擋土墻設計教學PPT課件.ppt

1、第6章 擋土墻設計 7/14/20227/14/20226.1 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）。7/14/20226.2 擋土墻的類型 1）按設置位置分為： 路肩墻路堤墻路塹墻山坡墻7/14/20222）按結構特點分為：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7/14/20227/14/2022 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7/14/20227/14/20226.3 擋土墻的構造 擋土墻一般由 墻身 基礎 排水

2、設施 伸縮縫組成 墻身由墻頂、墻面、墻背、墻底（墻趾、墻踵）組成7/14/20227/14/20227/14/20224）基礎保證地基承載力要求，如采用擴大基礎、鋼筋混凝土底板等。埋置深度要求：防沖刷、防凍脹 對于土質(zhì)地基，無沖刷時，地面線以下至少1m； 有沖刷時，沖刷線以下至少1m； 有凍害時，凍結線以下至少0.25m。對于石質(zhì)地基，要考慮嵌巖深度和襟邊寬度對于滑動地基，處于滑動面以下至少0.5m（穩(wěn)定巖層） 2m（穩(wěn)定土層）7/14/20225）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。7

3、/14/20226）接縫起沉降縫、伸縮縫作用。間距1015m，縫寬23cm，縫內(nèi)填塞有彈性的材料。7/14/20226.4 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、銜接方式 2）確定變形縫的位置 3）布置基礎 4）布置泄水孔位置 5）布置各特征點的樁號和標高3、平面布置：標示與路線平面位置、地物、地貌的關系7/14/2022擋土墻標準斷面圖7/14/2022路堤擋土墻橫斷面圖路塹擋土墻橫斷面圖7/14/2022 擋土墻立面圖7/14/20226.5 作用在擋土墻上的力系 7/14/2022 主動、被動、靜止土壓力 7/14/202

4、2路基擋土墻的土壓力考慮1、主動土壓力與被動土壓力的區(qū)分： 假定擋土墻處于極限移動狀態(tài)，土體有沿墻及假想破裂面移動的趨勢，則土推墻即為主動土壓力，墻推土即為被動土壓力。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，在設計中按墻背土體達到主動極限平衡狀態(tài)考慮，且取一定的安全系數(shù)以保證墻背土體的穩(wěn)定。墻趾前土體的被動土壓力一般不計。7/14/2022 土壓力的計算 1）基本假設（庫倫，1776年）（1）填料為均質(zhì)、各向同性的散粒體，僅有內(nèi)摩擦力而無粘結力，填料表面為平面；（2）墻身外傾時出現(xiàn)沿墻踵的平面破裂面，破裂面上摩阻力為tg；（3）破裂面上土體為剛性體，下滑時

5、土體與墻背間存在內(nèi)摩阻力tg；（4）考慮單位長度墻段。2）一般情況幻燈片 267/14/20227/14/2022 7/14/2022同理可求其它情況的最大主動土壓力 ：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7/14/2022a)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 297/14/2022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，試計算該擋土墻所受主動土壓力。墻后填土=17kN /m3, 35， （2/3）。（1）求破裂角 根據(jù)已知條件得 假設破裂面

6、交于荷載分布范圍以外7/14/2022計算結果顯然與原假設不符合。故重新假定破裂面交于荷載分布范圍內(nèi)，按公式計算7/14/2022校核假定：故破裂面交于荷載分布范圍內(nèi)，與假設符合。破裂面位置7/14/2022（2）求土壓力系數(shù)、土壓力：7/14/20223）、大俯角墻背的主動土壓力第二破裂面法有時土體并不沿墻背滑動，而是沿另一滑動面滑動，這一般是折線形重力墻背、懸臂墻墻背或帶衡重臺的墻背，其傾角大于第二破裂面的傾角i、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或必須大于第二破裂面的 傾角i，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

7、面上產(chǎn)生的抗滑力必須大于其下滑力，即NRNG，或Ex tan(+ )Ey+ G，使破裂棱體不會沿墻背或假想墻背下滑。一般俯斜擋土墻為避免土壓力過大，很少采用平緩背坡，不易出現(xiàn)i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，=，只要i，即存在第二破裂面。7/14/2022第二破裂面情況7/14/2022圖6-18 延長墻背法圖6-19 力多邊形法 7/14/2022圖6-20 路堤墻粘性土主動土壓力計算 7/14/2022圖6-22 有限范圍內(nèi)填土的土壓力計算7/14/20228）計算參數(shù)： 填料的計算內(nèi)摩擦角和重度 墻背摩擦角填料種類計算內(nèi)摩擦角 重度（kN/m3

