工學(xué)第八講-擋土墻的類型、用途及教材課程

本章主要教學(xué)內(nèi)容概述擋墻的作用、類型與特點(diǎn)——重力式、半重力式、加筋土、鋼筋混凝土輕型擋墻擋墻設(shè)計內(nèi)容：→布置（橫向布置—縱向布置—平面布置）、→確定擋墻類型、設(shè)計參數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸確定方法擋土墻的構(gòu)造—以重力式擋土墻為例介紹墻身構(gòu)造、基礎(chǔ)、排水設(shè)施、沉降縫與伸縮縫本章主要教學(xué)內(nèi)容土壓力計算——基本假定與原理，直線墻背以作用均布荷載的路堤墻為范例，折線墻背、第二破裂面、粘性土土壓力計算可以根據(jù)情況增減。擋墻的計算分析——滑移、傾覆、地基應(yīng)力、墻身強(qiáng)度；選講地震與浸水條件下的驗算加筋土與輕型擋土墻擋土墻的設(shè)計示例

擋土墻的類型、用途及分類

庫倫土壓力計算何謂擋土墻？為什么要設(shè)擋墻？在何種情況下需要設(shè)擋墻？擋土墻是如何分類的？各類擋墻的基本構(gòu)造與特點(diǎn)是什么？為何對擋土墻的基礎(chǔ)埋深提出要求？庫侖對土壓力的計算作了哪些基本假定？存在何問題？又是怎樣推導(dǎo)出土壓力計算公式的？擋土墻的設(shè)置位置與用途收縮坡腳，保護(hù)路基防沖刷河流谷地收縮坡腳加筋式擋土墻保護(hù)邊坡石砌擋墻施工河流谷地1.2擋土墻分類bBH活載分布寬度墻頂寬度墻背（仰斜）墻高墻底寬度墻頂填土高度墻背（垂直）覆蓋層墻頂墻胸墻背（俯斜）墻趾墻踵墻底α+α=0-αβ1：m1：mA路肩墻B路堤墻C路塹墻D山坡?lián)鯄Π磯w位置按墻體結(jié)構(gòu)

支撐滑坍的土體支撐滑坍山體路肩墻路堤擋橋頭擋墻山坡?lián)鯄?/p>

路塹墻：穩(wěn)定路塹邊坡的擋墻稱路塹墻，使用于山坡陡峻處和地質(zhì)不良地段，支撐滑坍的山坡土體。路肩墻：墻頂置于路肩（不占據(jù)硬路肩）時，稱路肩墻，使用于支擋陡坡路堤下滑，收縮坡角，抬高公路；路堤擋墻：支撐路堤邊坡、墻頂以上尚有一定的填土，使用于陡坡路堤，收縮坡腳，保證沿河路堤不受水流沖刷。山坡?lián)鯄Γ涸O(shè)置在山坡上的擋墻，使用于支撐山坡覆蓋層或滑坡。橋頭擋墻：支撐橋臺背后填土。1.2.1按擋墻在路基斷面上的位置分類1）

重力式擋墻：依靠墻身自重平衡墻后填土的土壓力來維持墻體穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)簡單，易于施工，圬工量大，對地基承載要求高。分為普通式、折線式、衡重式三種，如圖7。2）輕型式：錨固式、加筋式、樁板式錨定式：屬輕型擋墻，由預(yù)制的鋼筋混凝土立柱，擋土板和水平或傾斜的鋼錨桿組成。類型有錨桿式和錨定板式兩種。

錨桿式：如圖8。錨桿的一端與立柱聯(lián)結(jié)，另一端被錨固在山坡深處的穩(wěn)定巖層中或土層中。墻后土壓力由擋板傳給立柱，由錨桿與巖體之間的錨固力（即錨桿的抗拔力）使墻穩(wěn)定。多用于路塹擋墻，適用于墻高、石料缺乏或挖基困難地區(qū)。1.2.2按擋墻的結(jié)構(gòu)形式分類--

