擋土墻設(shè)計(jì)論述

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【摘要】在擋土墻設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)它在外力作用下可能的位移方向，判斷是主動(dòng)土壓力還是被動(dòng)土壓力。如拱橋橋臺(tái)在荷載和自重作用下，有向土體移動(dòng)的趨勢(shì)，為臺(tái)背土壓力所阻止，故臺(tái)背所受的土壓力應(yīng)為被動(dòng)土壓力，而對(duì)一般的擋土墻，則墻身有被土體向外擠動(dòng)的可能，墻背承受的是主動(dòng)土壓力。按主動(dòng)土壓力設(shè)計(jì)擋土墻，是考慮到擋土墻失穩(wěn)或基底破壞前，墻身必定會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的位移，于是墻后土體的應(yīng)力狀態(tài)趨于主動(dòng)極限狀態(tài)。因此，以主動(dòng)土壓力作為擋土墻的設(shè)計(jì)荷載是合理的。

【關(guān)鍵詞】擋土墻；土壓力；荷載；墻背 擋土墻是用來(lái)支撐天然邊坡或人工填土邊坡以保持土體穩(wěn)定的建筑物。在公路工程中，它廣泛應(yīng)用于支撐路堤或路坡、隧道洞口、橋梁兩端及河流岸壁等。 路基在遇到下列情況時(shí)可考慮修建擋土墻:a.路基位于陡坡地段或巖石風(fēng)化的路塹邊緣地段；b.為避免大量挖方及降低邊坡高度的路塹地段；c.可能產(chǎn)生塌方、滑坡的不良地質(zhì)路段；d.水流沖刷嚴(yán)重或長(zhǎng)期受水浸泡的沿河路基地段；e.為節(jié)約用地、減少拆遷或少占農(nóng)田的地段；f.為保護(hù)重要建筑物、生態(tài)環(huán)境或其他特殊需要的地段。 擋土墻的類型主要有：     1.重力式擋土墻：        依靠墻身自重支撐土壓力來(lái)維持穩(wěn)定。     2.錨定式擋個(gè)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(jié)構(gòu)，包括懸臂式和扶臂式。     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。 擋土墻土壓力計(jì)算 在影響擋土墻土壓力大小及其分布規(guī)律的諸多因素中，擋土墻的位移方向和位移量是計(jì)算中要考慮的特殊因素。根據(jù)擋土墻的位移和墻后土體所處的應(yīng)力狀態(tài)，土壓力有以下三種類型。1.靜力土壓力；2.主動(dòng)土壓力；3.被動(dòng)土壓力。 在擋土墻設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)它在外力作用下可能的位移方向，判斷是主動(dòng)土壓力還是被動(dòng)土壓力。如拱橋橋臺(tái)在荷載和自重作用下，有向土體移動(dòng)的趨勢(shì)，為臺(tái)背土壓力所阻止，故臺(tái)背所受的土壓力應(yīng)為被動(dòng)土壓力，而對(duì)一般的擋土墻，則墻身有被土體向外擠動(dòng)的可能，墻背承受的是主動(dòng)土壓力。按主動(dòng)土壓力設(shè)計(jì)擋土墻，是考慮到擋土墻失穩(wěn)或基底破壞前，墻身必定會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的位移，于是墻后土體的應(yīng)力狀態(tài)趨于主動(dòng)極限狀態(tài)。因此，以主動(dòng)土壓力作為擋土墻的設(shè)計(jì)荷載是合理的。 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(zhì)分為主要力系、附加力和特殊力。 二、一般條件下庫(kù)侖主動(dòng)土壓力計(jì)算 1.破裂面交于內(nèi)邊坡：              Ea=½ץ×H2×Ka                      ץ  —墻后填土的容重，KN/m3;                      H —擋土墻高度，m;                      Ka—主動(dòng)土應(yīng)力系數(shù)； 2.坡裂面交于路基面 （1）破裂面交于荷載中部 （2）破裂面交于荷載外側(cè) （3）破裂面交于荷載內(nèi)側(cè) 3.破裂面交于外邊坡 三、大俯角墻背的主動(dòng)土壓力—第二破裂面法  出現(xiàn)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(xiàn)； 2.在墻背或假想墻背面上產(chǎn)生的抗滑力必須大于其下滑力，使破裂棱體不會(huì)沿墻背或假想墻背下滑； 四 、折線形墻背的土壓力計(jì)算 為了適應(yīng)地形和工程需要，常采用凹形墻背的擋土墻和衡重式擋土墻，這些擋土墻的墻背不是一個(gè)平面而是折面，稱之為折線形墻背。 1.延長(zhǎng)墻背法 此方法存在著一定誤差。一是忽略了延長(zhǎng)墻背與實(shí)際墻背之間的土鍥及荷載重，但考慮了在延長(zhǎng)墻背和實(shí)際墻背上土壓力方向不同而引起的垂直分力差，雖然兩者能相互補(bǔ)償，但未必能相抵消。二是繪制土壓應(yīng)力圖形時(shí)，假定上墻破裂面與下墻破裂面平行，由此存在計(jì)算下墻土壓力所引起的誤差。以上誤差一般偏于安全，由于此法計(jì)算簡(jiǎn)便，至今仍被廣泛采用。 2.力多邊形法 力多邊形法依據(jù)極限平衡條件下作用于破裂棱體上的諸力應(yīng)構(gòu)成閉合力多邊形的原理，來(lái)求算下墻土壓力。 五、粘性土壓力計(jì)算 庫(kù)倫理論只考慮不具有粘聚力的砂性土的土壓力問(wèn)題。當(dāng)墻背填料為粘性土?xí)r，土的粘聚力對(duì)主動(dòng)土壓力的影響很大，因此應(yīng)考慮粘聚力的影響。 