道路工程路基擋土墻設計講義

第八章路基擋土墻設計第八章路基擋土墻設計第一節(jié)擋土墻的類型、構造和布置第二節(jié)土壓力計算第三節(jié)擋土墻的穩(wěn)定性驗算第四節(jié)加筋土結(jié)構第五節(jié)其他輕型擋土墻結(jié)構第一節(jié)擋土墻的類型、構造和布置一、基本概念擋土墻是用來支撐路基填土或山坡土體，防止填土或土體變形失穩(wěn)的一種構造物。擋土墻的各部分名稱如圖：二、擋土墻類型及適用范圍常見的擋土墻形式有：重力式、衡重式、懸臂式、扶壁式、加筋土式、錨桿式和錨定板式1．重力式擋土墻：依靠墻身自重支撐土壓力來維持其穩(wěn)定，特點圬工量較大，但其形式簡單，施工方便，可就地取材，適應性較強2．錨定式擋土墻：分錨桿式和錨定板式兩種，特點工程量省，施工安全，較為經(jīng)濟，有利于實現(xiàn)結(jié)構輕型化和施工機械化

3．薄壁式擋土墻：鋼筋混凝土結(jié)構，包括懸臂式和扶壁式兩種，特點鋼筋與混凝土用量大，經(jīng)濟性差，宜在石料缺乏、地基承載力較低的填方路段采用4．加筋土擋土墻：通過填土與拉筋間的摩擦作用，把土的側(cè)壓力傳給拉筋穩(wěn)定土體，特點施工簡便、外形美觀、占地面積少，而且對地基的適應性大，結(jié)構簡單，圬工數(shù)量少，經(jīng)濟效益大三、擋土墻構造及布置

（一）擋土墻的構造常用的重力式擋土墻一般是由墻身、基礎、排水設施和伸縮縫等部分組成1、墻身構造重力式擋土墻的墻背坡度一般采用1:0.25仰斜，仰斜墻背坡度不宜緩于1:0.3；俯斜墻背坡度一般為1:0.25～1:0.4，衡重式或凸折式擋土墻下墻墻背坡度多采用1:0.25～1:0.30仰斜，上墻墻背坡度受墻身強度控制，根據(jù)上墻高度，采用1:0.25～1:0.45俯斜，,如下圖所示；在地形險峻地段，或過高過長的路肩墻的墻頂應設置護欄；設置沉降縫2、排水設施由地面排水和墻身排水兩部分組成地面排水措施：①設置地面排水溝，截引地表水；②夯實回填土頂面和地表松土，防止雨水和地面水下滲，必要時可設鋪砌層；③路塹擋土墻墻趾前的邊溝應予以鋪砌加固，以防邊溝水滲入基礎。墻身排水：為了排除墻后積水，通常在墻身的適當高度處布置一排或數(shù)排泄水孔。如下圖所示：3、基礎埋置深度（二）擋土墻的布置擋土墻的布置，通常在路基橫斷面圖和墻址縱斷面圖上進行。1、擋土墻位置的選定路塹擋土墻大多數(shù)設在邊溝旁，當路肩墻和路堤墻的墻高或截面圬工數(shù)量相近、基礎情況相似時優(yōu)先選用路肩墻，按路基寬布置擋土墻位置2、縱向布置擋土墻縱向布置在墻址縱斷面圖上進行，布置后繪成擋土墻正面圖。如圖：

布置的內(nèi)容有：（1）確定擋土墻的起訖點和墻長，選擇擋土墻與路基或其它結(jié)構物的銜接方式。（2）按地基及地形情況進行分段，確定伸縮縫與沉降縫的位置（3）布置各段擋土墻的基礎。（4）布置泄水孔的位置，包括數(shù)量、間隔和尺寸等。

3、橫向布置橫向布置選擇在墻高最大處、墻身斷面或基礎形式有變異處，以及其它必需樁號的橫斷面圖上進行。

4、平面布置針對于個別復雜的擋土墻，如高、長的沿河擋土墻和曲線擋土墻

第二節(jié)土壓力計算一、土壓力類型根據(jù)擋土墻的位移和墻后土體所處的應力狀態(tài)分靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力三種類型。a)靜止土壓力;b)主動土壓力;c)被動土壓力1．靜止土壓力如果擋土墻的剛度很大，在土壓力作用下，墻體不發(fā)生變形和任何位移，墻背后土體處于彈性平衡狀態(tài)，此時墻背所受的土壓力稱為靜止土壓力，以表示

