悬臂式挡土墙设计.docx

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悬臂式挡土墙设计

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课程设计

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《岩土锚固与支挡工程》课程设计书

题F--（悬臂式挡土墙设计）

1.滑坡概况

1.1地形地貌

该滑坡位于成都地区某河左岸某村，海拔高程位于189~335m之间，相对高差146m，坡度变化较大，约5～30°，呈阶梯状，前缘、后缘及台地之间交接部位较陡，发育多条“V”型冲沟，深度1~10m。

滑坡区纵向长约200m，横向宽约300m，面积约2.8×104m2，平均厚度约10m，体积约28×104m3。

设计基本地震加速度为0.10g（抗震设防烈度为7度）。

1.2气象水文

该区域属亚热带季风气候区，春早、夏热、秋雨绵、冬暖而多雾，无霜期长，气候温暖湿润，雨量充沛。

多年平均气温16.6℃～18.7℃，极端最低气温-4.5℃（1961年1月17日），极端最高温42℃（1961年7月24日），相对湿度80%左右；年降雨量1149.3～1213.5mm，其中5～9月降雨量占全年降雨量的70%，9月份出现高峰值，占全年降雨量的15.6%，冬季（12月至次年2月）降雨量最少，仅占全年降雨量的4.2%，日最大雨量220.5mm（1982年7月11日），三日最大雨量357.7mm。

根据当地水文资料，设计暴雨强度为0.153mm/min。

1.3地层岩性

勘察区地层由坡积物、滑坡堆积物及侏罗系上统沙溪庙组（J2s）组成。

坡积物（Q4dl）：

厚约1～3m，为紫红色粉质粘土夹块碎石，块碎石直径0.1～0.5m，含量约15％～20％，主要分布于山间凹地、平台及斜坡坡脚地带。

滑坡堆积（Q4del）：

粘性土夹碎石或碎块石夹粘性土，厚度不均，约8~30m。

侏罗系中统上沙溪庙组（J2S）砂岩：

青灰-灰绿色、灰白色、黄灰色，主要矿物成分为长石、石英，及少量白云母，细-中粒结构，中厚层-厚层状构造，较坚硬，产状：

330°∠5°。

1.4滑坡边界特征

滑坡后缘以处于陡坡上部的平缓台地与田坎交界处为界，陡坡上部平缓处可见地面裂缝；前缘直至坡脚；两侧以冲沟为界。

滑坡范围内，田地里可见长度约50m，宽约3-5cm裂缝，走向185°；某居民住宅地坪可见裂缝长7.0m，宽宽1-3cm，走向175°，地面下沉约2~10cm，该裂缝于2004年9月出现，以后逐年加宽；某居民房屋可见拉张裂缝、地面裂缝等现象，裂缝走向约195°。

1.5滑体物质组成

含碎块石粉质粘土：

表层为耕植土，含少量碎石及植物根系，褐黄色~褐红色，硬塑～~可塑状，结构略显松散，韧性干强度中等，刀切面稍有光泽，碎石主要成分为强风化砂岩，棱角状，粒径0.2~0.5cm，块石主要成分为砂岩，棱角状，直径0.3~3m不等。

该层土石比一般8:

2~7:

3，大重度平均值为19.68kN/m3。

块碎石土：

紫红色、褐色、灰色，块石主要成分为砂岩，偶见中风化泥岩，碎石主要成分为强风化砂岩，块碎石间充填有褐黄色~红棕色，粉质粘土呈可塑~硬塑状，结构较密实。

该层土石比一般4:

6~2:

8，大重度平均值为20.80kN/m3。

1.6滑带特征

滑带土为含碎石角砾粉质粘土，呈紫红色、褐黄色，褐灰色，厚0.1~0.3m。

粉质粘土以可塑状为主，局部呈软塑状，干强度中等，韧性中等，手捻滑感明显。

分布在滑体底部与基岩接触面之间。

其主要物理力学指标如下：

表1-1土体设计参数表

序号

项目

单位

滑带土

滑体土

1

重度

天然

kN/m3

-

19

饱和

kN/m3

-

20

2

抗剪强度

天然

C

kPa

15（剖面1）

14（剖面2）

32

φ

度

13（剖面1）

12（剖面2）

20

饱和

C

kPa

13.5（剖面1）

13（剖面2）

24

φ

度

11.5（剖面1）

10.5（剖面2）

13

3

地基承载力

kPa

-

300

4

基底摩擦系数

0.30

天然含水量在18.1~22.8%之间，平均值为19.96%；天然重度19.6~21.2kN/m3，平均值为20.47kN/m3；饱和重度20.4~21.3kN/m3，平均值为20.81kN/m3；天然孔隙比在0.511~0.665之间，塑性指数10.3~16.8，液限指数0.12~0.48。