重型式輕型式a)b)c)d)a.b）普通重力式擋墻，c)不帶衡重臺的折線墻背，d)衡重式擋墻圖7重力式擋墻錨定板式：如圖9。錨桿的錨固端改用錨定板埋入墻后填料內(nèi)部或穩(wěn)定巖層中，依靠錨定板產(chǎn)生的抗拔力抵抗土壓力或側(cè)壓力，構(gòu)件斷面小，工程中不受地基承載力的限制。薄臂式：分為懸臂式和扶壁式。懸臂式：如圖10。由立壁和底板組成，具有立壁、趾板和踵板這三個懸臂組成。扶臂式：如圖11。懸臂式墻高時，沿墻長每隔一定距離筑肋板（扶臂）聯(lián)結(jié)墻面板及踵板，稱為扶臂式。它主要依靠踵板上的填土平衡土壓力，維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。自重輕、圬工省、適用于高墻。夯實填土立柱擋土板碎石反濾層灌注水泥砂漿錨桿漿砌片石漿砌片石砂巖α擋土板立柱錨定板拉桿破裂面圖8錨桿式擋土墻

圖9錨定板式擋土墻

立壁趾板踵板趾板踵板墻面板扶壁圖10薄壁式擋土墻

圖11扶壁式擋土墻

加筋式：1966年法國工程師維達(dá)爾H.vidal首創(chuàng)。由填土、填土中布置的拉筋條及墻面板三部分組成。在垂直于墻面的方向，按一定間隔的高度水平地放置拉筋材料，并拉住墻面，然后填土壓實，形成一個依靠自重維持穩(wěn)定的柔性結(jié)構(gòu)體。

加固原理：依靠材料與填料之間的摩擦力來平衡（抵抗）側(cè)向土壓力，使填料的整體強(qiáng)度提高。材料消耗小與其它墻比節(jié)省30-70%的投資，施工方便，地基承載力要求低。樁板式：如圖14。由樁柱和檔板組成。將鋼筋混凝土錨固樁埋入穩(wěn)定土層中，利用深埋的樁前土層的被動土壓力來平衡墻后主動土壓力。適宜于地基較差，墻后土體下滑力大而基礎(chǔ)埋深地段。擋土墻的定名：工程常用位置+結(jié)構(gòu)題名，如重力式路肩墻。加筋條填土墻面立柱擋板拉桿卸荷板底梁牛腿基座圖12加筋式擋土墻

圖13柱板式擋土墻1）加筋土擋墻的構(gòu)造、特點(diǎn)與應(yīng)用范圍加筋擋土墻加筋土擋墻——鍍鋅鋼帶加筋A(yù)AB砌塊砌塊組合式面板L形預(yù)制面板裝配式面板面板面板加筋土擋墻—土工格柵加筋

擋土墻加筋土土工格柵加筋建成5～6.5m高的加筋擋土墻加筋土擋墻土工格柵加筋鋼筋混凝土擋板鋼筋混凝圖14樁板式擋土墻

2）錨桿（索）擋土墻錨桿擋土墻一般適用于巖質(zhì)路塹地段，但其他具有錨固條件的路塹墻也可使用，還可應(yīng)用于陡坡路堤。錨桿擋土墻錨索錨索、錨桿的施工——鉆孔樁板墻錨定板擋土墻懸臂式擋墻（<5m）扶壁式擋墻(<15m)懸臂式與扶壁式擋墻

擋土墻設(shè)計的基本要求：必須滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求，同時滿足因地制宜，就地取材，結(jié)構(gòu)合理，斷面經(jīng)濟(jì)，施工方便和易于養(yǎng)護(hù)維修。擋土墻的構(gòu)造（各部分的組成與幾何尺寸）：一般由墻身基礎(chǔ)，排水設(shè)施與仲縮縫等幾部分構(gòu)成。以重力式擋墻為例：

2、擋土墻設(shè)計的基本要求與擋土墻的構(gòu)造墻體各部分的名稱：墻身：擋墻靠近回填土的一面稱為墻背，暴露在外側(cè)的一面稱為墻面或墻胸，墻的頂面部分稱為墻頂，墻的底面部分稱為基底。擋土墻的底部稱為基礎(chǔ)或基腳，根據(jù)需要可與墻身分開建設(shè)，也可不分開而為墻身的一部分。基底的外側(cè)前緣部分稱為墻趾，基底的內(nèi)側(cè)后緣部分稱為墻踵。重力式擋墻的構(gòu)造：墻頂墻面墻背墻身基礎(chǔ)墻趾墻踵基底重力式墻體各部分名稱墻背傾角墻面傾角墻背：根據(jù)墻背傾斜方向的不同，墻身斷面形式可分為仰斜、垂直、俯斜、凸形折線式和衡重式等幾種。如圖16：-α∥∥

