挡土墙设计论述

【摘要】在挡土墙设计中，应根据它在外力作用下可能的位移方向，判断是主动土压力还是被动土压力。如拱桥桥台在荷载和自重作用下，有向土体移动的趋势，为台背土压力所阻止，故台背所受的土压力应为被动土压力，而对一般的挡土墙，则墙身有被土体向外挤动的可能，墙背承受的是主动土压力。按主动土压力设计挡土墙，是考虑到挡土墙失稳或基底破坏前，墙身必定会产生相应的位移，于是墙后土体的应力状态趋于主动极限状态。因此，以主动土压力作为挡土墙的设计荷载是合理的。

【关键词】挡土墙；土压力；荷载；墙背 挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的建筑物。在公路工程中，它广泛应用于支撑路堤或路坡、隧道洞口、桥梁两端及河流岸壁等。 路基在遇到下列情况时可考虑修建挡土墙:a.路基位于陡坡地段或岩石风化的路堑边缘地段；b.为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑地段；c.可能产生塌方、滑坡的不良地质路段；d.水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路基地段；e.为节约用地、减少拆迁或少占农田的地段；f.为保护重要建筑物、生态环境或其他特殊需要的地段。 挡土墙的类型主要有：     1.重力式挡土墙：        依靠墙身自重支撑土压力来维持稳定。     2.锚定式挡个土墙：        包括锚杆式和锚定板式两种。     3.薄壁式挡土墙：       是钢筋混凝土结构，包括悬臂式和扶臂式。     4.加筋土挡土墙：        由填土、填土中布置的拉筋及墙面板三部分组成。 挡土墙土压力计算 在影响挡土墙土压力大小及其分布规律的诸多因素中，挡土墙的位移方向和位移量是计算中要考虑的特殊因素。根据挡土墙的位移和墙后土体所处的应力状态，土压力有以下三种类型。1.静力土压力；2.主动土压力；3.被动土压力。 在挡土墙设计中，应根据它在外力作用下可能的位移方向，判断是主动土压力还是被动土压力。如拱桥桥台在荷载和自重作用下，有向土体移动的趋势，为台背土压力所阻止，故台背所受的土压力应为被动土压力，而对一般的挡土墙，则墙身有被土体向外挤动的可能，墙背承受的是主动土压力。按主动土压力设计挡土墙，是考虑到挡土墙失稳或基底破坏前，墙身必定会产生相应的位移，于是墙后土体的应力状态趋于主动极限状态。因此，以主动土压力作为挡土墙的设计荷载是合理的。 一、作用在挡土墙上的力系        作用在挡土墙上的力系，按力的作用性质分为主要力系、附加力和特殊力。 二、一般条件下库仑主动土压力计算 1.破裂面交于内边坡：              Ea=½ץ×H2×Ka                      ץ  —墙后填土的容重，KN/m3;                      H —挡土墙高度，m;                      Ka—主动土应力系数； 2.坡裂面交于路基面 （1）破裂面交于荷载中部 （2）破裂面交于荷载外侧 （3）破裂面交于荷载内侧 3.破裂面交于外边坡 三、大俯角墙背的主动土压力—第二破裂面法  出现第二破裂面的条件： 1.墙背或假想墙背的倾角必须大于第二破裂面角，即墙背或假想墙背不妨碍第二破裂面出现； 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，使破裂棱体不会沿墙背或假想墙背下滑； 四 、折线形墙背的土压力计算 为了适应地形和工程需要，常采用凹形墙背的挡土墙和衡重式挡土墙，这些挡土墙的墙背不是一个平面而是折面，称之为折线形墙背。 1.延长墙背法 此方法存在着一定误差。一是忽略了延长墙背与实际墙背之间的土锲及荷载重，但考虑了在延长墙背和实际墙背上土压力方向不同而引起的垂直分力差，虽然两者能相互补偿，但未必能相抵消。二是绘制土压应力图形时，假定上墙破裂面与下墙破裂面平行，由此存在计算下墙土压力所引起的误差。以上误差一般偏于安全，由于此法计算简便，至今仍被广泛采用。 2.力多边形法 力多边形法依据极限平衡条件下作用于破裂棱体上的诸力应构成闭合力多边形的原理，来求算下墙土压力。 五、粘性土压力计算 库伦理论只考虑不具有粘聚力的砂性土的土压力问题。