挡土墙设计及验算

挡土墙设计

设计条件:

双向四车道设计车速为80km/h得一级公路某横断面,设计荷载公路－I级,拟设一段路肩挡土墙(重力式挡土墙墙身材料采用7、5号砂浆,25号片石;衡重式挡土墙墙身材料采用10号砂浆,50号片石;悬臂式挡土墙墙身材料采用C30钢筋混凝土)。

路基填土(砂性土)高度为4m,基底为饱与得砂性土地基,基底摩擦系f=0、4,地基承载力130 KPa,墙身分段长度为10m。回填土为砂类土,内摩擦角φ=35°,墙背与填土间得摩擦角17、5°,容重为γ=18kN/m3。广州市抗震设防烈度为7度(0、1g),只采取抗震构造措施,计算不考虑地震作用。

Q:

1. 墙底摩擦系数取值及其影响？

2. 地基土内摩擦系数取值及其影响？

3. 墙后填土内摩擦角取值及其影响？

4. 主动土压力受什么影响？

5. 地基承载力特征值提高系数(含墙趾值提高系数、墙踵值提高系数、平均提高系数)如何选定？

6. 不均匀沉降就是什么原因导致？参数如何体现？

7. 不同类型挡土墙得适用性如何？

挡土墙得设计与验算(以极限状态设计得分项系数法进行设计):

(1) 进行车辆荷载换算; (2) 利用有关设计手册中得相应公式,计算主动土压力,求出土压力得大小、方向及作用点;

(3) 设计挡土墙截面:先拟定墙身尺寸,然后进行:

a) 抗滑稳定性计算;

b) 抗倾覆稳定性验算;

c) 基底应力验算;

d) 截面应力验算;

e) 挡土墙截面尺寸得调整与选取。

(4) 画出选用得挡土墙横断面图,整理计算书等有关设计文件。

一、挡土墙形式得选择:

选择原则:

(1)用途、高度与重要性;

(2)地形、地质条件;

(3)就地取材、经济、安全。

1、重力式挡土墙(gravity bulkhead)

靠自重保持稳定,适用于H< 5m 得低墙。

材料:块石、砖、素砼(plain concret)。

优点:结构简单、施工方便、可就地取材,应用较广。

缺点:工程量大,沉降大。

2.悬臂式挡土墙(cantilever retaining wall):

靠墙踵悬臂以上得土重维持稳定,墙内钢筋受拉力。

适用性:重要工程;H>5米 ;地基质量差(墙轻);缺石料等。

3.扶壁式挡土墙(buttress retaining wall) :

扶壁:间距—0、8～1、0H, 其作用—增加抗弯性能,保持挡土墙整体性。

材料:钢筋混凝土(reinforced concrete)

应用:H>10米场所。

优点:工程量小;

缺点:技术复杂、费钢材。

4.锚杆式挡土墙(bolt retaining wall):

组成:预制钢筋混凝土立柱、墙面、钢拉杆

适用:重要工程,墙高已达H＝27米 。

材料:钢筋混凝土、钢材。

优点:结构轻、柔性大、工程量少、造价低、施工方便。

缺点:技术复杂。

5、 加筋土挡土墙(reinforced fill wall)

组成:面板(faceplate)、筋带、填料(filling)三部分。

优点:(1)充分利用材料性能与土与筋带得共同作用;

(2)挡墙结构轻巧,便于现场预制(precast)、拼装施工快;

(3)能抗寒,抗地震;

(4)造价低,可节省25～60% (与重力式比)

常用拉筋材料:钢筋混凝土、镀锌铁皮、扁钢与土工合成材料等。

评价:锚杆式挡土墙利用锚定板得被动土压力来平衡主动压力,比加筋挡土墙靠金属与土之间得摩擦力来平衡土压力要优越。

二、挡土墙初定尺寸

以常用得重力式、悬臂式与扶壁式挡土墙为例,研究挡土墙型式选定后,初定其尺寸。 1.挡土墙得高度H

通常挡土墙得高度就是由任务要求确定得,即使墙后被支挡得填土呈水平时为墙顶得高程。有时,对长度很大得挡土墙,也可使墙顶低于填土顶面,而用斜坡连接,以节省工程量。

2.挡土墙得顶宽

挡土墙得顶宽为构造要求确定,以保证挡土墙呈整体性,具有足够得强度。对于砌石重力式挡土墙,顶宽应大于0、5m,即2块块石加砂浆。对素混凝土重力式挡墙顶宽也不应小于0、5m。至干钢筋混凝土悬臂式或扶壁式挡土墙顶宽不小于300mm。

