第八章路基擋土墻設計第八章路基擋土墻設計第一節擋土墻的類型、構造和布置第二節土壓力計算第三節擋土墻的穩定性驗算第四節加筋土結構第五節其他輕型擋土墻結構第一節擋土墻的類型、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，較為經濟，有利于實現結構輕型化和施工機械化

3．薄壁式擋土墻：鋼筋混凝土結構，包括懸臂式和扶壁式兩種，特點鋼筋與混凝土用量大，經濟性差，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，把土的側壓力傳給拉筋穩定土體，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，結構簡單，圬工數量少，經濟效益大三、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設在邊溝旁，當路肩墻和路堤墻的墻高或截面圬工數量相近、基礎情況相似時優先選用路肩墻，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

第二節節土土壓壓力計計算一、土土壓力力類型型根據擋擋土墻墻的位位移和和墻后后土體體所處處的應應力狀狀態分分靜止土土壓力力、主動土土壓力力和被動土土壓力力三種類類型。。a)靜止土土壓力力;b)主動土土壓力力;c)被動土土壓力力1．靜止止土壓壓力如果擋擋土墻墻的剛剛度很很大，，在土土壓力力作用用下，，墻體體不發發生變變形和和任何何位移移，墻墻背后后土體體處于于彈性性平衡衡狀態態，，此時時墻背背所受受的土土壓力力稱為為靜止止土壓壓力，，以以表表示2．主動動土壓壓力如果擋擋土墻墻在土土壓力力作用用下產產生位位移，，墻對對土體體的側側向應應力逐逐漸減減小，，土體體出現現向下下滑動動的趨趨勢。。土的的抗剪剪應力力抵抗抗著這這一滑滑動。。當墻墻的側側向應應力減減小到到某一一數值值，且且土的的抗剪剪強度度充分分發揮揮時，，土體體處于于極限限平衡衡狀態態，與與此相相應的的土壓壓力稱稱為主主動土土壓力力，以以符號號表表示示。3．被動動土壓壓力如果擋擋土墻墻在外外力作作用下下推擠擠土體體，墻墻對土土體的的側向向應力力增大大，土土體出出現向向上滑滑動，，土的的抗剪剪力阻阻止著著這一一滑動動。當當墻對對土體體的側側向應應力增增大到到某一一數值值，使使土的的抗剪剪強度度充分分發揮揮時，，土體體處于于另一一種極極限平平衡狀狀態，，與此此相應應的土土壓力力稱為為被動動土壓壓力，，以符符號表表示。。二、庫倫土壓力力理論論（一））基本本原理理庫倫土土壓力力理論論從研研究墻墻后宏宏觀土土體的的滑動動出發發，當墻后后破裂裂棱體體產生生滑動動時，土體處處于極極限平平衡狀狀態，根據破破裂棱棱體的的靜力力平衡衡條件件，求得墻墻背主主動土土壓力力和被被動土土壓力力。假設：：（1）墻后土體體為均均質散散粒體體，粒間僅僅有內內摩擦擦力而而無粘粘聚力力；（2）當墻產生生一定定位移移，墻后土土體形形成破破裂棱棱體，并沿墻墻背和和破裂裂面滑滑動；（3）破裂面面為通通過墻墻踵的的一平平面；（4）當墻后后土體體開始始滑動動時，土體處處于極極限平平衡狀狀態，破裂棱棱體在在其自自重、墻背反反力和和破裂裂面反反力的的作用用下維維持靜靜力平平衡。