2．主動土壓力如果擋土墻在土壓力作用下產(chǎn)生位移，墻對土體的側(cè)向應力逐漸減小，土體出現(xiàn)向下滑動的趨勢。土的抗剪應力抵抗著這一滑動。當墻的側(cè)向應力減小到某一數(shù)值，且土的抗剪強度充分發(fā)揮時，土體處于極限平衡狀態(tài)，與此相應的土壓力稱為主動土壓力，以符號表示。3．被動土壓力如果擋土墻在外力作用下推擠土體，墻對土體的側(cè)向應力增大，土體出現(xiàn)向上滑動，土的抗剪力阻止著這一滑動。當墻對土體的側(cè)向應力增大到某一數(shù)值，使土的抗剪強度充分發(fā)揮時，土體處于另一種極限平衡狀態(tài)，與此相應的土壓力稱為被動土壓力，以符號表示。二、庫倫土壓力理論（一）基本原理庫倫土壓力理論從研究墻后宏觀土體的滑動出發(fā)，當墻后破裂棱體產(chǎn)生滑動時，土體處于極限平衡狀態(tài)，根據(jù)破裂棱體的靜力平衡條件，求得墻背主動土壓力和被動土壓力。假設：（1）墻后土體為均質(zhì)散粒體，粒間僅有內(nèi)摩擦力而無粘聚力；（2）當墻產(chǎn)生一定位移，墻后土體形成破裂棱體，并沿墻背和破裂面滑動；（3）破裂面為通過墻踵的一平面；（4）當墻后土體開始滑動時，土體處于極限平衡狀態(tài)，破裂棱體在其自重、墻背反力和破裂面反力的作用下維持靜力平衡。（5）擋土墻及破裂棱體均視為剛體，在外力作用下不發(fā)生變形。（二）主動土壓力如下圖，AB為擋土墻墻背，BC為破裂面，BC與豎值方向的夾角為破裂角θ，即為破裂棱柱體。這個棱體上作用著三個力，即破裂棱體自重、主動土壓力的反力、破裂面上的反力。當填土表面為傾斜平面時，如下圖所示：所得的主動土壓力的表達式為：

＝（三）庫倫土壓力理論的適用范圍（1）庫倫理論概念清晰、計算簡單、適應范圍較廣（2）庫倫理論較適用于砂性土，用于粘性土時，應考慮粘聚力的影響。（3）庫倫理論不僅適用于墻背平面為平面或近似平面的擋土墻，也可用于形墻背。（4）土體中出現(xiàn)第二破裂面，應按第二破裂面法計算。（5）庫倫理論用于仰斜墻背時，墻背坡度不宜太緩。（6）庫倫理論僅適用于剛性擋土墻。（7）庫倫理論適用于地面或墻后填土表面傾角的情況。三、不同情況下的土壓力計算（一）第二破裂面的土壓力在擋土墻設計中，當墻背俯斜很緩時，即墻背傾角很大的情況，如折線形擋土墻的上墻墻背或衡重式擋土墻的假想墻背（下圖），當墻后土體達到主動極限平衡狀態(tài)時，破裂棱體并不沿墻背或假想墻背滑動，而是沿土體的另一滑動面滑動，則稱為第二破裂面。第二破裂面出現(xiàn)的條件是：（1）墻背傾角必須大于第二破裂面的傾角；（2）作用于墻背或假想墻背上的合力對墻背法線的傾角δ′應小于或等于墻背摩擦角δ。對于一般常用的俯斜墻背，上述條件不能滿足，故不會出現(xiàn)第二破裂面。衡重式墻的上墻或懸臂式墻只要滿足第一個條件，即出現(xiàn)第二破裂面。設計時應首先辨別是否出現(xiàn)第二破裂面，然后再用相應的公式計算土壓力。計算是按上下墻分別計算

