1、1,2.4 扶壁式挡主墙2.4.1 扶壁式挡主墙的构造扶壁式挡土墙是由立板、底板和扶壁三部分构成，如图2.15所示。一般扶壁式挡土墙高可做到910m，扶壁的间距一般为墙高的1/31/2，扶壁厚度取扶壁间距的1/81/6，立板与底板的厚度均与扶壁的问距成正比，故选择恰当的扶壁间距就很重要。立板顶端板厚不小于200mm，下端厚度由强度计算确定。底板分为墙趾板与墙踵板，最小厚度为200300mm，扶壁两端立板外伸长度，根据外伸悬臂固定端弯矩与中间跨固端弯矩相等的原则确定，通常选用两扶壁净问距的0.4倍。扶壁式挡土墙的底宽B与墙高之比可取0.60.8之间。,2,2.4.2扶壁式挡土墙的设计扶壁式挡土墙
2、的设计与悬臂式挡土墙设计有很多方面相近，但又有其自身的特点。(1)扶壁式挡土墙土压力计算与悬臂式挡土墙相同；(2)内力计算如下所述：立板的内力计算,3,立板可看成三边固定、一边自由的双向板，作用 在立板上的荷载为土压力和水压力。计算时，可将立板化为上下两部分，在离底板顶面1.5Li (Li为两扶壁之间的距离)高度以下的立板，可视为三边固定、一边自由的双向板；以上部分则可视为沿高度将其划分为单位高度的水平板带，以扶壁为支座，按水平单向连续板计算，作用在其上的荷载为水平方向土压力的平均值。立板内力可查表计算，也可按下式计算；,跨中弯矩支座弯矩 式中 pi第i板带上的水平土压力。,4,墙趾板内力计算
3、计算方法同悬臂式挡土墙。墙踵板内力计算墙踵板的荷载与悬臂式挡主墙底板相同。墙踵板计算应考虑两种情况：a.墙踵板净宽l2与扶壁净距l1之比小于或等于1.5时，按三边固定、一边自由的双向板计算。其荷载为地基土反力与墙踵板上土压力的合力，形状为梯形。b.若l2l11.5时，则自立板衔接处起至离立板l.511的墙踵板部分，仍可按三边固定、一边自由的双向板计算；对其以外部分，则应按单向连续板计算。为简化计算，这些板带上的荷载可近似坞取平均值作为均布荷载计算。配筋计算公式如,5,扶壁内力计算 扶壁与立板形成共同工作的整体结构，扶壁可按T形截面悬臂梁计算其内力。纵筋配筋计算公式如下:,水平抗剪箍筋:,6,7
4、,2.5 挡土墙的抗震验算地震区挡土墙根据其重要性及地基土的性质，应验算其抗震强度和稳定性。地震区作用于挡土墙上的荷载如图2.17所示。,挡土墙抗震稳定性验算：(1)地震时，因土压力增大而造成挡土墙的破坏。因此，在地震区建造挡土墙时应考虑地震对土压力的影响。到目前为止，尚无成熟的理论计算法。这里推荐两种国内常用的计算方法,8,用地震角加大墙背和填土表面的坡角公式假定在地震时，结构物(挡土墙)如同一个刚性体固定在地基上，挡土墙上任意点的加速度与地表加速度相同。土体产生的水平惯性力，作为一种附加力作用在滑动楔体上。滑动楔体在地震作用下，其受力如图2.18所示：G1是滑动楔体自重,G和作用在其上的水
5、平惯性力F的合力，它与竖直线的夹角称为地震角，用n表示。其值可按表2.5取值。,9,10,按照我国公路工程抗震设计规范的挡土墙 抗震验算我国公路工程抗震设计规范(JTJ 004 89)规定，验算挡土墙的抗震强度和稳定性，只考虑垂直路线走向的水平地震作用。地震作用应与结构重力、土的重力和水的浮力相组合，其他荷载均不考虑。地震作用采用静力法计算。挡土墙应按表2.6规定的范围和要求，验算其抗震强度和稳定性。,11,挡土墙第i截面以上墙身重心处的水平地震荷载，应按下式计算:,12,13,14,对于路肩墙可按下式计算,15,(2)抗滑移稳定验算(3)抗倾覆稳定验算,并求:,16,(4)基底应力验算,17
