路基路面工程第六章?lián)跬翂υO(shè)計(jì).ppt

第5章 內(nèi)容回顧,1. 坡面防護(hù)（植物防護(hù)-種草、鋪草皮、植樹等，工程防護(hù)-抹面、噴漿、灌漿、勾縫、護(hù)面） 2. 沖刷防護(hù)（直接防護(hù)-植物防護(hù)、石砌防護(hù)、拋石、石籠等，間接防護(hù)-順?biāo)畨?、格壩、挑水壩、攔水壩等） 3. 軟土地基加固（砂墊層法、換填法、反壓護(hù)道法、分階段施工、超載預(yù)壓法、豎向排水法、擠密樁法和加固樁法）,六、擋土墻設(shè)計(jì),1. 概述 2. 擋土墻的構(gòu)造與布置 3. 擋土墻土壓力計(jì)算 4. 擋土墻設(shè)計(jì)原則 5. 重力式擋土墻設(shè)計(jì) 6. 浸水路堤擋土墻設(shè)計(jì) 7. 地震地區(qū)擋土墻設(shè)計(jì) 8. 輕型擋土墻 9. 加筋土擋土墻,問題：,擋土墻的用途是什么？ 從使用位置來分，擋土墻的類型有哪些？ 從結(jié)構(gòu)形式來分，擋土墻的類型有哪些？ 擋土墻有哪些組成部分？ 擋土墻的排水設(shè)施有哪些？ 擋土墻的沉降縫和伸縮縫有什么作用？,1.概述,擋土墻：是用于支撐路基填土或者山坡土體側(cè)壓力、防止邊坡或山坡變形失穩(wěn)的工程構(gòu)造物。廣泛用于支撐路基邊坡、橋臺、橋頭引道和隧道洞口等處。,擋土墻的用途,擋土墻設(shè)置與否，宜于與其工程方案比較確定 與移改路線位置進(jìn)行比較； 與填筑或開挖邊坡相比較； 與坼移有關(guān)干擾路基的構(gòu)造物（房屋、河流、水渠）等比較； 與設(shè)置其他類型的構(gòu)造物（橋、護(hù)墻）等比較,一般來說，在以下情況下適宜修建擋土墻 陡坡路段或巖石風(fēng)化的路塹邊坡路段； 需要降低路基邊坡高度以減少大量填方、挖方的路段； 增加不良地質(zhì)路段邊坡穩(wěn)定，以防止產(chǎn)生滑坍； 防止沿河路段水流沖刷； 橋梁或隧道與路基的連接地段； 節(jié)約道路用地、減少拆遷或少占農(nóng)田； 保護(hù)重要建筑、生態(tài)環(huán)境或其他需要特殊保護(hù)的地段。,路塹擋土墻：用于陡峭山坡的路塹底部，降低邊坡高度、減少開挖或者邊坡防止地質(zhì)不良地段的滑坡。,擋土墻的使用場合,路堤擋土墻：在陡山坡上填筑路堤時(shí)、用以支擋路堤下滑；收縮坡腳，減少填方量；保證沿河路堤不受水流沖刷。,路肩擋土墻：支擋陡坡路堤下滑，抬高公路，收縮坡腳、減少占地，減少填方量。,山坡?lián)跬翂Γ河靡灾跎狡律峡赡芑母采w層土體或破碎巖層（需要時(shí)可分設(shè)數(shù)道）。,橋頭擋土墻：支撐橋梁上部結(jié)構(gòu)及保證橋頭填土穩(wěn)定,常用的擋土墻一般由墻身、基礎(chǔ)、排水設(shè)施與伸縮縫組成,擋土墻的組成,按照位置：路塹擋土墻、路堤擋土墻、路肩擋土墻、山坡?lián)跬翂Α?按照材料：石砌擋土墻、混凝土擋土墻、鋼筋混凝土擋土墻、磚砌擋土墻、木質(zhì)擋土墻和鋼板墻。 按照結(jié)構(gòu)形式：重力式、半重力式、衡重式、懸臂式、扶壁式、錨桿式、拱式、錨定板式、樁板式、垛式。,擋土墻的類型,重力式擋土墻：重力式擋土地依靠墻身自重支撐土壓力來維持其穩(wěn)定。般多用片(塊)石砌筑，在缺乏石料的地區(qū)有時(shí)也用混凝土修建。工量較大、型式簡單、施工方便，可就地取材，適應(yīng)性較強(qiáng)，故被廣泛采用。,A、B多用于路肩墻、路堤墻；C、D多用于路塹墻,衡重式擋土墻：帶衡重臺的擋土墻，稱為街重式擋土墻，其主要穩(wěn)定條件仍憑借于墻身自重，但由于衡重臺上填土的重量使全墻重心后移，增加了墻身的穩(wěn)定。 其墻面胸坡很陡，下墻墻背仰斜，所以可以減小墻的高度，減少開挖工作量，避免過份牽動山體的穩(wěn)定，有時(shí)還可以利用臺后凈率攔截落石。 衡重式擋土墻適多用于路肩墻、路堤墻。,衡重式,懸臂式和扶壁式統(tǒng)稱為薄壁式 懸臂式擋土墻由立壁和底板組成，具有三個懸臂，即立壁、趾板和踵板。當(dāng)墻身較高時(shí)，沿墻長每隔一定距離設(shè)置一道扶壁連接墻面板及踵板，稱為扶壁式擋土墻。 它們的共同特點(diǎn)是：墻身斷面較小，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不是依靠本身的重量，而主要依靠踵板上的填土重量來保證。它們自重輕，圬工省。適用于墻高較大的情況，但需使用一定數(shù)量的鋼材，經(jīng)濟(jì)效果較好。 適用于缺乏石料地區(qū)和擋土墻高度不超過7m的情況。,加筋土式擋土墻 加筋土擋土墻是由填土、填土中布置的拉筋條以及墻面板部分組成，在垂直于墻面的方向，按一定間隔和高度水平地放置拉筋材料，然后填上壓實(shí)，通過填土與拉筋間的摩擦作用，把土的側(cè)壓力傳給拉筋，從而穩(wěn)定土體。 