路基路面工程交通版 第八章PPT課件

1、第一節(jié) 擋土墻的類型、構(gòu)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(wěn)的一種構(gòu)造物。 擋土墻的各部分名稱如圖： 第1頁/共41頁二、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(wěn)定，特點(diǎn)圬工量較大，但其形式簡單，施工方便，可就地取材，適應(yīng)性較強(qiáng)2錨定式擋土墻：分錨桿式和錨定板式兩種，特點(diǎn)工程量省 ，施工安全，較為經(jīng)濟(jì)，有利于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕型化和施工機(jī)械化 3薄壁式擋土墻：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，包括懸臂式和扶壁式兩種，特點(diǎn)鋼筋與混凝土用量大，經(jīng)濟(jì)性差 ，宜在石料缺乏、地

2、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(cè)壓力傳給拉筋穩(wěn)定土體，特點(diǎn)施工簡便、外形美觀、占地面積少，而且對地基的適應(yīng)性大 ，結(jié)構(gòu)簡單，圬工數(shù)量少，經(jīng)濟(jì)效益大 第2頁/共41頁第3頁/共41頁三、擋土墻構(gòu)造及布置 （一）擋土墻的構(gòu)造 常用的重力式擋土墻一般是由墻身、基礎(chǔ)、排水設(shè)施和伸縮縫等部分組成1、墻身構(gòu)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1:0.251:0.4，衡重式或凸折式擋土墻下墻墻背坡度多采用1:0.251:0.30仰斜，上墻墻背坡度受墻身強(qiáng)度控制，根據(jù)上墻高度，采用1:0.251:

3、0.45俯斜， ,如下圖所示；在地形險(xiǎn)峻地段，或過高過長的路肩墻的墻頂應(yīng)設(shè)置護(hù)欄；設(shè)置沉降縫第4頁/共41頁2、排水設(shè)施 由地面排水和墻身排水兩部分組成 地面排水措施：設(shè)置地面排水溝，截引地表水；夯實(shí)回填土頂面和地表松土，防止雨水和地面水下滲，必要時(shí)可設(shè)鋪砌層；路塹擋土墻墻趾前的邊溝應(yīng)予以鋪砌加固，以防邊溝水滲入基礎(chǔ)。 墻身排水：為了排除墻后積水，通常在墻身的適當(dāng)高度處布置一排或數(shù)排泄水孔。如下圖所示： 3、基礎(chǔ)埋置深度第5頁/共41頁（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(jìn)行。1、擋土墻位置的選定 路塹擋土墻大多數(shù)設(shè)在邊溝旁 ，當(dāng)路肩墻和路堤墻的墻高或截面圬工數(shù)

4、量相近、基礎(chǔ)情況相似時(shí)優(yōu)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(jìn)行，布置后繪成擋土墻正面圖。如圖： 第6頁/共41頁 布置的內(nèi)容有：（1）確定擋土墻的起訖點(diǎn)和墻長，選擇擋土墻與路基或其它結(jié)構(gòu)物的銜接方式。（2）按地基及地形情況進(jìn)行分段，確定伸縮縫與沉降縫的位置（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。 第7頁/共41頁 3、橫向布置 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，以及其它必需樁號的橫斷面圖上進(jìn)行。 4、平面布置 針對于個(gè)別復(fù)雜的擋土墻，如高、長的沿河擋土墻和曲線擋土墻 第8頁/共41頁第二節(jié) 土

5、壓力計(jì)算 一、土壓力類型 根據(jù)擋土墻的位移和墻后土體所處的應(yīng)力狀態(tài)分靜止土壓力、主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力三種類型。 a)靜止土壓力;b)主動(dòng)土壓力;c)被動(dòng)土壓力第9頁/共41頁 1靜止土壓力 如果擋土墻的剛度很大，在土壓力作用下，墻體不發(fā)生變形和任何位移，墻背后土體處于彈性平衡狀態(tài) ，此時(shí)墻背所受的土壓力稱為靜止土壓力 ，以 表示 2主動(dòng)土壓力 如果擋土墻在土壓力作用下產(chǎn)生位移，墻對土體的側(cè)向應(yīng)力逐漸減小，土體出現(xiàn)向下滑動(dòng)的趨勢。土的抗剪應(yīng)力抵抗著這一滑動(dòng)。當(dāng)墻的側(cè)向應(yīng)力減小到某一數(shù)值，且土的抗剪強(qiáng)度充分發(fā)揮時(shí)，土體處于極限平衡狀態(tài)，與此相應(yīng)的土壓力稱為主動(dòng)土壓力，以符號 表示。 3被動(dòng)土壓力

