路基路面工程交通版 第八章PPT課件

1、第一節(jié) 擋土墻的類型、構造和布置 一、基本概念 擋土墻是用來支撐路基填土或山坡土體，防止填土或土體變形失穩(wěn)的一種構造物。 擋土墻的各部分名稱如圖： 第1頁/共41頁二、擋土墻類型及適用范圍 常見的擋土墻形式有：重力式、衡重式、懸臂式、扶壁式、加筋土式、錨桿式和錨定板式1重力式擋土墻：依靠墻身自重支撐土壓力來維持其穩(wěn)定，特點圬工量較大，但其形式簡單，施工方便，可就地取材，適應性較強2錨定式擋土墻：分錨桿式和錨定板式兩種，特點工程量省 ，施工安全，較為經(jīng)濟，有利于實現(xiàn)結構輕型化和施工機械化 3薄壁式擋土墻：鋼筋混凝土結構，包括懸臂式和扶壁式兩種，特點鋼筋與混凝土用量大，經(jīng)濟性差 ，宜在石料缺乏、地

2、基承載力較低的填方路段采用4加筋土擋土墻：通過填土與拉筋間的摩擦作用，把土的側壓力傳給拉筋穩(wěn)定土體，特點施工簡便、外形美觀、占地面積少，而且對地基的適應性大 ，結構簡單，圬工數(shù)量少，經(jīng)濟效益大 第2頁/共41頁第3頁/共41頁三、擋土墻構造及布置 （一）擋土墻的構造 常用的重力式擋土墻一般是由墻身、基礎、排水設施和伸縮縫等部分組成1、墻身構造 重力式擋土墻的墻背坡度一般采用1:0.25仰斜，仰斜墻背坡度不宜緩于1:0.3；俯斜墻背坡度一般為1:0.251:0.4，衡重式或凸折式擋土墻下墻墻背坡度多采用1:0.251:0.30仰斜，上墻墻背坡度受墻身強度控制，根據(jù)上墻高度，采用1:0.251:

3、0.45俯斜， ,如下圖所示；在地形險峻地段，或過高過長的路肩墻的墻頂應設置護欄；設置沉降縫第4頁/共41頁2、排水設施 由地面排水和墻身排水兩部分組成 地面排水措施：設置地面排水溝，截引地表水；夯實回填土頂面和地表松土，防止雨水和地面水下滲，必要時可設鋪砌層；路塹擋土墻墻趾前的邊溝應予以鋪砌加固，以防邊溝水滲入基礎。 墻身排水：為了排除墻后積水，通常在墻身的適當高度處布置一排或數(shù)排泄水孔。如下圖所示： 3、基礎埋置深度第5頁/共41頁（二）擋土墻的布置 擋土墻的布置，通常在路基橫斷面圖和墻址縱斷面圖上進行。1、擋土墻位置的選定 路塹擋土墻大多數(shù)設在邊溝旁 ，當路肩墻和路堤墻的墻高或截面圬工數(shù)

4、量相近、基礎情況相似時優(yōu)先選用路肩墻，按路基寬布置擋土墻位置2、縱向布置 擋土墻縱向布置在墻址縱斷面圖上進行，布置后繪成擋土墻正面圖。如圖： 第6頁/共41頁 布置的內(nèi)容有：（1）確定擋土墻的起訖點和墻長，選擇擋土墻與路基或其它結構物的銜接方式。（2）按地基及地形情況進行分段，確定伸縮縫與沉降縫的位置（3）布置各段擋土墻的基礎。（4）布置泄水孔的位置，包括數(shù)量、間隔和尺寸等。 第7頁/共41頁 3、橫向布置 橫向布置選擇在墻高最大處、墻身斷面或基礎形式有變異處，以及其它必需樁號的橫斷面圖上進行。 4、平面布置 針對于個別復雜的擋土墻，如高、長的沿河擋土墻和曲線擋土墻 第8頁/共41頁第二節(jié) 土

5、壓力計算 一、土壓力類型 根據(jù)擋土墻的位移和墻后土體所處的應力狀態(tài)分靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力三種類型。 a)靜止土壓力;b)主動土壓力;c)被動土壓力第9頁/共41頁 1靜止土壓力 如果擋土墻的剛度很大，在土壓力作用下，墻體不發(fā)生變形和任何位移，墻背后土體處于彈性平衡狀態(tài) ，此時墻背所受的土壓力稱為靜止土壓力 ，以 表示 2主動土壓力 如果擋土墻在土壓力作用下產(chǎn)生位移，墻對土體的側向應力逐漸減小，土體出現(xiàn)向下滑動的趨勢。土的抗剪應力抵抗著這一滑動。當墻的側向應力減小到某一數(shù)值，且土的抗剪強度充分發(fā)揮時，土體處于極限平衡狀態(tài)，與此相應的土壓力稱為主動土壓力，以符號 表示。 3被動土壓力

