1、7/16/2022Engineering of Subgrade and Pavement7/16/20222第六章 擋土墻設計(retaining wall design)第一節 概述第二節 擋土墻土壓力計算第三節 擋土墻設計第四節 浸水路堤擋土墻設計第五節 地震地區擋土墻設計第六節 輕型擋土墻第七節 加筋擋土墻7/16/20223第一節 概述 一、擋土墻的用途 擋土墻是用來支撐天然邊坡或人工填土邊坡以保持土體穩定的建筑物。在公路工程中，它廣泛應用于支撐路堤或路坡、隧道洞口、橋梁兩端及河流岸壁等。7/16/20224二、擋土墻的類型 1.重力式擋土墻： 依靠墻身自重支撐土壓力來維持穩定。 2

2、.錨定式擋個土墻： 包括錨桿式和錨定板式兩種。 3.薄壁式擋土墻： 是鋼筋混凝土結構，包括懸臂式和扶壁式。 4.加筋土擋土墻： 由填土、填土中布置的拉筋及墻面板三部分組成。7/16/202256-1 概述三、 設計的目的與分類: 3、各部分名稱:3、各部分名稱:7/16/202267/16/20227四、類型: 1.重力式擋土墻:依靠墻身自重支撐土壓力以保持穩定. 優點:構造簡單,取材容易. 適用條件:地基強度高,石料供應充足. 類型:普通式 衡重式A 豎直式B 俯斜式C 仰斜式D 折線式E 衡重式7/16/20228優點: 截面尺寸小,輕巧,可以預制,工程量小,受地基強度限 制小,有利于機械

3、化施工. 適用條件: 墻身高,缺乏石料,地基開挖困難的路塹墻,路堤墻 缺點: 鋼材用量大,對水較敏感,易受水侵蝕產生斷裂與滑移7/16/20229(1)錨桿式 (2)錨定板式 7/16/202210優點:強身斷面小,結構穩定性不依賴 于自身重量,自重輕,省工省料 適用條件:墻身高 缺點:需要大量鋼材7/16/2022114.加筋擋土墻: 特點:受力主要是土與加筋條之間的摩擦力,加筋條數量 多,加筋條一般是塑料制品,合成纖維,經濟效益好。 缺點:對水敏感7/16/2022125土釘（釘土）擋土墻土釘墻是一種較新式的結構物，它主要由“釘”（即錨桿）、混凝土面板（掛網噴射混凝土）、錨板組成。 7/1

4、6/2022136柱板式擋土墻7樁板式擋土墻7/16/2022148垛式（框架式）擋土墻7/16/202215第二節 擋土墻土壓力計算一、作用在擋土墻上的力系 作用在擋土墻上的力系，按力的作用性質分為主要力系、附加力和特殊力。7/16/2022166-2 擋土墻土壓力計算7/16/2022177/16/2022184.計算方法: 一般地區 只考慮主要力系 浸水地區 還應考慮附加力 地震地區 還應考慮特殊力7/16/202219二、一般條件下庫侖主動土壓力計算 擋土墻設計一般認為有側向移動,不必計算,只需計算, 對于墻趾前的被動土壓力,一般忽略不計(小,對穩定有利)7/16/2022202.坡裂

5、面交于路基面 （1）破裂面交于荷載中部 （2）破裂面交于荷載外側 （3）破裂面交于荷載內側 3.破裂面交于外邊坡1.破裂面交于內邊坡： Ea=H2Ka 墻后填土的容重，KN/m3; H 擋土墻高度，m; Ka主動土應力系數； 7/16/202221（一）各種邊界條件下主動土壓力計算:(五種位置)7/16/2022221.破裂面交于內邊坡: 圖示7/16/2022237/16/2022247/16/2022257/16/2022262.破裂面交于路基面:7/16/202227（1）破裂面交于荷載中部 破裂棱角的斷面面積:7/16/2022287/16/202229將代入(6)式求得主動土壓力Ea

6、. 注意:(5)、(6)式具有普遍意義,無論破裂面交于荷載 中、內、外側,斷面面積S都可以歸納為: A0、B0為邊界條件系數,將不同的A0、B0 值代入可 求得相應的破裂角和最大主動土壓力Ea.7/16/202230(2)破裂面交于荷載外側: 則: (7) .7/16/202231特殊情況: (1)當為路肩墻時,式中; (2)俯斜墻背取正值,垂直,仰斜取負值; (3)當荷載沿路肩邊緣布置時取7/16/202232(3)破裂面交于荷載內側: 在(7)式中令7/16/2022333.破裂面交于外邊坡:7/16/2022347/16/202235化簡: 式中:P，Q，R見課本P1157/16/202