拉筋材料通常為鍍鋅薄鋼帶、鋁合金、高強(qiáng)塑料及合成纖維等。墻面板一般用混凝土預(yù)制，也可采用半圓形鋁板；加筋土擋土墻屬柔性結(jié)構(gòu)，對地基變形適應(yīng)性大，建筑高度大，通用于填土路基。它結(jié)構(gòu)簡單，圬工量少，與其它類型的擋上墻相比，可節(jié)省投資3070，經(jīng)濟(jì)效益大。,描桿式擋土墻：是一種輕型擋土墻，主要由預(yù)制的鋼筋泥凝土立柱、擋土板構(gòu)成墻面，與水平或傾斜的鋼錨桿聯(lián)合組成。錨桿的一端與立柱聯(lián)接，另一端被錨固在穩(wěn)定巖層或土層中。墻后側(cè)壓力由擋土板傳給立柱，由錨桿與巖體之間的錨固力，即錨桿的抗拔力，使墻獲得穩(wěn)定。 它適用于墻高較大、石料缺乏或挖基因難地區(qū)，具有錨固條件的路基擋土墻，一般多用于路塹擋土墻。,描定板式擋土墻：預(yù)定板式擋土墻的結(jié)構(gòu)形式與錨桿式基本相同，只是錨桿的固定端改用錨定板，埋入墻后填料內(nèi)部的穩(wěn)定層中，依靠錨定板產(chǎn)生的抗拔力抵抗側(cè)壓力，保持墻的穩(wěn)定。它主要適用于缺乏石料的地區(qū)，一般用于路堤墻。,樁板式擋土墻：由樁柱和擋板組成，利用深埋的樁柱前土層的被動土壓力來平衡墻后主動土壓力，適用于土壓力大、要求基礎(chǔ)埋深地段，可用于路塹墻、路肩墻。,垛式擋土墻：用鋼筋混凝土預(yù)制桿件，縱橫交錯裝配成框架，內(nèi)填土石，以抵抗土壓力，適用于缺乏石料地區(qū)的路肩墻和路堤墻。,土釘式擋土墻：由土體、土釘和護(hù)面板三部分組成，利用土釘對天然土體實(shí)施加固，并與噴射混凝土護(hù)面板相結(jié)合，形成類似重力式擋土墻的加強(qiáng)體。 適用性強(qiáng)、工藝簡單、材料用量與工程量較少，常用于穩(wěn)定挖方邊坡或臨時(shí)支護(hù)。,混凝土半重力擋土墻：在墻背設(shè)少量鋼筋，并將墻趾展寬（保證基地必要的寬度），以減薄墻身，節(jié)省圬工。一般用與低墻。 拱式擋土墻：由拱板、立柱組成，必要時(shí)可設(shè)錨桿拉住立柱。拱板可預(yù)制，常用于路肩墻。,2.擋土墻的構(gòu)造與布置,墻身：暴露在外面的為墻面，反之為墻背 從土壓力大小來看，仰斜小于垂直小于俯斜。仰斜式擋土墻墻背越緩，壓力越小，但施工困難，一般控制14度。俯斜式的斷面要比仰斜式大，俯斜墻背坡度一般控制在21度48分以下。 衡重式墻背上墻墻背坡度通常為1：0.25到1：0.45，下墻一般為1：0.25，上下墻的墻高比一般采用2：3。,擋土墻的構(gòu)造,墻面：通常基礎(chǔ)以上均為平面，當(dāng)?shù)孛鏅M坡比較陡時(shí)，墻面可直立或外斜1：0.05到1：0.2，以減小墻高，當(dāng)?shù)孛鏅M坡平緩時(shí)，墻面可放緩，一般可以采用1：0.2到1：0.35較為經(jīng)濟(jì)，但不宜緩于1：0.4，以免過多增加墻高。 墻頂：對于石砌擋土墻墻頂?shù)淖钚挾?，漿砌的不小于50cm，干砌的不小于60cm。 護(hù)欄：對于路肩擋土墻，如果高度較大，應(yīng)設(shè)施護(hù)欄,基礎(chǔ)：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括基礎(chǔ)形式的選擇和基礎(chǔ)埋深的確定。 擋土墻一般都使用淺基礎(chǔ)，只有在特殊情況下，才采用深樁基。當(dāng)?shù)鼗浫醯臅r(shí)候，可先換填。擋土墻的埋置深度應(yīng)按照以下要求進(jìn)行：當(dāng)凍結(jié)深度小于或等于1m時(shí)，基底應(yīng)在凍結(jié)線不小于0.25m，并符合基礎(chǔ)最小埋深不小于1m的要求。當(dāng)凍結(jié)深度大于1m，基底最小埋深不小于1.25米，還應(yīng)將基底至凍結(jié)線以下0.25m范圍的地基土換填為弱凍脹材料。,當(dāng)擋土墻處于地質(zhì)不良地段，地基土內(nèi)可能產(chǎn)生滑動面時(shí)，應(yīng)進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性分析，將基礎(chǔ)底面埋置在滑動面以下，或采用其他措施，防止擋土墻滑動。,排水設(shè)施： 目的：梳干填料中的水分、防止地表水下滲造成積水、消除粘性土由于含水量變化導(dǎo)致的膨脹壓力，減小凍脹壓力。 排水措施：設(shè)置地面排水溝，引排地面水；夯實(shí)回填土頂面和地面松土，防止雨水及地面水下滲，必要時(shí)可加設(shè)鋪砌；對路塹擋墻墻趾前的邊溝應(yīng)予以鋪砌加固，以防邊溝水滲人基礎(chǔ)；設(shè)置墻身泄水孔，排除墻后水。,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)一排瀉水孔(圖b) 。