仰斜∥∥α=0

垂直∥∥∥∥∥∥+α

俯斜∥∥∥∥+α

凸形折線∥∥∥∥+α上-α下

衡重式圖16墻背的類型以仰斜垂直、俯斜三種不同的墻背所受的土壓力分析，在其它條件相同時：

仰斜墻背所受土壓力較小，垂直墻背次之，俯斜墻背所受的土壓力最大，因此，仰斜式墻面斷面較經(jīng)濟(jì)。且當(dāng)用作路塹墻時，墻背與開挖的臨時邊坡較貼合，所以開挖量與回填量均較小。凸形折線式墻背：上俯斜下部仰斜，故其斷面較為經(jīng)濟(jì)，衡量式墻背可視為在凸形折線式的上下墻設(shè)一衡重臺。三種墻背類型所受土壓力的大小墻面：通?；A(chǔ)以上的墻面均為平面，墻面坡度除應(yīng)與墻背的坡度相協(xié)調(diào)外，還應(yīng)考慮到墻趾處地面的橫坡度。墻頂：對于石砌擋墻墻頂有最小寬度的要求。護(hù)攔：當(dāng)擋墻高度較大時，為增加司機(jī)心理上的安全感，保證行車安全，墻頂應(yīng)設(shè)置護(hù)攔基礎(chǔ)：擋墻的破壞，很多情況下是由于地基不良所引起的，因此應(yīng)對地基進(jìn)行評細(xì)的基礎(chǔ)設(shè)計，基礎(chǔ)設(shè)計的主要內(nèi)容包括：基礎(chǔ)埋深的確定，基礎(chǔ)形式的選擇?；A(chǔ)類型：采用什么樣的形式，取決于地基承載力。地基承載力不足時，可擴(kuò)大基礎(chǔ)，即將墻趾或墻踵部分加寬成臺階或兩側(cè)同時加寬，以加大承壓面積。⌒c)拱形基礎(chǔ)b)換填地基（軟弱土層）B=B+2htg12BββRhh12f)臺階基礎(chǔ)圖17基礎(chǔ)類型高h(yuǎn)寬≮20cmh厚度h由抗剪強(qiáng)度∴△∵△高/寬=3/2d)加寬墻趾e）展寬墻趾墻鍾a)鋼筋混凝土底板圖18基礎(chǔ)類型基礎(chǔ)埋深：考慮凍脹，受沖刷和避免因基底應(yīng)力大于承載力。埋深應(yīng)滿足：a)應(yīng)不小于土壤凍結(jié)深度+0.25m，當(dāng)凍深超過1m時，埋深仍采用1.25m，但此時必須在基底夯填砂礫石或碎石墊層，墊層厚度可為（h-1）m,其中h為土壤凍結(jié)深度。b)一般情況下，土質(zhì)地基的擋墻埋深應(yīng)為地表下不小于1m,c)受沖刷時，土質(zhì)地基的擋墻埋深應(yīng)在沖刷以下，不小于1m。如圖19e)當(dāng)基礎(chǔ)埋置在碎石、礫石或砂類地基上時，可不考慮凍深的影響，若埋置在巖石地基上，埋深不宜小于1m。沖刷線≮1m凍深線巖石地區(qū)滿足襟邊寬度≮1mhL一般情況≮1m≮凍深線下0.25m凍深超過1m，仍埋深1.25m地基幾種情況下的埋深2.6

