G7挡土墙设计.ppt

单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第 七 章,挡土墙设计,Retaining Wall Design,1,一、设置挡土墙情形：,1.,节约用地（限制）或减小土方量,。,2.,抗滑保护措施（稳定）,。,3.,防水流冲淘岸坡,。,二、设计内容：,1.,类型选择：原则：稳定、经济、可靠、耐久、美观,。,2.,构造设计；,3.,材料选取；,4.,土压力计算；,5.,稳定性分析。,7.1,挡土墙的类型、构造和布置,一、类型：,按结构形式和特点分有：重力式、薄壁式、锚固式、垛式、加筋土式等,按位置分有：路肩墙、路堤墙、路堑墙。,1.,重力式：,依靠墙身自重抵抗侧土压力（墙后土体的），断面尺寸较大。又分为直线式（仰斜、俯斜和垂直墙背）和折线式（凸式和衡重式）,。,2.,薄壁式：,钢筋混凝土结构，墙身断面较薄，靠土重来平衡侧向压力。,有悬臂式、扶壁式和柱板式（路堑高边坡）,2,3.,锚固式,：锚杆式、锚定板式、桩板式。,4.,垛式,：,钢筋混凝土构件纵横交错拼装成框架,。,5.,加筋土式,：面板、拉筋、填土三者的结合体。填土与拉筋间的摩擦力改善了土的性质，使得填土与拉筋结合成为一体。面板的作用是阻挡填土塌落挤出，迫使土与拉筋结合为整体。,二、,构造：,包括墙身、基础、填料、排水设施和沉降伸缩缝等。,1.,墙身：,根据墙的用途、高度及墙址处的地形、性质、水文等条件定，考虑材料强度和整体稳定。,1,）石砌挡土墙,：,仰斜墙背,：,1,：,0.151,：,0.25,，不能缓于,1,：,0.30,俯斜墙背,：,1,：,0.151,：,0.4,，低墙,H0.5m,，干砌时,0.6m,，干砌挡土墙顶部,0.5m,内用砂浆砌筑，以利稳定。,3,2,）悬臂式挡土墙,：面坡常用,1,：,0.021,：,0.05,，背坡可直立。,顶宽,0.15m,，路肩墙,0.2m,，踵板采用等厚,趾板端部厚度可减薄,但不小于,0.30m,。扶壁式挡土墙的立壁,常为等厚,间距常取墙高的,1/31/2,厚度约为间距的,1/81/6,但不小于,0.3m,。,踵板,趾板,立壁,3,）锚杆式挡土墙,：为便于立柱和挡板安装，大多采用竖直墙面。立柱间距,2.53.5m,，每根立柱视其高布置,23,根锚杆，锚杆的位置应尽量使立柱受弯分布均匀。锚杆一般水平向下倾斜,10,45,，并使锚杆长度尽可能短。锚杆的有效锚固长度在岩层中一般不小于,4 m,在稳定土层内，应有,910m,。锚孔内灌以膨胀水泥砂浆；锚孔口与墙面间一段锚杆采用沥青包扎防锈。挡墙分级设置时，每级高度不大于,6m,两级之间留有,12m,的平台，以利施工操作和安全。,4,）加筋土挡墙,：面板应坚固、美观、便于运输与安装。预制的面板有十字形、六角形、长条形等；拉筋用抗拉强度高、蠕变量小、柔韧性和耐久性好的材料：如钢带（厚不小于,3mm,，宽不小于,30mm,）、钢筋混凝土带（厚,610 cm,宽,1025cm,）、聚丙烯土工带（厚大于,0.8mm,，宽大于,18mm,）。拉筋长一般为,(0.81.0)H,但底部不小于,3m,，同时不小于,0.4H,。拉筋与面板结点的间距横向常为,0.51.0m,，竖向为,0.250.75m,，面板与拉筋连接可用螺栓或焊接。相邻面板间的连接常用企口和插销。墙高超过,12m,时，中部应设错台，即有利于调整墙面水平位移，减少面板对地基的压力并便于施工操作。