路基路面-第六章-擋土墻設(shè)計(jì) PPT課件

12 04 2020 12 04 2020 2 EngineeringofSubgradeandPavement 12 04 2020 3 第六章?lián)跬翂υO(shè)計(jì) retainingwalldesign 第一節(jié)概述第二節(jié)擋土墻土壓力計(jì)算第三節(jié)擋土墻設(shè)計(jì)第四節(jié)浸水路堤擋土墻設(shè)計(jì)第五節(jié)地震地區(qū)擋土墻設(shè)計(jì)第六節(jié)輕型擋土墻第七節(jié)加筋擋土墻 12 04 2020 4 第一節(jié)概述 一 擋土墻的用途擋土墻是用來支撐天然邊坡或人工填土邊坡以保持土體穩(wěn)定的建筑物 在公路工程中 它廣泛應(yīng)用于支撐路堤或路坡 隧道洞口 橋梁兩端及河流岸壁等 12 04 2020 5 二 擋土墻的類型1 重力式擋土墻 依靠墻身自重支撐土壓力來維持穩(wěn)定 2 錨定式擋個(gè)土墻 包括錨桿式和錨定板式兩種 3 薄壁式擋土墻 是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 包括懸臂式和扶壁式 4 加筋土擋土墻 由填土 填土中布置的拉筋及墻面板三部分組成 12 04 2020 6 6 1概述 三 設(shè)計(jì)的目的與分類 3 各部分名稱 3 各部分名稱 12 04 2020 7 12 04 2020 8 四 類型 1 重力式擋土墻 依靠墻身自重支撐土壓力以保持穩(wěn)定 優(yōu)點(diǎn) 構(gòu)造簡單 取材容易 適用條件 地基強(qiáng)度高 石料供應(yīng)充足 類型 普通式衡重式 12 04 2020 9 優(yōu)點(diǎn) 截面尺寸小 輕巧 可以預(yù)制 工程量小 受地基強(qiáng)度限制小 有利于機(jī)械化施工 適用條件 墻身高 缺乏石料 地基開挖困難的路塹墻 路堤墻缺點(diǎn) 鋼材用量大 對(duì)水較敏感 易受水侵蝕產(chǎn)生斷裂與滑移 12 04 2020 10 1 錨桿式 2 錨定板式 12 04 2020 11 優(yōu)點(diǎn) 強(qiáng)身斷面小 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不依賴于自身重量 自重輕 省工省料適用條件 墻身高缺點(diǎn) 需要大量鋼材 12 04 2020 12 4 加筋擋土墻 特點(diǎn) 受力主要是土與加筋條之間的摩擦力 加筋條數(shù)量多 加筋條一般是塑料制品 合成纖維 經(jīng)濟(jì)效益好 缺點(diǎn) 對(duì)水敏感 12 04 2020 13 5土釘 釘土 擋土墻 土釘墻是一種較新式的結(jié)構(gòu)物 它主要由 釘 即錨桿 混凝土面板 掛網(wǎng)噴射混凝土 錨板組成 12 04 2020 14 6柱板式擋土墻 7樁板式擋土墻 12 04 2020 15 8垛式 框架式 擋土墻 12 04 2020 16 第二節(jié)擋土墻土壓力計(jì)算 一 作用在擋土墻上的力系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 12 04 2020 17 6 2擋土墻土壓力計(jì)算 12 04 2020 18 12 04 2020 19 4 計(jì)算方法 一般地區(qū)只考慮主要力系浸水地區(qū)還應(yīng)考慮附加力地震地區(qū)還應(yīng)考慮特殊力 12 04 2020 20 二 一般條件下庫侖主動(dòng)土壓力計(jì)算 擋土墻設(shè)計(jì)一般認(rèn)為有側(cè)向移動(dòng) 不必計(jì)算 只需計(jì)算 對(duì)于墻趾前的被動(dòng)土壓力 一般忽略不計(jì) 小 對(duì)穩(wěn)定有利 12 04 2020 21 2 坡裂面交于路基面 1 破裂面交于荷載中部 2 破裂面交于荷載外側(cè) 3 破裂面交于荷載內(nèi)側(cè)3 破裂面交于外邊坡 1 破裂面交于內(nèi)邊坡 Ea H2 Ka 墻后填土的容重 KN m3 H 擋土墻高度 m Ka 主動(dòng)土應(yīng)力系數(shù) 12 04 2020 22 一 各種邊界條件下主動(dòng)土壓力計(jì)算 