7、236三、大俯角墻背的主動土壓力第二破裂面法:1.定義:當墻背俯斜較緩,即傾角很大,墻后土體達到主動 極限平衡狀態時,破裂棱體并不沿墻背或假想墻 背滑動,而是沿土體的另一個破裂面滑動,這個破 裂面稱為第二破裂面,遠離墻的破裂面稱為第一 破裂面.出現第二破裂面的條件： 1.墻背或假想墻背的傾角必須大于第二破裂面角，即墻背或假想墻背不妨礙第二破裂面出現； 2.在墻背或假想墻背面上產生的抗滑力必須大于其下滑力，使破裂棱體不會沿墻背或假想墻背下滑；7/16/2022377/16/202238滿足：7/16/202239四、折線形墻背的土壓力計算: 1.分為上、下墻分別計算,再求矢量和 2.計算上墻時,

8、先判別是否出現第二破裂面 3.計算下墻時:b、力多邊形法7/16/202240五、粘性土土壓力計算:7/16/2022412.力多邊形法(數解法): 水平壓應力 靜力平衡條件： 7/16/202242六、不同土層的土壓力計算:近似方法P122P123 七、有限范圍填土的土壓力計算: 沿原地面橫坡滑動 而不是沿計算破裂面下滑7/16/2022437/16/202244八、被動土壓力計算: 7/16/202245九、車輛荷載的換算:2.公路橋涵設計通用規范中,車輛荷載換算為等代均布土層厚度.L-擋土墻計算長度,m. B0 -破裂棱體的寬度,對路堤墻,為破裂棱體范圍內的路基寬. -布置在B0L面積內

9、的輪重或履帶重.KN.車輛荷載引起的附加土側應按等代均布土層厚度計算： 7/16/202246L的計算長度,取下述兩者之較大值: (1)分段長度,應不大于15m. (2)一輛重車的擴散長度,按下式計算,若計算值大于15m, 仍用15m. L0-重車前后軸距加一個輪胎著地長度(m). H-擋土墻高度(m). a -墻頂面以上填土高度(m).7/16/202247規定: a.汽車荷載: 縱向:當取用分段長度,為分段長度內可能布置的車輪, 當采用一段重車的擴散長度時,為一輛重車. 橫向:最不利荷載組合:范圍內可能布置的車輪,當為路肩 墻時,車輪后輪外緣靠墻頂內緣布置,當為路堤墻時, 車輪后輪中心至路

10、基邊緣0.5m. b.驗算荷載: 驗算荷載應在路面寬度內居中行駛,其等代均布土層厚度為: 掛-120為0.96m,掛-100為0.80m,掛-80為0.64m, 履帶-50為0.40m.7/16/202248補充: 庫侖土壓力理論：在土壓力理論的研究中，假定破裂面形狀，依據極限狀態下破裂棱體的靜力平衡條件來確定土壓力，這類土壓力理論最初是由法國的庫倫CA Coulomb)于1773年提出的，稱為庫倫理論。從研究墻后宏觀土體的滑動出發，當破裂面棱體滑動時，土體處于極限平衡狀態，根據靜力平衡條件求算Ea 7/16/202249基本假設： 1) 填料為各向同性，均勻散粒體，僅有內摩擦阻力，c=0;

11、2) 破裂面通過墻踵，并假定若干破裂面，Ea為最大時 即最危險滑裂面。 3）下滑土體為剛性體，同墻背、破裂面存在摩擦角 4）滑動面為平面，考慮單位墻段。 5）假定土壓力沿墻高呈分段線性分布，作用點在分布圖形的重心。 當墻后土坡為一直線形，土壓力呈線性分布，作用于墻 下三分點處。7/16/202250朗肯土壓力理論：從研究彈性伴半無限體內的應力狀態出發，根據土的極限平衡理論計算土壓力。 朗肯土壓理論是 1857 年法國人朗肯 (W ， J M Rankine) 提出的，這一理論建立在土的極限平衡理論基礎上。 7/16/202251它的基本假定是： (1) 擋土墻墻面是豎直、光滑的； (2) 擋土

12、墻墻背面的填土是均質各向同性的無粘性土或粘性土，填土表面是水平的； (3) 墻體在壓力作用下將產生足夠的位移和變形，使填土處于極限平衡狀態； (4) 填土滑動面為直線。7/16/202252 經典的庫倫和朗肯土壓力理論，因其計算簡單和力學概念明確，一直為工程設計所采用。但由于經典土壓力理論存在著兩個明顯的弱點? 7/16/202253一、是只能計算土體變形達到極限狀態的臨界條件時的土壓力大小，不能計算未到臨界狀態時的土壓力大小。二、是經典土壓力理論沒有考慮建筑物的變位方式的對土壓力的影響。7/16/2022547/16/2022557/16/202256第三節 擋土墻設計一、擋土墻的布置 1.

