1、7/16/2022Engineering of Subgrade and Pavement7/16/20222第六章 擋土墻設(shè)計(jì)(retaining wall design)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7/16/20223第一節(jié) 概述 一、擋土墻的用途 擋土墻是用來(lái)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。7/16/20224二、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(lái)維持穩(wěn)定。 2

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。7/16/202256-1 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:7/16/202267/16/20227四、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(jiǎn)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A 豎直式B 俯斜式C 仰斜式D 折線式E 衡重式7/16/20228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

3、化施工. 適用條件: 墻身高,缺乏石料,地基開(kāi)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7/16/20229(1)錨桿式 (2)錨定板式 7/16/202210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7/16/2022114.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7/16/2022125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。 7/1

4、6/2022136柱板式擋土墻7樁板式擋土墻7/16/2022148垛式（框架式）擋土墻7/16/202215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。7/16/2022166-2 擋土墻土壓力計(jì)算7/16/2022177/16/2022184.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7/16/202219二、一般條件下庫(kù)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)7/16/2022202.坡裂

5、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=H2Ka 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)； 7/16/202221（一）各種邊界條件下主動(dòng)土壓力計(jì)算:(五種位置)7/16/2022221.破裂面交于內(nèi)邊坡: 圖示7/16/2022237/16/2022247/16/2022257/16/2022262.破裂面交于路基面:7/16/202227（1）破裂面交于荷載中部 破裂棱角的斷面面積:7/16/2022287/16/202229將代入(6)式求得主動(dòng)土壓力Ea

6、. 注意:(5)、(6)式具有普遍意義,無(wú)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.7/16/202230(2)破裂面交于荷載外側(cè): 則: (7) .7/16/202231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7/16/202232(3)破裂面交于荷載內(nèi)側(cè): 在(7)式中令7/16/2022333.破裂面交于外邊坡:7/16/2022347/16/202235化簡(jiǎn): 式中:P，Q，R見(jiàn)課本P1157/16/202

7、236三、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；7/16/2022377/16/202238滿足：7/16/202239四、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),

8、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7/16/202240五、粘性土土壓力計(jì)算:7/16/2022412.力多邊形法(數(shù)解法): 水平壓應(yīng)力 靜力平衡條件： 7/16/202242六、不同土層的土壓力計(jì)算:近似方法P122P123 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7/16/2022437/16/202244八、被動(dòng)土壓力計(jì)算: 7/16/202245九、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(zhǎng)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B0L面積內(nèi)

9、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： 7/16/202246L的計(jì)算長(zhǎng)度,取下述兩者之較大值: (1)分段長(zhǎng)度,應(yīng)不大于15m. (2)一輛重車的擴(kuò)散長(zhǎng)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(zhǎng)度(m). H-擋土墻高度(m). a -墻頂面以上填土高度(m).7/16/202247規(guī)定: a.汽車荷載: 縱向:當(dāng)取用分段長(zhǎng)度,為分段長(zhǎng)度內(nèi)可能布置的車輪, 當(dāng)采用一段重車的擴(kuò)散長(zhǎng)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

10、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.7/16/202248補(bǔ)充: 庫(kù)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(lái)確定土壓力，這類土壓力理論最初是由法國(guó)的庫(kù)倫CA Coulomb)于1773年提出的，稱為庫(kù)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 7/16/202249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;

11、2) 破裂面通過(guò)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。7/16/202250朗肯土壓力理論：從研究彈性伴半無(wú)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(guó)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。 7/16/202251它的基本假定是： (1) 擋土墻墻面是豎直、光滑的； (2) 擋土

12、墻墻背面的填土是均質(zhì)各向同性的無(wú)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。7/16/202252 經(jīng)典的庫(kù)倫和朗肯土壓力理論，因其計(jì)算簡(jiǎn)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)? 7/16/202253一、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(méi)有考慮建筑物的變位方式的對(duì)土壓力的影響。7/16/2022547/16/2022557/16/202256第三節(jié) 擋土墻設(shè)計(jì)一、擋土墻的布置 1.

13、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(zhǎng)，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；7/16/202257 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 沉降伸縮縫基地線泄水孔路線縱坡錐坡?lián)跬翂φ鎴D7/16/202258二、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)

14、臺(tái)階基礎(chǔ)換填基礎(chǔ) （2）基礎(chǔ)埋置深度：無(wú)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；7/16/202259 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。 7/16/2022603、排水設(shè)施：墻身泄水孔7/16/2022614.沉降縫與伸縮縫：合并設(shè)置1015設(shè)置一條，縫寬23cm 內(nèi)，外，頂三方填塞膠泥、瀝青或涂瀝青木板7/16/202262三擋土墻荷載的計(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

15、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7/16/2022632、 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：7/16/2022643 、 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 1.07/16/20226516-4 擋土墻穩(wěn)定性分析一 、 設(shè)計(jì)參數(shù)的敏感性分析 7/16/202266二、計(jì)算要求 1、 控制墻身不產(chǎn)生沿基底的滑移

16、破壞 2 、墻身不產(chǎn)生沿墻趾的傾覆 3、 基底不出現(xiàn)過(guò)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(kāi)裂7/16/202267三、 抗滑穩(wěn)定性分析7/16/202268四、抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算7/16/202269五、基底應(yīng)力及合力偏心矩驗(yàn)算： 1） 基礎(chǔ)地面壓應(yīng)力7/16/2022707/16/2022712）基底合力偏心矩： 滿足表6-9 3）地基承載力抗力值7/16/202272六、 墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算 1、 驗(yàn)算斷面選擇7/16/202273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

17、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。7/16/202274二、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)。7/16/202275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 = C z K h G C z 綜合影響系數(shù)； K h 水平地震系數(shù)； G 破裂棱體與擋土墻的

18、重量；二、地震作用下的土壓力 直接采用一般庫(kù)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。7/16/202276四、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(zhǎng)度不宜超過(guò)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。7/16/20227

19、7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(jiǎn)單，適用于比較松軟的地基，墻高一般在69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7/16/202278二、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)12米寬的平臺(tái)。每級(jí)擋土墻不宜過(guò)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(zhǎng)度設(shè)計(jì)； 錨桿與立柱的連接；7/16/202279三、錨定板擋土墻

20、 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(lái)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(lái)源與錨定板前的填土的被動(dòng)抗力。7/16/202280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(kāi)。當(dāng)相鄰墻面的內(nèi)夾

21、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7/16/2022812006-1-19 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(guò)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.7/16/2022822006-1-19 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

22、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(guó)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。7/16/2022832006-1-19 84 拉筋，又稱筋帶，承受垂直力和水平拉力，其作用是通過(guò)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(zhǎng)度不小于4m的等長(zhǎng)拉筋；墻高大于3m時(shí)，可采用長(zhǎng)度不小于5m的不等長(zhǎng)拉筋，但不宜多于三種長(zhǎng)度，且相鄰的不等長(zhǎng)拉筋長(zhǎng)度之差不宜小于1.0m。采用鋼筋混凝土帶時(shí)，每節(jié)長(zhǎng)度不宜大于3.0m。金屬拉筋應(yīng)做好防銹處理。7/16/2022842006-1-19 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(wú)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