（5）擋土墻墻及破破裂棱棱體均均視為為剛體體，在外力力作用用下不不發生生變形形。（二））主動動土壓壓力如下圖圖，AB為擋土土墻墻墻背，，BC為破裂裂面，，BC與豎值值方向向的夾夾角為為破裂裂角θ，即為為破裂裂棱柱柱體。。這個個棱體體上作作用著著三個個力，，即破破裂棱棱體自自重、、主動動土壓壓力的的反力力、破破裂面面上的的反力力。當填土土表面面為傾傾斜平平面時時，如如下圖圖所示示：所得的的主動動土壓壓力的的表達達式為為：＝（三））庫倫倫土壓壓力理理論的的適用用范圍圍（1）庫倫倫理論論概念念清晰晰、計計算簡簡單、、適應應范圍圍較廣廣（2）庫倫倫理論論較適適用于于砂性性土，，用于于粘性性土時時，應應考慮慮粘聚聚力的的影響響。（3）庫倫倫理論論不僅僅適用用于墻墻背平平面為為平面面或近近似平平面的的擋土土墻，，也可可用于于形墻墻背。。（4）土體體中出出現第第二破破裂面面，應應按第第二破破裂面面法計計算。。（5）庫倫倫理論論用于于仰斜斜墻背背時，，墻背背坡度度不宜宜太緩緩。（6）庫倫倫理論論僅適適用于于剛性性擋土土墻。。（7）庫倫倫理論論適用用于地地面或或墻后后填土土表面面傾角角的的情情況。。三、不不同情情況下下的土土壓力力計算算（一））第二二破裂裂面的的土壓壓力在擋土土墻設設計中中，當當墻背背俯斜斜很緩緩時，，即墻墻背傾傾角很很大的的情況況，如如折線線形擋擋土墻墻的上上墻墻墻背或或衡重重式擋擋土墻墻的假假想墻墻背（（下圖圖），，當墻墻后土土體達達到主主動極極限平平衡狀狀態時時，破破裂棱棱體并并不沿沿墻背背或假假想墻墻背滑滑動，，而是是沿土土體的的另一一滑動動面滑滑動，，則稱稱為第第二破破裂面面。第二破破裂面面出現現的條條件是是：（1）墻背背傾角角必須須大于于第二二破裂裂面的的傾角角；（2）作用用于墻墻背或或假想想墻背背上的的合力力對墻墻背法法線的的傾角角δ′應小于于或等等于墻墻背摩摩擦角角δ。對于一一般常常用的的俯斜斜墻背背，上上述條條件不不能滿滿足，，故不不會出出現第第二破破裂面面。衡衡重式式墻的的上墻墻或懸懸臂式式墻只只要滿滿足第第一個個條件件，即即出現現第二二破裂裂面。。設計計時應應首先先辨別別是否否出現現第二二破裂裂面，，然后后再用用相應應的公公式計計算土土壓力力。計算是按上上下墻分別別計算（二）折線線形墻背的的土壓力計計算（三）粘性性土土壓力力計算采用換算內內摩擦角法法來計算粘粘性土的主主動土壓力力（四）有限限范圍填土土的土壓力力計算墻后填土不不是沿著計計算的破裂裂面滑動，，而是沿著著已知滑動動面滑動用用有限范圍圍填土土壓壓力計算問問題，計算算圖示如下下：（五）車輛輛荷載作用用下的土壓壓力車輛荷載近近似地按均均布荷載考考慮，并將將其換算成成容重與墻墻后填料相相同的均布布土層（1）按墻高確確定的附加加荷載強度度進行換算算擋土墻設計計中，換算算均布土層層厚度（m）可直接由由擋土墻高高度確定的的附加荷載載強度計算算，如下圖圖所示，即即：（2）根據破裂裂棱體范圍圍內布置的的車輛荷載載換算根據墻后破破裂棱體上上的車輛荷荷載換算為為容重與墻墻后填土相相同的均布布土層，如如下圖所示示，其厚度度為：第三節擋擋土墻的的穩定性驗驗算一、作用在在擋土墻上上的力系力系永久荷載可變荷載偶然荷載長期作用在在擋土墻擋土墻結構構重力