滑带土天然抗剪峰值强度：

内聚力C=24~66kPa，内摩擦角φ=11.2~16.5°；天然抗剪残余强度：

内聚力C=15~36kPa，内摩擦角φ=7.1~11.9°；饱和快剪峰值强度：

内聚力C=14~36kPa，内摩擦角φ=6.7~10.8°；饱和快剪残余强度：

内聚力C=11~28kPa，内摩擦角φ=4.0~7.0°。

1.7滑床特征

滑床为侏罗系中统上沙溪庙组中风化砂岩，较完整，强风化层基本不可见。

砂岩天然重度23.23-25.19kN/m3。

表1-2岩石设计参数表

序号

项目

单位

中风化砂岩

1

重度

天然

kN/m3

24

饱和

kN/m3

25

2

抗压强度

天然

MPa

17

饱和

MPa

13

3

锚固体与砂岩粘结强度

kPa

1000

4

地基承载力

MPa

2.00

5

锚杆与砂浆粘结强度

kPa

砂浆标准抗压强度10%

6

地基系数（K）

MN/m3

150

7

岩石侧应力容许值[б]

kPa

3000

8

基底摩擦系数

0.40

1.8滑坡潜在危害

危害人数为1200人，可能直接经济损失约1100万元。

2.治理工程总体设计

2.1等级划分、工况及安全系数

本工程是针对于位于成都地区某河左岸某村的一个滑坡体而言，该滑坡体呈阶梯状，前缘、后缘及台地之间交接部位较陡，发育多条“V”型冲沟，深度1~10m。

采用悬臂式挡土墙进行支护处理。

表2-1一般滑坡防治工程分级表

级别

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

危害对象

县级和县级以上城市

主要集镇。

或大型工矿企业、重要桥梁、国道专项设施

一般集镇。

县级或中型工矿企业、省道及一般专项工程

受灾程度

危害人数/人

>1000

1000~500

<500

直接经济损失/万元

>1000

1000~500

<500

潜在经济损失/万元

>10000

10000~5000

<5000

施工难度

复杂

一般

简单

工程投资

>1000

100~500

<500

根据上表，危害等级为

级。

表2-2防治工程等级及安全系数说明表

工程等级

Ⅰ级

Ⅱ级

Ⅲ级

工况Ⅰ

1.35

1.25

1.15

工况Ⅱ

1.25

1.20

1.10

工况Ⅲ

1.15

1.10

1.05

所以采用工程等级为

级，工况1：

1.35，工况2：

1.25，工况3:

1.15。

2.2设计依据规范及相关教材及参考书

（1）《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2006）；

（2）《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T0219-2006）；

（3）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）；

（4）《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）；

（5）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；

（6）《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）；

（7）《铁路路基支挡结构设计规范》（TB10025-2006）；

（8）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）；

（9）《岩土支挡与锚固工程》（教材）

2.3设计标准

荷载强度标准在1级滑坡在第二种工况下，暴雨强度重现期为50年，安全系数为1.25。

2.4设计参数

对于该滑坡而言，挡土墙位于滑坡体的前缘，挡土墙的墙高为H=5.4m，在墙背后将坡面填平，使滑坡表面与水平面之间水平,可假定墙背与滑坡体之间的摩擦角δ=0,土体内摩擦角φ因滑坡土所处的状态以及剖面的位置而不同，又因为参考的是滑体2的工况