3.挡土墙得底宽

挡土墙得底宽由整体稳定性确定。初定挡土墙底宽B=0、5H～0、7H,挡土墙底面为卵石、碎石时取小值;墙底为粘性土时取高值。

挡土墙尺寸初定后,经挡土墙抗滑稳定与抗倾覆稳定验算。若安全系数过大,则适当减小墙得底宽;反之,安全系数太小,则适当加大墙得底宽或采取其它措施。保证挡土墙既安全又经济。

三、挡土墙得验算(checking putations) :

内容:抗滑稳定、抗倾覆(overturn)、承载力三方面

1、作用在挡土墙上得力:

(1)墙身自重W,作用于挡土墙得重心;

(2)主动土压力,作用于挡土墙墙背;

(3)被动土压力,作用于挡土墙前,设计中不考虑;

(4)基底反力:SV —垂直分力;SH —水平分力。

2.抗滑稳定验算:

滑动力:Pax=Pacos(δ+ε),

抗滑力:(Pay+W)μ

Pay=Pasin(δ+ε)

式中 μ—基底摩擦系数。

要求:抗滑力/滑动力=Ks>=1、3

悬臂式挡土墙:墙踵(wall heel)以上得土计入墙自重,再进行验算。

如达不到要求:

(1)加大W,即增大断面尺寸;

(2)加大μ ,即墙底做砂石垫层;

(3)加大抗滑力,做逆坡;

(4)对软土地基,其她方法都不经济或无效,

加拖板:

拖板与墙踵之间用钢筋连接,拖板上土重W’可加大抗滑力。

3、抗倾覆稳定验算

要求:

如果达不到要求:

(1)加大底宽,从而加大W;

(2)加大a,墙趾加长;

(3)做卸荷台。在卸荷如以上得压力不能传到下面,故减少了主动土压力。

4、地基承载力验算

与偏心受压相同,应同时满足:

(1/2)(δmax+δmin)<=f

smax<=1、2f

式中 f——承载力标准值。

四、 墙后回填土得选择

1.理想得回填土

卵石(scree)、砾石(gravel)、粗砂、中砂得内摩擦角大,主动土压力系数小侧作用在挡土墙上得主动土压力小,使墙节省工程量保持稳定性。无疑,上述粗粒土为挡土墙后理想得回填土。

2.可用得回填土

细砂、粉砂(silt)、含水量接近最优含水量得粉土、粉质粘土与低塑性粘土为可用得回填土,如当地无粗粒土,外运不经济,就地取材(use local materials)。

3.不能用得回填土

凡软粘土、成块得硬粘土、膨胀土(expand soil)与耕植土,因性质不稳定,在冬季冰冻时或雨季(rainy season)吸水膨胀都将产生额外得上压力,对挡土墙得稳定性产生不利影响,故不能用作墙后得回填土。

五、墙后排水措施

1.无排水措施得危害

在挡土墙建成使用期间,如遇暴雨,使填土得重度增加,内摩擦角减小,土得强度降低,导致填土对墙得土压力增大,同时墙后积水,增加水压力。若遇软弱地基,则因土压力增大造成挡土墙得破坏。

2.排水措施得部位与构造

(1)截水沟(catchwater) 凡挡土墙后有较大得面积或挡山坡,则应在填土顶面、离挡土墙适当得距离设截水沟,把坡上、外部径流截断排除。截水沟得剖面尺寸要根据暴雨集水面积计算确定,并应用混凝土衬砌(liner)。截水沟纵向设适当坡度。截水沟出口应远离挡土墙。

(2)泄水孔 若已渗入墙后填土中得水,则应将其迅速排出,通常在挡土墙得下部设置泄水孔。当墙高H>12m时,可在墙得中部加一排泄水孔,一般泄水孔得直径为5cm～10cm,间距为2～3m。泄水孔应高于墙前水位,以免倒灌。此外,在泄水孔人口处,应用易渗得粗粒材料做反滤层,并在泄水孔入口下方铺设(pave)粘土夯实层,防止积水渗入地基不利于墙得稳定性。同时,墙前亦应做散水、排水沟或粘土夯实(tamp)隔水层,避免墙前水渗入地基(groundwork)。