（二）折線形墻背的土壓力計算（三）粘性土土壓力計算采用換算內(nèi)摩擦角法來計算粘性土的主動土壓力（四）有限范圍填土的土壓力計算墻后填土不是沿著計算的破裂面滑動，而是沿著已知滑動面滑動用有限范圍填土土壓力計算問題，計算圖示如下：（五）片車輛荷蠢載作用伙下的土酒壓力車輛俘荷載廊近似廢地按鬼均布普荷載息考慮墨，并固將其擇換算踩成容押重與矩墻后踏填料格相同聞的均脖布土遙層（1）按墻須高確定伸的附加捉荷載強猛度進行餓換算擋土墻帖設計中費，換算慰均布土控層厚度者（m）可仁直接裂由擋遙土墻惕高度地確定哄的附舒加荷馬載強侵度計載算，斃如下驚圖所盈示，吼即：（2）根據(jù)嫌破裂棱哄體范圍她內(nèi)布置悟的車輛暈荷載換還算根據(jù)墻矮后破裂望棱體上值的車輛向荷載換惠算為容朽重與墻非后填土杠相同的齊均布土俱層，如印下圖所滿示，其閉厚度為臭：第三節(jié)題擋鞠土墻的觸穩(wěn)定性慕驗算一、作緣瑞用在擋學土墻上布的力系力系永久荷晶載可變料荷載偶然荷舟載長期作儲用在擋灶土墻擋土純墻結(jié)瞞構重稈力向，填狠土重緩力往，填薪土側(cè)然壓力宏，墻頂撐上的投有效成永久建荷載士，磁預加芳力蛇，墻頂權與第份二破枕裂面保之間鴿的有券效荷如載補，浮力蘿及靜叮水壓莫力夠，混縣凝土紋收縮品及徐紹變?nèi)缦聢D車輛荷背載引起庫的土側(cè)垮壓力快，人群沒荷載，動水壓徹力，針溫度變隔化的影呈響力等暫時特性的媽或?qū)偕子跒那o害性能的，掛地震撐，獎滑坡敲、泥石流市作用力才等永久荷管載如圖夫所示：擋土余墻設研計時床，應決根據(jù)戲可能程同時仁出現(xiàn)雨的作虜用荷驗載，餃選擇像荷載逼組合討，常既用的米荷載難組合抵如表絕：組合荷載名稱Ⅰ擋土墻結(jié)構重力、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、元擋土鞭墻設甩計原焰則擋土墻婦設計按憐“分項傳安全系易數(shù)極限葡狀態(tài)”能法進行龜。擋土保墻設計侵分承載力牲極限狀少態(tài)和正常使蛋用極限狀態(tài)。當擋致土墻踢出現(xiàn)冷以下國任何失一種脫狀態(tài)處，即多認為圣超過買了承伶載力吹極限嬌狀態(tài)你：①稱整個躲擋土綁墻或脅擋土鍬墻的合一部夸分作斃為剛已體失捉去平雖衡；勞②擋詢土墻倒的構獲件或云連接套部件寇因材胳料強篇度超支過而他破壞拆，或宗過度櫻塑性至變形陸；③嬌擋土擦墻結(jié)延構變州為機踢動體切系或鏡局部雞失去余平衡晝。擋土墻問出現(xiàn)下翠列狀態(tài)盟之一時音，即認龍為超過助了正常煤使用極負限狀態(tài)脅：①影脹響正常潮使用或膠外觀變驅(qū)形；②轉(zhuǎn)影響正蘿常使用舞或耐久解性的局編部破壞閱（包括蒸裂縫）壤；③影訂響正常盜使用的獵其他特細定狀態(tài)蔥。三、穩(wěn)折定性驗餐算（一）鼠滑動穩(wěn)輕定性驗姿算擋土艇墻的歷滑動晶穩(wěn)定砍性：半在土汁壓力出和其尖他外吩荷載凡作用描下，碧基底刑摩阻代力抵神抗擋孝土墻冊滑移謎的能粘力。榴如圖肆：滑動懸穩(wěn)定湖方程抗滑動胸穩(wěn)定系棋數(shù)（二）夕抗傾覆寺穩(wěn)定性牧驗算為保證釘抗傾覆押穩(wěn)定性賓，須驗算抵頃抗墻身緒繞墻趾靈向外轉(zhuǎn)劍動傾覆常的能力頓，如圖盒：傾覆穩(wěn)穩(wěn)定方程抗傾覆率穩(wěn)定系嚴數(shù)四、衣基底屢應力乳及合若力偏鞏心距砍驗算1、基察底合演力的普偏心成矩：故避免域擋土球墻不肚均勻廚沉陷＝2、基礎詞地面的聲壓應力陵：保證則擋土墻風的基底倒應力不造超過地蟲基承載蘋力五、墻己身截面杜強度驗謎算1、強浪度計乏算：2、穩(wěn)定燥計算：第四節(jié)椅加鹽筋土結(jié)欣構一、史加筋弄土的感機理1、摩疑擦加振筋理蟲論在加筋階土結(jié)構咽中，由稈填土自沃重和外漲力產(chǎn)生峰的土壓幻玉力作用擺于墻面輕板，通旅過墻面買板上的位拉筋連坊接件將夏此土壓扭力傳遞哄給拉筋簽，企圖漿將拉筋蹤蝶從土中嫁拉出。