第六章?lián)跬翂υO(shè)計(jì)

第6章?lián)跬翂υO(shè)計(jì)

3/7/20243/7/20246.1擋土墻的用途

1）支撐土體，保持穩(wěn)定；2）減少填挖方數(shù)量，節(jié)約用地；3）防止水流沖刷（浸水擋土墻）；4）防治滑坡（山坡墻）。3/7/20246.2擋土墻的類型

1）按設(shè)置位置分為：路肩墻路堤墻路塹墻山坡墻3/7/20242）按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為：重力式（衡重式）薄壁式（鋼筋混凝土）錨固式（錨桿、錨碇板式）加筋土式柱板式樁板式等3/7/20243/7/2024

3）按擋土墻的墻體材料分:石砌擋墻混凝土擋墻鋼筋混凝土擋墻磚砌擋墻木質(zhì)擋墻鋼板墻3/7/20243/7/20246.3擋土墻的構(gòu)造

擋土墻一般由

墻身基礎(chǔ)排水設(shè)施伸縮縫組成

墻身由墻頂、墻面、墻背、墻底（墻趾、墻踵）組成3/7/20243/7/20243/7/20244）基礎(chǔ)①保證地基承載力要求，如采用擴(kuò)大基礎(chǔ)、鋼筋混凝土底板等。②埋置深度要求：防沖刷、防凍脹對(duì)于土質(zhì)地基，無(wú)沖刷時(shí)，地面線以下至少1m；有沖刷時(shí)，沖刷線以下至少1m；有凍害時(shí)，凍結(jié)線以下至少0.25m。對(duì)于石質(zhì)地基，要考慮嵌巖深度和襟邊寬度對(duì)于滑動(dòng)地基，處于滑動(dòng)面以下至少0.5m（穩(wěn)定巖層）2m（穩(wěn)定土層）3/7/20245）排水目的：防止地基承載力下降，減小墻背靜水壓力、凍脹壓力、填料膨脹壓力等。措施：截水溝、邊溝、墻背粘土隔水層、粒料反濾層、排水層、墻身泄水孔等。3/7/20246）接縫起沉降縫、伸縮縫作用。間距10~15m，縫寬2~3cm，縫內(nèi)填塞有彈性的材料。3/7/20246.4擋土墻的布置1、擋土墻的橫向布置：確定斷面形式、初步尺寸、選擇位置。2、擋土墻的縱向布置：1）起訖點(diǎn)、銜接方式2）確定變形縫的位置3）布置基礎(chǔ)4）布置泄水孔位置5）布置各特征點(diǎn)的樁號(hào)和標(biāo)高3、平面布置：標(biāo)示與路線平面位置、地物、地貌的關(guān)系3/7/2024擋土墻標(biāo)準(zhǔn)斷面圖3/7/2024路堤擋土墻橫斷面圖路塹擋土墻橫斷面圖3/7/2024擋土墻立面圖3/7/20246.5作用在擋土墻上的力系3/7/2024主動(dòng)、被動(dòng)、靜止土壓力3/7/2024路基擋土墻的土壓力考慮1、主動(dòng)土壓力與被動(dòng)土壓力的區(qū)分：假定擋土墻處于極限移動(dòng)狀態(tài)，土體有沿墻及假想破裂面移動(dòng)的趨勢(shì)，則土推墻即為主動(dòng)土壓力，墻推土即為被動(dòng)土壓力。2、路基擋土墻的土壓力考慮：路基擋土墻一般都有可能有向外的位移或傾覆，因此，在設(shè)計(jì)中按墻背土體達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)考慮，且取一定的安全系數(shù)以保證墻背土體的穩(wěn)定。墻趾前土體的被動(dòng)土壓力一般不計(jì)。3/7/2024

土壓力的計(jì)算1）基本假設(shè)（庫(kù)倫，1776年）（1）填料為均質(zhì)、各向同性的散粒體，僅有內(nèi)摩擦力而無(wú)粘結(jié)力，填料表面為平面；（2）墻身外傾時(shí)出現(xiàn)沿墻踵的平面破裂面，破裂面上摩阻力為tgφ；（3）破裂面上土體為剛性體，下滑時(shí)土體與墻背間存在內(nèi)摩阻力tgδ；（4）考慮單位長(zhǎng)度墻段。2）一般情況幻燈片263/7/20243/7/2024

