第八章?lián)跬翂Φ?頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)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。二、擋土墻各部分的名稱一、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1.與移改路線位置進(jìn)行比較；2.與填筑或開挖邊坡相比較；3.與坼移有關(guān)干擾路基的構(gòu)造物（房屋、河流、水渠）等比較；4.與設(shè)置其他類型的構(gòu)造物（橋、護(hù)墻）等比較。第2頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三三、擋土墻的分類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（一）按照擋土墻設(shè)置的位置1、路塹擋土墻第3頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三2、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4頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三用于地形受限，需要收縮坡腳；防止陡坡堤下滑。3、路堤擋土墻第5頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三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）4、山坡?lián)跬翂Φ?頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三用于沿河路堤，需要收縮坡腳或防止水流沖淘5.浸水擋土墻第7頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三二、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（一）重力式擋土墻第8頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三1.錨桿式

（二）錨定式擋土墻2.錨定板式

第9頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三（三）薄壁式擋土墻2.扶壁式1.懸臂式第10頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三（四）加筋土擋土墻（五）土釘（釘土）擋土墻第11頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三一、一般條件下庫倫主動土壓力計算（一）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。第二節(jié)擋土墻土壓力計算第12頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三（二）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13頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三2.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14頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三3.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(dá)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(dá)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(dá)式。如下圖：第15頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三破裂面交于外邊坡第16頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三二、大俯角墻背的主動土壓力——第二破裂面法（一）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17頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三（一）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18頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三三、折線形墻背的土壓力計算（一）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（二）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19頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三2.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20頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三四、墻后為粘性土土壓力計算（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算D值。通常把粘性土的內(nèi)摩擦角值增大5°～10°，或采用等效內(nèi)摩擦角D為30°～35°。對于矮墻偏于安全，對于高墻則偏于危險。因此在設(shè)計高墻時，應(yīng)按墻高酌情降低D值

（二）力多邊形法1.首先求得當(dāng)c=0時的土壓力E′，Ea=E’－Ec；2.再求得由于粘聚力的作用而減少的土壓力

Ec3.用求駐點的辦法求最大土壓力和最危險破裂面第21頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三

五、不同土層的土壓力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，并近似的假定上下兩土層層面平行。計算下一土層時，將上一土層視為均布荷載，按地面為一平面時的庫侖公式計算。第22頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三六、有限范圍填土?xí)r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)其傾角陡于由計算求得的破裂面的傾角時，墻后填料將沿著陡破面(或滑動面)下滑，而不是沿著計算破裂面下滑，土壓力計算的破裂面為由勘察確定的實際可能發(fā)生的破裂面。計算時不必求取最危險破裂面和最大土壓力。第23頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三七、被動土壓力通常情況下?lián)跬翂η暗谋粍油翂毫刹挥嬎悖?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，可計入，但是應(yīng)對被動土壓力的計算值進(jìn)行大幅度的折減第24頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三八、墻背填土上的附加荷載（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(qiáng)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(qiáng)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25頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)重力式擋土墻設(shè)計一、擋土墻的布置1．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，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，宜選用路堤墻；5）沿河路堤設(shè)置擋土墻時，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。2．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；第26頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三3．擋土墻的橫向布置在墻高最大處、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)計資料，進(jìn)行擋土墻設(shè)計或套用標(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。4．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。沉降伸縮縫基地線泄水孔路線縱坡錐坡?lián)跬翂φ鎴D第27頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三二、擋土墻的構(gòu)造組成（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28頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三墻面一般均為平面，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(jì)。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(hù)欄。為保持土路肩最小寬度，護(hù)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(hù)欄第29頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三（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(kuò)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30頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三2.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(jìn)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31頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三（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)

?？籽坶g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(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，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32頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三（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(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，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33頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三（一）作用在擋土墻上的力系三、重力式擋土墻設(shè)計驗算第34頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三原則：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（二）不同條件下荷載組合第35頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三（三）擋土墻結(jié)構(gòu)分析的方法承載力極限狀態(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。1.結(jié)構(gòu)的承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)是擋土墻出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，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)的分項安全系數(shù)法為主的設(shè)計法，表達(dá)式為：第36頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三（四）驗算分析內(nèi)容1.擋土墻滑動穩(wěn)定性驗算GEyExEpa0第37頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三2.擋土墻滑傾覆穩(wěn)定性驗算第38頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三3.基底壓應(yīng)力及合力偏心矩驗算B/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，e=B/2-ZN第39頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三4.墻身截面強(qiáng)度驗算1）法向應(yīng)力驗算2）切應(yīng)力驗算第40頁，共48頁，2023年，2月20日，星期三（五）增加擋土墻穩(wěn)定性的措施1.增加抗滑穩(wěn)定性的方法土質(zhì)地基，不陡1:5；巖石地基，不陡于1