当墙背填料为粘性土时，土的粘聚力对主动土压力的影响很大，因此应考虑粘聚力的影响。 1.等效内摩擦角法 2.力多边形法 六、不同土层的土压力计算 七、有限范围填土的土压力计算  八、被动土压力计算              E p=½ץ× H2 ×K p              K p—被动土压力系数； 九、车辆荷载的换算        车辆荷载引起的附加土侧应力按等代均布土层厚度计算：                h = q/ץ                         q —附加荷载强度；                    h —换算土层厚，m;   挡土墙设计 一、挡土墙的布置 1.挡土墙位置的选定  路堑挡土墙大多设在边沟旁。山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处，墙的高度应保证墙后墙顶以上边坡的稳定。 2.挡土墙的纵向布置内容 （1）确定挡墙起点和墙长，选择挡墙与路基或其结构物的衔接方式； （2）按地基及地形情况进行分段，确定伸缩缝和沉降缝的位置； （3）布置各段挡土墙的基础； （4）布置泄水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸等； 3.挡土墙的横向位置       横向布置选择在墙高最大处、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面上。  4.平面布置  二、挡土墙的构造 1.墙身构造：a.墙背；b.墙面；c.墙顶；d.护栏 2.基础 （1）基础类型； （2）基础埋置深度：无冲刷时，应在天然地面下 至少1.0米；有冲刷时，应在冲刷线以下至少1.0米；受冻胀影响时，应在冻结线以下不少于0.25米； 3.排水设施       排水设施主要包括：设置地面排水沟，引排地面水；夯实回填土和地面松土，防止雨水及地面水下渗，必要时可加设铺砌；对路堑挡墙墙趾前的边沟应予以铺砌，以防边沟渗入基础；设置墙身泄水孔，排除墙后水。 4.沉降缝与伸缩缝  三、挡土墙的荷载的计算方法 1.挡土墙的荷载 2.挡土墙的设计原则：       挡土墙设计按“分项安全系数极限状态”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  2.抗倾覆稳定性验算  五、墙身截面强度验算  1.强度计算：    N j≦αk A×R k/ץ   2.稳定计算：    N j≦Ψαk A×R k/ץ     六、增加挡土墙稳定性的措施  1.增加抗滑稳定性的方法：       （1）设置倾斜基底；       （2）采用凸基础；  2.增加抗倾覆稳定性的方法：      （1）展宽墙趾；      （2）改变墙面及墙背坡度；      （3）改变墙身断面类型；   浸水路堤挡土墙设计 长期或季节性浸水的挡土墙，应考虑水对墙后填料和墙身的影响。 1.填料浸水时，受水的浮动作用，土压力减小。 2.砂性土的内摩擦角受水的影响不大，可认为浸水后不变，但粘性土浸水后抗剪强度显著降低。 3.墙背与墙面均受到静水压力，若水位一致时，则两者平衡；而当有一水位差时，则墙身受到静水压力差所引起的推力。 4.墙外水位骤然降落，或者墙后暴雨下渗在填料内出现渗流时，填料受到渗透水压力，渗水性填料的动水压力一般很小，可略而不计。 5.墙身受到水的浮力作用，使其抗倾覆及抗滑动稳定性减弱。 一、浸水挡土墙土压力计算        1.当填料为砂性土时设计时考虑：        ①浸水部分填料单位重量采用浮容重；        ②浸水前后的内摩擦角不变；        ③破裂面为一平面；        2.当填料为粘性土时         粘性土浸水后c值显著降低，应将填土的上下两部分视为不同性质的土层，应分别计算土压力。   二、静水压力、动水压力和上浮力        1.浸水压力        2.上浮力        3.动水压力：透水性材料，动水压力一般很小，可略而不计。 三、浸水挡土墙稳定性验算       设计浸水挡土墙，应对最不利水位进行验算。应用优选法求最小稳定系数。 参考文献 [1] 岳强 单景松 主编  《路基路面工程》 机械工业出版社