3/7/2024同理可求其它情況的最大主動(dòng)土壓力：2）破裂面交于路基內(nèi)、荷載的內(nèi)側(cè)3）破裂面交于荷載范圍內(nèi)4）破裂面交于荷載的外側(cè)、路基上5）破裂面交于外邊坡3/7/2024a)交于荷載內(nèi)側(cè)；b)交于荷載中部；c)交于荷載外側(cè)；d）破裂面交于外邊坡back幻燈片293/7/2024例6.1有一路肩擋土墻，墻高H=5m，墻身及路基斷面尺寸如圖所示，試計(jì)算該擋土墻所受主動(dòng)土壓力。墻后填土γ=17kN/m3,?＝35°，δ＝（2/3）?。（1）求破裂角θ根據(jù)已知條件得假設(shè)破裂面交于荷載分布范圍以外3/7/2024計(jì)算結(jié)果顯然與原假設(shè)不符合。故重新假定破裂面交于荷載分布范圍內(nèi)，按公式計(jì)算3/7/2024校核假定：故破裂面交于荷載分布范圍內(nèi)，與假設(shè)符合。破裂面位置3/7/2024（2）求土壓力系數(shù)、土壓力：3/7/20243）、大俯角墻背的主動(dòng)土壓力—第二破裂面法有時(shí)土體并不沿墻背滑動(dòng)，而是沿另一滑動(dòng)面滑動(dòng)，這一般是折線形重力墻背、懸臂墻墻背或帶衡重臺(tái)的墻背，其傾角大于第二破裂面的傾角αi、且墻背面上的抗滑力大于下滑力的情況。出現(xiàn)第二破裂面的條件：1、墻背或假想墻背的傾角α或α’必須大于第二破裂面的傾角αi，即墻背或假想墻背不妨礙第二破裂面的出現(xiàn)；2、在墻背或假想墻背面上產(chǎn)生的抗滑力必須大于其下滑力，即NR>NG，或Extan(α+δ)>Ey+G，使破裂棱體不會(huì)沿墻背或假想墻背下滑。一般俯斜擋土墻為避免土壓力過(guò)大，很少采用平緩背坡，不易出現(xiàn)α>αi的情況，不出現(xiàn)第二破裂面；衡重式擋墻的上墻或懸臂式墻，因采用的是假想的墻背，δ=φ，只要α>αi，即存在第二破裂面。3/7/2024第二破裂面情況3/7/2024圖6-18延長(zhǎng)墻背法圖6-19力多邊形法3/7/2024圖6-20路堤墻粘性土主動(dòng)土壓力計(jì)算3/7/2024圖6-22有限范圍內(nèi)填土的土壓力計(jì)算3/7/20248）計(jì)算參數(shù)：填料的計(jì)算內(nèi)摩擦角和重度墻背摩擦角填料種類計(jì)算內(nèi)摩擦角重度γ（kN/m3）粘性土15°～30°17砂類土28°～40°18砂礫、卵石土35°～40°18～19碎石土、不易風(fēng)化的巖石碎塊40°～45°19不易風(fēng)化的石塊45°～50°19～20填料的計(jì)算內(nèi)摩擦角和重度參考值3/7/20243/7/20246.6車輛荷載的換算q——附加荷載的強(qiáng)度(kN/m2)按荷載強(qiáng)度換算：3/7/2024按破裂土體范圍內(nèi)的車輛荷載換算：3/7/20246.7擋土墻的荷載組合3/7/20243/7/20243/7/20243/7/20243/7/2024按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用上表所列的各分項(xiàng)系數(shù)；當(dāng)對(duì)擋土墻進(jìn)行基礎(chǔ)合力偏心距和圬工結(jié)構(gòu)合力偏心距計(jì)算時(shí)，除被動(dòng)土壓力采用0.3外，其他全部荷載系數(shù)采用1.0。3/7/20246.8擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算3/7/20243/7/20243/7/20243）基底應(yīng)力、合力偏心距驗(yàn)算

3/7/2024基底合力偏心距滿足表6-14的要求.基底應(yīng)力滿足:軸向荷載作用:偏心荷載作用:其中地基承載力抗力值f值可以根據(jù)不同荷載組合予以提高，提高系數(shù)K按表6-16取值。3/7/20244）墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算

