第八節(jié)擋土墻設(shè)計(jì)第四講

會(huì)計(jì)學(xué)1第八節(jié)擋土墻設(shè)計(jì)第四講2、擋土墻的類型用于陡峭山坡的路塹底部，降低邊破高度、減少開挖或者邊坡防止地質(zhì)不良地段的滑坡（1）按照擋土墻設(shè)置的位置:路塹墻、路堤墻、路肩墻、山坡墻a、路塹擋土墻第1頁(yè)/共37頁(yè)b、路肩擋土墻用于（1）陡坡路堤，為保證路堤穩(wěn)定，收縮坡腳；（2）為避免與其它建筑物(如房屋、鐵路、水渠等)干擾擾或防止多占農(nóng)田；（3）為防止沿河路堤受水流沖刷和淘刷。第2頁(yè)/共37頁(yè)用于地形受限，需要收縮坡腳；防止陡坡堤下滑。c、路堤擋土墻第3頁(yè)/共37頁(yè)用以支擋山坡上可能滑坍的覆蓋層土體或破碎巖層（需要時(shí)可分設(shè)數(shù)道）d、山坡?lián)跬翂Φ?頁(yè)/共37頁(yè)用于沿河路堤，需要收縮坡腳或防止水流沖淘e.浸水擋土墻第5頁(yè)/共37頁(yè)（2）

、按照擋土墻的結(jié)構(gòu)形式依靠墻的自重支撐土壓力，污工結(jié)構(gòu)。形式簡(jiǎn)單，施工方便A豎直式B俯斜式C仰斜式D折線式E衡重式A、B、E多用于路肩墻、路堤墻；C、D多用于路塹墻a重力式擋土墻第6頁(yè)/共37頁(yè)1.錨桿式

b錨定式擋土墻2.錨定板式

第7頁(yè)/共37頁(yè)c薄壁式擋土墻2.扶壁式1.懸臂式第8頁(yè)/共37頁(yè)d加筋土擋土墻e土釘（釘土）擋土墻第9頁(yè)/共37頁(yè)f柱板式擋土墻g樁板式擋土墻第10頁(yè)/共37頁(yè)h垛式（框架式）擋土墻第11頁(yè)/共37頁(yè)3、各種擋土墻的特點(diǎn)與使用條件（1）重力式和衡重式擋土墻的特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，斷面尺寸較大，墻身較重，墻背側(cè)向土壓力主要由墻身自重來(lái)平衡。故對(duì)地基承載力要求亦較高。（2）半重力式與重力式相似，但因其整體強(qiáng)度較高，故墻身斷面和自重相對(duì)較小。(3)垛式擋土墻實(shí)際上時(shí)一種在鋼筋混凝土桿件裝配的框架內(nèi)填以土石的重力式擋土墻，但構(gòu)造負(fù)載，制作和安裝要求高。各種擋土墻的主要特點(diǎn)和適用范圍如表5-25所示.P123第12頁(yè)/共37頁(yè)二、擋土墻的構(gòu)造（一）墻身構(gòu)造1.墻背1）仰斜墻背適用于路塹墻及墻趾處地面平坦的路肩墻或路堤墻。仰斜墻背的坡度不宜緩于1：0.3，通常在1：0.15～1：0.254）衡重式墻適用于山區(qū)地形陡峻處的路肩墻和路堤墻，也可用于路塹墻。上墻俯斜墻背的坡度1：0.25～1：0.45，下墻仰斜墻背在1：0.25左右，上下墻的墻高比一般采用2：33）凸形折線墻背多用于路塹墻，也可用于路肩墻。上下墻的墻高比一般采用2：32）俯斜墻背適用于路堤墻、路肩墻。常用1：0.15～1：0.25，不超過4m的低墻可用垂直墻背5）其他類型擋土墻的墻背形式可參考有關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊(cè)第13頁(yè)/共37頁(yè)墻面一般均為平面，其坡度應(yīng)與墻背坡度相協(xié)調(diào)。墻面坡度直接影響擋土墻的高度。因此，在地面橫坡較陡時(shí)，墻面坡度一般為1：0.05～1：0.20，矮墻可采用陡直墻面；地面平緩時(shí)，一般采用1：0.20～1：0.35較為經(jīng)濟(jì)。2.墻面墻頂最小寬度，漿砌擋土墻不小于50cm，干砌不小于60cm。漿砌路肩墻墻頂一般宜采用粗石料或混凝土做成頂帽，厚40cm。如不做頂帽，對(duì)路堤墻和路塹墻，墻頂應(yīng)以大塊石砌筑，并用砂漿勾縫，或用5號(hào)砂漿抹平頂面，砂漿厚2cm。干砌擋土墻墻頂50cm高度內(nèi)，應(yīng)用25號(hào)砂漿砌筑，以增加墻身穩(wěn)定。干砌擋土墻的高度一般不宜大于6m。3.墻頂為保證交通安全，在地形險(xiǎn)峻地段，或過高過長(zhǎng)的路肩墻的墻頂應(yīng)設(shè)置護(hù)欄。