最危险，所以φ=10.5°。

挡土墙在主动土压力作用下向前移动。

滑体的重度为20kN/m3，滑坡体表面没有上部荷载，地基承载力为300MPa，基地摩擦系数取0.3。

2.5稳定性计算

2.5.1剖面计算

针对于剖面1，按条分法对滑坡体进行分块，具体分为16个竖直条块，具体分块情况如

图2-1：

图2-1剖面1分块图

针对于剖面2，按条分法对滑坡体进行分块，具体分为15个竖直条块，具体分块情况如

图2-2：

图2-2剖面2分块图

2.5.2计算模型

一般的利用地质勘探的方法来确定滑面的位置后，即可进行稳定性评价和滑坡推力计算。

如果沿着潜在滑面上的滑体的滑动力大于滑面上的抗滑力，就会发生滑坡。

这时推力的计算结果可为所需设置的支挡结构提供设计荷载。

稳定性分析和滑坡推力计算的简便实用的方法就是条分法。

在该法中，将滑裂面以上土体分成若干垂直土条，对作用在各土条上进行力与力矩的平衡分析。

传递系数法基本假定：

1、滑坡体不可压缩并整体下滑，不考虑条块之间挤压变形；

2、条块时间只传递推力不传递拉力，不出现条块之间的拉裂

3、块间作用力以集中力表示，它的作用线平行于前一块的滑面方向，作用在分解面的中点；

4、垂直滑坡主轴单位长度（一般为1m）宽的岩土体作计算的基本断面，不考虑滑块两侧摩擦力。

对于传递系数的分析：

在滑坡横断面图中，将滑坡体依据滑块倾角等原则将滑体进行划分，并确定出各条块的倾角大小，并记录数值，然后依据传递系数的计算公式：

式中：

、

分别为第n-1、第n块条块的倾角；

为第n块滑体沿滑动面土的内摩擦角标准值。

通过该公式就可以得出各条块的传递系数。

对于剩余下滑力的分析：

式中，

——第n块、n-1块滑体的剩余下滑力；

——传递系数；

——第n块滑块的自重力；

——第n块滑块沿滑动面土的内摩擦角标准值；

——第n块滑块沿滑动面土的粘聚力标准值；

——第n块滑块沿滑动面的长度。

2.5.3计算结果

剖面1、剖面2关于不同工况的剩余下滑力计算结果如下表：

表2-3剖面剩余下滑力

剖面号

剖面1

剖面2

工况I

工况II

工况III

工况I

工况II

工况III

剩余滑坡推力

-524.32

46.40

-687.60

-438.78

85.03

-615.44

由上表可知，对于剖面2的分块分析处理，在工况

的剩余下滑力最大，也就在该种情况最危险，在滑坡体的最前缘，剩余下滑力为85.03kN。

2.6治理工程总体布置

本次设计采用挡土墙来治理该滑坡，挡土墙设置在滑坡前端，埋置深度为1.5m，墙后填土为水平，具体布置详见附图。

2.7治理工程分项设计

2.7.1分项工程设计

对于该滑坡，其滑坡前缘为响水村6组，有大量民用建筑，有大量人群居住，对于广大人民的生命财产安全有这种大威胁。

综合考虑滑坡体的滑坡推力大小、滑坡体的地形条件以及安全经济方面等的影响，在滑坡体前缘的适宜位置修建一挡土墙，其位于滑坡体前缘位置，大部分挡土墙位于民用建筑之后。

详细布图见附图之工程地质平面图。

挡土墙的剖面结构选择参考《岩土支挡与锚固工程》及《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）等规范，其挡土墙高为5.4m，其为悬臂式挡土墙，相应的结构尺寸见附图之工程地质剖面图。

由支挡结构计算书可知，其抗倾覆稳定验算、抗滑稳定验算以及地基承载力验算据满足要求，其相应的计算可从设计计算书中得到。

挡土墙施工不当回应其滑坡体的活动加剧或者局部复活。

因此，为确保施工安全，达到预期的治理效果，应该特别注意挡土墙施工操作机相关安全要求。

1、施工现场准备

（1）复查和了解响水村6组周边地形、地质、文化、气象、水源、电源、料源或料场、交通运输、通讯联络以及农田水利设施、森林生态、环境保护有关情况；

（2）根据挡土墙工程地质平面图和施工临时设施的需要确定用地范围，设立标志；

（3）对施工现场内的障碍物清除，以利于施工的全面展开；

（4）按照施工平面位置修建临时房屋，安装供水管道、架设供电线路，设置料场及混凝土搅拌场，修建临时排水设施等；

（5）根据施工设备的配置情况，确定进出现场的施工通道，修建临时施工便道，保证大型机械设备、车辆的安全通行，同时选择适当的场地作为材料临时堆放场。

2、基础工程

采用人工配合挖掘机开挖基槽。

开挖时，根据设计要求，10m～15m为一个施工段，先进行基槽开挖，挖槽时注意轴线、标高及基底尺寸，当挖至设计标高后，对基底进行碾压，然后进行地基承载力试验，试验结果不符合设计要求，则由业主、监理、设计及施工方共同现场确认该不合格部位的处理方案（换填或继续开挖），按确认的方案处理以后用压路机碾压，并进行地基承载力试验，直至符合设计要求为止。