1.等效內(nèi)摩擦角法 2.力多邊形法 六、不同土層的土壓力計(jì)算 七、有限范圍填土的土壓力計(jì)算  八、被動(dòng)土壓力計(jì)算              E p=½ץ× H2 ×K p              K p—被動(dòng)土壓力系數(shù)； 九、車輛荷載的換算        車輛荷載引起的附加土側(cè)應(yīng)力按等代均布土層厚度計(jì)算：                h = q/ץ                         q —附加荷載強(qiáng)度；                    h —換算土層厚，m;   擋土墻設(shè)計(jì) 一、擋土墻的布置 1.擋土墻位置的選定  路塹擋土墻大多設(shè)在邊溝旁。山坡?lián)跬翂?yīng)考慮設(shè)在基礎(chǔ)可靠處，墻的高度應(yīng)保證墻后墻頂以上邊坡的穩(wěn)定。 2.擋土墻的縱向布置內(nèi)容 （1）確定擋墻起點(diǎn)和墻長(zhǎng)，選擇擋墻與路基或其結(jié)構(gòu)物的銜接方式； （2）按地基及地形情況進(jìn)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(chǔ)； （4）布置泄水孔的位置，包括數(shù)量、間隔和尺寸等； 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(chǔ)形式有變異處，以及其它必須樁號(hào)處的橫斷面上。  4.平面布置  二、擋土墻的構(gòu)造 1.墻身構(gòu)造：a.墻背；b.墻面；c.墻頂；d.護(hù)欄 2.基礎(chǔ) （1）基礎(chǔ)類型； （2）基礎(chǔ)埋置深度：無(wú)沖刷時(shí)，應(yīng)在天然地面下 至少1.0米；有沖刷時(shí)，應(yīng)在沖刷線以下至少1.0米；受凍脹影響時(shí)，應(yīng)在凍結(jié)線以下不少于0.25米； 3.排水設(shè)施       排水設(shè)施主要包括：設(shè)置地面排水溝，引排地面水；夯實(shí)回填土和地面松土，防止雨水及地面水下滲，必要時(shí)可加設(shè)鋪砌；對(duì)路塹擋墻墻趾前的邊溝應(yīng)予以鋪砌，以防邊溝滲入基礎(chǔ)；設(shè)置墻身泄水孔，排除墻后水。 4.沉降縫與伸縮縫  三、擋土墻的荷載的計(jì)算方法 1.擋土墻的荷載 2.擋土墻的設(shè)計(jì)原則：       擋土墻設(shè)計(jì)按“分項(xiàng)安全系數(shù)極限狀態(tài)”進(jìn)行。       擋土墻設(shè)計(jì)分承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。 四、擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算  1.抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算  2.抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算  五、墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算  1.強(qiáng)度計(jì)算：    N j≦αk A×R k/ץ   2.穩(wěn)定計(jì)算：    N j≦Ψαk A×R k/ץ     六、增加擋土墻穩(wěn)定性的措施  1.增加抗滑穩(wěn)定性的方法：       （1）設(shè)置傾斜基底；       （2）采用凸基礎(chǔ)；  2.增加抗傾覆穩(wěn)定性的方法：      （1）展寬墻趾；      （2）改變墻面及墻背坡度；      （3）改變墻身斷面類型；   浸水路堤擋土墻設(shè)計(jì) 長(zhǎng)期或季節(jié)性浸水的擋土墻，應(yīng)考慮水對(duì)墻后填料和墻身的影響。 1.填料浸水時(shí)，受水的浮動(dòng)作用，土壓力減小。 2.砂性土的內(nèi)摩擦角受水的影響不大，可認(rèn)為浸水后不變，但粘性土浸水后抗剪強(qiáng)度顯著降低。 3.墻背與墻面均受到靜水壓力，若水位一致時(shí)，則兩者平衡；而當(dāng)有一水位差時(shí)，則墻身受到靜水壓力差所引起的推力。 4.墻外水位驟然降落，或者墻后暴雨下滲在填料內(nèi)出現(xiàn)滲流時(shí)，填料受到滲透水壓力，滲水性填料的動(dòng)水壓力一般很小，可略而不計(jì)。 5.墻身受到水的浮力作用，使其抗傾覆及抗滑動(dòng)穩(wěn)定性減弱。 一、浸水擋土墻土壓力計(jì)算        1.當(dāng)填料為砂性土?xí)r設(shè)計(jì)時(shí)考慮：        ①浸水部分填料單位重量采用浮容重；        ②浸水前后的內(nèi)摩擦角不變；        ③破裂面為一平面；        2.當(dāng)填料為粘性土?xí)r         粘性土浸水后c值顯著降低，應(yīng)將填土的上下兩部分視為不同性質(zhì)的土層，應(yīng)分別計(jì)算土壓力。   二、靜水壓力、動(dòng)水壓力和上浮力        1.浸水壓力        2.上浮力        3.動(dòng)水壓力：透水性材料，動(dòng)水壓力一般很小，可略而不計(jì)。 三、浸水擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算       設(shè)計(jì)浸水擋土墻，應(yīng)對(duì)最不利水位進(jìn)行驗(yàn)算。應(yīng)用優(yōu)選法求最小穩(wěn)定系數(shù)。 參考文獻(xiàn) [1] 岳強(qiáng) 單景松 主編  《路基路面工程》 機(jī)械工業(yè)出版社