五種位置 12 04 2020 23 1 破裂面交于內(nèi)邊坡 圖示 12 04 2020 24 12 04 2020 25 12 04 2020 26 12 04 2020 27 2 破裂面交于路基面 12 04 2020 28 1 破裂面交于荷載中部破裂棱角的斷面面積 12 04 2020 29 12 04 2020 30 將 代入 6 式求得主動(dòng)土壓力Ea 注意 5 6 式具有普遍意義 無論破裂面交于荷載中 內(nèi) 外側(cè) 斷面面積S都可以歸納為 A0 B0為邊界條件系數(shù) 將不同的A0 B0值代入可求得相應(yīng)的破裂角 和最大主動(dòng)土壓力Ea 12 04 2020 31 2 破裂面交于荷載外側(cè) 則 7 12 04 2020 32 特殊情況 1 當(dāng)為路肩墻時(shí) 式中 2 俯斜墻背取正值 垂直 仰斜取負(fù)值 3 當(dāng)荷載沿路肩邊緣布置時(shí)取 12 04 2020 33 3 破裂面交于荷載內(nèi)側(cè) 在 7 式中令 12 04 2020 34 3 破裂面交于外邊坡 12 04 2020 35 12 04 2020 36 化簡 式中 P Q R見課本P115 12 04 2020 37 三 大俯角墻背的主動(dòng)土壓力 第二破裂面法 1 定義 當(dāng)墻背俯斜較緩 即傾角很大 墻后土體達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí) 破裂棱體并不沿墻背或假想墻背滑動(dòng) 而是沿土體的另一個(gè)破裂面滑動(dòng) 這個(gè)破裂面稱為第二破裂面 遠(yuǎn)離墻的破裂面稱為第一破裂面 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角 即墻背或假想墻背不妨礙第二破裂面出現(xiàn) 2 在墻背或假想墻背面上產(chǎn)生的抗滑力必須大于其下滑力 使破裂棱體不會(huì)沿墻背或假想墻背下滑 12 04 2020 38 12 04 2020 39 滿足 12 04 2020 40 四 折線形墻背的土壓力計(jì)算 1 分為上 下墻分別計(jì)算 再求矢量和2 計(jì)算上墻時(shí) 先判別是否出現(xiàn)第二破裂面3 計(jì)算下墻時(shí) b 力多邊形法 12 04 2020 41 五 粘性土土壓力計(jì)算 12 04 2020 42 2 力多邊形法 數(shù)解法 水平壓應(yīng)力靜力平衡條件 12 04 2020 43 六 不同土層的土壓力計(jì)算 近似方法P122 P123七 有限范圍填土的土壓力計(jì)算 沿原地面橫坡滑動(dòng)而不是沿計(jì)算破裂面下滑 12 04 2020 44 12 04 2020 45 八 被動(dòng)土壓力計(jì)算 12 04 2020 46 九 車輛荷載的換算 2 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 中 車輛荷載換算為等代均布土層厚度 L 擋土墻計(jì)算長度 m B0 破裂棱體的寬度 對(duì)路堤墻 為破裂棱體范圍內(nèi)的路基寬 布置在B0 L面積內(nèi)的輪重或履帶重 KN 車輛荷載引起的附加土側(cè)應(yīng)按等代均布土層厚度計(jì)算 12 04 2020 47 L的計(jì)算長度 取下述兩者之較大值 1 分段長度 應(yīng)不大于15m 2 一輛重車的擴(kuò)散長度 按下式計(jì)算 若計(jì)算值大于15m 仍用15m L0 重車前后軸距加一個(gè)輪胎著地長度 m H 擋土墻高度 m a 墻頂面以上填土高度 m 12 04 2020 48 規(guī)定 a 汽車荷載 縱向 當(dāng)取用分段長度 為分段長度內(nèi)可能布置的車輪 當(dāng)采用一段重車的擴(kuò)散長度時(shí) 為一輛重車 橫向 最不利荷載組合 范圍內(nèi)可能布置的車輪 當(dāng)為路肩墻時(shí) 車輪后輪外緣靠墻頂內(nèi)緣布置 當(dāng)為路堤墻時(shí) 車輪后輪中心至路基邊緣0 5m b 驗(yàn)算荷載 驗(yàn)算荷載應(yīng)在路面寬度內(nèi)居中行駛 其等代均布土層厚度為 掛 120為0 96m 掛 100為0 80m 