第八節(jié)擋土墻設(shè)計第四講

會計學(xué)1第八節(jié)擋土墻設(shè)計第四講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/共37頁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/共37頁用于地形受限，需要收縮坡腳；防止陡坡堤下滑。c、路堤擋土墻第3頁/共37頁用以支擋山坡上可能滑坍的覆蓋層土體或破碎巖層（需要時可分設(shè)數(shù)道）d、山坡?lián)跬翂Φ?頁/共37頁用于沿河路堤，需要收縮坡腳或防止水流沖淘e.浸水擋土墻第5頁/共37頁（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/共37頁1.錨桿式

b錨定式擋土墻2.錨定板式

第7頁/共37頁c薄壁式擋土墻2.扶壁式1.懸臂式第8頁/共37頁d加筋土擋土墻e土釘（釘土）擋土墻第9頁/共37頁f柱板式擋土墻g樁板式擋土墻第10頁/共37頁h垛式（框架式）擋土墻第11頁/共37頁3、各種擋土墻的特點與使用條件（1）重力式和衡重式擋土墻的特點是構(gòu)造簡單，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平衡。故對地基承載力要求亦較高。（2）半重力式與重力式相似，但因其整體強度較高，故墻身斷面和自重相對較小。(3)垛式擋土墻實際上時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)造負載，制作和安裝要求高。各種擋土墻的主要特點和適用范圍如表5-25所示.P123第12頁/共37頁二、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)計手冊第13頁/共37頁墻面一般均為平面，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，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，一般采用1：0.20～1：0.35較為經(jīng)濟。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，在地形險峻地段，或過高過長的路肩墻的墻頂應(yīng)設(shè)置護欄。為保持土路肩最小寬度，護欄內(nèi)側(cè)邊緣距路面邊緣的距離，二、三級路不小于0.75m，四級路不小于0.5m。4.護欄第14頁/共37頁（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，為了減小基底壓應(yīng)力和增加抗傾覆穩(wěn)定性，采用擴大基礎(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，需要的加寬值較大，為避免加寬部分的臺階過高，可采用鋼筋混凝土底板。4）地基為軟弱土層時，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、對基礎(chǔ)不產(chǎn)生側(cè)壓力的堅硬岸石時，可設(shè)置臺階基礎(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/共37頁2.基礎(chǔ)埋置深度對于土質(zhì)地基，基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)符合下列要求：(1)無沖刷時，應(yīng)在天然地面以下至少1m；(2)有沖刷時，應(yīng)在沖刷線以下至少1m；(3)受凍脹影響時，應(yīng)在凍結(jié)線以下不少于0.25m。當(dāng)凍深超過1m時，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，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)滑動面時，應(yīng)進行地基抗滑穩(wěn)定性驗算，將基礎(chǔ)底面埋置在滑動面以下，或采用其它措施，以防止擋土墻滑動。第16頁/共37頁（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，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，下排泄水孔進水口的底部應(yīng)鋪設(shè)30cm厚的粘土隔水層。泄水孔的進水口部分應(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，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/共37頁（四）沉降縫與伸縮縫設(shè)計時，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，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/共37頁（一）作用在擋土墻上的力系三、擋土墻的土壓力計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；墻后土體的主動土壓力Ea；基底的法向力N合摩擦力T；墻前土體的被動土壓力Ep。附加力系是季節(jié)性地作用于擋土墻上的各種力：洪水時的靜水壓力和浮力、動力壓力、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/共37頁（二）、一般條件下庫倫主動土壓力計算（a）庫侖理論的假設(shè)1.假設(shè)墻背填料為均質(zhì)散粒體，僅有內(nèi)摩擦力，而無粘聚力。2.當(dāng)墻背向外移動或饒墻趾外傾時，墻背填料會出現(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/共37頁（b）庫侖主動土壓力公式的推導(dǎo)（破裂面交于內(nèi)邊坡時）1.力的大小由正弦定理：第21頁/共37頁2.最大主動土壓力——最危險破裂面的確定當(dāng)參數(shù)ψ、、δ、α、β固定時，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，可以用求駐點的辦法，得到如上圖邊界條件的最大土壓力公式和最危險破裂角如下：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/共37頁3.力的方向和作用點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)，土壓力對高度求導(dǎo)，繪出土壓應(yīng)力分布圖，力的作用點在壓應(yīng)力分布圖的形心處。4.破裂面位于其他位置的庫侖表達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，只需要改變土楔重力G的表達式，同時在土壓應(yīng)力分布圖中疊加車輛荷載，就能得到類似的表達式。如下圖：第23頁/共37頁破裂面交于外邊坡第24頁/共37頁(三)、大俯角墻背的主動土壓力——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/共37頁（b）推導(dǎo)過程1．根據(jù)邊界條件，計算破裂棱體（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（求駐點的辦法）4．求主動土壓力Ea的作用點繪土壓應(yīng)力分布圖第26頁/共37頁(四)、折線形墻背的土壓力計算（a）上墻土壓力不考慮下墻影響,按照俯斜墻背計算土壓力,衡重式考慮是否出現(xiàn)第二破裂面以墻背轉(zhuǎn)折點或衡重臺為界分為上墻、下墻，分別計算取兩者矢量和（b）下墻土壓力計算1.延長墻背法在上墻土壓力算出后，延長下墻墻背交于填土表面C，以B’C為假想墻背，根據(jù)延長墻背的邊界條件，用相應(yīng)的庫倫公式計算土壓力，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/共37頁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。利用力多邊形來推求下墻土壓力第28頁/共37頁（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，附加荷載強度用直線內(nèi)插法計算（二）其他荷載作用于墻頂或墻后填土上的人群荷載強度規(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際情況決定第29頁/共37頁四、擋土墻穩(wěn)定性驗算1.擋土墻的破壞形式及穩(wěn)定性要求（1）由于基礎(chǔ)滑動而造成的破壞（2）繞墻趾轉(zhuǎn)動所引起的破壞（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)定性和強度，設(shè)計擋土墻時，一般要驗算基底滑動穩(wěn)定性、繞墻趾轉(zhuǎn)動的傾覆穩(wěn)定性，基底應(yīng)力和偏心距、以及墻身斷面的強度。第30頁/共37頁2、擋土墻穩(wěn)定性驗算（1）.擋土墻滑動穩(wěn)定性驗算GEyExEpa0或N－－作用于基底上合力的豎向分力；－－墻前被動土壓力的0.3倍。規(guī)范建議：設(shè)計分析采用極限狀態(tài)設(shè)計表達式，按照總安全系數(shù)法來校準計算結(jié)果。第31頁/共37頁（2）.擋土墻滑傾覆穩(wěn)定性驗算或第32頁/共37頁3.基底合力偏心矩和基底壓應(yīng)力驗算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)力重分布對于巖石地基，第33頁/共37頁4.墻身截面強度驗算式中：—材料抗壓極限強度；—污工構(gòu)件或材料的抗力分項系數(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),計算時，在不同荷載組合情況下彎矩和軸向力的分項系數(shù)與地基驗算不同，表達式：—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）墻身抗壓強度驗算污工材料的容許偏心矩：荷載組合Ⅰ、Ⅱ時，e0≤0.25B；Ⅲ時e0≤0.3B