另外，加筋体顶部的面板上应设置路檐板，以固定和约束面板，并可安装栏杆。,4,2.,基础：,通常挡土墙可直接建造在天然基础上。加筋挡土墙的面板，除平整的坚硬地基外，其底部应设置宽不小于,0.3m,、厚不小于,0.2m,的条形混凝土基础。当基础较软弱时，采用扩大基础。墙趾台阶的宽度不小于,0.2 m,，高度按材料的刚性角确定。墙趾处地面陡坡而地基较完整坚硬的岩层时，可将基础做成台阶形。台阶的高宽比不宜小于,2,：,1,，宽度不宜小于,0.5 m,。,挡土墙的基础应埋置足够的深度，以保证其稳定性。土质地基，基底埋深一般应在地表下不少于,1m,（加筋土挡墙的面板基础底面不应小于,0.6m,）；受水流冲刷时，应在冲刷线下至少,1 m,；有冻胀影响时，应在冻胀线以下不少于,0.25 m,，但非冻胀土地基可不受此限制。岩石地基，应清除表面风化层，基础嵌入岩层的深度不少于,0.150.6m,；当风化层较厚而难于清除时，可将基底埋在风化层中。对加筋土挡墙，应设宽度不小于,1m,的护脚。当挡土墙位于地质不良地段，基底土内可能出现滑动面时，应将基底埋置在滑动面以下一定深度（稳定岩层中不小于,0.5m,，稳定土中不小于,2.0m,），或采取其他措施，以防墙随土体一起滑动。,3.,填料：,挡土墙的背后，一般采用当地的土回填并压实，有条件时，应尽量选用有意断级配、内摩擦角大、透水性好、遇水后不易膨胀和非冻胀性的材料，如砂砾、碎石等。加筋土内的填料，应能与拉筋产生足够的摩阻力，易于压实，并具有良好的水温稳定性。加筋体填料的压实度，在距面板,1m,以内，全部墙高不低于,90%,；,1m,以外，则与路基压实度要求相同。,5,4.,排水设施：,挡土墙要采用适当的排水设施，以免墙身承受额外的侧压力（水压、冻胀压力）。墙后坡面和加筋体顶面应做好排水处理。如设排水沟。路堑墙墙趾前的边沟应予于铺砌加固；非浸水的加筋土挡墙，当面板埋深小于,1,米时，宜在墙面地表处设置宽为,1,米的混凝土或浆砌片石散水。浆砌挡土墙，因自身不透水，为防墙后积水，应根据渗水量在墙身的适当高度设置泄水孔。泄水孔常为,510cm,的圆孔，或,5cm10cm,、,10cm10cm,、,15cm20cm,的方孔；其间距一般为,23m,，最下排的出水口底部应高出地面,0.3m,。在泄水孔的进水口周围，应采用具有反滤作用的粗颗粒材料覆盖，以免填料流失而阻塞孔道。,5.,沉降伸缩缝：,为避免地基不均匀沉降而引起墙身开裂，须按墙高和地基性质的变异，设置沉降缝。同时，为防止圬工砌体因结硬收缩和温度变化而产生裂缝，须设置伸缩缝。这两种缝一般都合并设置，统称沉降伸缩缝。此缝自墙顶做到基底，缝宽,23cm,，土质地基，每隔,1015m,设一道；岩石地基间距可适当增大。浆砌挡土墙的沉降伸缩缝内可用胶泥填塞；但在渗水量大的而填料容易流失，或冻害严重地区，则宜用沥青麻筋或沥青木板等具有弹性的材料，沿挡土墙内、外、顶三方填塞，深度不宜小于,15cm,；当墙后填石且冻害不严重时，可不嵌填材料，仅设空缝。加筋土挡墙的沉降缝处，应采用异形面板，形成直缝，宽,12cm,。钢筋混凝土悬臂式和扶壁式挡土墙的伸缩缝，可采用企口缝，间距不超过,30m,。,三、,布置：,横向布置、纵向布置和平面布置,6,7.2,土压力计算,土压力类别：,有主动土压力、被动土压力和静止土压力。,挡土墙承受的,土压力，涉及到填料、墙和地基三者之间的相互作用，是一个非常复杂的问题。