达到设计承载力后尽快封底，进行下一道工序。

3、模板工程

（1）模板采用组合钢模板或者木，使用钢模板前进行修理，做到表面除锈工作；

（2）模板间隙用密封条封闭，模板要安设牢固，上部模板安装时，要用滑轮提开；

（3）墙体模在一定位置预留洞口，混凝土灌注后，要及时封口；

（4）支模过程中，如需中途停止，应将支撑，搭头，柱头板等钉牢；

（5）拆除模板一般用长撬棍，防止整块模板掉下，以免伤人；

（6）拆除模板从上至下，不得上、下同时作业。

注意事项：

（1）施工人员戴安全帽、安全带，不得赤脚或穿拖鞋；

（2）不得从高处抛掷模板、卡扣、联结零件；

（3）拆模作业区内，严禁闲杂人员逗留。

4、钢筋工程

本工程采用HR335钢筋。

（1）钢筋按设计长度量测后，用画石笔划印，然后用钢筋切断机切断，按规格分堆码放，做好标识、底部放木方与地面隔离;

（2）钢筋按设计尺寸弯制，弯曲的钢筋要平顺、光滑、无扭曲、翅曲;

（3）钢筋焊接采用单面搭接焊或双面搭接焊;

（4）钢筋骨架组装采用焊接、绑扎相结合的方法。

注意事项：

（1）钢筋接头在受拉区、同一截面上不得超过25﹪，同一根钢筋在同一截面上不得有两个以上接头；

（2）同品牌钢筋不能以细代粗，可以以粗代细；

（3）钢筋焊接接头，必须先对焊接试件作拉伸试验，试验合格后方准进行批量焊接；

（4）钢筋弯制需在常温下进行，不得加热弯制；

（5）钢筋骨架与模板间垫脚石块要呈梅花形布置。

材料采用同保护层等厚的片石或混凝土垫块；

（6）绑制完的钢筋骨架要平顺，位置要正确；

（7）钢筋骨架安置后，不得在其上行走，堆放料具。

5、混凝土工程

（1）混凝土采用C30商品混凝土，用专用混凝土搅拌运输车;

（2）混凝土采用泵送入模的方式、分层浇筑，每层浇筑高度不大于0.3m;

（3）混凝土采用插入式振捣棒振捣，每个振捣棒配2人，计划用3台振捣棒;

（4）墙体、底板一次浇注成型;

（5）墙体浇注、施工缝设在不同高度;

（6）振捣时，必须保证混凝土震捣密实，不得出现蜂窝、麻面;

（7）随时检查钢筋骨架，确保保护层厚度，确保不露筋;

（8）混凝土入模时的速度要严格控制，避免胀模;

（9）混凝土浇注过程中要随时检查、模板有无变形、离缝现象，一旦出现问题，要立即停止浇注，加固模板;

（10）混凝土浇注要连续，中间不得停顿，停歇时间超过1.5小时要做施工缝处理;

（11）随时检查混凝土的坍落度。

6、边坡工程

（1）挡土墙混凝土强度达到设计强度的75％后，回填边坡；

（2）靠近墙背1.5m范围内用小型振捣器分层捣填密灾，每层厚度不大于20cm，其它范围内用压路机碾压密实。

（3）墙背后设30cm厚砂夹卵石反滤层，反滤层由15cm厚中砾（粒径4-6mm，平均粒径4.6mm）和15cm厚小卵石（粒径30-40mm，平均粒径34mm）组成，粗粒径填在靠墙一侧，挡土墙最低排泄水孔的下部设隔水层；