6、,(5)墙身强度验算 墙身强度验算同前述。,18,2.6 护坡设计护坡主要是解决坡度较小的边坡及坡面稳定问题。易于冲蚀的土质边坡和易于风化的岩石边坡，施工后若长期裸露，在自然风化和雨水冲刷的作用下，将会发生冲沟、溜坍、剥落、掉块和坍塌等边坡破坏。同时，剥落或冲蚀的碎屑物往往堵塞侧沟，使排水不畅，造成路基翻浆冒泥，故必须采取防护措施予以防治。坡面变形的轻重程度，除与边坡的岩土性质有关外，还与当地的气候环境以及地层、地质构造及边坡所处方位等密切相关，必须综合考虑这些因素，并结合当地材料条件.选择适当的防护类型。,19,2.6.1护坡的设计原则路基、房屋周围及河堤等边坡若遇下列情况时，应考虑设计护坡
7、并遵循以下原则：(1)凡容易风化的或易受雨水冲刷的岩石和土质边坡及严重破碎的岩石边坡，均应防护。(2)软硬岩层相问的路堑边坡，应根据岩层情况采用全部或局部防护。(3)在多雨地区，用砂类土填筑的路堤，其路肩和边坡坡面易受雨水冲刷流失，应根据具体情况将坡面防护。(4)凡适宜于生长植物且坡度不大于l：1的边坡，应优先采用植物防护。对植物不易生长的边坡，可根据其土石性质、高度及陡度，选择其他合适的防护类型。(5)边坡防护结构一般不考虑边坡地层或人工填土的侧压力，其所防护的边坡应有足够的稳定性。,20,(6)护面要紧贴边坡，基础要牢固并与护面本体很好衔接，顶部及两侧边缘应适当嵌入边坡内.并整修与坡面平齐
8、，防止雨水从接缝处渗入。(7)采用封闭式的坡面防护(抹面、捶面、喷浆、锚杆铁丝网喷浆、浆砌片石护坡及护墙等)，应在坡面留泄 水孔和伸缩缝。泄水孔每隔23m上下左右交错设置，孔径0.050.1m，土质边坡的泄水孔后面应在0.5m0.5m范围内设过滤层。伸缩缝每隔1020m设一道，缝宽20mm。以沥青麻刀填塞。(8)对高而陡的护坡，应在中部适当位置设置耳墙，并应有便于检查维修用的安全设备。,21,2.6.2常用护坡类型及其设计(1)植物防护植物防护是一种施工简单、费用低廉、效果较好的坡面防护措施。植物能覆盖表土，防止雨水冲刷，调节土壤温度，防止裂缝产生；固结土壤，防止坡面风化剥落，同时还能起到保护
9、环境、美化环境的作用。为保证边坡稳定和延长植物护坡的使用年限，一般在坡脚设12m高的浆砌片石护坡。植物防护一般采用种草和植树两种方法。一、种草适用于草类能生长的土质边坡，其坡度小于l：1.25，且高度不高者。草籽应选用适合当地土质和气候条件的根系发达、茎干低矮、枝叶茂盛、生长能力强的多年生草种。,22,二、植树 适用于各种土质边坡和极严重风化的岩石边坡，边坡坡度为1：1.5或更缓。树种应是根系发 达、枝叶茂盛、能迅速生长分蘖的低矮灌木。(2)灌浆及勾缝防护灌浆适用于较坚硬的、裂缝较大较深的岩石边坡。勾缝适用于较坚硬的、不易风化的、节理裂缝多而细的岩石边坡。灌浆可用水泥砂浆，当裂缝很宽时，可用混