選擇墻身斷面變化處、墻身底部、1/2墻高處，按軸心受壓、偏心受壓或受彎構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。1、強(qiáng)度驗(yàn)算2、穩(wěn)定驗(yàn)算3、正截面剪應(yīng)力驗(yàn)算3/7/2024例6.2：某俯斜式重力式擋土墻如圖所示，墻高為5.5m,墻面和墻背坡度均為1：0.25（），擋土墻頂寬b=0.6m。經(jīng)計(jì)算其墻背的主動(dòng)土壓力為60.00kN，土壓力其作用點(diǎn)到墻底的垂直距離為，已知墻背填料的摩擦角為，墻身的容重為22kN/m3，地基的摩阻系數(shù)為f=0.45，地基的容許壓應(yīng)力為，驗(yàn)算該擋土墻的穩(wěn)定性和地基承載力是否滿足要求。HBZxZybEa3/7/20241、抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算：穩(wěn)定3/7/20242、抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算穩(wěn)定3/7/20243、地基承載力驗(yàn)算：滿足要求若改變參數(shù)呢3/7/2024提高擋土墻穩(wěn)定性的措施

3/7/20246.9衡重式擋土墻設(shè)計(jì)衡重式擋土墻的構(gòu)造，通常墻胸多采用1：0.05的陡坡，上墻墻背坡率采用1：0.25～1：0.45之間，下墻墻背坡率采用1：0.25，上下墻高比采用2：3。其它構(gòu)造要求與一般重力式擋土墻相同。作用于衡重式擋土墻的主動(dòng)土壓力，按上下墻分別計(jì)算，取其矢量和作為全墻的主動(dòng)土壓力。衡重式擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算的內(nèi)容和要求同一般重力式擋土墻。當(dāng)上墻出現(xiàn)第二破裂面時(shí)，第二破裂面與上墻墻背之間的填土與墻身一起移動(dòng)，其重量應(yīng)計(jì)入墻身自重。驗(yàn)算墻身截面強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)按上墻實(shí)際墻背所承受的土壓力計(jì)算，驗(yàn)算內(nèi)容同重力式。最危險(xiǎn)的截面是上下墻分界面2-2，以及與上墻土壓力大致平行的3-3斜截面。對(duì)于斜截面驗(yàn)算，應(yīng)將諸力投影到斜截面上，驗(yàn)算的重點(diǎn)是抗剪強(qiáng)度能否滿足要求。3/7/2024

驗(yàn)算墻身截面強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)按上墻實(shí)際墻背所承受的土壓力計(jì)算，驗(yàn)算內(nèi)容同重力式。對(duì)于斜截面驗(yàn)算，應(yīng)將諸力投影到斜截面上，驗(yàn)算的重點(diǎn)是抗剪強(qiáng)度能否滿足要求。1、上墻實(shí)際墻背的土壓力假定此土壓力沿墻背呈直線分布，作用于上墻的下三分點(diǎn)處。2、斜截面剪應(yīng)力驗(yàn)算令＝0，經(jīng)整理簡(jiǎn)化得

3/7/20246.10浸水路堤擋土墻設(shè)計(jì)(一)當(dāng)填料為砂性土?xí)r計(jì)算時(shí)考慮：1．浸水部分填料單位重量采用浮容重；2．浸水前后的內(nèi)摩擦角不變；3．破裂面為一平面；由于浸水后破裂位置的變動(dòng)對(duì)于計(jì)算土壓力的影響不大，因而不考慮浸水的影響。(二)當(dāng)填料為粘性土?xí)r考慮到粘性土浸水后c值顯著降低，將填土的上下兩部分視為不同性質(zhì)的土層，應(yīng)分別計(jì)算土壓力(見(jiàn)圖6-40)。計(jì)算中，先求出計(jì)算水位以上填土的土壓力E1；然后再將上層填土重量作為荷載，計(jì)算浸水部分的土壓力E2。E1與E2的矢量和即為全墻土壓力。3/7/2024靜水壓力、上浮力、動(dòng)水壓力墻胸所受靜水壓力墻背所受靜水壓力作用于基底的上浮力P2為墻身受到的總上浮力P2為基底上浮力與墻胸、墻背所受的靜水壓力豎直分力的代數(shù)和，即圖6-41靜水壓力及上浮力

動(dòng)水壓力

圖6-42動(dòng)水壓力

3/7/2024

運(yùn)用優(yōu)選法求最小穩(wěn)定系數(shù)和最不利水位的步驟：如圖6-44所示，設(shè)浸水擋土墻的高度為H，試算水位均從擋土墻基底算起：1．求算H1處的穩(wěn)定系數(shù)K=1，H1＝0.618H；2．求算與H1對(duì)稱的H2處的K2，H2＝0＋（H－H1）＝0.382H；3．比較K1和K2，若K2〉K1，則舍去［0，H2］區(qū)段，求算剩余區(qū)段［H2，H］中與H1對(duì)稱的H3處的K3，H3＝H2＋（H－H1）＝0.764H；4比較K1和Ｋ3，若K1〉Ｋ3，則舍去［H2，H1］區(qū)段求算新剩余段［H1，H］中與H3對(duì)稱的H4處的K4，H4＝H1＋（H－H3）＝0.854H；5比較K3和K4，若K4〉Ｋ3，則舍去［H4，H］區(qū)段，求算新剩余段［H1，H4］中與H3對(duì)稱的H5處的K5，H5＝H1＋（H4－H3）＝0.708H；如此試算三、五次，并將各試算水位的穩(wěn)定系數(shù)K1、Ｋ2……繪成K-H曲線，從曲線上找出Kmin(本次為K5)，則其相應(yīng)的水位(Ｈ5)便是最不利水位。基底應(yīng)力驗(yàn)算中，通常以枯水位作為驗(yàn)算水位。

