04路基防护与支挡结构设计.ppt
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1、第四章,路基防护与支挡结构设计 Slope Protection and Retaining Wall Design,第一节 路基坡面防护(slope protection) 第二节 支挡结构的类型和构造(types and construction) 第三节 挡土墙结构布置(structure layout) 第四节 挡土墙结构的土压力计算(calculation of earth pressure) 第五节 挡土墙设计(design of retaining wall) 第六节 轻型挡土墙(light retaining wall) 第七节 其他支挡结构(other types),主要内容
2、(main contents),1)种草 (planting grass) 适宜坡高不大、边坡不陡于1:1.0的土质易种植边坡,其表面水径流速度应低于0.6m/s。 边坡坡度在1:1.01:2.0时也可种草,但应采取固定草种布或网格固定撒种等方法。,1、植物防护(plant protection),第一节 路基坡面防护 (slope protection),2)铺草皮(turf) 表面水径流速度在0.6m/s1.8m/s之间时不宜种草,而应根据情况按平铺、水平叠置、垂直坡面叠置、斜叠置等不同方法铺草皮,必要时可先浆砌防护,在浆砌内部铺草皮,以减小水流冲刷。,草皮防护示意图:a)平铺平面;b)平
3、铺剖面;c)水平叠铺; d)垂直叠铺;e)斜交叠铺;f)网格式,第一节 路基坡面防护,1、植物防护(plant protection),第一节 路基坡面防护,1、植物防护(plant protection) 3)客土喷播(external-soil spray seeding) 客土喷播是将含有植物生长所需营养的基质材料混合胶结材料喷附在岩基坡面上,在岩基坡面上创造出宜于植物生长的硬度的、牢固且透气、与自然表土相近的土板块,种植出可粗放管理的植物群落,最大程度地恢复自然生态。,4)植树(plant trees) 主要用于堤岸边的河滩、沙漠及雪害地区的防护林等情况,主要起到: 降低河滩水流速度及
4、改变水流方向; 防风固沙; 防雪等作用。 低等级公路也可在路两侧进行植树,以起到固土、降尘、绿化、诱导视线等作用。,第一节 路基坡面防护,1、植物防护(plant protection),第一节 路基坡面防护,1、植物防护(plant protection) 5)景观设计(landscape design) 边坡防护设计应与道路景观设计、道路稳定设计相协调。,1)砂浆抹面防护(masonry pulp and facework protection) 主要用于石质挖方坡面,以防止岩石表面风化。但要求岩表完整未剥落、表面较平整,一般抹面的厚度在210cm。 2)喷浆防护(gunite cover
5、ing protection) 用于易风化且坡面不平整的岩石挖方边坡,一般厚度在510cm。喷浆坡面应设置排水孔。 3)勾缝、灌浆、嵌补 (pointing,grouting and insertion) 防止水分渗入缝隙。,2、工程防护(Engineering protection),第一节 路基坡面防护,4)干砌片石护面(rip-dry bank protection) 有单层与双层之分,须做砂垫层,厚度一般不小于20cm,主要用于坡面或排水沟渠。,第一节 路基坡面防护,2、工程防护(Engineering protection),4)浆砌片石护面(墙)(rip-dry bank prot
6、ection) 封闭软质岩层、高填方路堤表面及较破碎的挖方边坡,一般立交内凹的夹角部分及较破碎的挖方边坡须全浆砌防护,其它可采用菱形、拱形、方格形等防护方式,其间土体可种草或铺草皮。,第一节 路基坡面防护,2、工程防护(Engineering protection),护面墙示意图:a)双层式;b)单层式;c)墙面;d)拱式;e)混合式,第一节 路基坡面防护,2、工程防护(Engineering protection),4)浆砌片石护面(墙)(rip-dry bank protection),第一节 路基坡面防护,2、工程防护(Engineering protection),4)浆砌片石护面(墙
7、)(rip-dry bank protection),第一节 路基坡面防护,3、冲刷防护(scouring protection),1)路基冲刷破坏(erode destroy for subgrade),植物防护 石砌防护 抛石防护:水流速度在3.0m/s5.0m/s 石笼防护: 水流速度大于5.0m/s 支挡防护 土工织物软体沉排防护,3、冲刷防护(scouring protection),第一节 路基坡面防护,2)直接防护(Direct protection for subgrade erosion),建导治结构物 即设坝,一般有丁坝、顺坝、格坝等。,第一节 路基坡面防护,3、冲刷防护(
8、scouring protection),3)间接防护(Indirect protection),第二节 支挡结构的类型和构造 (types and construction),1、支挡结构的用途(functions of retaining structure),保证边坡及其环境的安全,对边坡采取支挡、加固 与防护 公路、铁路、城市建设,水坝建设、河床整治、港口 工程、山体规划、山体滑坡及水泥流防治 景观美化,第二节 支挡结构的类型和构造,边坡挡土墙 (slope retaining wall),河堤支护 (embankment),基坑支护 (foundation pit supportin
