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墙背向外侧倾斜时,为俯斜墙背,α为正;
仰斜:
墙背向填土一侧倾斜时,为仰斜墙背,α为负;
垂直:
墙背铅垂时,为垂直墙背,α为零。
墙背分:
直线形墙背、折线形墙背。
二、挡土墙类型
1.重力式挡土墙
1)特点:
圬工量较大,型式简单,施工方便,就地取材,适应性较强。
2)墙背型式:
直线形:
普通重力式挡土墙,断面型式最简单,土压力计算简便。
衡重式挡土墙:
凭借于墙身自重稳定。
不带衡重台的折线形:
则介于两者之间。
2.锚定式挡土墙
包括:
锚杆式和锚定板式两种。
1)锚杆式挡土墙:
组成:
主要由预制的钢筋混凝土立柱、挡土板构成墙面,与水平或倾斜的钢锚杆联合组成。
锚杆的一端与立柱联接,另一端被锚固在稳定岩层或土层中。
特点:
墙后侧压力由挡土板传给立柱,由锚杆与岩体之间的锚固力,即锚杆的抗拔力,使墙获得稳定。
适用:
墙高较大、石料缺乏或挖基困难地区,具有锚固条件的路基挡土墙,一般多用于路堑挡土墙。
2)锚定板式挡土墙
结构形式与锚杆式基本相同。
锚杆的锚固端改用锚定板,埋入墙后填料内部的稳定层中,依靠锚定板产生的抗拔力抵抗侧压力,保持墙的稳定。
缺乏石料的地区,同时它不适用于路堑挡土墙。
构件断面小,工程量省,不受地基承载力的限制,构件可预制,有利于实现结构轻型化和施工机械化。
3.薄壁式挡土墙
悬臂式和扶壁式两种主要型式。
1)悬臂式挡土墙由立壁和底板组成,具有三个悬臂,即立壁、趾板和踵板。
2)扶壁式挡土墙:
当墙身较高时,沿墙长每隔一定距离筑肋板(扶壁)联结墙面板及踵板,称为扶壁式挡土墙。
墙身断面较小,结构的稳定性不是依靠本身的重量,而主要依靠踵板上的填土重量来保证。
自重轻,圬工省,适用于墙高较大的情况,但需使用一定数量的钢材,经济效果较好。
4.加筋土挡土墙
加筋土挡土墙是由填土、填土中布置的拉筋条以及墙面板三部分组成。
拉筋材料通常为镀锌薄钢带、铝合金、高强塑料及合成纤维等。
墙面板一般用混凝土预制,也可采用半圆形铝板。
在垂直墙面的方向,按一定间隔和高度水平地放置拉筋材料,然后填土压实,通过填土与拉筋间的摩擦作用,把土的侧压力传给拉筋,从而稳定土体。
加筋土挡土墙属柔性结构,对地基变形适应性大,建筑高度大,适用于填土路基。
结构简单,圬工量少,与其它类型的挡土墙相比,可节省投资30%-70%,经济效益大。
6-2
挡土墙土压力计算
一、作用在挡土墙上的力系
1.按力的作用性质分为:
1)主要力系:
经常作用于挡土墙的各种力。
(1)挡土墙自重及位于墙上的衡载;
(2)墙后土体的主动土压力。
(包括作用在墙后填料破裂棱体上的荷载,简称超载)
(3)基底的法向反力及摩擦力;
(4)墙前土体的被动土压力。
浸水挡土墙:
在主要力系中包括常水位时的静水压力和浮力。
2)附加力:
季节性作用于挡土墙的各种力。
例如洪水时的静水压力和浮力、动力压力、波浪冲击力、冻胀压力以及冰压力等。
3)特殊力:
偶然出现的力。
例如地震力、施工荷载、水流漂浮物的撞击力等。
2.设计:
按最不利的组合作为依据。
二、一般条件下库伦主动土压力计算
1.土压力分类
主动土压力:
当挡土墙向外移动时(位移或倾覆),土压力随之减少,直到墙后土体沿破裂面下滑而处于极限平衡状态,作用于墙背的土压力称主动土压力;
被动土压力:
当墙向土体挤压移动,土压力随之增大,土体被推移向上滑动处于极限平衡状态,此时土体对墙的抗力称为被动土压力;
静止土压力:
墙处于原来位置不动,土压力介于两者之间,称为静止土压力。
按墙背土体达到主动极限平衡状态,取一定的安全系数,以保证墙背土体的稳定。
3.破裂面:
路堤挡土墙:
按破裂面交于路基面的位置不同,可分为5种:
破裂面交于内边坡、荷载的内侧、荷载的中部、荷载的外侧、外边坡。
三、大俯角墙背的主动土压力——第二破裂面法
1.概念:
