PPT道路工程路基擋土墻設計講義

第八章路路基基擋土墻墻設計第八章路路基基擋土墻墻設計第一節(jié)擋擋土土墻的類類型、構(gòu)構(gòu)造和布布置第二節(jié)土土壓壓力計算算第三節(jié)擋擋土土墻的穩(wěn)穩(wěn)定性驗驗算第四節(jié)加加筋筋土結(jié)構(gòu)構(gòu)第五節(jié)其其他他輕型擋擋土墻結(jié)結(jié)構(gòu)第一節(jié)擋擋土土墻的類類型、構(gòu)構(gòu)造和布布置一、基本本概念擋土墻是是用來支支撐路基基填土或或山坡土土體，防防止填土土或土體體變形失失穩(wěn)的一一種構(gòu)造造物。擋土墻的的各部分分名稱如如圖：二、擋土土墻類型型及適用用范圍常見的擋擋土墻形形式有：：重力式、、衡重式式、懸臂臂式、扶扶壁式、、加筋土土式、錨錨桿式和和錨定板板式1．重力式式擋土墻墻：依靠靠墻身自自重支撐撐土壓力力來維持持其穩(wěn)定定，特點點圬工量量較大，，但其形形式簡單單，施工工方便，，可就地地取材，，適應性性較強2．錨定式式擋土墻墻：分錨錨桿式和和錨定板板式兩種種，特點點工程量量省，，施工安安全，較較為經(jīng)濟濟，有利利于實現(xiàn)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕輕型化和和施工機機械化3．薄壁式式擋土墻墻：鋼筋筋混凝土土結(jié)構(gòu)，，包括懸懸臂式和和扶壁式式兩種，，特點鋼鋼筋與混混凝土用用量大，，經(jīng)濟性性差，，宜在石石料缺乏乏、地基基承載力力較低的的填方路路段采用用4．加筋土土擋土墻墻：通過過填土與與拉筋間間的摩擦擦作用，，把土的的側(cè)壓力力傳給拉拉筋穩(wěn)定定土體，，特點施施工簡便便、外形形美觀、、占地面面積少，，而且對對地基的的適應性性大，，結(jié)構(gòu)簡簡單，圬圬工數(shù)量量少，經(jīng)經(jīng)濟效益益大三、擋土土墻構(gòu)造造及布置置（一）擋擋土墻的的構(gòu)造常用的重重力式擋擋土墻一一般是由由墻身、、基礎、、排水設設施和伸伸縮縫等等部分組組成1、墻身構(gòu)造造重力式擋擋土墻的的墻背坡坡度一般般采用1:0.25仰斜，仰斜墻背背坡度不不宜緩于于1:0.3；俯斜墻背坡度度一般為為1:0.25～1:0.4，衡重式或或凸折式式擋土墻墻下墻墻墻背坡度度多采用用1:0.25～1:0.30仰斜，上墻墻背背坡度受受墻身強強度控制制，根據(jù)上墻墻高度，采用1:0.25～1:0.45俯斜，,如下圖所所示；在在地形險險峻地段段，或過過高過長長的路肩肩墻的墻墻頂應設設置護欄欄；設置沉降降縫2、排水設設施由地面排排水和墻墻身排水水兩部分分組成地面排水水措施：①設置地面面排水溝溝，截引地表表水；②夯實回填土土頂面和和地表松松土，防止雨水水和地面面水下滲滲，必要時可可設鋪砌砌層；③路塹擋土墻墻趾前的邊邊溝應予予以鋪砌砌加固，以防邊溝溝水滲入基礎。。墻身排水水：為了排除除墻后積積水，通常在墻墻身的適適當高度度處布置置一排或或數(shù)排泄泄水孔。如下圖圖所示：：3、基礎埋置置深度（二）擋擋土墻的的布置擋土墻的的布置，，通常在在路基橫橫斷面圖圖和墻址址縱斷面面圖上進進行。1、擋土墻墻位置的的選定路塹擋土土墻大多多數(shù)設在在邊溝旁旁，當當路肩墻墻和路堤堤墻的墻墻高或截截面圬工工數(shù)量相相近、基基礎情況況相似時時優(yōu)先選選用路肩肩墻，按按路基寬寬布置擋擋土墻位位置2、縱向布布置擋土墻縱縱向布置置在墻址址縱斷面面圖上進進行，布布置后繪繪成擋土土墻正面面圖。