9、g),第二节 支挡结构的类型和构造,2、支挡结构的类型和适用范围 (types and range of application),按支挡结构位置分类 (location) 路堑挡墙、路堤挡墙、路肩挡墙和山坡挡墙 (cutting, embankment, shoulder, slope) 按支挡结构的墙体材料分类(material) 石砌挡墙、混凝土挡墙、钢筋混凝土挡墙、砖砌挡墙 (stone,concrete, reinforced concrete, brick) 按结构形式与作用机理分类(structural form) 重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙、锚杆式挡土墙 (gra
10、vity retaining wall, cantilever retaining wall, counterfort retaining wall, anchored retaining wall ),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 shoulder embankment cutting slope,第二节 支挡结构的类型和构造,第二节 支挡结构的类型和构造,结构形式分类 structural form,第二节 支挡结构的类型和构造,挡土墙适用条件(range of application),墙面(墙胸)(batter) 墙背(俯斜、仰斜、垂直) 有直线
11、形墙背和折线形墙背之分(back) 墙顶及护栏(top and parapet) 墙底(墙趾、墙踵)(footing) 基础(basement) 设计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(drainage) 由地面排水和墙身排水两部分组成。 沉降缝和伸缩缝 (settlement joint and expansion joint),3、支挡结构的构造construction),挡土墙的组成示意图,第二节 支挡结构的类型和构造,墙 身 (stem),横向布置(horizontal layout) 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
12、挡墙?并确定断面形式及初步尺寸。 纵向布置(longitudinal layout) 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(plane layout) 对于个别复杂的挡土墙,例如高的、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 挡土墙结构布置 (Retaining Wall Layout),1、作用在挡土墙上的力系(forces),(1)主要力系(main forces): 挡土墙
13、自重及位于墙上的恒载; 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(additional forces): 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(occasional forces): 偶然出现的力,如地震力、浮力、水面物撞击力等。,图6-5 作用在挡土墙上的力系,第四节 挡土墙结构的土压力计算 (Calculation of earth pressure),第四节 挡土墙结构的土压力计算,2、挡土墙的移动形式(movement of retaining wall),(1)墙体外
14、移 (move away from backfill),(2)墙体内移(move towards soil),(3)墙体不移动 (keep still),第四节 挡土墙结构的土压力计算,3、路基挡土墙的土压力考虑(earth pressure) 1)主动土压力与被动土压力的区分 (difference between active pressure and passive pressure): 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
15、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(safety factor)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。,墙背倾斜形式,仰斜、直立和俯斜,E1E2E3,第四节 挡土墙结构的土压力计算,4、不同墙背倾斜形式的土压力大小 (earth pressure of different oblique forms),第四节 挡土墙结构的土压力计算,5、挡土墙的土压力计算理论 (theories of earth pressure calculation) (1)朗肯土压力理论 (Rankines theory of earth pressure) 1857