6、 如果擋土墻在外力作用下推擠土體，墻對土體的側(cè)向應(yīng)力增大，土體出現(xiàn)向上滑動(dòng)，土的抗剪力阻止著這一滑動(dòng)。當(dāng)墻對土體的側(cè)向應(yīng)力增大到某一數(shù)值，使土的抗剪強(qiáng)度充分發(fā)揮時(shí)，土體處于另一種極限平衡狀態(tài)，與此相應(yīng)的土壓力稱為被動(dòng)土壓力，以符號 表示。 0EaEpE第10頁/共41頁 二、庫倫土壓力理論 （一）基本原理 庫倫土壓力理論從研究墻后宏觀土體的滑動(dòng)出發(fā)，當(dāng)墻后破裂棱體產(chǎn)生滑動(dòng)時(shí)，土體處于極限平衡狀態(tài)，根據(jù)破裂棱體的靜力平衡條件，求得墻背主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力。 假設(shè)： （1）墻后土體為均質(zhì)散粒體，粒間僅有內(nèi)摩擦力而無粘聚力； （2）當(dāng)墻產(chǎn)生一定位移，墻后土體形成破裂棱體，并沿墻背和破裂面滑動(dòng)； （

7、3）破裂面為通過墻踵的一平面； （4）當(dāng)墻后土體開始滑動(dòng)時(shí)，土體處于極限平衡狀態(tài)，破裂棱體在其自重、墻背反力和破裂面反力的作用下維持靜力平衡。 （5）擋土墻及破裂棱體均視為剛體，在外力作用下不發(fā)生變形。第11頁/共41頁 （二）主動(dòng)土壓力 如下圖，AB為擋土墻墻背，BC為破裂面，BC與豎值方向的夾角為破裂角，即為破裂棱柱體。這個(gè)棱體上作用著三個(gè)力，即破裂棱體自重、主動(dòng)土壓力的反力、破裂面上的反力。 第12頁/共41頁 當(dāng)填土表面為傾斜平面時(shí)，如下圖所示： 所得的主動(dòng)土壓力的表達(dá)式為： aE 2222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos)(cos21H第13頁/共41頁 （

8、三）庫倫土壓力理論的適用范圍（1）庫倫理論概念清晰、計(jì)算簡單、適應(yīng)范圍較廣（2）庫倫理論較適用于砂性土，用于粘性土?xí)r，應(yīng)考慮粘聚力的影響。（3）庫倫理論不僅適用于墻背平面為平面或近似平面的擋土墻，也可用于形墻背。（4）土體中出現(xiàn)第二破裂面，應(yīng)按第二破裂面法計(jì)算。（5）庫倫理論用于仰斜墻背時(shí)，墻背坡度不宜太緩。（6）庫倫理論僅適用于剛性擋土墻。（7）庫倫理論適用于地面或墻后填土表面傾角 的情況。第14頁/共41頁 三、不同情況下的土壓力計(jì)算 （一）第二破裂面的土壓力 在擋土墻設(shè)計(jì)中，當(dāng)墻背俯斜很緩時(shí)，即墻背傾角很大的情況，如折線形擋土墻的上墻墻背或衡重式擋土墻的假想墻背（下圖），當(dāng)墻后土體達(dá)到主

9、動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，破裂棱體并不沿墻背或假想墻背滑動(dòng)，而是沿土體的另一滑動(dòng)面滑動(dòng)，則稱為第二破裂面。 第15頁/共41頁 第二破裂面出現(xiàn)的條件是： （1）墻背傾角必須大于第二破裂面的傾角； （2）作用于墻背或假想墻背上的合力對墻背法線的傾角應(yīng)小于或等于墻背摩擦角。 對于一般常用的俯斜墻背，上述條件不能滿足，故不會(huì)出現(xiàn)第二破裂面。衡重式墻的上墻或懸臂式墻只要滿足第一個(gè)條件，即出現(xiàn)第二破裂面。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先辨別是否出現(xiàn)第二破裂面，然后再用相應(yīng)的公式計(jì)算土壓力。 計(jì)算是按上下墻分別計(jì)算 第16頁/共41頁 （二）折線形墻背的土壓力計(jì)算 （三）粘性土土壓力計(jì)算 采用換算內(nèi)摩擦角法來計(jì)算粘性土的主動(dòng)土壓力