為保持土路肩最小寬度，護(hù)欄內(nèi)側(cè)邊緣距路面邊緣的距離，二、三級(jí)路不小于0.75m，四級(jí)路不小于0.5m。4.護(hù)欄第14頁(yè)/共37頁(yè)（二）基礎(chǔ)構(gòu)造1.基礎(chǔ)類型1）大多數(shù)擋土墻都直接修筑在天然地基上。2）當(dāng)?shù)鼗休d力不足，地形平坦而墻身較高時(shí)，為了減小基底壓應(yīng)力和增加抗傾覆穩(wěn)定性，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。a）墻趾或墻踵部分加寬；b）鋼筋混凝土底板；c）換填地基；d）臺(tái)階基礎(chǔ)；e）拱形基礎(chǔ)3）當(dāng)?shù)鼗鶋簯?yīng)力超過地基承載力過多時(shí)，需要的加寬值較大，為避免加寬部分的臺(tái)階過高，可采用鋼筋混凝土底板。4）地基為軟弱土層時(shí)，可采用砂礫、碎石、礦渣或灰土等材料予以換填。5）當(dāng)擋土墻修筑在陡坡上，而地基又為完整、穩(wěn)固、對(duì)基礎(chǔ)不產(chǎn)生側(cè)壓力的堅(jiān)硬岸石時(shí)，可設(shè)置臺(tái)階基礎(chǔ)，以減少基坑開挖和節(jié)省圬工。6）如地基有短段缺口(如深溝等)或挖基困難(如需水下施工)，可采用拱形基礎(chǔ)。第15頁(yè)/共37頁(yè)2.基礎(chǔ)埋置深度對(duì)于土質(zhì)地基，基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)符合下列要求：(1)無(wú)沖刷時(shí)，應(yīng)在天然地面以下至少1m；(2)有沖刷時(shí)，應(yīng)在沖刷線以下至少1m；(3)受凍脹影響時(shí)，應(yīng)在凍結(jié)線以下不少于0.25m。當(dāng)凍深超過1m時(shí)，采用1.25m，但基底應(yīng)夯填一定厚度的砂礫或碎石墊層，墊層底面亦應(yīng)位于凍結(jié)線以下不少于0.25m。碎石、礫石和砂類地基，不考慮凍脹影響，但基礎(chǔ)埋深不宜小于1m。對(duì)于巖石地基，應(yīng)清除表面風(fēng)化層，將基底嵌入巖層一定深度。當(dāng)風(fēng)化層較厚難以全部清除時(shí)，可根據(jù)地基的風(fēng)化程度及其容許承載力將基底埋入風(fēng)化層中。當(dāng)擋土墻位于地質(zhì)不良地段，地基土內(nèi)可能出現(xiàn)滑動(dòng)面時(shí)，應(yīng)進(jìn)行地基抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算，將基礎(chǔ)底面埋置在滑動(dòng)面以下，或采用其它措施，以防止擋土墻滑動(dòng)。第16頁(yè)/共37頁(yè)（三）排水設(shè)施漿砌塊(片)石墻身應(yīng)在墻前地面以上設(shè)一排泄水孔(圖a)。墻高時(shí)，可在墻上部加設(shè)一排匯水孔(圖b)

。孔眼間距一般為2～3m，對(duì)于浸水擋土墻孔眼間距一般1.0～1.5m，干旱地區(qū)可適當(dāng)加大，孔眼上下錯(cuò)開布置。下排排水孔的出口應(yīng)高出墻前地面或墻前水位0.3m；為防止水分滲入地基，下排泄水孔進(jìn)水口的底部應(yīng)鋪設(shè)30cm厚的粘土隔水層。泄水孔的進(jìn)水口部分應(yīng)設(shè)置粗粒料反濾層，以免孔道阻塞。當(dāng)墻背填土透水性不良或可能發(fā)生凍脹時(shí)，應(yīng)在最低一排泄水孔至墻頂以下0.5m的范圍內(nèi)鋪設(shè)厚度不小于0.3m的砂卵石排水層(圖c)第17頁(yè)/共37頁(yè)（四）沉降縫與伸縮縫設(shè)計(jì)時(shí)，一般將沉降縫與伸縮縫合并設(shè)置，沿路線方向每隔10～15m設(shè)置一道，兼起兩者的作用，縫寬2～3cm，縫內(nèi)一般可用膠泥填塞，但在滲水量大，填料容易流失或凍害嚴(yán)重地區(qū)，則宜用瀝青麻筋或涂以瀝青的木板等具有彈性的材料，沿內(nèi)、外、頂三方填塞，填深不宜小于0.15m，當(dāng)墻后為巖石路塹或填石路堤時(shí)，可設(shè)置空縫。