16、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,又称极限应力法(the ultimate stress method)。 (2)库仑土压力理论 (Coulombs theory of earth pressure) 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。,第四节 挡土墙结构的土压力计算,(3)朗肯理论的基本假设(basic assumption): 墙本身刚性(rigid retaining wall),因此
17、,不考虑墙身的变形; 墙后填土延伸到无限远处(semi-infinite depth),填土表面水平(=0); 墙背垂直光滑(墙与垂向夹角=0,墙与土的摩擦角=0)。,无粘性土(none-cohesive soil),粘性土(cohesive soil),破裂面交于内边坡,第四节 挡土墙结构的土压力计算,(1)破裂面(failure plane)交于内边坡- 适用于路堤或路堑挡土墙 Ea-P156 式4-6,6、一般条件下库仑主动土压力计算 (Calculation of Coulombs active earth pressure under general conditions),破裂面交
18、于路基面:a)交于荷载内侧;b)交于荷载中部;c)交于荷载外侧,第四节 挡土墙结构的土压力计算,(2)破裂角交于路基面- 破裂面交与荷载中部 b) Ea-式4-9 破裂面交与荷载外侧 c) Ea-式4-11 破裂面交与荷载内部 a) Ea-式4-12,(3)破裂面交于外边坡Ea-式4-13,破裂面交于外边坡,第四节 挡土墙结构的土压力计算,等效内摩擦角法(equivalent internal friction angle method)D一般增加510 (P160) 力多边形法(数解法) P160 Ea-式4-16,(4)粘性土土压力计算 (earth pressure of cohesiv
19、e soil),库仑理论本来只考虑不具有粘聚力的砂性土的土压力问题。当墙背填料为粘性土时,土的粘聚力对主动土压力的影响很大,因此应考虑粘聚力的影响。可以以库仑理论为基础计算粘性土主动土压力,但需要近似,主要有以下近似方法:,第四节 挡土墙结构的土压力计算,有限范围填土的土压力计算,7、被动土压力计算(calculation of passive earth pressure)P163 Ea-式4-23,第四节 挡土墙结构的土压力计算,1)浸水的填料受到水的浮力作用(flotage effect)而使土压力减小; 2)砂性土的内摩擦角受水的影响不大,可认为浸水后不变,但粘性土浸水后抗剪强度(sh
20、ear strength)显著降低; 3)墙背与墙面均受到静水压力,在墙背与墙面水平一致时,两者互相平衡;而当有一水位差时,则墙身受到静水压力差所引起的推力; 4)墙外水位骤然降落,或者墙后暴雨下渗在填料内出现渗流时,填料受到渗透动水压力。渗水性填料,动水压力一般很小,可略而不计; 5)墙身受到水的浮力作用,而使其抗倾覆及抗滑动稳定性减弱。,考虑因素(considerations):,第四节 挡土墙结构的土压力计算,8.浸水挡土墙土压力计算(earth pressure of retting retaining wall),6)墙后填料应尽量用片、碎石或砂性土分层填筑并夯实,并做好排水设施。
21、7)挡土墙修建在设计裂度为8度及8度以上的地震区,以及修筑在地震时可能发生大规模滑坡崩塌的地段或软弱地基(如软弱粘性土层)、地震强度和稳定性验算(stability analysis)。 8)验算时要考虑破裂棱体和挡土墙身分别承受地震力的作用,将地震荷载与恒载组合,并考虑常年水位的浮力;不考虑季节性浸水的影响,其他外力,包括车辆荷载的作用均不考虑。,第四节 挡土墙结构的土压力计算,第四节 挡土墙结构的土压力计算, 8.浸水挡土墙土压力计算(当填料为砂性土时) (1)浸水部分重度采用水中重度; (2)浸水前后的内摩擦角不变; (3)破裂面为一平面,并且不考虑进水对破裂面的影响。,因此,浸水挡土墙
22、土压力Eb可采用不浸水时的土压力Ea扣除因浮力影响而减少的土压力Eb,第四节 挡土墙结构的土压力计算, 8.浸水挡土墙土压力计算(填土为黏性土时) 由于粘性土浸水后c值减少明显,要求将上下两部分土层分为不同性质的土层进行计算土压力。 先计算水位以上的土压力E1;然后再将上层填土重量作为荷载,计算进水部分的土压力E2;两部分的矢量为全墙土压力。,1)尽可能采用重心低的墙身断面形式。 2)基础尽可能置于基岩或坚硬的均质土层上;遇有软粘土、饱和砂土或严重不均匀地基时,应采取适当措施进行加固处理。 3)挡土墙宜采用浆砌片(块)石、混凝土和钢筋混凝土修筑。当采用干砌片(块)石时,墙高须加以限制:设计烈度
23、为8度时,一般不超过5m;9度时,一般不超过3m。 4)墙体应以垂直通缝分段,每段长度不宜超过15m。地基变化或地面标高突变处,也应设置通缝。 5)应严格控制砌筑质量,石料要嵌挤紧密,砂浆要饱满,砂浆标号按非地震区要求提高一级采用。,9、地震区挡土墙(一般防震措施),第四节 挡土墙结构的土压力计算,第四节 挡土墙结构的土压力计算,9、地震区挡土墙(地震荷载的计算),第四节 挡土墙结构的土压力计算,9、地震区挡土墙(地震荷载的计算),第四节 挡土墙结构的土压力计算,9、地震区挡土墙(地震力作用下的土压力计算),计算时只要进行地震力合成 (Synthesis of seismic force),1
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- 04 路基 防护 结构设计
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