8、）粘性土153017砂類土284018砂礫、卵石土35401819碎石土、不易風化的巖石碎塊404519不易風化的石塊45501920填料的計算內(nèi)摩擦角和重度參考值7/14/20227/14/20226.6 車輛荷載的換算 q附加荷載的強度(kN/m2)按荷載強度換算：7/14/2022按破裂土體范圍內(nèi)的車輛荷載換算：7/14/20226.7 擋土墻的荷載組合 7/14/20227/14/20227/14/20227/14/20227/14/2022按正常使用極限狀態(tài)設計時，通常采用上表所列的各分項系數(shù)；當對擋土墻進行基礎合力偏心距和圬工結構合力偏心距計算時，除被動土壓力采用0.3外，其他全部

9、荷載系數(shù)采用1.0。 7/14/20226.8 擋土墻穩(wěn)定性驗算 7/14/20227/14/20227/14/20223）基底應力、合力偏心距驗算 7/14/2022基底合力偏心距滿足表6-14的要求.基底應力滿足: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。7/14/20224） 墻身截面強度驗算 選擇墻身斷面變化處、墻身底部、1/2墻高處，按軸心受壓、偏心受壓或受彎構件進行強度驗算。1、強度驗算2、穩(wěn)定驗算3、正截面剪應力驗算7/14/2022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

10、1：0.25 （ ），擋土墻頂寬b=0.6m。經(jīng)計算其墻背的主動土壓力為 60.00kN，土壓力其作用點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，地基的容許壓應力為 ，驗算該擋土墻的穩(wěn)定性和地基承載力是否滿足要求。HBZxZybEa7/14/20221、抗滑穩(wěn)定性驗算： 穩(wěn)定7/14/20222、抗傾覆穩(wěn)定性驗算 穩(wěn)定7/14/20223、地基承載力驗算： 滿足要求 若改變參數(shù)呢7/14/2022提高擋土墻穩(wěn)定性的措施 7/14/20226.9 衡重式擋土墻設計衡重式擋土墻的構造，通常墻胸多采用1：0.05的陡坡，上墻墻背坡率

11、采用1：0.251：0.45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土壓力，按上下墻分別計算，取其矢量和作為全墻的主動土壓力。衡重式擋土墻穩(wěn)定性驗算的內(nèi)容和要求同一般重力式擋土墻。當上墻出現(xiàn)第二破裂面時，第二破裂面與上墻墻背之間的填土與墻身一起移動，其重量應計入墻身自重。驗算墻身截面強度時，應按上墻實際墻背所承受的土壓力計算，驗算內(nèi)容同重力式。最危險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。對于斜截面驗算，應將諸力投影到斜截面上，驗算的重點是抗剪強度能否滿足要求。7/14/2022 驗算墻身

12、截面強度時，應按上墻實際墻背所承受的土壓力計算，驗算內(nèi)容同重力式。對于斜截面驗算，應將諸力投影到斜截面上，驗算的重點是抗剪強度能否滿足要求。 1、上墻實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處。2、斜截面剪應力驗算 令 0， 經(jīng)整理簡化得 7/14/20226.10 浸水路堤擋土墻設計(一)當填料為砂性土時計算時考慮：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對于計算土壓力的影響不大，因而不考慮浸水的影響。 (二)當填料為粘性土時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，應分別計算

13、土壓力(見圖6-40)。計算中，先求出計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，計算浸水部分的土壓力E2。E1與E2的矢量和即為全墻土壓力。7/14/2022靜水壓力、上浮力、動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 動水壓力 圖6-42 動水壓力 7/14/2022 運用優(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，H10.618H；2求算與H1對稱