孔眼間距一般為23m，對于浸水擋土墻間距為1.01.5m，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(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),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1015m設(shè)置一道，兼起兩者的作用，縫寬23cm，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。 。,擋土墻位置的選定： 1）路塹擋土墻大多數(shù)設(shè)在邊溝旁； 2）山坡?lián)跬翂?yīng)考慮設(shè)在基礎(chǔ)可靠處； 3）當(dāng)路肩墻與路堤墻的墻高或截面圬工數(shù)量相近、基礎(chǔ)情況相似時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用路肩墻； 4）若路堤墻的高度或圬工數(shù)量比路肩墻顯著降低，而且基礎(chǔ)可靠時(shí)，宜選用路堤墻； 5）沿河路堤設(shè)置擋土墻時(shí)，應(yīng)結(jié)合河流情況來布置，注意設(shè)墻后仍保持水流順暢，不致擠壓河道而引起局部沖刷。,擋土墻的布置,擋土墻的橫向布置：即確定擋土墻的斷面形式 在墻高最大處、墻身斷面或基礎(chǔ)形式有變異處，以及其它必須樁號處的橫斷面圖上進(jìn)行。根據(jù)墻型、墻高及地基與填料的物理力學(xué)指標(biāo)等設(shè)計(jì)資料，進(jìn)行擋土墻設(shè)計(jì)或套用標(biāo)準(zhǔn)圖，確定墻身斷面、基礎(chǔ)形式和埋置深度，布置排水設(shè)施等，并繪制擋土墻橫斷面圖。,擋土墻的縱向布置：擋土墻縱向布置在墻趾縱斷面圖上進(jìn)行，布置后繪成擋土墻正面圖 1）確定擋土墻的起迄點(diǎn)和墻長，選擇擋土墻與路基或其它結(jié)構(gòu)物的銜接方式； 2）按地基及地形情況進(jìn)行分段，確定伸縮縫與沉降縫的位置； 3）布置各段擋土墻的基礎(chǔ)； 4）布置泄水孔的位置，包括數(shù)量、間隔和尺寸等；,擋土墻的平面布置： 個別復(fù)雜的擋土墻，如高、長的沿河曲線擋土墻，應(yīng)作平面布置，繪制平面圖，標(biāo)明擋土墻與路線的平面位置及附近地貌與地物等情況，特別是與擋土墻有干擾的建筑物的情況。沿河擋土墻還應(yīng)繪出河道及水流方向，防護(hù)與加固工程等。,問題：,擋土墻設(shè)計(jì)主要考慮哪些力？ 什么是主動土壓力？什么是被動土壓力？ 路基擋土墻受到最大土壓力的破裂面如何確定？ 擋土墻的設(shè)計(jì)的荷載組合如何確定？ 擋土墻的穩(wěn)定性驗(yàn)算包括哪些內(nèi)容？ 增強(qiáng)擋土墻穩(wěn)定性的措施有哪些？,3.擋土墻土壓力計(jì)算,作用在擋土墻上的力系，按力的作用性質(zhì)分為主要力系、附加力和特殊力。,作用在擋土墻上的力系,主要力系：經(jīng)常作用于擋土墻的各種力，包括： 1.擋土墻自重G及位于墻上的衡載；2.墻后土體的主動土壓力Ea； 3.基底的法向反力N及摩擦力T； 4.墻前土體的被動土壓力Ep。 （對于浸水擋土墻而言還包括常水位時(shí)的靜水壓力和浮力） 附加力：是季節(jié)性作用于擋土墻的各種力，例如洪水時(shí)的靜水壓力和浮力、動力壓力、波浪沖擊力、凍脹壓力以及冰壓力等。 特殊力：偶然出現(xiàn)的力，例如地震力、施工荷載、水流漂浮物的撞擊力等。,在一般地區(qū)，擋土墻設(shè)計(jì)僅考慮主要力系在浸水地區(qū)還應(yīng)考慮附加力，而在地震區(qū)應(yīng)考慮地震對擋土墻的影響。各種力的取舍，應(yīng)根據(jù)擋土墻所處的具體工作條件，按最不利的組合作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。,主動土壓力：擋土墻向外移動 (位移或傾覆)，土壓力隨之減少，直到墻后土體沿破裂面下滑處于極限平衡狀態(tài)。 被動土壓力：墻向土體擠壓移動，土壓力隨之增大，土體被推移向上滑動處于極限平衡狀態(tài)。 靜止土壓力：墻處于原來位置不動，土壓力介于兩者之間，稱為靜止土壓力。 用哪種性質(zhì)的土壓力作為擋土墻設(shè)計(jì)荷載，要根據(jù)擋土墻的具體條件而定。,一般條件下庫侖主動土壓力計(jì)算,路基擋土墻一般都可能有向外的位移或傾覆，因此在設(shè)計(jì)中按照墻背土體達(dá)到主動極限平衡狀態(tài)，且設(shè)計(jì)時(shí)取一定的安全系數(shù)，以保證墻背土體的穩(wěn)定。 對于墻趾的土體的被動土壓力，在擋土墻基礎(chǔ)一般埋深的情況下，考慮到各種自然力和人畜活動的作用，一般均不計(jì)，以偏于安全。