10、凝土灌注。勾缝一般用水泥砂浆或混合砂浆。,23,(3)抹面防护抹面防护的适用条件对未经严重风化的各种易风化岩石边坡，对边坡坡度不作限制，但坡面应较干燥。使用年限较短，一般为810年。结构及材料抹面厚度一般为3070mm。抹面护坡的周边与未防护坡面衔接处应严格封闭，方法为：凿槽嵌入岩石内，嵌入深度不小于lOOmm，并与相衔接之坡面平顺，坡脚宜设l2m高的浆砌片石护坡(图2.19)，对在软硬岩层相问的边坡上，仅对软岩层抹面时，在分界处抹面应嵌入硬岩层内至少lOOmm,根据当地气候条件， 当需增强抹面的冲蚀能力及防止开裂时，可在表面涂沥青保护层。,24,25,(4)捶面护坡对易受冲刷的土质边坡或易风
11、化剥落的岩石边坡可采用捶面护坡。边坡坡度不大于l：0.5，使用年限 一般为1015年。捶面厚度一般为l00150mm，一般采用等截面，当边坡较高时，采用上薄下厚截面。捶面护坡与未防护面衔接处应封闭，其措施与抹面相同，坡脚设12m高的浆砌片石护坡(图2.20所示)，捶面材料常用四合土、三合土等。,26,27,(5)喷浆及喷射混凝土对易风化但未遭严重风化的岩石边坡，采用喷浆或喷射混凝土效果较好。对高而陡的边坡，上部岩层较破碎而下部岩层完整的边坡和需大面积防护的边坡，采用此方法更为经济。喷浆厚度不宜小于50mm，喷浆及喷射混凝土护坡的周边与未防护坡面之衔接与抹面护坡相同。坡脚应做l2m高的浆砌片石护
12、坡。,28,(6)锚杆铁丝网喷浆及锚杆铁丝网喷射混凝土对适于喷浆或喷射混凝土防护的岩石边坡，当 坡面岩体切割破碎时，为加强防护的稳定性而采用锚杆铁丝网。锚杆锚固深度及铁丝网孔密度视边坡岩石性质及风化程度而定，一般锚固深度为200mm。锚杆用水 泥砂浆固定(如图2.21所示)。,29,(7)单层干砌片石护坡当土质路堤边坡易受表面水冲刷或边坡经常有 少量地下水渗出而产生小型溜坍等破坏时，土质路堑边坡下部局部需嵌补，边坡坡度不大于l：1.25时，采用单层干砌片石护坡。干砌片石厚度一般为300mm，其下设不小于lOOmm厚的碎石或砂砾垫层(图2.22)。,30,(8)浆砌片石护坡适用于各种易风化的岩石
13、边坡和土质边坡。若在路堤边坡上采用时，应待路堤沉实后再施工，要求边坡坡度不大于1：1。浆砌片石护坡一般采用等截面，其厚度视边坡高度及陡度而定，一般为300400mm，边坡过高时应分级设平台，每级高度不宜超过20m，平台宽度视上级护坡基础的稳固要求而定，一般不小于1m。当护坡面积大，且边坡较陡时，为增强护坡的稳定性，可采用肋式护坡。其形式有外肋、里肋和柱肋等(图2.23)。,31,32,(9)浆砌四合土砖护坡适用条件与捶面和浆砌片石护坡相同。浆砌 四合土砖护坡周边应嵌入坡面内，并使其与相邻坡面平顺。坡脚设l2m高浆砌片石护坡。(10)浆砌片石骨架护坡在土质边坡和极严重风化的岩石边坡上，当坡面受冲
14、刷严重或边坡潮湿时，如果采用草皮护坡或捶面护坡易被冲毁脱落，则可采用浆砌片石骨架的加强措施，骨架内可根据边坡土质、坡度及当地材料来源情况选用铺草皮、捶面或栽砌卵石。浆砌片石骨架一般采用方格型，问距35m，与边坡水平线成45度角。护坡的顶部0.5m及坡脚1m用浆砌片石做成护坡或用混凝土做成护坡(图2.24).另外骨架应嵌入坡面一定深度，其表面与草皮或捶面平顺。浆砌片石骨架还可采用人字形或拱形。,33,34,(11)浆砌片石护墙浆砌片石护墙能防治比较严重的坡面变形，适用于各种土质边坡及易风化剥落的岩石边坡。边坡坡度不大于1：0.5。护墙一般分为等截面和变截面两种形式。对等截面护墙，当边坡为l：0.