10、（四）有限范圍填土的土壓力計(jì)算 墻后填土不是沿著計(jì)算的破裂面滑動(dòng)，而是沿著已知滑動(dòng)面滑動(dòng)用有限范圍填土土壓力計(jì)算問題，計(jì)算圖示如下：）00sin()cos(WEa第17頁/共41頁 （五）車輛荷載作用下的土壓力 車輛荷載近似地按均布荷載考慮，并將其換算成容重與墻后填料相同的均布土層 （1）按墻高確定的附加荷載強(qiáng)度進(jìn)行換算 擋土墻設(shè)計(jì)中，換算均布土層厚度（m）可直接由擋土墻高度確定的附加荷載強(qiáng)度計(jì)算，如下圖所示，即：qh0第18頁/共41頁 （2）根據(jù)破裂棱體范圍內(nèi)布置的車輛荷載換算 根據(jù)墻后破裂棱體上的車輛荷載換算為容重與墻后填土相同的均布土層，如下圖所示，其厚度為：LBQh00第19頁/共4

11、1頁第三節(jié) 擋土墻的穩(wěn)定性驗(yàn)算 一、作用在擋土墻上的力系力系力系永久荷載 可變荷載 偶然荷載 長期作用在擋土墻擋土墻結(jié)構(gòu)重力 ，填土重力 ，填土側(cè)壓力 ，墻頂上的有效永久荷載 ，預(yù)加力 ，墻頂與第二破裂面之間的有效荷載 ，浮力及靜水壓力 ，混凝土收縮及徐變 如下圖車輛荷載引起的土側(cè)壓力 ，人群荷載，動(dòng)水壓力 ，溫度變化的影響力等 暫時(shí)性的或?qū)儆跒?zāi)害性的，地震 ，滑坡、泥石流作用力等 第20頁/共41頁 永久荷載如圖所示： 擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能同時(shí)出現(xiàn)的作用荷載，選擇荷載組合，常用的荷載組合如表： 組合荷載名稱擋土墻結(jié)構(gòu)重力、墻頂上的有效永久荷載、填土重力、填土側(cè)壓力及其他永久荷載組合組合與

12、基本可變荷載相組合組合與其他可變荷載、偶然荷載相組合第21頁/共41頁 二、擋土墻設(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)”法進(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)。 當(dāng)擋土墻出現(xiàn)以下任何一種狀態(tài)，即認(rèn)為超過了承載力極限狀態(tài)：整個(gè)擋土墻或擋土墻的一部分作為剛體失去平衡；擋土墻的構(gòu)件或連接部件因材料強(qiáng)度超過而破壞，或過度塑性變形；擋土墻結(jié)構(gòu)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系或局部失去平衡。 擋土墻出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時(shí)，即認(rèn)為超過了正常使用極限狀態(tài)：影響正常使用或外觀變形；影響正常使用或耐久性的局部破壞（包括裂縫）；影響正常使用的其他特定狀態(tài)。 第22頁/共41頁 三、穩(wěn)定性驗(yàn)算 （一）滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算擋土

13、墻的滑動(dòng)穩(wěn)定性：在土壓力和其他外荷載作用下，基底摩阻力抵抗擋土墻滑移的能力。如圖：滑動(dòng)穩(wěn)定方程 抗滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù) 0tan)1 . 1 (tan)tan(1 . 1 21010201pQxQyQpQxyQErErErGErEErG第23頁/共41頁 （二）抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算為保證抗傾覆穩(wěn)定性，須驗(yàn)算抵抗墻身繞墻趾向外轉(zhuǎn)動(dòng)傾覆的能力，如圖： 傾覆穩(wěn)定方程 抗傾覆穩(wěn)定系數(shù) 0)(8 . 021ppQyxxyQGZErZEZErGZ第24頁/共41頁 四、基底應(yīng)力及合力偏心距驗(yàn)算 1、基底合力的偏心矩：避免擋土墻不均勻沉陷 2、基礎(chǔ)地面的壓應(yīng)力：保證擋土墻的基底應(yīng)力不超過地基承載力 五、墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算

