1、第五章 擋土墻,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 。,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、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,1.錨桿式,（二）錨定式擋土墻

2、,2.錨定板式,（三）薄壁式擋土墻,2.扶壁式,1.懸臂式,（四）加筋土擋土墻,（五）土釘（釘土）擋土墻,（六）柱板式擋土墻,（七）樁板式擋土墻,（八）垛式（框架式）擋土墻,一、一般條件下庫倫主動(dòng)土壓力計(jì)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(dòng)或饒墻趾外傾時(shí)，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(jì)算,（二）庫侖主動(dòng)土壓力公式的推導(dǎo)（破裂面交于內(nèi)邊坡時(shí)）,1.力的大小,由正弦定理：,2.最大主動(dòng)土壓力最危險(xiǎn)破裂面的確定,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

3、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：,Pcossincos(）sincoscos（） Q=cos()cos（）cos(）cos（） Rcossincos(）sincos（）cos,3.力的方向和作用點(diǎn),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(diǎn),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(diǎn)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(shí)，只需要改變土楔重力G的表達(dá)式，同時(shí)在土壓應(yīng)力分

4、布圖中疊加車輛荷載，就能得到類似的表達(dá)式。如下圖：,破裂面交于外邊坡,二、大俯角墻背的主動(dòng)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,（一）推導(dǎo)過程,1根據(jù)邊界條件，計(jì)算破裂棱體（包括棱體上的荷載）的重量G,2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(diǎn)的辦法）,4求主動(dòng)土壓力Ea的作用點(diǎn),繪土壓應(yīng)力分布圖,三、折線形墻背的土壓力計(jì)算,（一）上墻土

5、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,以墻背轉(zhuǎn)折點(diǎn)或衡重臺為界分為上墻、下墻 ，分別計(jì)算取兩者矢量和,（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,四、墻后為粘

6、性土土壓力計(jì)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(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,（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,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(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

7、公式計(jì)算。,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(dòng)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(dòng)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。,七、被動(dòng)土壓力,通常情況下?lián)跬翂η暗谋粍?dòng)土壓力可不計(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(dòng)破壞時(shí)，可計(jì)入，但是應(yīng)對被動(dòng)土壓力的計(jì)算值進(jìn)行大幅度的折減,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 2 m，取 20kN/m

8、2；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,是否考慮附加荷載由實(shí)際情況決定,第三節(jié) 重力式擋土墻設(shè)計(jì),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(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

9、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。,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(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；,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(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

10、水設(shè)施等，并繪制擋土墻橫斷面圖。,4平面布置,個(gè)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。,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1：0.151：0.25,4）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1：0.251：0.45，下墻仰斜墻背在1：0.25左右，上下墻的墻高比一般采用2：3

11、,3）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2：3,2）俯斜墻背適用于路堤墻、路肩墻。常用1：0.151：0.25，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(jì)手冊,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(shí)，墻面坡度一般為1：0.051：0.20，矮墻可采用陡直墻面；地面平緩時(shí)，一般采用1：0.201：0.35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，

12、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(xiǎn)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,（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(shí)，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

13、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(shí)，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(shí)，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(jiān)硬岸石時(shí)，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)。,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(shí)，應(yīng)在天然地面以下至少1m； (2)有沖刷時(shí)，應(yīng)在沖刷線以下至少1m； (3)受凍脹影響時(shí)，應(yīng)在凍結(jié)線以下不少于0.25m。當(dāng)

14、凍深超過1m時(shí)，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(shí)，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(dòng)面時(shí)，應(yīng)進(jìn)行地基抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算，將基礎(chǔ)底面埋置在滑動(dòng)面以下，或采用其它措施，以防止擋土墻滑動(dòng)。,（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(shí)，可在墻上部加設(shè)一排匯水孔(圖b) ?？籽坶g距一般為23m，

15、對于浸水擋土墻孔眼間距一般1.01.5m，干旱地區(qū)可適當(dāng)加大，孔眼上下錯(cuò)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),（四）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

16、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。,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,（一）作用在擋土墻上的力系,三、重力式擋土墻設(shè)計(jì)驗(yàn)算,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,（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(gè)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）

17、擋土墻結(jié)構(gòu)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)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(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);,式中的設(shè)計(jì)基本變量通過概率分析取其代表值，而以分項(xiàng)系數(shù)來反映它們的變異性。,承載能力極限狀態(tài)作用（或荷載）分項(xiàng)系數(shù),（四）驗(yàn)算分析內(nèi)容,1.擋土墻滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算,或,N作用于基底上合力的豎向分力； 墻前被動(dòng)土壓力

18、的0.3倍。,規(guī)范建議：設(shè)計(jì)分析采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式，按照總安全系數(shù)法來校準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果。,2.擋土墻滑傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算,或,3.基底合力偏心矩和基底壓應(yīng)力驗(yàn)算,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。,5.墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算,污工構(gòu)件或材料的抗力分項(xiàng)系數(shù)；,軸向力偏心影響系數(shù),計(jì)算時(shí)，在不同荷載組合情況下彎矩和軸向力的分項(xiàng)系數(shù)與地基驗(yàn)算不同，表達(dá)式：,荷載組合效應(yīng)系數(shù),荷載組合、取1.0，取0.8，施工荷載取0.7。,1）墻身抗壓強(qiáng)度驗(yàn)算,污工材料的容許偏心矩：荷載組合、時(shí)，e00.25B； 時(shí)e00.3B；施工荷載時(shí)e00.33B。,2）墻身抗彎穩(wěn)定性

19、驗(yàn)算,偏心受壓構(gòu)件在彎曲平面內(nèi)的縱向彎曲系數(shù)；,與材料有關(guān)的系數(shù)；,（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1:3,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的要求,傾斜基底,凸榫基底,2.增加抗傾覆穩(wěn)定性的方法,展寬墻趾,改變墻面及墻背坡度,改變墻身斷面類型,第四節(jié) 加筋土擋土墻設(shè)計(jì),一、加筋土的機(jī)理,材料入場,該工程使用的鋼絲網(wǎng)，鋼絲(筋)直徑4.5mm-7mm，高度和寬度統(tǒng)一，分別為0.61m和1.22m，長度2.4m-7.32m。為滿足整體穩(wěn)定性要求，部分墻體需采用更大鋼絲網(wǎng)。最長達(dá)12m左右。,堆放場地,根據(jù)鋼絲等級，間距，長度等參數(shù)的不同，加筋網(wǎng)分為不同的規(guī)格。該工程使用的加筋網(wǎng)有72種類型。如果不分別堆放，將對后續(xù)施工造成很大不便,抄平，壓實(shí)地基，鋪設(shè)首層加筋網(wǎng)。這張圖顯示該位置擋土墻存在整體穩(wěn)定性問題，設(shè)計(jì)采用了墻底加設(shè)巖土錨桿和連系