干砌擋土墻，縫的兩側(cè)應(yīng)選用平整石料砌筑，使成垂直通縫第18頁(yè)/共37頁(yè)（一）作用在擋土墻上的力系三、擋土墻的土壓力計(jì)算作用在擋土墻上的力系，按性質(zhì)分為主要力系、附加力系和特殊力。主要力系是經(jīng)常作用于擋土墻的各種力，包括：擋土墻自重G及位于墻上的恒載；墻后土體的主動(dòng)土壓力Ea；基底的法向力N合摩擦力T；墻前土體的被動(dòng)土壓力Ep。附加力系是季節(jié)性地作用于擋土墻上的各種力：洪水時(shí)的靜水壓力和浮力、動(dòng)力壓力、波浪沖擊力以及凍脹壓力等。特殊力是偶然出現(xiàn)的力：地震力、施工荷載、水流漂浮物的撞擊力等第19頁(yè)/共37頁(yè)（二）、一般條件下庫(kù)倫主動(dòng)土壓力計(jì)算（a）庫(kù)侖理論的假設(shè)1.假設(shè)墻背填料為均質(zhì)散粒體，僅有內(nèi)摩擦力，而無(wú)粘聚力。2.當(dāng)墻背向外移動(dòng)或饒墻趾外傾時(shí)，墻背填料會(huì)出現(xiàn)一通過墻踵的破裂面，設(shè)為平面。3.破裂面上的土楔為剛性體。第20頁(yè)/共37頁(yè)（b）庫(kù)侖主動(dòng)土壓力公式的推導(dǎo)（破裂面交于內(nèi)邊坡時(shí)）1.力的大小由正弦定理：第21頁(yè)/共37頁(yè)2.最大主動(dòng)土壓力——最危險(xiǎn)破裂面的確定當(dāng)參數(shù)ψ、、δ、α、β固定時(shí)，Ea隨破裂面的位置而變化，即Ea是破裂角θ的函數(shù)。為求最大土壓力Ea，可以用求駐點(diǎn)的辦法，得到如上圖邊界條件的最大土壓力公式和最危險(xiǎn)破裂角如下：P＝cosαsinβcos(ψ－）－sincosψcos（α－β）Q=cos(α－β)cos（ψ＋）－cos(ψ－）cos（α＋δ）R＝cossinψcos(α－β）－sinαcos（ψ－）cosβ第22頁(yè)/共37頁(yè)3.力的方向和作用點(diǎn)1）力的方向靜力平衡狀態(tài)決定其與墻背法線夾角等于內(nèi)摩擦角2）力的作用點(diǎn)舍棄土楔為剛體的假設(shè)，引用土楔為松散體假設(shè)，土壓力對(duì)高度求導(dǎo)，繪出土壓應(yīng)力分布圖，力的作用點(diǎn)在壓應(yīng)力分布圖的形心處。4.破裂面位于其他位置的庫(kù)侖表達(dá)式由于靜力平衡條件不變，破裂面交于路基表面和外邊坡時(shí)，只需要改變土楔重力G的表達(dá)式，同時(shí)在土壓應(yīng)力分布圖中疊加車輛荷載，就能得到類似的表達(dá)式。如下圖：第23頁(yè)/共37頁(yè)破裂面交于外邊坡第24頁(yè)/共37頁(yè)(三)、大俯角墻背的主動(dòng)土壓力——第二破裂面法（a）出現(xiàn)第二破裂面的條件1）墻背或假想墻背的傾角必須大于第二破裂面的傾角。（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)生抗滑力必須大于其下滑力（即：使破裂面棱體不沿墻背或假象墻背下滑）衡重式擋土墻上墻土壓力分析圖第25頁(yè)/共37頁(yè)（b）推導(dǎo)過程1．根據(jù)邊界條件，計(jì)算破裂棱體（包括棱體上的荷載）的重量G2．從力三角形求Ex的方程式3．求Ex的最大值及相應(yīng)的破裂角i和i（求駐點(diǎn)的辦法）4．求主動(dòng)土壓力Ea的作用點(diǎn)繪土壓應(yīng)力分布圖第26頁(yè)/共37頁(yè)(四)、折線形墻背的土壓力計(jì)算（a）上墻土壓力不考慮下墻影響,按照俯斜墻背計(jì)算土壓力,衡重式考慮是否出現(xiàn)第二破裂面以墻背轉(zhuǎn)折點(diǎn)或衡重臺(tái)為界分為上墻、下墻，分別計(jì)算取兩者矢量和（b）下墻土壓力計(jì)算1.延長(zhǎng)墻背法在上墻土壓力算出后，延長(zhǎng)下墻墻背交于填土表面C，以B’C為假想墻背，根據(jù)延長(zhǎng)墻背的邊界條件，用相應(yīng)的庫(kù)倫公式計(jì)算土壓力，并繪出墻背應(yīng)力分布圖，從中截取下墻BB’部分的應(yīng)力圖作為下墻的土壓力。將上下墻兩部分應(yīng)力圖疊加，即為全墻土壓力