目前应用最广的土压力理论是以土体的极限平衡条件为基础的朗金和库伦理论。路基挡土墙是一种条形结构物，可沿纵向取单位长度的挡土墙进行研究。挡土墙往往受到墙后主动土压力的作用。,一、计算理论和公式：,1.,朗金理论：,又称极限应力法,对一具有倾斜表面的无粘性半无限土体，当土体侧向伸张而达到极限平衡状态时，将出现两组剪切面（破裂面）。,为土体表与水平面的夹角；,90,-,H,H/3,z,E,a,z,=,zk,a,B,V,7,此时，上、下侧剪切面所夹的锲体内，处于朗金主动应力状态，作用于竖直面,BV,上人任一深度处的主动土压力,z(kPa,),为,:,土压应力沿深度呈三角形分布，作用方向与土体表面平行，其合力,Ea,作用于,BV,面高度,H,的下三分点处，大小为：,因此，朗金理论仅适用于墙后填料内存在朗金主动应力状态的情况。即必须符合下列条件：,1.,挡土墙不妨碍第二破裂面的形成，即墙背（或假想墙背）倾斜角,应大于外破裂角,；,2.,位于第二破裂与墙背之间的土楔不沿墙背下滑，而随墙一起移动，即作用在墙背上的总压力与墙背法线的夹角,小于墙背摩擦角,；,3.,墙后填料表面必须为平面，其上无荷载或有连续均布荷载作用；,8,若墙后填料表面上作用连续均布荷载，则可将此荷载换算成等代土层厚度，此时，土压应力沿深度呈梯形分布，由土压应力图形的面积和形心的主动土压力为：,其作用点位置为：,h,0,H,Z,a,第二,破裂面,假想墙背,又朗金主动土压力是作用于过墙踵（或衡重台后缘）的竖直面上，与水平面成,角。,2.,库伦理论：,又称滑楔平衡法,它假设墙后填料为均质散粒体（无粘聚力），当墙向外移动或倾覆时，会出现一通过墙踵的破裂面，此破裂面与墙背这两个平面所夹的填料，即滑动土楔，视作刚性体，根据静力平衡条件，可确定土楔处于极限平衡状态时给予墙背的主动土压力：,R,G,H,H/3,G,9,适用范围：,1,）较广，可计算各种墙背情况（须为平面或近似平面）、不同墙后填料表面形状和荷载作用情况；,2,）砂性土；应用于粘性土时误差较大。,3,）仅适用于刚性挡土墙。柱板式、锚板式、锚定板式等柔性挡土墙，目前尚无成熟的理论和方法，常用近似方法计算（如忽略墙身柔性和锚杆的存在对,Ea,的影响）,对路堤墙：,如破裂面变化于堤顶范围内,如破裂面交于内边坡可按,=90,-,，,tg,=,如破裂面交于外边坡时，也可根据上述原理求得,h,0,a,H,10,在计算挡土墙土压力时，破裂面交于路基的位置，事先并不知道，须试算后确定。先定一破裂面，,，看是否与假设相符，如不符，重新假设破裂角再算；如出现验证与假设不符，改变图式后仍不符，则按破裂面交于两种边界条件的分界点来计算破裂角。,p,h,0,a,H,3.,计算理论的选用：,重力式挡土墙，常用库伦理论算土压力,Ea,，直线形墙背的坡度一般均较陡，可直接按库伦公式计算。当墙背为折线形时，常分别计算上、下墙的土压力，而后取其矢量和作为全墙的土压力。,计算上墙时可不考虑下墙的影响，计算下墙时，对上墙部分作近似处理，一般采用延长墙背法或均布超载法。见,P113,图,7-15,。,悬臂式和扶壁式挡土墙，如符合朗金理论的使用条件，就按朗金公式计算作用在墙踵竖直面上的土压力,Ea,，并分别算出立壁和踵板的,E,1,、,E,2,，而,G,作用在踵板上。若填料表面为折面或有局部荷载作用，又出现第二破裂面时，则按库伦公式计算第二破裂面上的土压力,Ea,，并假设,Ea,的水平分力,Ex,由立壁来承受，而踵板承受竖直分力,Ey,以及第二破裂面与墙之间的土重。