产生的侧压力,3、路基挡土墙的土压力考虑,1)主动土压力
6、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,即只考虑Ea ,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Ep一般不计。,4、不同墙背倾斜形式的土压力大小,墙背倾斜形式: 仰斜 直立 俯斜,5、挡土墙的土压力计算理论,(1)朗肯土压力理论 1857年英国学者朗肯(Rankine)从研究弹性半空 间体内的应力状态,根据土的极限平衡理论,得出 计算土压力的方法,又称极限应力
7、法。 (2)库仑土压力理论 1776年法国的库伦(C.A.Coulomb)根据极限平 衡的概念,并假定滑动面为平面,分析了滑动楔体 的力系平衡,从而求算出挡土墙上的土压力,成为 著名的库伦土压力理论。,基本假设:, 墙本身刚性,因此,不考虑墙身的变形; 墙后填土延伸到无限远处,填土表面水平(=0); 墙背垂直光滑(墙与土的摩擦角=0)。,朗肯理论,a、无粘性土;b、粘性土,计算公式:,朗肯主动土压力系数,,土的重度;,土的粘聚力和内摩擦角。,c、,主动土压力,被动土压力,基本假设:, 墙后填土为均匀的无粘性土(c=0),填土表面倾斜(0); 挡土墙刚性,墙背倾斜,倾角为; 墙面粗糙,墙背与土本
8、之间存在摩擦力(0); 滑动破裂面为通过墙踵的平面。,库伦理论,(3)分析方法的异同 朗肯理论和库伦理论都是简化方法。它们各有其不同的基本假定、分析方法和适用条件。 共同点:均属于极限状态土压力理论。计算出的土压力均为墙后土体处于极限平衡状态下的主动土压力Pa和被动土压力Pp。 不同点:朗肯理论从土体中一点的极限平衡状态出发,由处于极限平衡状态时的大小主应力关系求解(极限应力法);库伦理论根据墙背与滑裂面之间的土楔处于极限平衡,用静力平衡条件求解(滑动楔体法) 。,(4)适用条件 1)朗肯理论的适用条件 根据朗肯理论推导的公式,作了必要的假设,因此有一定的适用条件: 填土表面水平(=0),墙背
9、垂直(=0),墙面光滑(=0)的情况; 墙背垂直,填土表面倾斜,但倾角的情况; 地面倾斜,墙背倾角(45-/2)的坦墙; L型钢筋混凝土挡土墙; 墙后填土为粘性土或无粘性土。,2)库伦理论的适用条件 下述情况宜采用库伦理论计算土压力: 需考虑墙背摩擦角时,一般采用库伦理论; 当墙背形状复杂,墙后填土与荷载条件复杂时; 墙背倾角(45-/2)的俯斜墙; 数解法一般只用于无粘性土,图解法则对于无粘性土或粘性土均可方便使用。 挡土墙一般采用库伦理论,6、一般条件下库仑主动土压力计算,挡土墙因路基形式和荷载分布不同土压力有多种计算图式,(1)破裂面交于内边坡-适用于路堤或路堑挡土墙,主动土压力计算图示
10、,将Pa 对 求导数,并令其等于零,被动土压力计算图示,(2)破裂角交于路基面,破裂面交与荷载中部b) 破裂面交与荷载外侧c) 破裂面交与荷载内部a),(3)破裂面交于外边坡,(4)大俯角墙背的主动土压力第二破裂面法, 有时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、悬臂墙墙背或带衡重台的墙背,其倾角大于第二破裂面的倾角i、且墙背面上的抗滑力大于下滑力的情况。 出现第二破裂面的条件: 墙背或假想墙背的倾角或必须大于第二破裂面的倾角i ,以不妨碍第二破裂面的出现; 在墙背或假想墙背面上产生的抗滑力必须大于其下滑力,使破裂棱体不会沿墙背或假想墙背下滑。 仰斜挡土墙很少采用平缓
11、背坡,不易出现i的情况;衡重式挡墙的上墙或悬臂式墙,采用假想的墙背,=,只要i,即存在第二破裂面。,衡重式挡土墙,折线形墙,(5)不同土层的土压力计算,(6)有限范围填土的土压力计算,7、车辆荷载的换算,换算方法: 换算为对应于墙后填料的一定高度的均布土层。换算土层高: h0= q / 其中: 墙高H2.0m时,q=20.0kN/m2; 墙高H10.0m时,q=10.0kN/m2; 墙高H在2.0m 10.0m时,q内插取用。,8、计算参数,填料的计算内摩擦角和重度,墙背摩擦角,第四节挡土墙的设计原则,1、挡土墙设计一般规定 1)挡土墙类型应综合考虑工程地质、水文地质、冲刷程度、荷载作用情况、
12、环境条件、施工条件、工程造价等因素; 2)应根据墙背渗水,合理布置排水沟造物。合理设置伸缩缝和沉降缝。 3)挡土墙墙背填料宜采用渗水性强的砂性土、砂砾、粉煤灰等材料,严谨采用淤泥、膨胀土等; 4)挡土墙的顶面不宜占据硬路肩、行车道及路缘带的路基,5)墙身构造 重力式挡土墙的墙背坡度一般采用1:0.25仰斜,仰斜墙背坡度不宜缓于1:0.3,俯斜墙背坡度一般为1:0.25-1:0.4; 衡重式或凸折式挡土墙下墙墙背坡度多采用1:0.25-1:0.30仰斜,上墙墙背坡度受墙身强度控制,根据上墙高度,采用1:0.25-1:0.45俯斜。,6)排水措施 包括疏干墙后积水和防止地表水下渗,以减小墙背土压力
13、和静水压力;减少冻胀压力;消除膨胀压力。 (1)设置地面排水沟,截引地表水;夯实回填土顶面,防止雨水和地面水下渗,必要时可设铺砌层。 (2) 墙背设泄水孔和排水层; (3)路堑挡墙趾前沟应铺砌,以防边沟水渗入基础。,7)基础埋置深度 基础埋置深度应按地基的性质、承载力的要求、冻胀的影响、地形和水文地质等条件确定。其基础深度应符合下列要求: (1)基础埋置深度不小于lm; (2)受水流冲刷时,基础应埋置在冲刷线以下不小于lm; (3)路堑挡土墙基础顶面应低于边沟底面不小于0.5m。 (4)挡土墙基础置于斜坡地面时,其趾部埋人深度和距地面的水平距离应符合下表的要求。,2建筑物总体设计资料 为满足枢
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