15、5时不宜超过6m；当边坡小于l：0.5时.不宜超过10m。对变截面护墙，单级不宜超过20m，否则应采用双级或三级护墙，但总高度一般不超过30m。双级或三级护墙的上墙高不宜大于下墙高，下墙的截面应比上墙大，上下墙之间应设错台，其宽度应使上墙修筑在坚固牢靠的基础上，一般不宜小于lm。对护墙厚度，当采用等截面护墙时厚度一般取500mm，变截面护墙顶宽一般取b=400mm，底宽B根据墙高H而定即,35,护墙的坡度应取为：等截面护墙背坡n与墙面 坡m相同；变截面护墙背坡n=m-1/20或m-1/10(图2.25)。,36,37,护墙基础应置于冻土层以下。其基底承载力一般要大予300kPa。为增加护墙的稳
16、定性，当墙高超过8m时，于墙背中部设耳墙一道.护墙高l3m时应设两道，间距46m。当墙背坡大于1：0.5时，耳墙宽0.5m；墙背坡小于l：0.5时耳墙宽为1.0m(图2.25)。当边坡小于1：0.75时，可采用孔窗式护墙。孔窗通常为半圆拱形，高2.53m，宽2.03.0m，圆拱半径1.0l.5m(图2.26)。当边坡下部岩层较完整而上部需防护时，可采用拱式护墙(图2.27)。,38,39,40,41,2.7 加筋土挡土墙加筋土挡土墙是由墙面板、拉筋和填料三部分组成(图2.28)。其工作原理是依靠填料与拉筋之间的摩擦力，来平衡墙面所承受的水平土压力，并以拉筋、填料的复合结构抵抗拉筋尾部填料所产生
17、的土压力，从而保证挡土墙的稳定。,42,加筋土挡土墙的优点是墙可做得很高。它对地基土的承载力要求低，适合在软弱地基上建造。由于施工简便，可保证质量，施工速度快，造价低，占地少，外形美观，因而得到较广泛的应用。加筋土挡土墙，一般应用于支挡填土工程，在公路工程、铁路工程、煤矿工程中应用较多。由于加筋土挡土墙所具有的特点，因而应用较广，但地震区的高烈度区和强烈腐蚀环境，不宜使用。,43,2.7.1 加筋土挡土墙的构造加筋土挡土墙主要是由竖立的墙面板、填料及埋在填料内的具有一定抗拉强度并与面板相连接的拉筋所组成。 面板的主要作用是防止拉筋间填土从侧向挤出，并保护拉筋、填料。墙面板构成一个具有一定形状的
18、整体。面板应具有足够的强度，保证拉筋端部土体稳定。目前采用的面板有金属面板和钢筋混凝土面板。通常做成十字形、槽形、六角形、L形、矩形等。板边一般应有楔口和小孔，安装时使楔口相互衔接，并用短钢筋插入小孔，将每块墙面板从上、下、左、右串成整体墙面。墙面板应预留泄水孔。,44,拉筋对加筋土挡土墙至关重要。拉筋应具有 较高的抗拉强度，有韧性、变形小且与填土间有较大摩阻力，而且要抗腐蚀，便于制作，价格低廉。目前一般采用的有扁钢、钢筋混凝土板、聚丙烯土工带等。扁钢用q235，宽度不小于30rmm，厚度不小于3mm，表面镀锌或采取防锈措施。钢筋混凝土拉筋板用C20级以上混凝土，钢筋直径大于8mm，断面用矩形
19、，宽l00250mm，厚60100mm。,45,我国目前采用的整板式拉筋和串联式拉筋，它表面粗糙，与填土问有较大的摩阻力。加之，筋带较宽，故拉筋长度可缩短，因而造价也较低。公路修建的挡土墙工程，多用聚丙烯土工带为拉筋。由于其施工简便而受到工程界的欢迎，但此材料是一种低模量、高蠕变材料，其抗拉强度受蠕变控制。一般可按容许应力计算其值，可取断裂强度的1517，延伸率应控制为45。断裂强度不宜小于200kPa，断裂时伸长率不应大于10。,46,面板与拉筋之间除了有必要的坚固可靠连接，还应有与拉筋相同的耐腐蚀性能。钢筋混凝土拉筋与墙面板之问、串联式钢筋混凝土拉筋节与节之间一般采用焊接。金属薄板与墙面板