,庫侖土壓力理論：1776年法國的庫倫（C.A.Coulomb）根據(jù)極限平衡的概念，并假定滑動面為平面，分析了滑動楔體的力系平衡，從而求算出擋土墻上的土壓力，成為著名的庫倫土壓力理論。,路基擋土墻庫侖主動土壓力計(jì)算,庫侖土壓力假設(shè)： （1）擋土墻后土體為均勻各向同性無粘性土（c=0）； （2）擋土墻后產(chǎn)生主動或被動土壓力時(shí)墻后土體形成滑動土楔，其滑裂面為通過墻踵的平面； （3）滑動土楔可視為剛體。,路基擋土墻因路基形式和荷載分布的不同，土壓力有多種計(jì)算圖式。以路堤擋土墻為例，可分為5種圖示：破裂面交于內(nèi)邊坡，破裂面交于荷載的內(nèi)側(cè)、中部和外側(cè)，以及破裂面交于外邊坡。,1.破裂面交于內(nèi)邊坡,平衡力三角形：,當(dāng)參數(shù)、固定時(shí)，Ea隨破裂面的位置而變化，即Ea是破裂角的函數(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：,2.破裂面交于路基面,a）交于荷載內(nèi)側(cè)；b）交于荷載中部；c）交于荷載外側(cè)。,a）交于荷載中部的主動土壓力計(jì)算,最大土壓力時(shí)破裂角：,其中：,b）交于荷載外側(cè),交于荷載外側(cè)和內(nèi)側(cè)的土壓力仍按照上式計(jì)算，但A0和B0表達(dá)式不同,c）交于荷載內(nèi)側(cè),3.破裂面交于外邊坡,此時(shí)的土壓力計(jì)算公式為：,最大土壓力時(shí)破裂角：,其中：,計(jì)算擋土墻壓力Ea，首先是確定產(chǎn)生最大土壓力的破裂面，求出破裂角，但是是事先不知道的，需進(jìn)行試算。通常先假定破裂面位置通過荷載中心，按照圖式和對應(yīng)的計(jì)算公式算出的角與假定情況進(jìn)行對比，若與假定不符，根據(jù)試算出來的角重新假定破裂面，重復(fù)以上運(yùn)算，直到相符為止，最后根據(jù)此破裂角計(jì)算最大土壓力。,大俯角墻背的主動土壓力第2破裂面法,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想墻背下滑）,此時(shí)的土壓力計(jì)算公式為：,主動土壓力的作用點(diǎn)：繪土壓應(yīng)力分布圖如圖6-11,求Ex的最大值及相應(yīng)的破裂角i和i（求駐點(diǎn)的辦法）,折線形墻背的土壓力計(jì)算,凸形墻背的擋土墻和衡重式擋土墻，其墻背不是一個平面而是折面，稱為折線形墻背。對這類墻背，以墻背轉(zhuǎn)折點(diǎn)或衡重臺為界，分成上墻與下墻分別按庫倫土壓力計(jì)算土動土壓力，然后取兩者的矢量和作為全墻的土壓力。 計(jì)算上墻土壓力時(shí)不考慮下墻影響，按俯斜墻背計(jì)算土壓力。下墻計(jì)算比較復(fù)雜，一般采用簡化方法進(jìn)行，比如采用延長墻背法。,（一）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,（二）下墻土壓力計(jì)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BC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(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,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,（一）等效內(nèi)摩擦角法,按換算前后土的抗剪強(qiáng)度相等的原則或土壓力相等的原則來計(jì)算D 值。通常把粘性土的內(nèi)摩擦角值增大510，或采用等效內(nèi)摩擦角D為3035。對于矮墻偏于安全，對于高墻則偏于危險(xiǎn)。因此在設(shè)計(jì)高墻時(shí)，應(yīng)按墻高酌情降低D值,粘性土壓力計(jì)算,庫倫理論只考慮不具有粘聚力的砂性土的土壓力問題。當(dāng)墻背填料為粘性土?xí)r，土的粘聚力對主動土壓力的影響很大，因此應(yīng)考慮粘聚力的影響。,（二）力多邊形法,1.首先求得當(dāng)c=0時(shí)的土壓力E，Ea=EEc ；,2.再求得由于粘聚力的作用而減少的土壓力Ec,3.用求駐點(diǎn)的辦法求最大土壓力和最危險(xiǎn)破裂面,填土為兩層以上不同性質(zhì)的土體，首先求得上一土層的土壓力及作用點(diǎn)，并近似的假定上下兩土層層面平行。 計(jì)算下一土層時(shí)，將上一土層視為均布荷載，按地面為一平面時(shí)的庫侖公式計(jì)算。,不同土層的土壓力,擋土墻修在陡坡的半路堤上，或者山坡土體有傾向路基的層面，則墻后存在著已知坡面或潛在滑動面，當(dāng)其傾角陡于由計(jì)算求得的破裂面的傾角時(shí)，墻后填料將沿著陡破面(或滑動面)下滑，而不是沿著計(jì)算破裂面下滑，土壓力計(jì)算的破裂面為由勘察確定的實(shí)際可能發(fā)生的破裂面。