，，填土重力力，填土土側壓力，，墻頂上的有有效永久荷荷載，預預加力，，墻頂與第二二破裂面之之間的有效效荷載，，浮力及靜水水壓力，，混凝土收收縮及徐變變如下圖車輛荷載引引起的土側側壓力，，人群荷載載，動水壓力，，溫度變變化的影響響力等暫時性的或或屬于災害害性的，地地震，滑滑坡、泥石流作用用力等永久荷載如如圖所示：：擋土墻設計計時，應根根據可能同同時出現的的作用荷載載，選擇荷荷載組合，，常用的荷荷載組合如如表：組合荷載名稱Ⅰ擋土墻結構重力、墻頂上的有效永久荷載、填土重力、填土側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、擋土墻墻設計原則則擋土墻設計計按“分項項安全系數數極限狀態態”法進行行。擋土墻墻設計分承載力極限限狀態和正常使用極極限狀態。當擋土墻出出現以下任任何一種狀狀態，即認認為超過了了承載力極極限狀態：：①整個擋擋土墻或擋擋土墻的一一部分作為為剛體失去去平衡；②②擋土墻的的構件或連連接部件因因材料強度度超過而破破壞，或過過度塑性變變形；③擋擋土墻結構構變為機動動體系或局局部失去平平衡。擋土墻出現現下列狀態態之一時，，即認為超超過了正常常使用極限限狀態：①①影響正常常使用或外外觀變形；；②影響正正常使用或或耐久性的的局部破壞壞（包括裂裂縫）；③③影響正常常使用的其其他特定狀狀態。三、穩定性性驗算（一）滑動動穩定性驗驗算擋土墻的滑滑動穩定性性：在土壓壓力和其他他外荷載作作用下，基基底摩阻力力抵抗擋土土墻滑移的的能力。如如圖：滑動穩定方方程抗滑動穩定定系數（二）抗傾傾覆穩定性性驗算為保證抗傾傾覆穩定性性，須驗算抵抗墻墻身繞墻趾趾向外轉動動傾覆的能能力，如圖圖：傾覆穩定方方程抗傾覆穩定系數數四、基底應力及及合力偏心距驗驗算1、基底合力的偏偏心矩：避免擋擋土墻不均勻沉沉陷＝2、基礎地面的壓壓應力：保證擋擋土墻的基底應應力不超過地基基承載力五、墻身截面強強度驗算1、強度計算：2、穩定計算：第四節加筋筋土結構一、加筋土的機機理1、摩擦加筋理論論在加筋土結構中中，由填土自重重和外力產生的的土壓力作用于于墻面板，通過過墻面板上的拉拉筋連接件將此此土壓力傳遞給給拉筋，企圖將將拉筋從土中拉拉出。而拉筋材材料又被土壓住住，于是填土與與拉筋之間的摩摩擦力阻止拉筋筋被拔出，如圖圖。因此，只要要拉筋材料具有有足夠的強度，，并與土產生足足夠的摩阻力，，則加筋的土體體就可保持穩定定。2、準粘聚力理論論采用的拉筋，其其彈性模量遠大大于填土。拉筋筋與填土的共同同作用，包括填填土的抗剪力、、填土與拉筋的的摩擦阻力及拉拉筋的抗拔力，，使得加筋土的的強度明顯提高高，這可以從三三軸試驗中得到到驗證。在沒有拉筋的土土體中，在豎向向應力作用下，，土體產生豎向向壓縮和側向膨膨脹變形。隨著著豎向應力的加加大，壓縮變形形和膨脹變形也也隨之加大，直直到破壞。應應力狀態如圖：：如下圖a所示。莫爾圓I為土體未破壞時時的彈性應力狀狀態；圓II則是未加拉筋的的土體極限應力力狀態；圓III是加筋土體的應應力狀態，在相相同的軸向變形形條件下，加筋筋土能承受較大大的主應力差。。這還可以通過過常規三軸試驗驗中的應力變化化情況來表示，，如圖b所示，圓IV為無筋土極限狀狀態時的莫爾圓圓；圓VI為加筋土的莫爾爾圓，圓VI的與圓IV的相等，而能承承受的壓力則增增加了；圓V為加筋土中填土土的極限莫爾圓圓，其最大主應應力與圓VI的相等，而最小小主應力卻減小小了。