14、的H2處的K2，H20（HH1）0.382H；3比較K1和K2，若K2K1，則舍去0，H2區(qū)段，求算剩余區(qū)段H2，H中與H1對稱的H3處的K3，H3H2（HH1）0.764H；4比較K1和3，若K13，則舍去H2，H1區(qū)段求算新剩余段H1，H中與H3對稱的H4處的K4，H4H1（HH3）0.854H；5比較K3和K4，若K43，則舍去H4，H區(qū)段，求算新剩余段H1，H4中與H3對稱的H5處的K5，H5H1（H4H3）0.708H；如此試算三、五次，并將各試算水位的穩(wěn)定系數(shù)K1、2繪成K-H曲線，從曲線上找出Kmin(本次為K5)，則其相應的水位(5)便是最不利水位。 基底應力驗算中，通常以枯水

15、位作為驗算水位。 （三）浸水擋土墻穩(wěn)定性驗算設計浸水擋土墻，應求算最不利水位進行驗算。7/14/2022浸水擋土墻穩(wěn)定性驗算 作用在浸水擋土墻的力系 ： 重力、基底反力、摩擦力、主動土壓力、 靜水壓力、上浮力、動水壓力（說明）7/14/20226.11 地震地區(qū)擋土墻設計 對于地震作用下的路肩擋土墻，可用下面的簡化公式計算： Ps C1CZKHG Ea（1+3CzKHtg）Ea 圖6-45水平地震力與地震角 圖6-46 地震作用下的主動土壓力 7/14/2022一般防震措施 ：盡可能采用重心低的墻身斷面形式。基礎盡可能置于基巖或堅硬的均質(zhì)土層上；遇有軟粘土、飽和砂土或嚴重不均勻地基時，應采取適

16、當措施進行加固處理。擋土墻宜采用漿砌片(塊)石、混凝土和鋼筋混凝土修筑。當采用干砌片(塊)石時，墻高須加以限制：設計烈度為8度時，一般不超過5m；9度時，一般不超過3m。墻體應以垂直通縫分段，每段長度不宜超過15m。地基變化或地面標高突變處，也應設置通縫。應嚴格控制砌筑質(zhì)量，石料要嵌擠緊密，砂漿要飽滿，砂漿標號按非地震區(qū)要求提高一級采用。墻后填料應盡量用片、碎石或砂性土分層填筑并夯實，并做好排水設施。7/14/20226.12 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、懸臂式擋土墻設計 懸臂式擋土墻由立壁和底板組成，有三個懸臂，即立壁、趾板和踵板。當墻身較高時，可沿墻長一

17、定距離立肋板（即扶壁）聯(lián)結立壁板與踵板，從而形成扶壁式擋墻。1）土壓力計算 2）底板寬度計算 ： 包括夾塊寬度、踵板寬度 趾板寬度 、底板寬度 3）底板厚度計算 4）立壁厚度計算 7/14/20222、錨桿擋土墻設計 錨桿式擋墻主要由 預制的鋼筋混凝土立柱 和擋土板構成墻面、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。7/14/20223、錨定板擋土墻設計 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，路堤施工容易實現(xiàn)。7/14/20226.13 加筋土擋土墻 原理：加筋土是一種在土中加入拉筋的復合土，它利用拉筋與土之

18、間的摩擦作用，提高填土的抗剪強度，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度提高，從而保證土體平衡，達到土體穩(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。7/14/20227/14/20227/14/2022本章基本要求1、熟悉擋土墻的有關概念；2、掌握擋土墻土壓力計算、重力式擋土墻設計方法；3、了解浸水路堤擋土墻設計、地震地區(qū)擋土墻設計、輕型擋土墻、加筋擋土墻設計方法。7/14/2022思考題1、分析各類擋土墻的結構特點及其使用場合。2、重力式擋土墻由哪幾部分組成？各有什么要求？3、說明在不同情況下土壓力計算的基本方法。4、試推導地震荷載作用下重力式擋土墻抗滑、抗傾覆穩(wěn)定性驗算公式。5、擋土墻抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定或地基承載力不足時，可分別采用哪些改進措施？什么措施較為有效？6、土中加筋可起什么作用？怎樣才能使拉筋發(fā)揮最大效用？7、加筋土擋土墻墻面所受到的土壓力，與其他擋土墻的受力有什么不同？8、拉筋長度由哪幾部分組成？為什么位于上層的拉筋需要的長度往往較大？7/14/2022計算題：1、如圖，已知某路肩墻高H=7.0m，頂寬B=1.2m，墻面與墻背平行，基底水平，經(jīng)計算土壓力為Ex=64.29kN， Ey=6.8kN，Zy=