計(jì)算時(shí)不必求取最危險(xiǎn)破裂面和最大土壓力。,有限范圍填土?xí)r的土壓力,通常情況下?lián)跬翂η暗谋粍油翂毫刹挥?jì)算，當(dāng)基礎(chǔ)埋置較深且地層穩(wěn)定、不受水流沖刷和擾動破壞時(shí)，可計(jì)入，但是應(yīng)對被動土壓力的計(jì)算值進(jìn)行大幅度的折減,被動土壓力,（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 2 m，取 20kN/m2；墻高大于 10 m，取10kN/m2；墻高在 210m 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?0.75kN/m，作用于欄桿扶手上的豎向力采用 1kN/m,車輛荷載換算及計(jì)算參數(shù),4.擋土墻設(shè)計(jì)原則,施加于擋土墻的作用或荷載,原則：根據(jù)擋土墻所處的具體工作條件、最不利組合 一般地區(qū) 僅考慮主要力系 浸水地區(qū) 考慮附加力 地震區(qū) 考慮地震力,不同條件下荷載組合：,擋土墻設(shè)計(jì)原則,擋土墻按“極限狀態(tài)分項(xiàng)系數(shù)法”進(jìn)行設(shè)計(jì)，擋土墻設(shè)計(jì)極限狀態(tài)分構(gòu)件承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。,承載力極限狀態(tài)是當(dāng)擋土墻出現(xiàn)以下任何一種狀態(tài)，即認(rèn)為超過了承載力極限狀態(tài)： 1）整個擋土墻或擋土墻的一部分作為剛體失去平衡； 2）擋土墻構(gòu)件或連接部件因材料強(qiáng)度超過而破壞，或因過度塑性變形而不適于繼續(xù)承載； 3）擋土墻結(jié)構(gòu)變?yōu)闄C(jī)動體系或局部失去平衡。,正常使用極限狀態(tài)是擋土墻出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)為超過了正常使用極限狀態(tài)： 1）影響正常使用或外觀變形； 2）影響正常使用或耐久性的局部破壞（包括裂縫）； 3）影響正常使用的其它特定狀態(tài)。,我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定公路擋土墻的構(gòu)件分析采用承載力極限狀態(tài)的分項(xiàng)安全系數(shù)法為主的設(shè)計(jì)法，表達(dá)式為：,結(jié)構(gòu)重要性系數(shù);,承載能力極限狀態(tài)作用（或荷載）分項(xiàng)系數(shù),5.重力式擋土墻設(shè)計(jì),擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算,1.抗滑穩(wěn)定性分析,2.抗傾覆穩(wěn)定性分析,在驗(yàn)算擋土墻的穩(wěn)定性時(shí)，一般不計(jì)趾前土層產(chǎn)生的被動土壓力。驗(yàn)算結(jié)果如不滿足以上要求，則表明抗滑穩(wěn)定性或抗傾覆穩(wěn)定性不夠，應(yīng)改變墻身斷面尺寸重新核算。,基底應(yīng)力及合力偏心矩驗(yàn)算,為了保證擋土墻基底應(yīng)力不超過地基承載力應(yīng)進(jìn)行基底應(yīng)力驗(yàn)算；同時(shí)，為了避免擋土墻不均勻沉陷，控制作用于擋土墻基底的合力偏心距,1.基礎(chǔ)地面的壓應(yīng)力 （1）軸心荷載作用時(shí),（2）偏心荷載作用時(shí),2.基底合力偏心距,3.地基承載力抗力值,（1）軸心荷載作用時(shí),（2）偏心荷載作用時(shí),（3）地基承載抗力f：當(dāng)擋土墻的基礎(chǔ)寬度大于3m，或埋置深度大于0.5m時(shí)，除巖石地基外，地基承載應(yīng)力抗力值按下式計(jì)算：,（4） 當(dāng)不滿足式(6-53)的計(jì)算條件或計(jì)算出的結(jié)果f1.1fk時(shí)，可按f=1.1fk 直接確定地基承載應(yīng)力抗力值。 （5） f值可以根據(jù)不同荷載組合予以提高，提高系數(shù)K按表中的值。 （6）當(dāng)偏心距e小于或等于0.333倍基礎(chǔ)底面寬度時(shí)，可根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定地基承載應(yīng)力抗力值。：,墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算,1.強(qiáng)度計(jì)算,與材料有關(guān)的系數(shù)；,2.