上述分析析說明，加筋土土體的強度有了了增加，應有一一條新的抗剪強強度線來反映這這種關系，如圖圖c所示。這已被試驗所證證實，如下圖所所示，圖中加筋筋砂與未加筋砂砂的強度曲線幾幾乎完全平行，，說明值在加筋筋前后基本不變變，加筋砂的力力學性能的改善善是由于新的復復合土體（即加加筋砂）具有““粘聚力”的緣緣故，“粘聚力力”不是砂土固固有的，而是加加筋的結果，所所以稱為“準粘粘聚力”。二、破壞模式及及驗算項目1、內部失穩形式式由于拉筋與填土土之間結合力不不足造成的加筋筋體斷裂由于拉筋開裂造造成的斷裂2、外部失穩形式式加筋土擋土墻與與地基間的摩阻阻力不足或墻后土體的側側向推力過大所所引起的滑移加筋土擋土墻被被墻后土體側向向推力所傾覆由于地基承載力力不足或不均勻勻沉降而引起的的傾斜加筋土擋土墻及及墻后土體出現現整體滑動三、拉筋拉力計計算1、加筋體自重產產生的拉力對第i層拉筋所產生的的應力水平應力：豎向應力：2、加筋體上路堤填填土產生的拉力力：3、附加荷載產生生的拉力：4、拉筋拉力四、拉筋長度計計算第五節其他他輕型擋土墻結結構一、懸臂式和扶扶壁式擋土墻（一）懸臂式和和扶壁式擋土墻墻的構造及適用用條件懸臂式和扶壁式式擋土墻的結構構穩定性是依靠靠墻身自重和墻墻踵板上方填土土的重力來保證證，而且墻趾板板也顯著地增大大了抗傾覆穩定定性，并大大減減小了基底應力力。它們的主要要特點是構造簡簡單、施工方便便，墻身斷面較較小，自身質量量輕，可以較好好地發揮材料的的強度性能，能能適應承載能力力較低的地基。。但是需消耗一一定數量的鋼材材和水泥一般情況下，墻墻高6m以內采用懸臂式式，6m以上采用扶壁式式。（二）土壓力計計算（1）庫倫土壓力法法:一般可采用庫倫倫土壓力理論計計算，特別是填填土表面為為折折線或有局部荷荷載作用時（2）朗金土壓力法法:填土表面為一平平面或其上有均均勻荷載作用時時采用，如下圖圖所示按朗金土土壓力理論計算算的土壓力作用用于通過墻踵的的豎直面AC上，在立壁和墻墻踵板設計時，，應將分成成兩部分。（三）墻身構造造設計（1）懸臂式擋土墻墻構造設計懸臂式擋土墻分分段長度不應大大于15m，段間設置沉降降縫和伸縮縫,墻踵板頂面水平平,墻踵板寬度由全全墻抗滑穩定性性確定，并具有有一定的剛度（2）扶壁式擋土墻墻扶壁式擋土墻分分段長度不應大大于20m。扶肋間距一般般為1/4~1/2墻高。墻面板寬寬度和墻底板厚厚度與扶壁間距距成正比，扶壁壁式擋土墻有關關構造要求如圖圖：（四）墻身截面面尺寸的擬定懸臂式擋土墻的的整體穩定性通通常取決于墻底底板的寬度，增增大墻底板的寬寬度，可以提高高擋土墻的抗滑滑穩定性和抗傾傾覆穩定性，減減少基底應力。。墻底板的寬度度B可分為三部分：：墻趾板寬度、、立壁寬度和墻墻踵板寬度，如如下圖所示。（五）立壁和墻墻底板厚度1、內力計算2、截面厚度計算算（六）墻身穩定定性及基底應力力驗算驗算內容包括抗抗滑穩性、抗傾傾覆穩定性、基基底應力及合力力偏心矩、墻身身截面強度等二、錨桿擋土墻墻（一）錨桿擋土土墻的構造與布布置錨桿擋土墻是由由鋼筋混凝土墻墻面和鋼錨桿組組成，靠錨固在在穩定地層內的的錨桿對墻面的的水平拉力以保保持墻身的穩定定。錨桿擋土