墙背俯斜很缓,墙背倾角很大,如折线形挡土墙的上墙墙背,衡重式挡土墙上墙的假象墙背,破裂棱体并不沿墙背或假想墙背滑动,而是沿着土体的另一破裂面滑动。
Ex=f(αi,θi)
2.出现条件:
1)墙背或假想墙背的倾角α′必须大于第二破裂面的倾角αi,即墙背或假想墙背不妨碍第二破裂面的出现;
2)在墙背或假想墙背面上产生的抗滑力必须大于其下滑力,即NR>
NG使破裂棱体不会沿墙背或假想墙背下滑;
3.计算过程:
1)根据边界条件,计算破裂棱体(包括棱体上的荷载)的重量G;
2)从力三角形求Ex方程式;
3)求Ex的最大值及相应的破裂角αi和θi;
4)求主动土压力Ea的作用点。
四、折线形墙背土压力
上墙、下墙
上墙:
同前
下墙土压力计算方法:
延长墙背法、力多边形法
五、粘性土土压力计算
1.等效内摩擦角法
将内摩擦角φ与单位粘聚力c,换算成较实有φ值为大的“等效内摩擦角”φD,按砂性土的公式计算土压力。
换算原则:
土的抗剪强度相等或土压力相等。
方法:
把粘性土的内摩擦角值增大5°
~10°
或采用等效内摩擦角φD为30°
~35°
。
2.力多边形法(数解法)
六、不同土层的土压力计算
首先求得上一土层的土压力及其作用点高度。
并近似地假定:
上下两土层层面平行;
计算下一土层时,将上一土层视为均布荷载,按地面为一平面时的库伦公式计算,然后截取下一土层的土压应力图形为其土压力。
七、有限范围填土的土压力计算
注意:
挡土墙在陡坡的半路堤上,或者山坡土体有倾向路基的层面,则墙后存在着已知或潜在滑动面,当其倾角陡于由计算求得的破裂面的倾角时,墙后填料将沿着陡破面(或滑动面)下滑,而不是沿着计算破裂面下滑。
6-3
挡土墙设计
一、挡土墙的布置
挡土墙的布置:
路基横断面图和墙趾纵断面图
1.位置的选定
2.纵向布置:
(1)挡土墙的起迄点、墙长和衔接方式。
(2)伸缩缝与沉降缝的位置。
(3基础。
(4)泄水孔的位置(数量、间隔和尺寸)。
3.横向布置
墙高最大处、墙身断面或基础形式有变异处,以及其它必须桩号处的横断图上进行。
4.平面布置
个别复杂的挡土墙,作平面布置,绘制平面图。
二、挡土墙的构造
常用的重力式挡土墙:
墙身、基础、排水设施和伸缩缝等部分组成。
1.墙身构造
1)墙背
重力式挡土墙的墙背:
仰斜、垂直、俯斜、凸形折线和衡重式等型式。
2)墙面
墙面一般为平面,其坡度应与墙背坡度相协调。
3)墙顶
墙顶最小宽度,浆砌挡土墙不小于50cm,干砌不小于60cm。
4)护栏
在地形险峻地段,或过高过长的路肩墙的墙顶应设置护栏。
2.基础
1)基础类型
扩大基础:
台阶高度按加宽部分的抗剪、抗弯拉和基础材料的刚性角的要求确定。
钢筋混凝土底板:
厚度由剪力和主拉应力控制。
换填:
扩散基底压应力,使之均匀地传递到下卧软弱土层中。
台阶基础:
减少基坑开挖和节省圬工。
拱形基础:
2)基础埋置深度(土质地基):
(1)无冲刷时,应在天然地面以下至少1m;
(2)有冲刷时,应在冲刷线以下至少1m;
(3)受冻胀影响时,应在冻结线以下不少于0.25m。
当冻深超过1m时,采用1.25m,但基底应夯填一定厚度的砂砾或碎砾石垫层,垫层底面应位于冻结线以下不少于0.25m。
3.排水设施
设置墙身泄水孔,排除墙后水。
干砌挡土墙不设泄水孔。
汇水孔的尺寸:
5cm×
10cm、10cm×
10cm、15cm×
20cm的方孔
直径为5~10cm的圆孔
孔眼间距:
2-3m,(浸水挡土墙孔跟间距一般1.0-1.5m),孔眼上下错开布置。
4.沉降缝与伸缩缝
1)目的:
为避免因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂,需根据地质条件的变异和墙高、墙身断面的变化情况设置沉降缝。
为了防止圬工砌体因收缩硬化和温度变化而产生裂缝,应设置伸缩缝。
2)布设:
沉降缝与伸缩缝合并设置,每隔10-15m设置一道;
缝宽2-3cm,缝内用胶泥填塞,沥青麻筋或涂以沥青的木板等具有弹性的材料,填深不宜小于0.15m;