（4）沉降缝缝宽2cm，用沥青麻絮填实或用防水性能好的材料充实，并用40cm土工布沿缝铺一层，以防粉土流失。

2.7.2工程量

本次工程立板与结构均采用C20混凝土和HR335钢筋，挡土墙墙高为5.4m,立板高度为5m，为便于施工，立板内侧做成竖直面，外侧做成有一定角度的斜坡。

底板为4.05m,墙踵板为3m，墙底板为0.65m。

立板选用Ф16@110，实际配筋面积为As=1828mm2，墙踵板选用Ф16@70，实际配筋面积为As=2872mm2，其受力钢筋位于墙踵板的顶面。

墙趾板受力钢筋位于墙趾板的底面。

故，总共所需要的钢筋数为：

288.183t；总共混凝土量为：

1503m3,总共需要挖方体积为：

1403m3，填方量：

14525m3。

设计计算书

1.稳定性计算

1.1概述

对于该滑坡，将滑裂面以上土体分成若干垂直土条，对作用在各土条上进行力与力矩的平衡分析。

其中剖面1分成15个条块，而剖面2分成15个条块，每个条块之间相互不影响，只传递推力的作用。

针对于两个剖面的三种不同的工况条件，应用条分法的原则，计算出每种工况条件下的各个条块之间的下滑力和抗滑力，从而得出剩余下滑力的大小。

式中，

——第n块、n-1块滑体的剩余下滑力；

——传递系数；

——第n块滑块的自重力；

——第n块滑块沿滑动面土的内摩擦角标准值；

——第n块滑块沿滑动面土的粘聚力标准值；

——第n块滑块沿滑动面的长度。

1.2剖面1的滑坡推力计算

分块图如土1-1：

图1-1剖面1分块图

结算结果如图：

表1-1工况

安全系数

条块号

面积

容重r

L滑面

βi

ci

φ

Wi

Ψ传递

F下滑

F抗滑

剩余下滑力Ei

m2

kN/m3

m

°

kN/m2

°

kN

kN

kN

kN

1.35

1

9.98

19

6.69

33.76

15

13

189.62

142.26

-136.73

5.53

1.35

2

49.22

19

10.47

21.53

15

13

935.18

0.93

468.45

-357.78

110.67

1.35

3

127.07

19

18.89

18.18

15

13

2414.33

0.98

1125.92

-812.64

313.28

1.35

4

169

19

21.81

16.74

15

13

3211.00

0.99

1559.92

-1036.68

523.24

1.35

5

86.55

19

10.1

15.4

15

13

1644.45

0.99

1109.81

-517.33

592.49

1.35

6

100.09

19

11.18

14.58

15

13

1901.71

1.00

1236.74

-592.38

644.36

1.35

7

197.36

19

20.11

13.94

15

13

3749.84

1.00

1862.19

-1141.43

720.76

1.35

8

171.17

19

15.68

16.29

15

13

3252.23

1.01

1958.51

-955.52

1002.99

1.35

9

190.03

19

18.72

14.02

15

13

3610.57

0.99

2173.88

-1089.11

1084.77

1.35

10

153.6

19

15.32

12.65

15

13

2918.40

0.99

1941.28

-886.87

1054.42

1.35

11

61.13

19

5.77

9.09

15

13

1161.47

0.98

1284.99

-351.19

933.80

1.35

12

116.79

19

11.11

5.97

15

13

2219.01

0.99

1232.26

-675.90

556.36

1.35

13

128.78

19

16.83

4.99

15

13

2446.82

1.00

841.40

-814.91

26.50

1.35

14

57.1

19

12.92

4.81

15

13

1084.90

1.00

149.29

-443.26

-293.97

1.35

15

30.22

19

8.22

5.88

15

13

574.18

1.00

-215.78

-255.09

-470.87

1.35

16

3.27

19

3.15

9.6

15

13

62.13

1.01

-462.94

-61.39

-524.32

表1-2工况

安全系数

条块号

面积

容重r

L滑面

βi

ci

φ

Wi

Ψ传递

F下滑

F抗滑

剩余下滑力Ei

m2

kN/m3

m

°

kN/m2

°

kN

kN

kN

kN

1.25

1

9.98

20

6.69

33.76

13.5

11.5

199.60

138.65

-124.06

14.59

1.25

2

49.22

20

10.47

21.53

13.5

11.5

984.40

0.93

465.21

-327.55

137.66

1.25

3

127.07

20

18.89

18.18

13.5

11.5

2541.40

0.99

1126.95

-746.00

380.94

1.25

4

169

20

21.81

16.74

13.5

11.5

3380.00

0.99

1595.80

-952.62

643.18

1.25

5

86.55

20

10.1

15.4

13.5

11.5

1731.00

0.99

1214.54

-475.70

738.84

1.25

6

100.09

20

11.18

14.58

13.5

11.5

2001.80

1.00

1366.51

-544.88

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1.25

7

197.36

20

20.11

13.94

13.5

11.5

3947.20

1.00

2008.34

-1050.49

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1.25

8

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20

15.68

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13.5

11.5

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1.01

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1.25

9

190.03

20

18.72

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13.5

11.5

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-1002.54

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1.25

10

153.6

20

15.32

12.65

13.5

11.5

3072.00

0.99

2256.12