掛 80為0 64m 履帶 50為0 40m 12 04 2020 49 補(bǔ)充 庫侖土壓力理論 在土壓力理論的研究中 假定破裂面形狀 依據(jù)極限狀態(tài)下破裂棱體的靜力平衡條件來確定土壓力 這類土壓力理論最初是由法國的庫倫C A Coulomb 于1773年提出的 稱為庫倫理論 從研究墻后宏觀土體的滑動(dòng)出發(fā) 當(dāng)破裂面棱體滑動(dòng)時(shí) 土體處于極限平衡狀態(tài) 根據(jù)靜力平衡條件求算Ea 12 04 2020 50 基本假設(shè) 1 填料為各向同性 均勻散粒體 僅有內(nèi)摩擦阻力 c 0 2 破裂面通過墻踵 并假定若干破裂面 Ea為最大時(shí)即最危險(xiǎn)滑裂面 3 下滑土體為剛性體 同墻背 破裂面存在摩擦角4 滑動(dòng)面為平面 考慮單位墻段 5 假定土壓力沿墻高呈分段線性分布 作用點(diǎn)在分布圖形的重心 當(dāng)墻后土坡為一直線形 土壓力呈線性分布 作用于墻下三分點(diǎn)處 12 04 2020 51 朗肯土壓力理論 從研究彈性伴半無限體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)出發(fā) 根據(jù)土的極限平衡理論計(jì)算土壓力 朗肯土壓理論是1857年法國人朗肯 W J M Rankine 提出的 這一理論建立在土的極限平衡理論基礎(chǔ)上 12 04 2020 52 它的基本假定是 1 擋土墻墻面是豎直 光滑的 2 擋土墻墻背面的填土是均質(zhì)各向同性的無粘性土或粘性土 填土表面是水平的 3 墻體在壓力作用下將產(chǎn)生足夠的位移和變形 使填土處于極限平衡狀態(tài) 4 填土滑動(dòng)面為直線 12 04 2020 53 經(jīng)典的庫倫和朗肯土壓力理論 因其計(jì)算簡單和力學(xué)概念明確 一直為工程設(shè)計(jì)所采用 但由于經(jīng)典土壓力理論存在著兩個(gè)明顯的弱點(diǎn) 12 04 2020 54 一 是只能計(jì)算土體變形達(dá)到極限狀態(tài)的臨界條件時(shí)的土壓力大小 不能計(jì)算未到臨界狀態(tài)時(shí)的土壓力大小 二 是經(jīng)典土壓力理論沒有考慮建筑物的變位方式的對(duì)土壓力的影響 12 04 2020 55 12 04 2020 56 12 04 2020 57 第三節(jié)擋土墻設(shè)計(jì) 一 擋土墻的布置1 擋土墻位置的選定2 擋土墻的縱向布置內(nèi)容 1 確定擋墻起點(diǎn)和墻長 選擇擋墻與路基或其結(jié)構(gòu)物的銜接方式 2 按地基及地形情況進(jìn)行分段 確定伸縮縫和沉降縫的位置 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 12 04 2020 58 3 擋土墻的橫向位置橫向布置選擇在墻高最大處 墻身斷面或基礎(chǔ)形式有變異處 以及其它必須樁號(hào)處的橫斷面上 4 平面布置 12 04 2020 59 二 擋土墻的構(gòu)造1 墻身構(gòu)造 a 墻背 b 墻面 c 墻頂 d 護(hù)欄2 基礎(chǔ) 1 基礎(chǔ)類型 擴(kuò)大基礎(chǔ) 剛性角鋼筋砼基礎(chǔ)拱形基礎(chǔ)臺(tái)階基礎(chǔ)換填基礎(chǔ) 2 基礎(chǔ)埋置深度 無沖刷時(shí) 應(yīng)在天然地面下至少1 0米 有沖刷時(shí) 應(yīng)在沖刷線以下至少1 0米 受凍脹影響時(shí) 應(yīng)在凍結(jié)線以下不少于0 25米 12 04 2020 60 對(duì)于巖石地基 清除表面風(fēng)化層按表 確定襟邊寬度 墻趾前至地面橫坡的水平距離 12 04 2020 61 3 排水設(shè)施 墻身泄水孔 12 04 2020 62 4 沉降縫與伸縮縫 合并設(shè)置10 15設(shè)置一條 縫寬2 3cm內(nèi) 外 頂三方填塞膠泥 瀝青或涂瀝青木板 12 04 2020 63 三擋土墻荷載的計(jì)算方法1 作用荷載 恒載 可變荷載 溫度及施工荷載常用荷載組合 組合 基本可變荷載 平板車及履帶車除外 的一種或幾種恒載的組合組合II 組合I 其他一種或幾種可變荷載組合III 組合I 靜水壓力及浮力組合IV 