13、擋土墻位置的選定 2.擋土墻的縱向布置內容： （1）確定擋墻起點和墻長，選擇擋墻與路基或其結構物的銜接方式； （2）按地基及地形情況進行分段，確定伸縮縫和沉降縫的位置； （3）布置各段擋土墻的基礎； （4）布置泄水孔的位置，包括數量、間隔和尺寸等；7/16/202257 3.擋土墻的橫向位置 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，以及其它必須樁號處的橫斷面上。 4.平面布置 沉降伸縮縫基地線泄水孔路線縱坡錐坡擋土墻正面圖7/16/202258二、擋土墻的構造 1.墻身構造：a.墻背；b.墻面；c.墻頂；d.護欄 2.基礎：（1）基礎類型： 擴大基礎剛性角 鋼筋砼基礎 拱形基礎

14、臺階基礎換填基礎 （2）基礎埋置深度：無沖刷時，應在天然地面下 至少1.0米；有沖刷時，應在沖刷線以下至少1.0米；受凍脹影響時，應在凍結線以下不少于0.25米；7/16/202259 對于巖石地基：清除表面風化層按表確定 襟邊寬度：墻趾前至地面橫坡的水平距離。 7/16/2022603、排水設施：墻身泄水孔7/16/2022614.沉降縫與伸縮縫：合并設置1015設置一條，縫寬23cm 內，外，頂三方填塞膠泥、瀝青或涂瀝青木板7/16/202262三擋土墻荷載的計算方法 1、作用荷載：、恒載 、可變荷載 、溫度及施工荷載 常用荷載組合： 組合：基本可變荷載（平板車及履帶車除外） 的一種或幾種

15、恒載的組合 組合II : 組合I+其他一種或幾種可變荷載 組合III : 組合I+靜水壓力及浮力 組合IV : 組合II+靜水壓力及浮力 組合V : 組合I+地震力7/16/2022632、 設計原則： 分項安全系數極限狀態平衡法承載能力極限狀態表達式：7/16/2022643 、 計算狀態及荷載系數 (1) 承載能力極限狀態分項荷載系數（表6-6） (2) 正常使用極限狀態 全部荷載系數采用1.0 (3) 合力偏心距計算時 全部荷載系數采用 1.07/16/20226516-4 擋土墻穩定性分析一 、 設計參數的敏感性分析 7/16/202266二、計算要求 1、 控制墻身不產生沿基底的滑移

16、破壞 2 、墻身不產生沿墻趾的傾覆 3、 基底不出現過大的沉陷 4、 控制出現不均勻沉降而引起墻身傾斜 5、 控制墻身截面不出現開裂7/16/202267三、 抗滑穩定性分析7/16/202268四、抗傾覆穩定驗算7/16/202269五、基底應力及合力偏心矩驗算： 1） 基礎地面壓應力7/16/2022707/16/2022712）基底合力偏心矩： 滿足表6-9 3）地基承載力抗力值7/16/202272六、 墻身截面強度驗算 1、 驗算斷面選擇7/16/202273第四節 浸水路堤擋土墻設計一、浸水擋土墻土壓力計算 1.當填料為砂性土時設計時考慮： 浸水部分填料單位重量采用浮容重； 浸水前

17、后的內摩擦角不變； 破裂面為一平面； 2.當填料為粘性土時 粘性土浸水后c值顯著降低，應將填土的上下兩部分視為不同性質的土層，應分別計算土壓力。7/16/202274二、靜水壓力、動水壓力和上浮力 1.浸水壓力 2.上浮力 3.動水壓力：透水性材料，動水壓力一般很小，可略而不計。三、浸水擋土墻穩定性驗算 設計浸水擋土墻，應對最不利水位進行驗算。應用優選法求最小穩定系數。7/16/202275第五章 地震地區擋土墻設計一、地震荷載的計算 在擋土墻設計中，一般只考慮水平地震力的影響。 最大水平地震力Ps = C z K h G C z 綜合影響系數； K h 水平地震系數； G 破裂棱體與擋土墻的

