7,章挡土墙设计.ppt
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1、挡土墙是一种能够抵抗侧向土压力,防止墙后土体坍塌的建筑物。广泛用于道路工程、铁路、水利及其它土建工程。 在公路工程中,挡土墙主要有以下几种用途:,第七章 挡土墙设计,挡 土 墙在公路工程中 的 用 途,收缩路堤坡脚,减少填方量减少拆迁和占地面积,防止山坡覆盖层下滑和抵抗滑坡,降低挖方边坡高度,减少挖方量,避免山体失稳塌滑,缩短隧道增加明洞长度,沿 河 路 堤,此外还可设于桥梁两端,做桥台或翼墙;设于河流岸壁,可起到护岸,防止水流冲刷岸壁的作用等。,本章的主要内容:,7- 1、 挡土墙的类型构造和布置 7- 2、 挡土墙土压力计算 7- 3 、挡土墙验算 7- 4、加筋土结构计算,本章的学习要求
2、:,1、了解各类挡土墙的特点和适用场合,熟悉挡 土墙的布置。 2、懂得郎金和库伦主动土压力的计算原理和使 用条件,并能运用土压力图进行土压力计算。 3、掌握挡土墙的外部稳定验算和加筋土挡墙的内部稳定 计算。,7-1 挡土墙的类型、构造和布置,按照墙的设置位置,路基挡土墙分为: 路肩墙、路堤墙和路堑墙等。,一、类型,按照墙的结构形式,挡土墙可分为: 1、重力式 2、薄壁式 3、锚固式 4、跺式(又称框架式) 5、加筋土式等,多采用片(块)石浆砌或干砌而成,缺乏石料地区可用混凝土建造。 依靠墙身自重抵御墙后土体侧压力作用,墙身断面尺寸大。 干砌挡土墙,仅适用于地震烈度较低,不受水流冲刷,地基条件好
3、和墙高小于6米的地段。 又包括: 重力式挡土墙 衡重式挡土墙 半重力式挡土墙,1、重力式挡土墙,重力式挡土墙墙背可做成直线形(仰斜、竖直、俯斜)或折线形(凸形、衡重式)。,重力式挡土墙,仰斜墙背 俯斜墙背 凸形墙背,重力式挡土墙墙背可做成直线形(仰斜、竖直、俯斜)或折线形(凸形、衡重式)。,重力式挡土墙,台阶形墙背 (俯斜墙背) 衡重式墙背,* 墙背,垂直式 俯斜式 仰斜墙背 凸形折线式 衡重式,采用钢筋混凝土结构,墙身断面较薄。 主要依靠底板上的土重来平衡墙后土体侧压力。 又包括: 悬臂式挡土墙 扶壁式挡土墙 柱板式挡土墙,2、薄壁式挡土墙,悬臂式挡土墙利用踵板上的填土重量来保持稳定,趾板还
4、可以增加抗覆盖能力和减小基底应力。 常用于地基情况较差的路肩墙。,悬臂式挡土墙,扶臂式挡土墙是在墙高超过6米时,在悬臂式基础上沿墙长方向每隔一定距离加设扶壁,把立壁与底板连接起来,起到加劲作用。,扶壁式挡土墙,柱板式挡土墙由立柱、挡板、底梁、底板、基座、拉杆拼装而成。 底板位置升高,基础开挖量较悬臂式和扶壁式少。 适用于支挡土质路堑高边坡或处治边坡坍滑,也可用于路堤墙。,柱板式挡土墙,由钢筋混凝土墙面部分和锚固构件连接而成。 主要依靠埋设在稳定岩土层内锚固件的抗拔力,承受土压力,保持全墙平衡。 墙面常用立柱和挡板拼成,也可就地浇筑成整体板壁。 锚固式挡土墙属于轻型结构,材料节省,占地较少,地基
5、要求不高,有利于机械化施工。 又包括: 锚杆式挡土墙 锚定板式挡土墙 桩板式挡土墙,3、锚固式挡土墙,锚杆式挡土墙采用锚入稳定地层内的钢杆(锚杆),拉住肋柱或板壁。墙高时可分级建造。 适用于高度较大、挖基困难、具有锚固条件的路堑墙、路肩墙和抗滑墙。,锚杆式挡土墙,结构形式与锚杆式挡土墙基本相同,只是钢杆的锚固端改用锚定板,并埋在填料稳定区内。 柔性较好,特别适用于地基不良的高路肩墙或路堤墙。,锚定板式挡土墙,桩板式挡土墙系将支承挡板的立柱改为深埋地下的桩柱。 适用于墙后土体下滑力较大而要求基础埋置又深的滑坡整治地段。 施工时,可避免大面积开挖,对山体稳定有利。,桩板式挡土墙,跺式挡土墙常采用钢