組合II 靜水壓力及浮力組合V 組合I 地震力 12 04 2020 64 2 設(shè)計(jì)原則 分項(xiàng)安全系數(shù)極限狀態(tài)平衡法 承載能力極限狀態(tài)表達(dá)式 12 04 2020 65 3 計(jì)算狀態(tài)及荷載系數(shù) 1 承載能力極限狀態(tài)分項(xiàng)荷載系數(shù) 表6 6 2 正常使用極限狀態(tài)全部荷載系數(shù)采用1 0 3 合力偏心距計(jì)算時(shí)全部荷載系數(shù)采用1 0 12 04 2020 66 16 4擋土墻穩(wěn)定性分析 一 設(shè)計(jì)參數(shù)的敏感性分析 12 04 2020 67 二 計(jì)算要求1 控制墻身不產(chǎn)生沿基底的滑移破壞2 墻身不產(chǎn)生沿墻趾的傾覆3 基底不出現(xiàn)過大的沉陷4 控制出現(xiàn)不均勻沉降而引起墻身傾斜5 控制墻身截面不出現(xiàn)開裂 12 04 2020 68 三 抗滑穩(wěn)定性分析 12 04 2020 69 四 抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算 12 04 2020 70 五 基底應(yīng)力及合力偏心矩驗(yàn)算 1 基礎(chǔ)地面壓應(yīng)力 12 04 2020 71 12 04 2020 72 2 基底合力偏心矩 滿足表6 93 地基承載力抗力值 12 04 2020 73 六 墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算1 驗(yàn)算斷面選擇 12 04 2020 74 第四節(jié)浸水路堤擋土墻設(shè)計(jì) 一 浸水擋土墻土壓力計(jì)算1 當(dāng)填料為砂性土?xí)r設(shè)計(jì)時(shí)考慮 浸水部分填料單位重量采用浮容重 浸水前后的內(nèi)摩擦角不變 破裂面為一平面 2 當(dāng)填料為粘性土?xí)r粘性土浸水后c值顯著降低 應(yīng)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 12 04 2020 75 二 靜水壓力 動(dòng)水壓力和上浮力1 浸水壓力2 上浮力3 動(dòng)水壓力 透水性材料 動(dòng)水壓力一般很小 可略而不計(jì) 三 浸水擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算設(shè)計(jì)浸水擋土墻 應(yīng)對(duì)最不利水位進(jìn)行驗(yàn)算 應(yīng)用優(yōu)選法求最小穩(wěn)定系數(shù) 12 04 2020 76 第五章地震地區(qū)擋土墻設(shè)計(jì) 一 地震荷載的計(jì)算在擋土墻設(shè)計(jì)中 一般只考慮水平地震力的影響 最大水平地震力Ps Cz Kh GCz 綜合影響系數(shù) Kh 水平地震系數(shù) G 破裂棱體與擋土墻的重量 二 地震作用下的土壓力直接采用一般庫侖土壓力公式計(jì)算地震土壓力 三 地震條件下?lián)跬翂Φ尿?yàn)算具體驗(yàn)算方法同前 只在驗(yàn)算時(shí)注意考慮地震對(duì)擋墻的影響 12 04 2020 77 四 一般防震措施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)土層上 3 擋土墻宜采用漿砌片石 混泥土和鋼筋混泥土修筑 4 墻體應(yīng)以垂直通縫分段 每段長度不宜超過15米 地基變化或地面標(biāo)高突變處 也應(yīng)該設(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(hào)按非地震區(qū)要求提高一級(jí)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 12 04 2020 78 第六節(jié)輕型擋土墻 一 懸臂式擋土墻1 構(gòu)造 由立壁和底板組成 2 適用條件 施工簡單 適用于比較松軟的地基 墻高一般在6 9米之間 3 設(shè)計(jì) 1 土壓力計(jì)算 2 底板寬度計(jì)算 3 底板厚度計(jì)算 4 立壁厚度計(jì)算 