当墙后为岩石路堑或填石路堤时,可设置空缝。
干砌挡土墙,缝的两侧应选用平整石料砌筑,使成垂直通缝。
三、挡土墙的荷载的计算方法
1.挡土墙的荷载
荷载种类:
恒载、可变荷载、温度或施工荷载。
荷载组合:
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ
2.挡土墙的设计原则
按“分项安全系数极限状态”法进行。
挡土墙设计分承载力极限状态和正常使用极限状态。
四、挡土墙稳定性验算
1.抗滑稳定性验算
基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力。
2.抗倾覆稳定性验算
抵抗墙趾向外转动倾覆的能力。
五、基底应力及合力偏心距
1.基础底面的压应力:
1)轴心作用:
P=N/A
2)偏心作用:
e=B/2-ZN
当e≤B/6:
当e>
B/6:
不考虑地基拉应力,应力重新分布。
并且总应力的作用线通过应力图的重心。
2.基底合力偏心距
3.地基承载力抗力
轴心作用:
p≤f
偏心作用:
p≤1.2f
六、墙身截面强度验算
控制断面:
墙身底部、½
墙高、上下墙交界处
1.强度计算
Nj≤αkARk/γk
七、增加挡土墙稳定性的措施
1.增加抗滑稳定性的方法
设置倾斜基底、采用凸榫基础
2.增加抗倾覆稳定性的方法
展宽墙趾、改变墙身断面类型、改变墙面及墙背坡度
6-4
浸水路堤挡土墙土设计
水对墙的影响:
1.土压力减小;
2.砂性土的内摩擦角浸水后不变,粘性土浸水后抗剪强度降低;
3.墙背与墙面受到静水压力水平一致,互相平衡;
有水位差时,则墙身受到推力;
4.墙外水位骤然降落,墙后暴雨下渗在填料内出现渗流时,填料受到渗透动水压力,渗水性填料动水压力略而不计;
5.抗倾覆及抗滑动稳定性减弱。
一、浸水挡土墙土压力计算
1.填料为砂性土
容重:
浮容重
内摩擦角:
不变
破裂面:
平面
二、静水压力、动水压力、上浮力
1.静水压力
P=γHcA
2.上浮力
P=CγV
6-5
地震地区挡土墙土设计
设计裂度为8度以上的地震区,进行地震强度和稳定性验算。
一、地震荷载的计算
水平地震力Ps
Ps=CZKHG
CZ—综合影响系数(0.25)
KH—水平地震系数
地震角θs:
挡土墙重与水平地震力的合力,与竖直线的夹角。
θs=arctgCZKH
二、地震作用下的土压力
采用一般库伦土压力公式计算。
三、地震作用下挡土墙的验算
方法与重力式挡墙相同。
四、一般防震措施
1.采用重心低的墙身断面形式。
2.基础置于坚硬的均质土层上。
3.挡土墙宜采用浆砌片(块)石、混凝土和钢筋混凝土修筑。
4.墙体应以垂直通缝分段,每段长度不宜超过15m。
5.严格控制砌筑质量。
6.墙后填料,并做好排水设施。
6-7
加筋挡土墙土
一、构造
墙面的平面线形可采用直线、折线和曲线。
筋带一般应水平布设并垂直于面板。
横断面形式一般应采用矩形。
加筋体填料压实度要满足规定。
加筋土挡土墙设置沉降缝,其间距对土质地基为10-30m、岩石地基可适当增大。
沉降缝、伸缩缝宽度一般为1-2cm,可采用沥青板、软木板或沥青麻絮填塞。
墙高大于20m时,应进行特殊设计。
加筋土桥台:
整体式、内置组合式、外置组合式
二、加筋土挡土墙结构计算
内部稳定性:
筋带在拉力作用下的断裂破坏和砌体拉拔破坏
外部稳定性:
地基应力、基底滑移和倾覆
1.活动区与稳定区
简化破裂面:
最大拉力点连线
2.加筋挡土墙(筋带受力计算)
1)加筋体自重对I层筋带产生的拉力Th
2)加筋体上路堤填土对I层筋带产生的拉力Tf
3)车辆荷载对I层筋带产生的拉力Tc
3.筋带设计断面
1)筋带设计断面面积
2)筋带长度
4.总体平衡法验算
基础底面承载力
基底抗滑移
整体抗倾覆
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- 挡土墙 设计