6、筋混凝土预制杆件纵横交错拼装成框架,内填以土石,借其自重抵抗墙后土体的推力。 常用作高路肩墙、路堤墙、抗滑墙。,4、跺式挡土墙(框架式),加筋土式挡土墙是由竖直面板、水平拉筋和内部填土组成的加筋体。 面板用混凝土预制,拉筋常用钢带、钢筋混凝土带或聚丙烯土工带,金属或聚合物材料做的网格。 通过拉筋与填土间摩阻力,拉住面板,稳定填土,形成整体结构,再依靠自重抵抗墙后填土的侧压力。 适用于较高的路肩墙和路堤墙。但不应修建在滑坡、急流冲刷、崩塌等不良地质路段,也不宜用于8度及以上的地震区。,5、加筋土式挡土墙,加筋土挡土墙的形式:,5、加筋土式挡土墙,7-1 挡土墙的类型、构造和布置,1、墙身 2、基
7、础 3、填料 4、排水设施 5、沉降伸缩缝等,二、构造,1、墙身构造,* 墙背,垂直式 俯斜式 仰斜墙背 凸形折线式 衡重式,* 墙面,墙面坡度 -与墙背的坡度相配合 -考虑地面横坡陡缓 -墙高队稳定性的要求,2、基础,形势: )与墙身一体式的基础 )扩大基础 )钢筋混凝土底板式基础 )陡坡坚岩地基上的台阶基础,基础的形式 基础的埋深,基础的埋置深度,土质地基的要求: -承载能力、冲刷、冻胀 岩石地基的要求: - 坚硬程度和抗风化能力 -墙前地面横坡、襟边宽度 地质不良地段: -底基稳定的地层中,3、填料,一般采用当地的土回填并压实; 有条件时: 选用摩擦角大、透水性好、遇水后不易膨胀和非冻胀
8、性的材料。 以免墙体承受的多余的静水压力、冻胀压力和粘土填料浸水后的膨胀压力。,4、挡土墙排水设施,) 墙后表面水的排除 夯实地表松土和铺筑封闭层、上方设置截、排水沟等; 路堑墙墙趾前边沟加固铺砌 ) 墙身排水 干砌挡土墙-砌缝自身排水 浆砌挡土墙-泄水孔,5、沉降缝与伸缩缝,1、设缝的作用 2、设置要求 -缝间距 -填缝,7-2 挡土墙土压力计算,作用在挡土墙的侧向土压力,是挡土墙设计和稳定性分析的主要依据,它涉及到填料、墙和地基三者之间的相互作用,是一个十分复杂的问题。 目前应用最广的土压力计算理论: 1、朗金(Rankine)理论 2、库伦(Coulomb)理论,墙体位移与土压力类型,墙
9、体位移的方向和位移量决定着所产生的土压力性质和土压力大小。,太沙基的模型试验结果,三种土压力的关系: 静止土压力对应于图中A点 墙位移为0,墙后土体 处于弹性平衡状态 主动土压力对应于图中B点 墙向离开填土的方向位 移,墙后土体处于主动 极限平衡状态 被动土压力对应于图中C点 墙向填土的方向位移,墙后土体处于被动极限平衡 状态 PaP0Pp,试验表明: 挡土墙所受到的土压力类型,首先取决于墙体是否发生位移以及位移方向; (2) 挡土墙所受土压力的大小随位移量而变化,并不是一个常数; (3) 主动和被动土压力是特定条件下的土压力,仅当墙有足够大位移或转动时才能产生。,产生主动和被动土压力所需墙的
10、位移量,挡土墙在土压力作用下,不向任何方向发生位移和转动时,墙后土体处于弹性平衡状态,作用在墙背上的土压力称为静止土压力。 当挡土墙沿墙趾向离开填土方向转动或平行移动,且位移达到一定量时,墙后土体达到主动极限平衡状态,填土中开始出现滑动面 ,这时在挡土墙上的土压力称为主动土压力。 当挡土墙在外力作用下向墙背填土方向转动或平行移动时,土压力逐渐增大,当位移达到一定量时,潜在滑动面上的剪应力等于土的抗剪强度,墙后土体达到被动极限平衡状态,填土内开始出现滑动面 ,这时作用在挡土墙上的土压力增加至最大,称为被动土压力。,作用在挡土墙上的荷载,按性质不同可分为: 恒载、可变荷载、温度和施工荷载等 按力对