18、重量；二、地震作用下的土壓力 直接采用一般庫侖土壓力公式計算地震土壓力。三、地震條件下擋土墻的驗算 具體驗算方法同前，只在驗算時注意考慮地震對擋墻的影響。7/16/202276四、一般防震措施 1.盡可能采用重心低的墻身斷面形式； 2.基礎盡可能置于基巖或堅硬的均質土層上； 3.擋土墻宜采用漿砌片石、混泥土和鋼筋混泥土修筑； 4.墻體應以垂直通縫分段，每段長度不宜超過15米；地基變化或地面標高突變處，也應該設置通縫； 5.應嚴格控制砌筑質量，石料要嵌擠緊密，砂漿要飽滿，砂漿標號按非地震區要求提高一級采用； 6.墻后填料應盡量用片、碎石或砂性土分層填筑并夯實，并做好排水設施。7/16/20227

19、7第六節 輕型擋土墻一、懸臂式擋土墻 1.構造：由立壁和底板組成。 2.適用條件:施工簡單，適用于比較松軟的地基，墻高一般在69米之間。 3.設計：（1）土壓力計算 （2）底板寬度計算 （3）底板厚度計算 （4）立壁厚度計算7/16/202278二、錨桿擋土墻 1.構造：鋼筋混泥土墻面和鋼錨桿組成。 2.布置：當擋土墻較高時，應布置兩級或兩級以上，兩級之間設12米寬的平臺。每級擋土墻不宜過高，一般5 6米。 3.設計：（1）主動土壓力計算； （2）擋土板內力計算； （3）立柱的內力計算； （4）錨桿設計： 錨桿截面設計； 錨桿長度設計； 錨桿與立柱的連接；7/16/202279三、錨定板擋土墻

20、 1.構造：由鋼筋混凝土墻面、鋼拉桿、錨定板以及其間的填土共同形成的一種組合擋土結構。 2.設計： （1）錨定板設計； （2）錨定板擋土墻的整體穩定性； 3.與錨防擋土墻的主要區別：錨桿擋土墻的錨桿插入穩定地層的鉆孔中，抗拔力來源與灌漿錨桿與孔壁地層之間的粘結強度，而錨定板擋土墻的鋼拉桿及其端部的錨定板都埋設在人工填土當中，抗拔力主要來源與錨定板前的填土的被動抗力。7/16/202280第七節 加筋擋土墻一、加筋擋土墻的構造 加筋擋土墻的平面線性可采用直線、折線和曲線。相鄰墻面的內夾角不宜小于70度。加筋體筋帶一般應水平布設并垂直于面板，當一個結點有兩條以上筋帶時，應扇狀分開。當相鄰墻面的內夾

21、角小于90度時，宜將不能垂直布設的筋帶逐漸斜放，必要時在角隅處增設加強筋帶。二、加筋擋土墻結構計算 1.加筋體中活動區與穩定區 2.加筋擋土墻 3.總體平衡法驗算7/16/2022812006-1-19 82 加筋土擋土墻 是一種由豎直面板、水平拉筋和內部填土三部分組成的加筋體，通過拉筋與填土間的摩擦力拉住面板、穩定填土、形成一個整體結構，依靠其自重抵抗墻后填土所產生的側向壓力。加筋土擋土墻按設置位置分為路堤式、路肩式，按設置方式分為雙面交錯式、雙面分離式、臺階式等.7/16/2022822006-1-19 83 面板的作用是防止拉筋間填土從側向擠出，保證拉筋、填料、墻面板構成具有一定形狀的整

22、體。面板的形狀有十字形、六角形、矩形、槽形、L形、弧形等。一般采用強度不低于C20的混凝土或鋼筋混凝土預制板，國外也有采用半橢圓形的金屬板。其設計應滿足堅固、美觀、運輸方便和安裝方便等要求。為滿足加筋體的排水要求，墻面板應預留泄水孔。7/16/2022832006-1-19 84 拉筋，又稱筋帶，承受垂直力和水平拉力，其作用是通過拉筋與填料之間的摩擦力而達到外部穩定。拉筋常用帶肋的扁鋼帶、鋼筋混凝土帶、聚丙烯土工帶等，還可用金屬或聚合物材料復合而成的鋼塑復合帶、或土工隔柵。擋土墻高度小于3m時，應采用長度不小于4m的等長拉筋；墻高大于3m時，可采用長度不小于5m的不等長拉筋，但不宜多于三種長度，且相鄰的不等長拉筋長度之差不宜小于1.0m。采用鋼筋混凝土帶時，每節長度不宜大于3.0m。金屬拉筋應做好防銹處理。7/16/2022842006-1-19 85 加筋體填料是加筋體的主要材料，必須容易填筑和壓實，與拉筋之間有可靠的摩擦力，且對拉筋無腐蝕性。因此，應選用一定級配、內摩擦角大、透水性好、遇水后不易膨脹的的砂類土、礫石類土、碎石土、黃土以及滿足質量要求的工業廢渣。禁止采用泥炭、淤泥、凍土、鹽漬