排水措施目的在于疏干墻后填料中的水分，防止地表水下滲造成墻后積水而使墻身承受額外的靜水壓力，消除粘性土填料因含水量增加產(chǎn)生的膨脹壓力，減少季節(jié)性冰凍地區(qū)填料的凍脹壓力。設(shè)置泄水孔及排水層的位置及構(gòu)造如圖20。0.3m下排需鋪路塹墻孔高出邊溝0.3-0.5m0.3m0.3-0.5m圖21泄水孔與排水層設(shè)置與構(gòu)造排水設(shè)施通常由地面排水和墻身排水兩部分組成。地面排水：主要是防止地表水滲入墻背填料或地基。可設(shè)地面排水溝以截留地表水；夯實回填土頂面和地表松土，以減少雨水和地面水下滲，必要時應(yīng)加設(shè)鋪砌，采取封閉處理。墻身排水：主要是迅速排除墻后積水。通常是在非干砌的擋墻墻身的適當(dāng)高度處設(shè)置一排或數(shù)排泄水孔，如圖21。泄水孔尺寸可視泄水量大小分別采用5×10cm,10×10cm,15×20cm的方孔，或直徑為5-10cm的圓孔，孔間距一般為2-3m,上下左右交錯設(shè)置。擋土墻的排水□□□□2--3cm2--3cm圖22泄水孔平面布置為防止因地基不均勻沉陷而引起墻身開裂，應(yīng)根據(jù)地基地質(zhì)條件及墻高，墻身斷面的變化情況，設(shè)置沉降縫，同時為減少對干砌體因硬化收縮和溫度變化而產(chǎn)生裂縫需設(shè)置伸縮縫。沿線路方向每隔10-15m設(shè)置一道，縫寬2-3cm。通常把沉降縫與伸縮縫結(jié)合在一起，統(tǒng)稱為沉稱伸縮縫或變形縫。一般將沉降縫和伸縮縫結(jié)合在一起設(shè)置。沉降縫與伸縮縫擋土墻設(shè)計內(nèi)容：

（1）選擋墻位置、形式、構(gòu)造（2）代表性橫斷面驗算（3）繪制布置圖（正面圖、橫斷面圖、復(fù)雜地區(qū)平面布置圖）設(shè)計內(nèi)容：擋土墻的布置：橫向布置縱向布置平面布置在路基橫斷面圖和墻趾縱斷面圖上進(jìn)行，個別復(fù)雜的擋墻，應(yīng)作平面布置。它的布置類型分為橫向布置、縱向布置和平面布置。橫向布置：在路基橫斷面圖上進(jìn)行，其內(nèi)容為確定斷面形式，選擇擋墻的位置，根據(jù)地形、地質(zhì)等條件確定基礎(chǔ)類型及埋深，布置排水設(shè)施，確定墻后填料?？v向布置：在墻趾縱斷面圖上進(jìn)行，布置后繪成擋墻正面圖。

布置的內(nèi)容有：1）確定擋墻的起始點(diǎn)、墻長、擋墻兩端與路基或其它結(jié)構(gòu)物的連接方式。2）按地基、地形及墻身斷面變化情況進(jìn)行分段，確定沉降縫和伸縮縫的位置。

擋土墻的布置----擋墻設(shè)計的一個重要內(nèi)容對于個別復(fù)雜的擋墻，例如高的、長的沿河擋墻和曲線擋墻，或有其它建筑物相干擾的地段，除了橫、縱向布置外，還應(yīng)作平面布置，并繪制平面布置圖。在平面圖上，應(yīng)標(biāo)示擋墻與路線平面位置的關(guān)系與擋墻有關(guān)的地形、地貌等情況。沿河擋墻還應(yīng)標(biāo)示河道及水流方向，以及其它防護(hù)加固工程等。擋墻設(shè)計時，如套用標(biāo)準(zhǔn)圖，應(yīng)注明編號，無標(biāo)準(zhǔn)圖套用時，就需要進(jìn)行穩(wěn)定性，驗算和斷面結(jié)構(gòu)計算。平面布置設(shè)計內(nèi)容——確定擋墻類型

選擇一個合理的擋土墻墻型，對擋土墻的設(shè)計具有重要意義，也是一個復(fù)雜的問題。對于公路上常用的重力式擋土墻，建議按下述幾點(diǎn)選用：

使墻后土壓力最小

填挖方的要求墻前地形的陡緩

基底內(nèi)傾在增大墻身抗滑穩(wěn)定性的方法中，將基底作成逆坡是一種有效的方法。不過當(dāng)基底斜坡較大時，尚應(yīng)考慮墻身是否連同整個土體一起滑走的可能，故土質(zhì)地基的基底傾坡不宜大于0.1∶1，巖石地基一般不宜大于0.2∶1。

墻趾加寬汽車荷載——《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTGD30-2004)規(guī)定采用下式計算：

式中：h0——等代均布土層厚度(換算土層厚度)，m；

q——車輛荷載附加荷載強(qiáng)度，墻高小于2m取為20KN/m2；墻高大于10m取為10KN/m2；墻高在2～10m之間時，值按直線內(nèi)插法計算