当踵板较窄而立壁妨碍第二破裂面形成时，可将墙顶内缘与墙踵连线视为假想墙背，也用库伦土压力公式计算。,11,二、不同情况下的土压力计算：,1,、粘性土的土压力：,前述的朗金、库伦土压力公式在理论上只适用于无粘性土填料情况，但也可用于砂性土，其计算的结果较接近。若墙后土为粘性土，则需考虑粘聚力,C,对主动土压力的影响。,当墙身向外有足够位移时，粘性土土层的顶部会出现拉应力，并进而产生裂缝。在拉应力消失处裂缝区的深度范围内，土的侧压力等于零。裂缝区以下，当填料顶面为水平时，破裂面为平面，与水平面的夹角为,2,、有限范围填土的土压力：,若墙后土体内存在已知的陡坡面或潜在的滑动面，而且陡于计算求得的破裂面时，则墙后填料将沿陡坡面（或滑动面）下滑。此时，作用在墙背的主动土压力可直接按库伦公式计算（式中，,为已知的陡坡面与竖直面的夹角。,12,3,、成层土的土压力：,墙后填料为不同性质的土层时，可先求得上层土压力,E,1,，再近似地假设上下两土层层面平行，并将上层土重作为均布荷载，求算下层土压力,E,2,，全墙的土压力为二者矢量和。,4,、车辆荷载引起的土压力：,将车辆荷载按均布荷载来考虑，换算成等代均布土层厚度：,5,、浸水条件下的土压力：,墙后土体浸水后，一方面受浮力影响，另一方面抗剪能力下降，所以须考虑土体浸水的影响。,1,）填料为砂性土时：,2,）填料为粘土时：将浸水部分和未浸水部分视为不同性质的土层计算。,见,P116,图,7-21,13,6,、地震作用下的土压力：,三、土工参数的选取：,14,7.3,挡土墙验算,挡土墙必须有足够的稳定性和结构强度，以保证在各种组合荷载作用下不发生全墙的滑动、倾覆、过大的沉降及墙身的断裂等破坏。,一、作用力系：,有自重、墙后土体的主动土压力,Ea,、墙前土体的被动土压力,Ep,。浸水地区的浮力、水平地震力，作用在墙身重心处。如,H12m,，考虑乘以水平地震力沿墙高分布系数,i,。,荷载组合为三种：主要组合、附加组合和地震组合，与路基稳定性验算一样，取最不利组合作为设计依据。,二、滑动稳定验算：,挡土墙抵抗沿基底滑移的能力,主要组合、附加组合时,Kc,1.3,、地震组合时,Kc,1.1,。,N,、,T,为挡土墙基底面上承受的法向力、切向力。,E,P,E,x,E,y,E,a,Z,y,G,N,T,如抗滑能力不足，可采用,:1),改善地基或填料，提高,f;,2),采用斜底面；,3),采用凸榫底面。,15,四、基底应力验算：,三、倾覆稳定验算：,挡土墙抵抗绕墙趾向外转动而倾覆的能力。,主要组合,K,0,1,.5,、附加组合时,K,0,1.3,、地震组合时,K,0,1.1,。,如抗倾覆能力不足，改善措施为：,1,）扩大基底宽度；,2),改变墙背或墙面坡度（改陡府斜墙背，改缓仰斜墙背；改缓墙面坡度）；,3),改变墙身断面形式。如：,改为衡重式,挡土墙的基底应力和偏心距应加以限制，以免引起过大和明显不均匀的沉降。基底应力计算采用偏心受压公式，见,P122,图,7-27,。,16,五、墙身截面强度验算：,1.,验算偏心受压时抗压强度：基底、基础顶面、墙高一半处、上墙底面等处。,2.,验算抗剪强度：墙身断面突变处。,当,eB/6,时，基底一侧将出现拉应力考虑到基底与基础不能承受拉应力,2,）改变墙背坡度或断面型式；,K,、,e,、,0,值见,P123,表,7-5,。,如基底应力或偏心距过大，改善措施为：,1,）加宽基底；,3,）改善地基（如换填材料）。