穩(wěn)定計(jì)算,土質(zhì)地基，不陡1:5；巖石地基，不陡于1:3,設(shè)置傾斜基底,增加擋土墻穩(wěn)定性的措施,1.增加抗滑穩(wěn)定性,凸榫的高度按照抗滑穩(wěn)定性要求設(shè)計(jì)，高寬比滿足污工剛性角要求,采用凸榫基底,展寬墻址,2.增加抗傾覆穩(wěn)定性,改變墻面及墻背坡度,改變墻身斷面類型,問題：,浸水路堤擋土墻受力與一般擋土墻有何不同？ 地震地區(qū)擋土墻設(shè)計(jì)中如何考慮地震的影響？ 懸臂式擋土墻設(shè)計(jì)的內(nèi)容有哪些？ 錨桿擋土墻設(shè)計(jì)的內(nèi)容有哪些？ 錨定板擋土墻設(shè)計(jì)的內(nèi)容有哪些？ 加筋土的基本原理是什么？,6.浸水路堤擋土墻設(shè)計(jì),1浸水的填料受到水的浮力作用而使土壓力減??； 2砂性土的內(nèi)摩擦角受水的影響不大，可認(rèn)為浸水后不變，但糯性土浸水后執(zhí)剪強(qiáng)度顯著降低； 3墻背與墻面均受到靜水壓力，在墻背與墻面水平一致時(shí)，兩者互相平衡；而當(dāng)有一水位差時(shí)，則墻身受到靜水壓力差所引起的推力； 4墻外水位驟然降落或者墻后暴雨下滲在填料內(nèi)出現(xiàn)滲流時(shí)，填料受到滲透動水壓力。 5.墻身受到水的浮力作用，使其抗傾覆及抗滑穩(wěn)定性減弱。,浸水路堤擋土墻的受力特點(diǎn),1當(dāng)填料為砂性土?xí)r 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(jì)算土壓力的影響不大，因此不考慮浸水的影響。 在此情況下，浸水擋土墻墻背土壓力Eb可采用不浸水時(shí)的土壓力Ea扣除計(jì)算水位以下因浮力影響而減少的土壓力Eb,浸水路堤擋土墻土壓力計(jì)算,2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。 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。El與E2的矢量和即為全墻土壓力。,在計(jì)算浸水部分的土壓力E2時(shí)，先按浮容重b將上部土層及超載換算為均布土層作為超載，土層厚hb為：,靜水壓力、動水壓力和上浮力,當(dāng)計(jì)算動水壓力時(shí)，墻背靜水壓力為：,當(dāng)墻胸和墻背存在水位差時(shí)，兩者的靜水壓力水平分力的差為推力。垂直分力的差計(jì)入上浮力。,2上浮力 作用于基底的上浮力按下式計(jì)算：,總的上浮力為基底浮力與墻胸墻背垂直分力的代數(shù)和：,3動水壓力 當(dāng)墻后為弱透水性填料時(shí)，在填料內(nèi)部將產(chǎn)生滲流，由此會產(chǎn)生動水壓力P3，其大小按下式計(jì)算：,式中：Ij降水曲線的平均坡度；產(chǎn)生動水壓力的浸水部分，即圖中的陰影 部分，可近似地取梯形abcd的面積。,動水壓力P3的作用點(diǎn)為面積的重心，其方向平行于Ij。,具體驗(yàn)算方法和前面一樣，但要考慮浸水擋土墻的受力特點(diǎn)，在最不利水位進(jìn)行驗(yàn)算： 最高水位并不是在所有情況下都是最不利的水位；抗滑穩(wěn)定系數(shù)和傾覆穩(wěn)定系數(shù)的最小值，可能同時(shí)出現(xiàn)在某一水位，也可能分別出現(xiàn)。 設(shè)計(jì)浸水擋土墻時(shí)，須作反復(fù)的試算，以尋求最不利的水位。為減少汁算工作量，可采用優(yōu)選法。,浸水路堤擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算,優(yōu)選法求最小穩(wěn)定系數(shù)和最不利水位的步驟：,至于基底應(yīng)力，在一般情況下，它隨水位的降低而增大，而在枯水位時(shí)接近或達(dá)到最大值。故在浸水擋土墻基底應(yīng)力驗(yàn)算中，通常以枯水位作為驗(yàn)算水位。,7.地震地區(qū)擋土墻設(shè)計(jì),擋土墻修建在設(shè)計(jì)烈度為8度及8度以上的地震區(qū)，以及修筑在地震時(shí)可能發(fā)生大規(guī)模滑坡、崩塌的地段或軟弱地基(如軟弱粘性土層)處，地震強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算要考慮破裂 棱體和擋土墻身分別承受地震力的作用，將地震荷載與恒載組合，并考慮常年水位的浮力。不考慮季節(jié)性浸水的影響，其他外力，包括車輛荷載的作用均不考慮。,在擋土墻設(shè)計(jì)中，一般只考慮最大水平地震力Ps： Ps=C1CzKHG Cz綜合影響系數(shù)，表示實(shí)際建筑物的地震反應(yīng)與理論計(jì)算間的差異，一般采用0.25，KH按設(shè)計(jì)烈度在下表中取值，C1為重要性修正系數(shù)按路線等級在表6-22中取值。