如如圖：布置的內(nèi)內(nèi)容有：：（1）確定擋擋土墻的的起訖點點和墻長長，選擇擇擋土墻墻與路基基或其它它結(jié)構(gòu)物物的銜接接方式。。（2）按地基基及地形形情況進進行分段段，確定定伸縮縫縫與沉降降縫的位位置（3）布置各各段擋土土墻的基基礎。（4）布置泄泄水孔的的位置，，包括數(shù)數(shù)量、間間隔和尺尺寸等。。3、橫向布置置橫向布置選選擇在墻高高最大處、、墻身斷面面或基礎形形式有變異異處，以及及其它必需需樁號的橫橫斷面圖上上進行。4、平面布置置針對于個別別復雜的擋擋土墻，如如高、長的的沿河擋土土墻和曲線線擋土墻第二節(jié)土土壓力計計算一、土壓力力類型根據(jù)擋土墻墻的位移和和墻后土體體所處的應應力狀態(tài)分分靜止土壓力力、主動土壓力力和被動土壓力力三種類型。。a)靜止土壓力力;b)主動土壓力力;c)被動土壓力力1．靜止土壓壓力如果擋土墻墻的剛度很很大，在土土壓力作用用下，墻體體不發(fā)生變變形和任何何位移，墻墻背后土體體處于彈性性平衡狀態(tài)態(tài)，此時時墻背所受受的土壓力力稱為靜止止土壓力，，以表表示2．主動土壓壓力如果擋土墻墻在土壓力力作用下產(chǎn)產(chǎn)生位移，，墻對土體體的側(cè)向應應力逐漸減減小，土體體出現(xiàn)向下下滑動的趨趨勢。土的的抗剪應力力抵抗著這這一滑動。。當墻的側(cè)側(cè)向應力減減小到某一一數(shù)值，且且土的抗剪剪強度充分分發(fā)揮時，，土體處于于極限平衡衡狀態(tài)，與與此相應的的土壓力稱稱為主動土土壓力，以以符號表表示。3．被動土壓壓力如果擋土墻墻在外力作作用下推擠擠土體，墻墻對土體的的側(cè)向應力力增大，土土體出現(xiàn)向向上滑動，，土的抗剪剪力阻止著著這一滑動動。當墻對對土體的側(cè)側(cè)向應力增增大到某一一數(shù)值，使使土的抗剪剪強度充分分發(fā)揮時，，土體處于于另一種極極限平衡狀狀態(tài)，與此此相應的土土壓力稱為為被動土壓壓力，以符符號表表示。二、庫倫土壓力理論論（一）基本本原理庫倫土壓力力理論從研研究墻后宏宏觀土體的的滑動出發(fā)發(fā)，當墻后破裂裂棱體產(chǎn)生生滑動時，土體處于極極限平衡狀狀態(tài)，根據(jù)破裂棱棱體的靜力力平衡條件件，求得墻背主主動土壓力力和被動土土壓力。假設：（1）墻后土體為均均質(zhì)散粒體體，粒間僅有內(nèi)內(nèi)摩擦力而而無粘聚力力；（2）當墻產(chǎn)生一定定位移，墻后土體形形成破裂棱棱體，并沿墻背和和破裂面滑滑動；（3）破裂面為通通過墻踵的的一平面；（4）當墻后土體體開始滑動動時，土體處于極極限平衡狀狀態(tài)，破裂棱體在在其自重、墻背反力和和破裂面反反力的作用用下維持靜靜力平衡。（5）擋土墻及破破裂棱體均均視為剛體體，在外力作用用下不發(fā)生生變形。（二）主動動土壓力如下圖，AB為擋土墻墻墻背，BC為破裂面，，BC與豎值方向向的夾角為為破裂角θ，即為破裂裂棱柱體。。這個棱體體上作用著著三個力，，即破裂棱棱體自重、、主動土壓壓力的反力力、破裂面面上的反力力。當填土表面面為傾斜平平面時，如如下圖所示示：所得的主動動土壓力的的表達式為為：＝（三）庫倫倫土壓力理理論的適用用范圍（1）庫倫理論論概念清晰晰、計算簡簡單、適應應范圍較廣廣（2）庫倫理論論較適用于于砂性土，，用于粘性性土時，應應考慮粘聚聚力的影響響。