筍而拉筋絕材料又宰被土壓串住，于都是填土省與拉筋罰之間的虧摩擦力軟阻止拉浩筋被拔悉出，如瀉圖。因愧此，只插要拉筋槐材料具程有足夠太的強度咽，并與憤土產(chǎn)生水足夠的桂摩阻力慕，則加該筋的土漢體就可騾保持穩(wěn)稠定。2、準貢粘聚鑼力理龍論采用優(yōu)的拉住筋，成其彈猴性模祥量遠辯大于仗填土忘。拉岔筋與萌填土旨的共飄同作饒用，蜂包括恒填土群的抗妙剪力曉、填邀土與銳拉筋喇的摩辯擦阻免力及朗拉筋歌的抗蜘拔力展，使馳得加貌筋土薪的強戴度明植顯提授高，前這可瞎以從埋三軸剪試驗鏈中得哨到驗地證。在沒有臨拉筋的饑土體中嘴，在豎嗚向應力綢作用下轉(zhuǎn)，土體逐產(chǎn)生豎忘向壓縮狠和側(cè)向鄭膨脹變朵形。隨協(xié)著豎向蜂應力的俗加大，惜壓縮變妥形和膨外脹變形克也隨之碼加大，寫直到破串壞。箱應力狀畫態(tài)如圖都：如下圖a所示抗。莫穩(wěn)爾圓I為土豈體未敢破壞瀉時的皺彈性病應力書狀態(tài)毫；圓II則是穴未加機拉筋屑的土管體極玩限應摧力狀葛態(tài)；尼圓II懶I是加喚筋土可體的科應力譽狀態(tài)其，在妹相同略的軸封向變焰形條細件下鋪，加圾筋土得能承舍受較洗大的葵主應女力差克。這遲還可章以通摘過常嶺規(guī)三界軸試哈驗中潔的應孕力變厘化情拘況來民表示拴，如愛圖b所示肺，圓IV為無筋引土極限溪狀態(tài)時興的莫爾悼圓；圓VI為加筋離土的莫割爾圓，割圓VI的與圓IV的相等覆，而能距承受的跡壓力則裕增加了捆；圓V為加筋段土中填葬土的極有限莫爾志圓，其碑最大主另應力與幸圓VI的相等膽，而最捎小主應飾力卻減均小了。次上述分肢析說明津，加筋依土體的峰強度有與了增加晝，應有稠一條新媽的抗剪撒強度線茶來反映味這種關畜系，如接圖c所示擔。這已宋被試濾驗所語證實覆，如爽下圖弊所示悅，圖從中加群筋砂康與未磁加筋晃砂的傷強度胡曲線饑幾乎械完全裕平行爹，說池明值穗在加投筋前懷后基典本不掏變，閣加筋從砂的格力學沈性能然的改押善是混由于出新的路復合娃土體甚（即具加筋澤砂）棉具有長“粘源聚力協(xié)”的嫌緣故咽，“燥粘聚城力”電不是凳砂土炭固有幣的，任而是酸加筋清的結(jié)叉果，例所以概稱為尾“準咸粘聚厚力”乏。二、破份壞模式稱及驗算班項目1、內(nèi)部焰失穩(wěn)形詢式由于拉瀉筋與填踢土之間蒙結(jié)合力訊不足造牽成的加俘筋體斷冤裂由于拉解筋開裂善造成的綁斷裂2、外度部失定穩(wěn)形滅式加筋土牢擋土墻屯與地基國間的摩那阻力不辭足或墻后巴土體的昨側(cè)向推總力過大然所引起遺的滑移加筋土豈擋土墻爭被墻后哨土體側(cè)酸向推力毫所傾覆由于地發(fā)基承載瓜力不足賤或不均委勻沉降越而引起綿的傾斜加筋梳土擋紋土墻屋及墻速后土駱體出背現(xiàn)整付體滑曲動三、歸拉筋賢拉力猶計算1、加拔筋體湯自重肢產(chǎn)生辦的拉槳力對第i層拉筋任所產(chǎn)生削的應力水平應闊力：豎向應著力：2、加筋體菊上路堤霜填土產(chǎn)麗生的拉融力：3、附加存荷載產(chǎn)小生的拉書力：4、拉掙筋拉氧力四、拉緒筋長度鞏計算第五節(jié)崇其支他輕型礎擋土墻解結(jié)構一、扎懸臂怕式和午扶壁欠式擋惜土墻（一）神懸臂式料和扶壁情式擋土據(jù)墻的構腫造及適今用條件懸臂壺式和裹扶壁穴式擋蓮土墻熊的結(jié)艙構穩(wěn)尾定性理是依太靠墻弓身自統(tǒng)重和戚墻踵滑板上漢方填熊土的創(chuàng)重力笛來保涼證，邁而且壯墻趾見板也攔顯著猜地增悅大了湖抗傾煙覆穩(wěn)參定性潤，并滑大大躁減小淚了基嘗底應圈力。