6、 如果擋土墻在外力作用下推擠土體，墻對土體的側向應力增大，土體出現(xiàn)向上滑動，土的抗剪力阻止著這一滑動。當墻對土體的側向應力增大到某一數(shù)值，使土的抗剪強度充分發(fā)揮時，土體處于另一種極限平衡狀態(tài)，與此相應的土壓力稱為被動土壓力，以符號 表示。 0EaEpE第10頁/共41頁 二、庫倫土壓力理論 （一）基本原理 庫倫土壓力理論從研究墻后宏觀土體的滑動出發(fā)，當墻后破裂棱體產(chǎn)生滑動時，土體處于極限平衡狀態(tài)，根據(jù)破裂棱體的靜力平衡條件，求得墻背主動土壓力和被動土壓力。 假設： （1）墻后土體為均質(zhì)散粒體，粒間僅有內(nèi)摩擦力而無粘聚力； （2）當墻產(chǎn)生一定位移，墻后土體形成破裂棱體，并沿墻背和破裂面滑動； （

7、3）破裂面為通過墻踵的一平面； （4）當墻后土體開始滑動時，土體處于極限平衡狀態(tài)，破裂棱體在其自重、墻背反力和破裂面反力的作用下維持靜力平衡。 （5）擋土墻及破裂棱體均視為剛體，在外力作用下不發(fā)生變形。第11頁/共41頁 （二）主動土壓力 如下圖，AB為擋土墻墻背，BC為破裂面，BC與豎值方向的夾角為破裂角，即為破裂棱柱體。這個棱體上作用著三個力，即破裂棱體自重、主動土壓力的反力、破裂面上的反力。 第12頁/共41頁 當填土表面為傾斜平面時，如下圖所示： 所得的主動土壓力的表達式為： aE 2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21H第13頁/共41頁 （

8、三）庫倫土壓力理論的適用范圍（1）庫倫理論概念清晰、計算簡單、適應范圍較廣（2）庫倫理論較適用于砂性土，用于粘性土時，應考慮粘聚力的影響。（3）庫倫理論不僅適用于墻背平面為平面或近似平面的擋土墻，也可用于形墻背。（4）土體中出現(xiàn)第二破裂面，應按第二破裂面法計算。（5）庫倫理論用于仰斜墻背時，墻背坡度不宜太緩。（6）庫倫理論僅適用于剛性擋土墻。（7）庫倫理論適用于地面或墻后填土表面傾角 的情況。第14頁/共41頁 三、不同情況下的土壓力計算 （一）第二破裂面的土壓力 在擋土墻設計中，當墻背俯斜很緩時，即墻背傾角很大的情況，如折線形擋土墻的上墻墻背或衡重式擋土墻的假想墻背（下圖），當墻后土體達到主

9、動極限平衡狀態(tài)時，破裂棱體并不沿墻背或假想墻背滑動，而是沿土體的另一滑動面滑動，則稱為第二破裂面。 第15頁/共41頁 第二破裂面出現(xiàn)的條件是： （1）墻背傾角必須大于第二破裂面的傾角； （2）作用于墻背或假想墻背上的合力對墻背法線的傾角應小于或等于墻背摩擦角。 對于一般常用的俯斜墻背，上述條件不能滿足，故不會出現(xiàn)第二破裂面。衡重式墻的上墻或懸臂式墻只要滿足第一個條件，即出現(xiàn)第二破裂面。設計時應首先辨別是否出現(xiàn)第二破裂面，然后再用相應的公式計算土壓力。 計算是按上下墻分別計算 第16頁/共41頁 （二）折線形墻背的土壓力計算 （三）粘性土土壓力計算 采用換算內(nèi)摩擦角法來計算粘性土的主動土壓力

10、（四）有限范圍填土的土壓力計算 墻后填土不是沿著計算的破裂面滑動，而是沿著已知滑動面滑動用有限范圍填土土壓力計算問題，計算圖示如下：）00sin()cos(WEa第17頁/共41頁 （五）車輛荷載作用下的土壓力 車輛荷載近似地按均布荷載考慮，并將其換算成容重與墻后填料相同的均布土層 （1）按墻高確定的附加荷載強度進行換算 擋土墻設計中，換算均布土層厚度（m）可直接由擋土墻高度確定的附加荷載強度計算，如下圖所示，即：qh0第18頁/共41頁 （2）根據(jù)破裂棱體范圍內(nèi)布置的車輛荷載換算 根據(jù)墻后破裂棱體上的車輛荷載換算為容重與墻后填土相同的均布土層，如下圖所示，其厚度為：LBQh00第19頁/共4