,地震荷載的計(jì)算,擋土地重G與水平地震力Ps的合力G1，其與豎直線的夾角s稱為地震角： s=arctanCzKH,可采用庫侖土壓力公式進(jìn)行計(jì)算： 用,地震作用的土壓力,這種方法僅僅是利用原有公式來求解的計(jì)算過程，而地震土壓力Es的作用方向仍應(yīng)核實(shí)際墻背摩擦角決定，在計(jì)算Ex和Ey時(shí)，采用而不用S 對于地震作用下的路肩擋土墻，也可用下面的簡化公式計(jì)算：,1盡可能采用重心低的墻身斷面形式。 2基礎(chǔ)盡可能置于基巖或堅(jiān)硬的均質(zhì)上層上；遇有不良地基時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)措施進(jìn)行加固處理。 3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5m，9度時(shí)，一般小超過3m。 4墻體應(yīng)以垂直通縫分段，每段長度不宜超過15m。地基變化或地而標(biāo)高突變處，也應(yīng)設(shè)置通縫。 5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)號按非地震區(qū)要求提高一級采用。 6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。,擋土墻防震措施,8.輕型擋土墻,1.懸臂式擋土墻的構(gòu)造及適用條件 鋼筋混凝土懸臂式擋土墻是由立壁和底板組成，具有三個懸臂，即立壁、趾板和踵板，墻的穩(wěn)定性依靠墻身自重和踵板上的填土重量來保證，而趾板的設(shè)置又顯著地增加了抗傾覆力矩的力臂，因此結(jié)構(gòu)形式比較經(jīng)濟(jì)。 懸臂式擋土墻構(gòu)造簡單，施工方便，能適應(yīng)較松軟的地基，墻高一般在6-9m之間。當(dāng)墻高較大時(shí)，立壁下部的彎矩大，鋼筋與混凝土用量劇增，影響這種結(jié)構(gòu)型式的經(jīng)濟(jì)效果，此時(shí)可采用扶壁式擋土墻。,懸臂式擋土墻,2懸臂式擋土墻設(shè)計(jì) 1）土壓力計(jì)算 對于懸臂式擋土墻，通常采用朗金理論計(jì)算通過墻踵的豎直面上的土壓力Ea，然后結(jié)合位于該豎直面與墻背間的土重，得到墻上的總壓力。,2）底板寬度=夾板寬+踵板寬+趾板寬+胸坡修正寬度 A、踵板寬度 受滑動穩(wěn)定控制，要求,路肩墻：,路塹或路堤墻：,B、趾板寬度 一般由地基應(yīng)力或偏心距e來決定，要求墻踵不出現(xiàn)拉應(yīng)力，即有：,路肩墻：,路塹或路堤墻：,3）底板厚度計(jì)算 主要取決于結(jié)構(gòu)要求和截面強(qiáng)度要求。 結(jié)構(gòu)要求：趾板與踵板同厚(指與中間夾塊連接處，趾板端部不宜小于30cm，因板頂面要求水平)。 A根據(jù)配筋率確定截面厚度（一般配筋率0.3%-0.8%） B防止斜裂縫開展過大確定的厚度,4）立臂厚度計(jì)算 主要取決于結(jié)構(gòu)要求和強(qiáng)度要求。 結(jié)構(gòu)要求：立壁頂部最小厚度采用1525cm，路肩墻不宜小于20m。胸墻一般不做垂直坡面，以免因擋墻變形、地基不均勻沉陷及施工誤差等因素的影響，造成立壁前傾。通常采用的坡率是1：0.02 1：0.05 力臂彎矩計(jì)算： 剪力計(jì)算：,A根據(jù)配筋率確定截面厚度 B防止斜裂縫開展控制,1錨桿擋土墻的構(gòu)造與布置 錨桿擋土墻是由混凝土墻面和錨桿組成，靠錨固在穩(wěn)定地層內(nèi)的錨桿對墻面的水平拉力以保持墻身的穩(wěn)定。墻面為板柱式墻或板壁式墻。使用的錨桿主要有楔縫式錨桿和灌槳錨桿兩種。 楔縫式錨桿俗稱小錨桿，是對錨桿施加一定壓力后，使桿端楔縫的楔子張開，從而將錨桿卡緊在巖石中。錨孔一級直徑38.50m，深度35m，用普通風(fēng)鉆即可施工?？變?nèi)壓注水泥砂漿，用來防銹和提高錨桿抗拔力。楔縫式錨桿多用于巖石邊坡防護(hù)及加固工程。,錨桿擋土墻,灌漿錨桿又稱大錨桿，要用鉆機(jī)鉆孔，錨孔直徑一般為100150mm，錨桿插入錨孔后再灌注水泥砂漿。當(dāng)用于土層時(shí)，由于土層與錨桿間的錨固能力較差，尚需采用加壓灌漿或內(nèi)部擴(kuò)孔的方法來提高其抗拔力，稱為頸壓錨桿或擴(kuò)孔錨桿。國外還采用化學(xué)液體灌漿，利用化學(xué)液體 的膨脹性來提高錨桿的抗拉能力。灌漿錨桿一般多用于路塹擋土墻。,當(dāng)擋土墻較高時(shí)，應(yīng)布置兩級或兩級以上，兩級之間設(shè)12m寬的平臺。每級擋土墻不宜過高，一級為56m。為便于立柱及擋土板的安裝，以豎直墻背為多。 決定立柱的間距應(yīng)考慮工地的起吊能力和錨桿的抗拔能力一般可選用2.53.5m。每根立柱視其高度可布置23根或更多的錨桿，錨桿的位置應(yīng)盡可能使立柱的彎矩均勻分布，方便鋼筋布置。 