幟它們浪的主腫要特估點是敏構造捉簡單縫、施儲工方太便，掘墻身吸斷面貿(mào)較小社，自潑身質(zhì)創(chuàng)量輕橫，可途以較荒好地矛發(fā)揮話材料茂的強座度性線能，建能適短應承合載能摟力較陷低的陵地基芳。但碧是需桌消耗李一定雙數(shù)量河的鋼推材和夸水泥一般情基況下，檔墻高6m以內(nèi)蕉采用衫懸臂程式，6m以上采峽用扶壁幕式。（二）速土壓力玩計算（1）庫荒倫土淚壓力膨法:一般油可采芝用庫救倫土咸壓力嗚理論勝計算偷，特滔別是刮填土漲表面濟為為辜折線層或有片局部熔荷載兇作用杰時（2）朗金巷土壓力輝法:填土格表面囑為一娘平面龍或其州上有咱均勻癢荷載磚作用盒時采菜用，控如下依圖所外示按定朗金百土壓謙力理錘論計策算的柳土壓譯力作床用于竹通過在墻踵坦的豎泊直面AC上，遮在立罰壁和壤墻踵扶板設賓計時燈，應昏將羨分插成兩垮部分服。（三防）墻醋身構位造設棵計（1）懸思臂式曾擋土床墻構校造設惑計懸臂任式擋哨土墻黃分段貝長度格不應永大于15敘m，段間寫設置沉村降縫和于伸縮縫,墻踵受板頂抓面水鬼平,墻踵斥板寬升度由縫全墻仍抗滑腿穩(wěn)定節(jié)性確斬定，叢并具虧有一雄定的鐮剛度（2）扶壁孔式擋土梅墻扶壁式禮擋土墻膏分段長瓜度不應戚大于20m。扶肋司間距一馬般為1/嗓4~謙1/擊2墻高。椒墻面板膠寬度和脫墻底板堅厚度與彩扶壁間憶距成正恢比，扶丸壁式擋撇土墻有挑關構造特要求如殘圖：（四）摟墻身截萍面尺寸菌的擬定懸臂何式擋鎖土墻芬的整依體穩(wěn)碰定性犧通常斷取決幼于墻追底板燙的寬雷度，另增大量墻底猛板的棵寬度洋，可換以提霸高擋盤土墻歐的抗博滑穩(wěn)按定性壘和抗饒傾覆秀穩(wěn)定案性，社減少別基底積應力遷。墻械底板究的寬吸度B可分爽為三音部分左：墻爹趾板平寬度益、立忍壁寬羅度和近墻踵聽板寬暑度，別如下榴圖所笑示。（五）錄立壁和徹墻底板股厚度1、內(nèi)植力計的算2、截喇面厚猛度計支算（六）撞墻身穩(wěn)駝定性及賣基底應屋力驗算驗算蠟內(nèi)容叼包括娃抗滑焰穩(wěn)性擁、抗未傾覆淡穩(wěn)定蓋性、躺基底揉應力哥及合搭力偏想心矩拌、墻碌身截球面強刮度等二、錨薪桿擋土逃墻（一）恥錨桿擋頑土墻的財構造與么布置錨桿咸擋土釋墻是擾由鋼芳筋混尸凝土麥墻面影和鋼醉錨桿跡組成滴，靠品錨固兩在穩(wěn)握定地呆層內(nèi)糕的錨鐵桿對茅墻面均的水揉平拉彈力以犧保持亞墻身廳的穩(wěn)距定。獸錨桿脖擋土叛墻可往根據(jù)郵地形白設計巴為單熱級或佩多級（二）麥錨桿擋鉆土墻設糖計1、土壓技力計算2、擋土敏板設計3、肋柱貪設計4、錨桿相設計(1)錨桿截車面設計:作用于蹤蝶肋柱上簽的側(cè)壓桶力由錨伍桿承受停，如上積圖:(2)錨桿長艷度設計:錨桿由殘非錨固喝端和有紀效錨固魚段組成之。非錨替固段不業(yè)提供抗福拔力，貴其長度戴應根據(jù)餡肋柱與胸主動破香裂面或叼滑動面秒的實際趁距離確晚定，如粥圖所示滾。三、眉錨定抄板擋園土墻（一）歡錨定板從擋土墻邀的構造錨定板田擋土墻璃是由鋼步筋混凝于土墻面翅、鋼拉器桿、錨馬定板以費及其間刮的填土毅共同形寒成的一畝種組合撤擋土結(jié)脖構，它借借助于配埋在