11、1頁第三節(jié) 擋土墻的穩(wěn)定性驗算 一、作用在擋土墻上的力系力系力系永久荷載 可變荷載 偶然荷載 長期作用在擋土墻擋土墻結構重力 ，填土重力 ，填土側壓力 ，墻頂上的有效永久荷載 ，預加力 ，墻頂與第二破裂面之間的有效荷載 ，浮力及靜水壓力 ，混凝土收縮及徐變 如下圖車輛荷載引起的土側壓力 ，人群荷載，動水壓力 ，溫度變化的影響力等 暫時性的或?qū)儆跒暮π缘模卣?，滑坡、泥石流作用力等 第20頁/共41頁 永久荷載如圖所示： 擋土墻設計時，應根據(jù)可能同時出現(xiàn)的作用荷載，選擇荷載組合，常用的荷載組合如表： 組合荷載名稱擋土墻結構重力、墻頂上的有效永久荷載、填土重力、填土側壓力及其他永久荷載組合組合與

12、基本可變荷載相組合組合與其他可變荷載、偶然荷載相組合第21頁/共41頁 二、擋土墻設計原則 擋土墻設計按“分項安全系數(shù)極限狀態(tài)”法進行。擋土墻設計分承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。 當擋土墻出現(xiàn)以下任何一種狀態(tài)，即認為超過了承載力極限狀態(tài)：整個擋土墻或擋土墻的一部分作為剛體失去平衡；擋土墻的構件或連接部件因材料強度超過而破壞，或過度塑性變形；擋土墻結構變?yōu)闄C動體系或局部失去平衡。 擋土墻出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認為超過了正常使用極限狀態(tài)：影響正常使用或外觀變形；影響正常使用或耐久性的局部破壞（包括裂縫）；影響正常使用的其他特定狀態(tài)。 第22頁/共41頁 三、穩(wěn)定性驗算 （一）滑動穩(wěn)定性驗算擋土

13、墻的滑動穩(wěn)定性：在土壓力和其他外荷載作用下，基底摩阻力抵抗擋土墻滑移的能力。如圖：滑動穩(wěn)定方程 抗滑動穩(wěn)定系數(shù) 0tan)1 . 1 (tan)tan(1 . 1 21010201pQxQyQpQxyQErErErGErEErG第23頁/共41頁 （二）抗傾覆穩(wěn)定性驗算為保證抗傾覆穩(wěn)定性，須驗算抵抗墻身繞墻趾向外轉動傾覆的能力，如圖： 傾覆穩(wěn)定方程 抗傾覆穩(wěn)定系數(shù) 0)(8 . 021ppQyxxyQGZErZEZErGZ第24頁/共41頁 四、基底應力及合力偏心距驗算 1、基底合力的偏心矩：避免擋土墻不均勻沉陷 2、基礎地面的壓應力：保證擋土墻的基底應力不超過地基承載力 五、墻身截面強度驗算

14、 1、強度計算： 2、穩(wěn)定計算： faKdrARNr/0faKKdrARNr/00eddNM6Be)61 (2, 1BeANd6Be 1132dN02第25頁/共41頁第四節(jié) 加筋土結構 一、加筋土的機理 1、摩擦加筋理論 在加筋土結構中，由填土自重和外力產(chǎn)生的土壓力作用于墻面板，通過墻面板上的拉筋連接件將此土壓力傳遞給拉筋，企圖將拉筋從土中拉出。而拉筋材料又被土壓住，于是填土與拉筋之間的摩擦力阻止拉筋被拔出，如圖。因此，只要拉筋材料具有足夠的強度，并與土產(chǎn)生足夠的摩阻力，則加筋的土體就可保持穩(wěn)定。 第26頁/共41頁 2、準粘聚力理論 采用的拉筋，其彈性模量遠大于填土。拉筋與填土的共同作用，

15、包括填土的抗剪力、填土與拉筋的摩擦阻力及拉筋的抗拔力，使得加筋土的強度明顯提高，這可以從三軸試驗中得到驗證。 在沒有拉筋的土體中，在豎向應力作用下，土體產(chǎn)生豎向壓縮和側向膨脹變形。隨著豎向應力的加大，壓縮變形和膨脹變形也隨之加大，直到破壞 。應力狀態(tài)如圖：第27頁/共41頁 如下圖a所示。莫爾圓I為土體未破壞時的彈性應力狀態(tài)；圓II則是未加拉筋的土體極限應力狀態(tài)；圓III是加筋土體的應力狀態(tài)，在相同的軸向變形條件下，加筋土能承受較大的主應力差。這還可以通過常規(guī)三軸試驗中的應力變化情況來表示，如圖b所示，圓IV為無筋土極限狀態(tài)時的莫爾圓；圓VI為加筋土的莫爾圓，圓VI的與圓IV的相等，而能承受的