第27頁(yè)/共37頁(yè)2.力多邊形法在墻背土體處于極限平衡條件下，作用于破裂棱體上的諸力，應(yīng)構(gòu)成矢量閉合的力多邊形。在算得上墻土壓力E1后，就可繪出下墻任一破裂面力多邊形。利用力多邊形來(lái)推求下墻土壓力第28頁(yè)/共37頁(yè)（五）、車輛荷載的換算（一）車輛荷載——換算土柱q——車輛荷載附加荷載強(qiáng)度，墻高小于2m，取20kN/m2；墻高大于10m，取10kN/m2；墻高在2～10m之間時(shí)，附加荷載強(qiáng)度用直線內(nèi)插法計(jì)算（二）其他荷載作用于墻頂或墻后填土上的人群荷載強(qiáng)度規(guī)定為3kN/m2作用于擋墻欄桿頂?shù)乃酵屏Σ捎?.75kN/m，作用于欄桿扶手上的豎向力采用1kN/m是否考慮附加荷載由實(shí)際情況決定第29頁(yè)/共37頁(yè)四、擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算1.擋土墻的破壞形式及穩(wěn)定性要求（1）由于基礎(chǔ)滑動(dòng)而造成的破壞（2）繞墻趾轉(zhuǎn)動(dòng)所引起的破壞（3）因基礎(chǔ)產(chǎn)生過大或不均勻的沉陷而引起的墻身傾斜（4）因墻身材料強(qiáng)度不足而產(chǎn)生的墻身剪切破壞（5）沿通過墻踵的某一滑動(dòng)圓弧的淺層剪切破壞和沿基底下某一深度的滑弧的深層剪切破壞。為避免擋墻發(fā)生以上破壞，保證其具有足夠的整體穩(wěn)定性和強(qiáng)度，設(shè)計(jì)擋土墻時(shí)，一般要驗(yàn)算基底滑動(dòng)穩(wěn)定性、繞墻趾轉(zhuǎn)動(dòng)的傾覆穩(wěn)定性，基底應(yīng)力和偏心距、以及墻身斷面的強(qiáng)度。第30頁(yè)/共37頁(yè)2、擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算（1）.擋土墻滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算GEyExEpa0或N－－作用于基底上合力的豎向分力；－－墻前被動(dòng)土壓力的0.3倍。規(guī)范建議：設(shè)計(jì)分析采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式，按照總安全系數(shù)法來(lái)校準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果。第31頁(yè)/共37頁(yè)（2）.擋土墻滑傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算或第32頁(yè)/共37頁(yè)3.基底合力偏心矩和基底壓應(yīng)力驗(yàn)算EpExEaEyGZpZxZyZpB/6>B/6e0B/2>B/6土質(zhì)地基偏心矩不應(yīng)大于B/6；巖石地基不應(yīng)大于B/4否則應(yīng)從新擬定擋土墻斷面。應(yīng)力重分布對(duì)于巖石地基，第33頁(yè)/共37頁(yè)4.墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算式中：—材料抗壓極限強(qiáng)度；—污工構(gòu)件或材料的抗力分項(xiàng)系數(shù)；圬工種類受力情況受壓受彎、剪、拉石料1.852.31片石砌體、片石混凝土砌體2.312.31塊石砌體、粗料石砌體、混凝土預(yù)制塊或磚砌體1.922.31混凝土1.542.31—軸向力偏心影響系數(shù),計(jì)算時(shí)，在不同荷載組合情況下彎矩和軸向力的分項(xiàng)系數(shù)與地基驗(yàn)算不同，表達(dá)式：—荷載組合效應(yīng)系數(shù),荷載組合Ⅰ、Ⅱ取1.0，Ⅲ取0.8，施工荷載取0.7。1）墻身抗壓強(qiáng)度驗(yàn)算污工材料的容許偏心矩：荷載組合Ⅰ、Ⅱ時(shí)，e0≤0.25B；Ⅲ時(shí)e0≤0.3B