（三）浸水擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算設(shè)計(jì)浸水擋土墻，應(yīng)求算最不利水位進(jìn)行驗(yàn)算。3/7/2024浸水擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算

作用在浸水擋土墻的力系：

重力、基底反力、摩擦力、主動(dòng)土壓力、

靜水壓力、上浮力、動(dòng)水壓力（說(shuō)明）3/7/20246.11地震地區(qū)擋土墻設(shè)計(jì)對(duì)于地震作用下的路肩擋土墻，可用下面的簡(jiǎn)化公式計(jì)算：Ps＝C1CZKHGEa’＝（1+3CzKHtgφ）Ea圖6-45水平地震力與地震角圖6-46地震作用下的主動(dòng)土壓力3/7/2024

一般防震措施：盡可能采用重心低的墻身斷面形式?；A(chǔ)盡可能置于基巖或堅(jiān)硬的均質(zhì)土層上；遇有軟粘土、飽和砂土或嚴(yán)重不均勻地基時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)措施進(jìn)行加固處理。擋土墻宜采用漿砌片(塊)石、混凝土和鋼筋混凝土修筑。當(dāng)采用干砌片(塊)石時(shí)，墻高須加以限制：設(shè)計(jì)烈度為8度時(shí)，一般不超過(guò)5m；9度時(shí)，一般不超過(guò)3m。墻體應(yīng)以垂直通縫分段，每段長(zhǎng)度不宜超過(guò)15m。地基變化或地面標(biāo)高突變處，也應(yīng)設(shè)置通縫。應(yīng)嚴(yán)格控制砌筑質(zhì)量，石料要嵌擠緊密，砂漿要飽滿，砂漿標(biāo)號(hào)按非地震區(qū)要求提高一級(jí)采用。墻后填料應(yīng)盡量用片、碎石或砂性土分層填筑并夯實(shí)，并做好排水設(shè)施。3/7/20246.12輕型擋土墻

包括懸臂式擋土墻、錨桿擋土墻和錨定板擋土墻等。1、懸臂式擋土墻設(shè)計(jì)

懸臂式擋土墻由立壁和底板組成，有三個(gè)懸臂，即立壁、趾板和踵板。當(dāng)墻身較高時(shí)，可沿墻長(zhǎng)一定距離立肋板（即扶壁）聯(lián)結(jié)立壁板與踵板，從而形成扶壁式擋墻。1）土壓力計(jì)算2）底板寬度計(jì)算：包括夾塊寬度、踵板寬度趾板寬度、底板寬度3）底板厚度計(jì)算4）立壁厚度計(jì)算3/7/20242、錨桿擋土墻設(shè)計(jì)

錨桿式擋墻主要由預(yù)制的鋼筋混凝土立柱和擋土板構(gòu)成墻面、與水平或傾斜的鋼錨桿聯(lián)合作用支擋土體，主要是靠埋置于巖土中的錨桿的抗拉力拉住立柱保證土體穩(wěn)定的。3/7/20243、錨定板擋土墻設(shè)計(jì)

錨定板式擋墻則將錨桿換為拉桿，在其土中的末端連上錨定板。它不適于路塹，路堤施工容易實(shí)現(xiàn)。3/7/20246.13加筋土擋土墻原理：加筋土是一種在土中加入拉筋的復(fù)合土，它利用拉筋與土之間的摩擦作用，提高填土的抗剪強(qiáng)度，改善土體的變形條件和提高土體的工程性能，使得加筋土的整體強(qiáng)度提高，從而保證土體平衡，達(dá)到土體穩(wěn)定的目的。加筋土擋土墻由填料、在填料中布置的拉筋以及墻面板三部分組成。3/7/20243/7/20243/7/2024本章基本要求1、熟悉擋土墻的有關(guān)概念；2、掌握擋土墻土壓力計(jì)算、重力式擋土墻設(shè)計(jì)