14、 1、強(qiáng)度計(jì)算： 2、穩(wěn)定計(jì)算： faKdrARNr/0faKKdrARNr/00eddNM6Be)61 (2, 1BeANd6Be 1132dN02第25頁/共41頁第四節(jié) 加筋土結(jié)構(gòu) 一、加筋土的機(jī)理 1、摩擦加筋理論 在加筋土結(jié)構(gòu)中，由填土自重和外力產(chǎn)生的土壓力作用于墻面板，通過墻面板上的拉筋連接件將此土壓力傳遞給拉筋，企圖將拉筋從土中拉出。而拉筋材料又被土壓住，于是填土與拉筋之間的摩擦力阻止拉筋被拔出，如圖。因此，只要拉筋材料具有足夠的強(qiáng)度，并與土產(chǎn)生足夠的摩阻力，則加筋的土體就可保持穩(wěn)定。 第26頁/共41頁 2、準(zhǔn)粘聚力理論 采用的拉筋，其彈性模量遠(yuǎn)大于填土。拉筋與填土的共同作用，

15、包括填土的抗剪力、填土與拉筋的摩擦阻力及拉筋的抗拔力，使得加筋土的強(qiáng)度明顯提高，這可以從三軸試驗(yàn)中得到驗(yàn)證。 在沒有拉筋的土體中，在豎向應(yīng)力作用下，土體產(chǎn)生豎向壓縮和側(cè)向膨脹變形。隨著豎向應(yīng)力的加大，壓縮變形和膨脹變形也隨之加大，直到破壞 。應(yīng)力狀態(tài)如圖：第27頁/共41頁 如下圖a所示。莫爾圓I為土體未破壞時(shí)的彈性應(yīng)力狀態(tài)；圓II則是未加拉筋的土體極限應(yīng)力狀態(tài)；圓III是加筋土體的應(yīng)力狀態(tài)，在相同的軸向變形條件下，加筋土能承受較大的主應(yīng)力差。這還可以通過常規(guī)三軸試驗(yàn)中的應(yīng)力變化情況來表示，如圖b所示，圓IV為無筋土極限狀態(tài)時(shí)的莫爾圓；圓VI為加筋土的莫爾圓，圓VI的與圓IV的相等，而能承受的

16、壓力則增加了；圓V為加筋土中填土的極限莫爾圓，其最大主應(yīng)力與圓VI的相等，而最小主應(yīng)力卻減小了。上述分析說明，加筋土體的強(qiáng)度有了增加，應(yīng)有一條新的抗剪強(qiáng)度線來反映這種關(guān)系，如圖c所示。第28頁/共41頁 這已被試驗(yàn)所證實(shí)，如下圖所示，圖中加筋砂與未加筋砂的強(qiáng)度曲線幾乎完全平行，說明值在加筋前后基本不變，加筋砂的力學(xué)性能的改善是由于新的復(fù)合土體（即加筋砂）具有“粘聚力”的緣故，“粘聚力”不是砂土固有的，而是加筋的結(jié)果，所以稱為“準(zhǔn)粘聚力”。第29頁/共41頁 二、破壞模式及驗(yàn)算項(xiàng)目1、內(nèi)部失穩(wěn)形式由于拉筋與填土之間結(jié)合力不足造成的加筋體斷裂 由于拉筋開裂造成的斷裂 2、外部失穩(wěn)形式 加筋土擋土墻

17、與地基間的摩阻力不足或墻后土體的側(cè)向推力過大所引起的滑移 加筋土擋土墻被墻后土體側(cè)向推力所傾覆 由于地基承載力不足或不均勻沉降而引起的傾斜 加筋土擋土墻及墻后土體出現(xiàn)整體滑動(dòng) 第30頁/共41頁 三、拉筋拉力計(jì)算 1、加筋體自重產(chǎn)生的拉力 對第i層拉筋所產(chǎn)生的應(yīng)力 水平應(yīng)力： 豎向應(yīng)力： 2、加筋體上路堤填土產(chǎn)生的拉力： 3、附加荷載產(chǎn)生的拉力： 4、拉筋拉力 四、拉筋長度計(jì)算yxiviziSSKTyxiihiSSKzT1yxiFFiSSKhT2yxiaiaiSSKT第31頁/共41頁第五節(jié) 其他輕型擋土墻結(jié)構(gòu)一、懸臂式和扶壁式擋土墻 （一）懸臂式和扶壁式擋土墻的構(gòu)造及適用條件 懸臂式和扶壁式