,见,P123-124,例题,7.2,1,1,2,2,3,3,17,7.4,加筋土结构计算,一、加筋土基本原理：,1.,视加筋土为复合材料：当竖向压力增大时，拉筋的侧向约束力随之增大；加筋土强度提高，主要靠筋土间的摩阻力，但受材料抗拉强度,的限制。,2.,视加筋土结构为锚定结构：在加筋土中，由填土自重和外力产生的侧压力作用于面板，通过面板上的拉筋连接件将此侧压力传递给拉筋，依靠筋土摩阻力取得平衡，以保持加筋体稳定。,试验表明：拉筋承受的拉力,T,沿长度,L,方向呈弓形分布。各层加筋最大拉力,T,max,作用点连线接近对数螺旋线。最大拉力迹线与极限荷载作用下出现的破裂面相吻合。它把填料分为活动（滑动）区和稳定（锚固）区。活动区内的填料通过摩擦作用而施加于拉筋表面的剪切应力,指向墙面，欲将拉筋外拔；而稳定区内的拉筋表面剪切应力指向墙后，则阻止拉筋外被拔出。在活动区顶部的填料大致处于静止应力状态，随着深度增加填料逐渐接近朗金主动应力状态。,如拉筋间距大或用低模量拉筋（如土工带），由于墙面与填料可能出现的侧移较大，破裂面与水平面夹角近似为,45,+,/2,。,活动区,稳定区,库伦破裂面,H,T,max,加筋土挡墙,拉力沿拉筋分布,最大拉力迹线,L,18,二、验算项目：,分为外部（全墙）和内部稳定性分析,1.,外部稳定性分析有：地基应力、基底滑移和倾覆稳定性验算。,2.,内部稳定性分析有：拉筋拉力,T,i,、拉筋断面面积,A,i,和拉筋长度,L,。,三、拉筋拉力计算：,式中：,S,h,、,S,v,分别为拉筋水平、竖向间距，,h,为侧向土压应力。,1.,在加筋体上的路堤填土（容重,2,）,近似地换算成连续均布荷载（,2,h,F,）,计入竖向应力,v,内,。,H,a,h,F,19,2.,车辆荷载也换算成厚,h,0,的等代均布土层。当车辆能够进入活动区时，荷载分布宽度,B,分别用路基全宽和活动区内宽度进行计算，取,h,0,值较大者；当车辆不能进入活动区时，,B,值取路基全宽。由于车辆荷载影响会随深度增加而减少，一般采用,2,：,1,向下扩散来传递荷载，则在车辆荷载作用下，,z,处竖向应力：,3.,地震作用时，用地震组合荷载，不计车辆荷载作用，在,z,处水平地震力引起的土压力增量：,H,a,z,h,0,1,1,2,2,20,四、,拉筋断面计算：,五、拉筋长度计算：,根据拉筋的拉力,T,i,（,kN,),，计算拉筋所需面积,A,i,(mm,),为防止拉筋在工作时拔出，每根钢筋必须具备足够的长度,L,。它由两部分组成：,L=L,a,+L,e,La,、,Le,分别为拉筋埋在活动区和稳定区内的长度。,H,H,2,H,1,L,Le,La,简化破裂面,加筋体中活动区与稳定区的分界面一般简化为上部竖直，与面板距离,b,H,采用,0.3H,；下部倾斜，与水平面夹角,H,采用（,45,+,/2,）。简化破裂面高度：,H,1,=H,H,2,H,2,=0.3Htan(45,+,/2,）。,21,在稳定区内的长度,Le,须使拉筋同周围填料所能提供的摩擦力,S,i,不得小于拉筋所受到的拉力,T,i,。,b,i,为第,i,层计算单元内拉筋的宽度；,f,s,为拉筋与填料的似摩擦系数；,P119,表,7-2,所列的,f,s,值可供设计时参考。,K,f,为抗拔安全系数,K,f,的容许值，荷载组合为主要组合、附加组合和地震组合荷载时分别取,2.0,、,1.7,和,1.2,。,作业：,7.3,，,7.10,22,