（3）庫倫理論論不僅適用用于墻背平平面為平面面或近似平平面的擋土土墻，也可可用于形墻墻背。（4）土體中出出現(xiàn)第二破破裂面，應應按第二破破裂面法計計算。（5）庫倫理論論用于仰斜斜墻背時，，墻背坡度度不宜太緩緩。（6）庫倫理論論僅適用于于剛性擋土土墻。（7）庫倫理論論適用于地地面或墻后后填土表面面傾角的的情情況。三、不同情情況下的土土壓力計算算（一）第二二破裂面的的土壓力在擋土墻設設計中，當當墻背俯斜斜很緩時，，即墻背傾傾角很大的的情況，如如折線形擋擋土墻的上上墻墻背或或衡重式擋擋土墻的假假想墻背（（下圖），，當墻后土土體達到主主動極限平平衡狀態(tài)時時，破裂棱棱體并不沿沿墻背或假假想墻背滑滑動，而是是沿土體的的另一滑動動面滑動，，則稱為第第二破裂面面。第二破裂面面出現(xiàn)的條條件是：（1）墻背傾角角必須大于于第二破裂裂面的傾角角；（2）作用于墻墻背或假想想墻背上的的合力對墻墻背法線的的傾角δ′應小于或等等于墻背摩摩擦角δ。對于一般常常用的俯斜斜墻背，上上述條件不不能滿足，，故不會出出現(xiàn)第二破破裂面。衡衡重式墻的的上墻或懸懸臂式墻只只要滿足第第一個條件件，即出現(xiàn)現(xiàn)第二破裂裂面。設計計時應首先先辨別是否否出現(xiàn)第二二破裂面，，然后再用用相應的公公式計算土土壓力。計算是按上上下墻分別別計算（二）折線線形墻背的的土壓力計計算（三）粘性性土土壓力力計算采用換算內(nèi)內(nèi)摩擦角法法來計算粘粘性土的主主動土壓力力（四）有限限范圍填土土的土壓力力計算墻后填土不不是沿著計計算的破裂裂面滑動，，而是沿著著已知滑動動面滑動用用有限范圍圍填土土壓壓力計算問問題，計算算圖示如下下：（五）車輛輛荷載作用用下的土壓壓力車輛荷載近近似地按均均布荷載考考慮，并將將其換算成成容重與墻墻后填料相相同的均布布土層（1）按墻高確確定的附加加荷載強度度進行換算算擋土墻設計計中，換算算均布土層層厚度（m）可直接由由擋土墻高高度確定的的附加荷載載強度計算算，如下圖圖所示，即即：（2）根據(jù)破裂裂棱體范圍圍內(nèi)布置的的車輛荷載載換算根據(jù)墻后破破裂棱體上上的車輛荷荷載換算為為容重與墻墻后填土相相同的均布布土層，如如下圖所示示，其厚度度為：第三節(jié)擋擋土墻的的穩(wěn)定性驗驗算一、作用在在擋土墻上上的力系力系永久荷載可變荷載偶然荷載長期作用在在擋土墻擋土墻結(jié)構(gòu)構(gòu)重力，，填土重力力，填土土側(cè)壓力，，墻頂上的有有效永久荷荷載，預預加力，，墻頂與第二二破裂面之之間的有效效荷載，，浮力及靜水水壓力，，混凝土收收縮及徐變變?nèi)缦聢D車輛荷載引引起的土側(cè)側(cè)壓力，，人群荷載載，動水壓力，，溫度變變化的影響響力等暫時性的或或?qū)儆跒暮π缘模氐卣?，滑滑坡、泥石流作用用力等永久荷載如如圖所示：：擋土墻設計計時，應根根據(jù)可能同同時出現(xiàn)的的作用荷載載，選擇荷荷載組合，，常用的荷荷載組合如如表：組合荷載名稱Ⅰ擋土墻結(jié)構(gòu)重力、墻頂上的有效永久荷載、填土重力、填土側(cè)壓力及其他永久荷載組合Ⅱ組合Ⅰ與基本可變荷載相組合Ⅲ組合Ⅱ與其他可變荷載、偶然荷載相組合二、擋土墻設設計原則擋土墻設計按按“分項安全全系數(shù)極限狀狀態(tài)”法進行行。