16、壓力則增加了；圓V為加筋土中填土的極限莫爾圓，其最大主應力與圓VI的相等，而最小主應力卻減小了。上述分析說明，加筋土體的強度有了增加，應有一條新的抗剪強度線來反映這種關系，如圖c所示。第28頁/共41頁 這已被試驗所證實，如下圖所示，圖中加筋砂與未加筋砂的強度曲線幾乎完全平行，說明值在加筋前后基本不變，加筋砂的力學性能的改善是由于新的復合土體（即加筋砂）具有“粘聚力”的緣故，“粘聚力”不是砂土固有的，而是加筋的結果，所以稱為“準粘聚力”。第29頁/共41頁 二、破壞模式及驗算項目1、內(nèi)部失穩(wěn)形式由于拉筋與填土之間結合力不足造成的加筋體斷裂 由于拉筋開裂造成的斷裂 2、外部失穩(wěn)形式 加筋土擋土墻

17、與地基間的摩阻力不足或墻后土體的側向推力過大所引起的滑移 加筋土擋土墻被墻后土體側向推力所傾覆 由于地基承載力不足或不均勻沉降而引起的傾斜 加筋土擋土墻及墻后土體出現(xiàn)整體滑動 第30頁/共41頁 三、拉筋拉力計算 1、加筋體自重產(chǎn)生的拉力 對第i層拉筋所產(chǎn)生的應力 水平應力： 豎向應力： 2、加筋體上路堤填土產(chǎn)生的拉力： 3、附加荷載產(chǎn)生的拉力： 4、拉筋拉力 四、拉筋長度計算yxiviziSSKTyxiihiSSKzT1yxiFFiSSKhT2yxiaiaiSSKT第31頁/共41頁第五節(jié) 其他輕型擋土墻結構一、懸臂式和扶壁式擋土墻 （一）懸臂式和扶壁式擋土墻的構造及適用條件 懸臂式和扶壁式

18、擋土墻的結構穩(wěn)定性是依靠墻身自重和墻踵板上方填土的重力來保證，而且墻趾板也顯著地增大了抗傾覆穩(wěn)定性，并大大減小了基底應力。它們的主要特點是構造簡單、施工方便，墻身斷面較小，自身質(zhì)量輕，可以較好地發(fā)揮材料的強度性能，能適應承載能力較低的地基。但是需消耗一定數(shù)量的鋼材和水泥 一般情況下，墻高6m以內(nèi)采用懸臂式，6m以上采用扶壁式。 （二）土壓力計算 （1）庫倫土壓力法:一般可采用庫倫土壓力理論計算，特別是填土表面為為折線或有局部荷載作用時第32頁/共41頁 （2）朗金土壓力法:填土表面為一平面或其上有均勻荷載作用時采用，如下圖所示按朗金土壓力理論計算的土壓力作用于通過墻踵的豎直面AC上，在立壁和墻

19、踵板設計時，應將 分成兩部分。 aE)2(210hHKHEaa)2(210111hHKHEaH)2()(210113hHHKHHEaB第33頁/共41頁 （三）墻身構造設計 （1）懸臂式擋土墻構造設計 懸臂式擋土墻分段長度不應大于15m，段間設置沉降縫和伸縮縫,墻踵板頂面水平 ,墻踵板寬度由全墻抗滑穩(wěn)定性確定，并具有一定的剛度 （2）扶壁式擋土墻 扶壁式擋土墻分段長度不應大于20m。扶肋間距一般為1/41/2墻高。墻面板寬度和墻底板厚度與扶壁間距成正比，扶壁式擋土墻有關構造要求如圖： 第34頁/共41頁 （四）墻身截面尺寸的擬定 懸臂式擋土墻的整體穩(wěn)定性通常取決于墻底板的寬度，增大墻底板的寬度

20、，可以提高擋土墻的抗滑穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性，減少基底應力。墻底板的寬度B可分為三部分：墻趾板寬度、立壁寬度和墻踵板寬度，如下圖所示。 第35頁/共41頁 （五）立壁和墻底板厚度 1、內(nèi)力計算 2、截面厚度計算 （六）墻身穩(wěn)定性及基底應力驗算 驗算內(nèi)容包括抗滑穩(wěn)性、抗傾覆穩(wěn)定性、基底應力及合力偏心矩、墻身截面強度等 第36頁/共41頁 二、錨桿擋土墻 （一）錨桿擋土墻的構造與布置 錨桿擋土墻是由鋼筋混凝土墻面和鋼錨桿組成，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。錨桿擋土墻可根據(jù)地形設計為單級或多級 （二）錨桿擋土墻設計 1、土壓力計算 2、擋土板設計 3、肋柱設計 4、錨桿設計 (1) 錨桿截面設計:作用于肋柱上的側壓力由錨桿承受，如上圖: (2) 錨桿長度設計:錨桿由非錨固端和有效錨固段組成。非錨固段不提供抗拔力，其長度應根據(jù)肋柱與主動破裂面或滑動面的實際距