11、挡墙的作用持久性又分为: 1、主要力系 2、附加力系 3、特殊力系 设计时,应根据挡土墙的具体工作条件,按最不利的组合作为设计依据。在一般地区,挡土墙设计仅考虑主要力系,在浸水地区还应考虑附加力,而在地震区应考虑地震对挡土墙的影响。,一、作用于挡土墙上的力系,主要力系是经常作用于挡土墙的各种力: 1、挡土墙自重及位于墙上的恒载; 2、墙后土体主动土压力; 3、基底法向反力及摩擦力; 4、墙前土体被动土压力。 对浸水挡土墙,主要力系还应包括常水位时的静水压力和浮力。 附加力是季节性作用于挡土墙的各种力,如洪水时的静水压力和浮力、动水压力、波浪冲击力、冻胀压力及冰压力等。 特殊力是偶然出现的力,如
12、地震力、施工荷载、水流漂浮物的撞击力。,一、作用于挡土墙上的力系,二、 一般情况下主动土压力计算,(一)郎金土压力理论,郎金理论只适用于墙后填料内存在郎金主动应力状态的情况,必须符合下列条件: ,(一)郎金土压力理论,作用于竖直面BV上任一深度z处的主动土压应力为:,Ka为郎金主动土压力系数,当土体表面水平,即: 时,(一)郎金土压力理论,则主动土压力作用于BV面高度H的下三分点处,大小为:,若墙后填料表面作用连续均布荷载,则主动土压力为:,其作用点位置为:,二、 一般情况下主动土压力计算,(二)库仑土压力理论,路基挡土墙因路基形式和荷载分布的不同,土压力有多种计算图式。以路堤挡土墙为例,按破
13、裂面交于路基面的位置不同,可分为5种图式:破裂面交于内边坡,破裂面交于荷载的内侧、中部和外侧,破裂面交于外边坡。,(二)库仑土压力理论,1、破裂面交于内边坡,(二)库仑土压力理论,当墙后土体表面为平面而无其他荷载作用时:,主动土压应力:,1、破裂面交于内边坡,(二)库仑土压力理论,2、破裂面交于堤顶荷载范围内,(二)库仑土压力理论,2、破裂面交于堤顶荷载范围内,(二)库仑土压力理论,2、破裂面交于堤顶荷载范围内,(二)库仑土压力理论,库伦土压应力图形的绘制,(二)库仑土压力理论,库伦土压应力图形的绘制,(二)库仑土压力理论,库伦土压应力图形的绘制,(二)库仑土压力理论,库伦土压应力图形的绘制,
14、(二)库仑土压力理论,库伦土压应力图形的绘制,3、大俯角墙背的主动土压力计算 -第二破裂面法,出现第二破裂面的条件: 1)墙背或假想墙背不妨碍第二破裂面的出现; 2)破裂棱体不会沿墙背或假想墙背下滑。,(二)库仑土压力理论,第二破裂面上的土压力 计算,(二)库仑土压力理论,并满足下列条件:,设计时,应先判断所分析的挡土墙是否会出现第二破裂面, 然后再用相应的公式计算。,(二)库仑土压力理论,(二)库仑土压力理论,计算挡土墙土压力时,需用试算法确定破裂面交于路基的位置。 库伦理论适用于各种填料表面形状和荷载情况等边界条件,但是墙背必须是平面,否则土压力作用方向很难确定。 如果墙后土体不沿墙背而沿
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- 挡土墙 设计
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