擋土墻設設計分承載力極限狀狀態(tài)和正常使用極限限狀態(tài)。當擋土墻出現(xiàn)現(xiàn)以下任何一一種狀態(tài)，即即認為超過了了承載力極限限狀態(tài)：①整整個擋土墻或或擋土墻的一一部分作為剛剛體失去平衡衡；②擋土墻墻的構(gòu)件或連連接部件因材材料強度超過過而破壞，或或過度塑性變變形；③擋土土墻結(jié)構(gòu)變?yōu)闉闄C動體系或或局部失去平平衡。擋土墻出現(xiàn)下下列狀態(tài)之一一時，即認為為超過了正常常使用極限狀狀態(tài)：①影響響正常使用或或外觀變形；；②影響正常常使用或耐久久性的局部破破壞（包括裂裂縫）；③影影響正常使用用的其他特定定狀態(tài)。三、穩(wěn)定性驗驗算（一）滑動穩(wěn)穩(wěn)定性驗算擋土墻的滑動動穩(wěn)定性：在在土壓力和其其他外荷載作作用下，基底底摩阻力抵抗抗擋土墻滑移移的能力。如如圖：滑動穩(wěn)定方程程抗滑動穩(wěn)定系系數(shù)（二）抗傾覆覆穩(wěn)定性驗算算為保證抗傾覆覆穩(wěn)定性，須須驗算抵抗墻身身繞墻趾向外外轉(zhuǎn)動傾覆的的能力，如圖圖：傾覆穩(wěn)定方程程抗傾覆穩(wěn)定系系數(shù)四、基底應力力及合力偏心心距驗算1、基底合力的的偏心矩：避避免擋土墻不不均勻沉陷＝2、基礎地面的的壓應力：保保證擋土墻的的基底應力不不超過地基承承載力五、墻身截面面強度驗算1、強度計算：2、穩(wěn)定計算：：第四節(jié)加加筋土結(jié)構(gòu)一、加筋土的的機理1、摩擦加筋理理論在加筋土結(jié)構(gòu)構(gòu)中，由填土土自重和外力力產(chǎn)生的土壓壓力作用于墻墻面板，通過過墻面板上的的拉筋連接件件將此土壓力力傳遞給拉筋筋，企圖將拉拉筋從土中拉拉出。而拉筋筋材料又被土土壓住，于是是填土與拉筋筋之間的摩擦擦力阻止拉筋筋被拔出，如如圖。因此，，只要拉筋材材料具有足夠夠的強度，并并與土產(chǎn)生足足夠的摩阻力力，則加筋的的土體就可保保持穩(wěn)定。2、準粘聚力理理論采用的拉筋，，其彈性模量量遠大于填土土。拉筋與填填土的共同作作用，包括填填土的抗剪力力、填土與拉拉筋的摩擦阻阻力及拉筋的的抗拔力，使使得加筋土的的強度明顯提提高，這可以以從三軸試驗驗中得到驗證證。在沒有拉筋的的土體中，在在豎向應力作作用下，土體體產(chǎn)生豎向壓壓縮和側(cè)向膨膨脹變形。隨隨著豎向應力力的加大，壓壓縮變形和膨膨脹變形也隨隨之加大，直直到破壞。。應力狀態(tài)如如圖：如下圖a所示。莫爾圓圓I為土體未破壞壞時的彈性應應力狀態(tài)；圓圓II則是未加拉筋筋的土體極限限應力狀態(tài)；；圓III是加筋土體的的應力狀態(tài)，，在相同的軸軸向變形條件件下，加筋土土能承受較大大的主應力差差。這還可以以通過常規(guī)三三軸試驗中的的應力變化情情況來表示，，如圖b所示，圓IV為無筋土極限限狀態(tài)時的莫莫爾圓；圓VI為加筋土的莫莫爾圓，圓VI的與圓IV的相等，而能能承受的壓力力則增加了；；圓V為加筋土中填填土的極限莫莫爾圓，其最最大主應力與與圓VI的相等，而最最小主應力卻卻減小了。上上述分析說明明，加筋土體體的強度有了了增加，應有有一條新的抗抗剪強度線來來反映這種關關系，如圖c所示。這已被試驗所所證實，如下下圖所示，圖圖中加筋砂與與未加筋砂的的強度曲線幾幾乎完全平行行，說明值在在加筋前后基基本不變，加加筋砂的力學學性能的改善善是由于新的的復合土體（（即加筋砂））具有“粘聚聚力”的緣故故，“粘聚力力”不是砂土土固有的，而而是加筋的結(jié)結(jié)果，所以稱稱為“準粘聚聚力”。