擋土板一般設(shè)計(jì)成矩形或槽形，長度比立柱間距短10cm左右，以便留出錨桿位置。墻后應(yīng)回填矽卵石等透水材料，由下部泄水孔將水排入邊溝內(nèi)。,2錨桿擋土墻設(shè)計(jì) 1）土壓力計(jì)算：同一般擋土墻 2）檔土板內(nèi)力計(jì)算：,3）力柱內(nèi)力計(jì)算： 根據(jù)其受力特性按照簡支梁 或連續(xù)梁計(jì)算,4）錨桿設(shè)計(jì) 錨桿為軸心受拉構(gòu)件，按容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)截面。按單錨理論來設(shè)計(jì)錨桿長度，即個考慮錨桿與錨固層巖體的整體穩(wěn)定性問題。 A錨桿截面設(shè)計(jì)： 由立柱計(jì)算中得到的反 力Rn求錨桿的軸向力Nn： 得到鋼筋截面面積：,B錨桿長度設(shè)計(jì)： 錨桿長度包括非錨固長度（由墻面與穩(wěn)定地層之間的實(shí)際距離決定）和錨固長度（由地層情況和抗拔力計(jì)算） 對于巖質(zhì)邊坡，巖層與砂漿間的粘結(jié)強(qiáng)度大，錨固長度取決于砂漿對鋼筋的錨固力。為了提高錨固力，水泥砂漿不得低于30號。要求錨固力大于鋼筋的抗拉強(qiáng)度，即,如為半巖質(zhì)或土質(zhì)邊坡錨固長度取決于砂漿與圍巖接觸面上的抗剪強(qiáng)度，即,C錨桿與立柱的連接 主要有三種形式：(1)焊短鋼筋錨固；(2)彎鉤錨固；(3)螺母錨固c彎鉤錨因適用于就地澆筑，其余兩種適用于預(yù)制構(gòu)件。,1錨定板擋土墻的構(gòu)造 錨定板擋土墻是由鋼筋混凝土墻面、鋼拉桿、錨定板以及其間的填土共同形成的一種組合擋土結(jié)構(gòu)，它借助于埋在填土內(nèi)的錨定板的抗技力，平衡擋土墻塌背水平土壓力，從而改變擋土墻的受力狀態(tài)，達(dá)到輕型的目的。它具有省料省工、能適應(yīng)承載力較低地區(qū)的特點(diǎn)，在我國鐵路與公路工程中，已開始應(yīng)用于路肩或路堤擋土塌和橋臺。,錨定板擋土墻,錨定板擋土墻的結(jié)構(gòu)形式和受力狀態(tài)與錨桿擋土墻基本相同，主要區(qū)別是：錨桿擋土墻的錨桿是插入穩(wěn)定地層的鉆孔中，抗拔力來源于灌漿錨桿與孔壁地層之間的粘結(jié)強(qiáng)度，而錨定板擋土墻的鋼拉桿及其端部的鋪定板都埋設(shè)在人工填土當(dāng)中，抗拔力來源于錨定板前的填土的被動抗力。 錨定板擋土墻的墻面是由擋土板和立柱組成，擋土板通常為鋼筋混凝土矩形板或槽形板，立柱為鋼筋混凝上矩形截面柱，立柱間距多采用12m，每根立柱上可布置單根、雙根或多根拉桿，鋼拉桿采用普通圓鋼，外設(shè)防銹保護(hù)層。每根拉桿端部的錨定板通常為單獨(dú)的鋼筋混凝土方形板。,2錨定板擋土墻設(shè)計(jì) 1）錨定板設(shè)計(jì) 錨定板尺寸由鋪定板的容許抗拔力確定，極限抗拔力與錨定板面積近似地成正比例關(guān)系，極限抗拔力除以一定的安全系數(shù)，便是所采用的容許抗拔力。 單塊錨定板的抗拔力與錨定板的理設(shè)位置、板的尺寸和填料的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。鐵道科學(xué)研究院等單位根據(jù)現(xiàn)場抗拔試驗(yàn)的結(jié)果，提出容許抗拔力的建議值如下：對于埋置深度為35m的錨定板，其容許抗拔力為100120kpa；埋置深度為610m的錨定板，其容許抗拔力為130150kPa。錨定板尺寸由拉桿拉力及容許抗拔力計(jì)算確定。,2）錨定板擋土墻的整體穩(wěn)定性 錨定板擋土墻的整體穩(wěn)定性與拉桿的長度有關(guān)，拉桿愈長，其穩(wěn)定性愈大。要根據(jù)整體穩(wěn)定性的要求來確定各層拉桿的長度，使選用的拉桿較短而又能確保安全。 錨定板擋土墻的整體穩(wěn)定性主要由抗滑穩(wěn)定性控制。對于錨定板結(jié)構(gòu)喪失整體穩(wěn)定性時(shí)滑動面的形式，科研工作者分別作了不同的假定，下面介紹兩種設(shè)想，即土墻假定和折線滑面假定。,群錨理論土墻假定 西南交通大學(xué)等單位提出：當(dāng)錨定板的布設(shè)達(dá)到足夠的密度時(shí)，墻面與各錨定板以及其中的填料形成一個整體墻(有的叫土墻)，用這個整體柔性結(jié)構(gòu)來共同支承側(cè)壓力，保證路基的穩(wěn)定這就形成了群錨作用。群錨形成后，沿各錨定板中心連續(xù)AB破裂，也就是錨定板中心的連線形成假想墻背。這時(shí)，利用庫倫公式計(jì)算該假想墻背的主動土壓力，和驗(yàn)算重力式擋土墻的方法一樣，來驗(yàn)算土墻的抗滑和抗傾覆穩(wěn)定性。,9.加筋土擋土墻設(shè)計(jì),加筋土擋土墻是利用加筋土技術(shù)修建的