12 04 2020 79 二 錨桿擋土墻1 構(gòu)造 鋼筋混泥土墻面和鋼錨桿組成 2 布置 當(dāng)擋土墻較高時(shí) 應(yīng)布置兩級(jí)或兩級(jí)以上 兩級(jí)之間設(shè)1 2米寬的平臺(tái) 每級(jí)擋土墻不宜過高 一般5 6米 3 設(shè)計(jì) 1 主動(dòng)土壓力計(jì)算 2 擋土板內(nèi)力計(jì)算 3 立柱的內(nèi)力計(jì)算 4 錨桿設(shè)計(jì) 錨桿截面設(shè)計(jì) 錨桿長度設(shè)計(jì) 錨桿與立柱的連接 12 04 2020 80 三 錨定板擋土墻1 構(gòu)造 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) 2 設(shè)計(jì) 1 錨定板設(shè)計(jì) 2 錨定板擋土墻的整體穩(wěn)定性 3 與錨防擋土墻的主要區(qū)別 錨桿擋土墻的錨桿插入穩(wěn)定地層的鉆孔中 抗拔力來源與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錨定板都埋設(shè)在人工填土當(dāng)中 抗拔力主要來源與錨定板前的填土的被動(dòng)抗力 12 04 2020 81 第七節(jié)加筋擋土墻 一 加筋擋土墻的構(gòu)造加筋擋土墻的平面線性可采用直線 折線和曲線 相鄰墻面的內(nèi)夾角不宜小于70度 加筋體筋帶一般應(yīng)水平布設(shè)并垂直于面板 當(dāng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)有兩條以上筋帶時(shí) 應(yīng)扇狀分開 當(dāng)相鄰墻面的內(nèi)夾角小于90度時(shí) 宜將不能垂直布設(shè)的筋帶逐漸斜放 必要時(shí)在角隅處增設(shè)加強(qiáng)筋帶 二 加筋擋土墻結(jié)構(gòu)計(jì)算1 加筋體中活動(dòng)區(qū)與穩(wěn)定區(qū)2 加筋擋土墻3 總體平衡法驗(yàn)算 12 04 2020 82 2006 1 19 82 加筋土擋土墻 是一種由豎直面板 水平拉筋和內(nèi)部填土三部分組成的加筋體 通過拉筋與填土間的摩擦力拉住面板 穩(wěn)定填土 形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu) 依靠其自重抵抗墻后填土所產(chǎn)生的側(cè)向壓力 加筋土擋土墻按設(shè)置位置分為路堤式 路肩式 按設(shè)置方式分為雙面交錯(cuò)式 雙面分離式 臺(tái)階式等 12 04 2020 83 2006 1 19 83 面板的作用是防止拉筋間填土從側(cè)向擠出 保證拉筋 填料 墻面板構(gòu)成具有一定形狀的整體 面板的形狀有十字形 六角形 矩形 槽形 L形 弧形等 一般采用強(qiáng)度不低于C20的混凝土或鋼筋混凝土預(yù)制板 國外也有采用半橢圓形的金屬板 其設(shè)計(jì)應(yīng)滿足堅(jiān)固 美觀 運(yùn)輸方便和安裝方便等要求 為滿足加筋體的排水要求 墻面板應(yīng)預(yù)留泄水孔 12 04 2020 84 2006 1 19 84 拉筋 又稱筋帶 承受垂直力和水平拉力 其作用是通過拉筋與填料之間的摩擦力而達(dá)到外部穩(wěn)定 拉筋常用帶肋的扁鋼帶 鋼筋混凝土帶 聚丙烯土工帶等 還可用金屬或聚合物材料復(fù)合而成的鋼塑復(fù)合帶 或土工隔柵 擋土墻高度小于3m時(shí) 應(yīng)采用長度不小于4m的等長拉筋 墻高大于3m時(shí) 可采用長度不小于5m的不等長拉筋 但不宜多于三種長度 且相鄰的不等長拉筋長度之差不宜小于1 0m 采用鋼筋混凝土帶時(shí) 每節(jié)長度不宜大于3 0m 金屬拉筋應(yīng)做好防銹處理 12 04 2020 85 2006 1 19 85 加筋體填料是加筋體的主要材料 必須容易填筑和壓實(shí) 與拉筋之間有可靠的摩擦力 且對(duì)拉筋無腐蝕性 因此 應(yīng)選用一定級(jí)配 內(nèi)摩擦角大 透水性好 遇水后不易膨脹的的砂類土 礫石類土 碎石土 黃土以及滿足質(zhì)量要求的工業(yè)廢渣 禁止采用泥炭 淤泥 凍土 鹽漬土等不良性質(zhì)的