二、破壞模式式及驗算項目目1、內(nèi)部失穩(wěn)形形式由于拉筋與填填土之間結(jié)合合力不足造成成的加筋體斷斷裂由于拉筋開裂裂造成的斷裂裂2、外部失穩(wěn)形形式加筋土擋土墻墻與地基間的的摩阻力不足足或墻后土體的的側(cè)向推力過過大所引起的的滑移加筋土擋土墻墻被墻后土體體側(cè)向推力所所傾覆由于地基承載載力不足或不不均勻沉降而而引起的傾斜斜加筋土擋土墻墻及墻后土體體出現(xiàn)整體滑滑動三、拉筋拉力力計算1、加筋體自重重產(chǎn)生的拉力力對第i層拉筋所產(chǎn)生生的應力水平應力：豎向應力：2、加筋體上路堤堤填土產(chǎn)生的的拉力：3、附加加荷載載產(chǎn)生生的拉拉力：：4、拉筋筋拉力力四、拉拉筋長長度計計算第五節(jié)節(jié)其其他他輕型型擋土土墻結(jié)結(jié)構(gòu)一、懸懸臂式式和扶扶壁式式擋土土墻（一））懸臂臂式和和扶壁壁式擋擋土墻墻的構(gòu)構(gòu)造及及適用用條件件懸臂式式和扶扶壁式式擋土土墻的的結(jié)構(gòu)構(gòu)穩(wěn)定定性是是依靠靠墻身身自重重和墻墻踵板板上方方填土土的重重力來來保證證，而而且墻墻趾板板也顯顯著地地增大大了抗抗傾覆覆穩(wěn)定定性，，并大大大減減小了了基底底應力力。它它們的的主要要特點點是構(gòu)構(gòu)造簡簡單、、施工工方便便，墻墻身斷斷面較較小，，自身身質(zhì)量量輕，，可以以較好好地發(fā)發(fā)揮材材料的的強度度性能能，能能適應應承載載能力力較低低的地地基。。但是是需消消耗一一定數(shù)數(shù)量的的鋼材材和水水泥一般情情況下下，墻墻高6m以內(nèi)采采用懸懸臂式式，6m以上采采用扶扶壁式式。（二））土壓壓力計計算（1）庫倫倫土壓壓力法法:一般可可采用用庫倫倫土壓壓力理理論計計算，，特別別是填填土表表面為為為折折線或或有局局部荷荷載作作用時時（2）朗金金土壓壓力法法:填土表表面為為一平平面或或其上上有均均勻荷荷載作作用時時采用用，如如下圖圖所示示按朗朗金土土壓力力理論論計算算的土土壓力力作用用于通通過墻墻踵的的豎直直面AC上，在在立壁壁和墻墻踵板板設計計時，，應將將分分成成兩部部分。。（三））墻身身構(gòu)造造設計計（1）懸臂臂式擋擋土墻墻構(gòu)造造設計計懸臂式式擋土土墻分分段長長度不不應大大于15m，段間間設置置沉降降縫和和伸縮縮縫,墻踵板板頂面面水平平,墻踵板板寬度度由全全墻抗抗滑穩(wěn)穩(wěn)定性性確定定，并并具有有一定定的剛剛度（2）扶壁壁式擋擋土墻墻扶壁式式擋土土墻分（四））墻身身截面面尺寸寸的擬擬定懸臂式式擋土土墻的的整體體穩(wěn)定定性通通常取取決于于墻底底板的的寬度度，增增大（五））立壁壁和墻墻底板板厚度度1、內(nèi)力力計算算2、截面面厚度度計算算（六））墻身身穩(wěn)定定性及及基底底應力力驗算算驗算內(nèi)內(nèi)容包包括抗抗滑穩(wěn)穩(wěn)性、、抗傾傾覆穩(wěn)穩(wěn)定性性、基基底應應力及及合力力偏心心矩、、墻身身截面面強度度等二、錨錨桿擋擋土墻墻（一））錨桿桿擋土土墻的的構(gòu)造造與布布置錨桿擋擋土墻墻是由由鋼筋筋混凝凝土墻墻面和和鋼錨錨桿組組成，，靠錨錨固在在穩(wěn)定定地層