18、擋土墻的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是依靠墻身自重和墻踵板上方填土的重力來保證，而且墻趾板也顯著地增大了抗傾覆穩(wěn)定性，并大大減小了基底應(yīng)力。它們的主要特點(diǎn)是構(gòu)造簡單、施工方便，墻身斷面較小，自身質(zhì)量輕，可以較好地發(fā)揮材料的強(qiáng)度性能，能適應(yīng)承載能力較低的地基。但是需消耗一定數(shù)量的鋼材和水泥 一般情況下，墻高6m以內(nèi)采用懸臂式，6m以上采用扶壁式。 （二）土壓力計(jì)算 （1）庫倫土壓力法:一般可采用庫倫土壓力理論計(jì)算，特別是填土表面為為折線或有局部荷載作用時(shí)第32頁/共41頁 （2）朗金土壓力法:填土表面為一平面或其上有均勻荷載作用時(shí)采用，如下圖所示按朗金土壓力理論計(jì)算的土壓力作用于通過墻踵的豎直面AC上，在立壁和墻

19、踵板設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將 分成兩部分。 aE)2(210hHKHEaa)2(210111hHKHEaH)2()(210113hHHKHHEaB第33頁/共41頁 （三）墻身構(gòu)造設(shè)計(jì) （1）懸臂式擋土墻構(gòu)造設(shè)計(jì) 懸臂式擋土墻分段長度不應(yīng)大于15m，段間設(shè)置沉降縫和伸縮縫,墻踵板頂面水平 ,墻踵板寬度由全墻抗滑穩(wěn)定性確定，并具有一定的剛度 （2）扶壁式擋土墻 扶壁式擋土墻分段長度不應(yīng)大于20m。扶肋間距一般為1/41/2墻高。墻面板寬度和墻底板厚度與扶壁間距成正比，扶壁式擋土墻有關(guān)構(gòu)造要求如圖： 第34頁/共41頁 （四）墻身截面尺寸的擬定 懸臂式擋土墻的整體穩(wěn)定性通常取決于墻底板的寬度，增大墻底板的寬度

20、，可以提高擋土墻的抗滑穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性，減少基底應(yīng)力。墻底板的寬度B可分為三部分：墻趾板寬度、立壁寬度和墻踵板寬度，如下圖所示。 第35頁/共41頁 （五）立壁和墻底板厚度 1、內(nèi)力計(jì)算 2、截面厚度計(jì)算 （六）墻身穩(wěn)定性及基底應(yīng)力驗(yàn)算 驗(yàn)算內(nèi)容包括抗滑穩(wěn)性、抗傾覆穩(wěn)定性、基底應(yīng)力及合力偏心矩、墻身截面強(qiáng)度等 第36頁/共41頁 二、錨桿擋土墻 （一）錨桿擋土墻的構(gòu)造與布置 錨桿擋土墻是由鋼筋混凝土墻面和鋼錨桿組成，靠錨固在穩(wěn)定地層內(nèi)的錨桿對墻面的水平拉力以保持墻身的穩(wěn)定。錨桿擋土墻可根據(jù)地形設(shè)計(jì)為單級或多級 （二）錨桿擋土墻設(shè)計(jì) 1、土壓力計(jì)算 2、擋土板設(shè)計(jì) 3、肋柱設(shè)計(jì) 4、錨桿設(shè)計(jì) (1) 錨桿截面設(shè)計(jì):作用于肋柱上的側(cè)壓力由錨桿承受，如上圖: (2) 錨桿長度設(shè)計(jì):錨桿由非錨固端和有效錨固段組成。非錨固段不提供抗拔力，其長度應(yīng)根據(jù)肋柱與主動(dòng)破裂面或滑動(dòng)面的實(shí)際距