20、之问的连接一般采用圆孔内插入螺栓连接。对聚丙烯拉筋与板的连接，可用拉环，也可以直接穿在面板的预留孔中。对于埋于土中的接头拉环都以浸透沥青的玻璃丝布绕裹两层防护。填料为加筋土挡土墙的主体材料，必须易于填充和压实，使拉筋之间有可靠的摩擦力，且不应对拉筋有腐蚀性。,47,墙板下的基础应采用混凝土浇筑基础或用浆砌片石砌筑基础。由于加筋土挡土墙地基的沉陷和面板的收缩膨胀引起了结构变形，基础下沉，面板开裂，不但影响外观，也影响工程使用，因此在每隔1020m应设伸缩缝和沉降缝。,48,2.7.2 加筋土挡土墙的设计 (1)基本假定墙面板承受填料产生的主动土压力，每块面板承受其相应范围内的土压力，这些土压力由
21、面板上拉筋的拉力来平衡。挡土墙内部加筋体分为滑动区和稳定区，这两区的分界面为土体的破裂面。此破裂面与竖直面的夹角小于非加筋土的主动破裂角。破裂面可按(图2.29)0.3H折线法来确定。,49,靠近面板的滑动区内的拉筋长度Lf为无效长 度，作用于面板上的土压力由稳定区的拉筋与 填料之问的摩阻力平衡，所以在稳定区内拉筋长度La为有效长度。拉筋与填料之间的摩擦系数在拉筋的全长范围内相同。压在拉筋有效长度上的填料自重及荷载对拉筋均产生有效摩擦力。(2)土压力计算 作用于加筋土挡土墙上的土压力强度pi是填料和墙顶面以上活载所产生的土压力之和。a.墙后填料作用于墙面板上土压力强度pi1。由于加筋土为各向异
22、性复合材料体，计算理论还不成熟，根据国内外实测资料表明，土压力值接近于静止土压力，而应力图形成折线形分布(图2.30)。,50,51,b.墙顶面上荷载产生的土压力强度pi2由实测 可知，离顶面愈深，荷载的影响愈小。为简化计算,其值可由荷载引起的竖向土压力强度与静止土压力系数乘积而得。竖向土压力强度可按应力扩散角法计算。,52,作用于第i层拉筋所在位置的竖向压力强度pvi 等于填料自重应力与荷载引起的压应力之和。a.墙后填料的自重应力b.荷载作用下拉筋上的竖向压应力，采用扩散角法计算(一般取30。),(3)墙面板设计墙面板的形状、大小；通常根据施工条件和其他要求来确定。设计时只计算厚度。其方法是
23、取墙面板所在位置上土压力强度的最大值作为平均荷载，根据面板上拉筋的位置和根数对面板可作为外仲简支板计算。当墙高大于8m时,墙面板可设计为两种形式的板。,53,(4)拉筋长度计算。拉筋的长度应保证在拉筋的设计拉力下不被拔出，拉筋总长应由有效长度和无效长度组成。拉筋的无效长度,拉筋的有效长度 a.钢板、钢筋混凝土拉筋,54,55,b.拉筋为聚丙烯土工带当采用聚丙烯土工带为拉筋时，其有效段长度 计算公式为：(5)拉筋截面设计钢板拉筋钢筋混凝土拉筋 聚丙烯土工带为拉筋聚丙烯土工带按中心受拉构件计算，通常根据试验测得每根拉筋的极限强度，取极限强度的1/51/7为每根拉筋的设计强度。,56,(6)拉筋抗拔稳定验算全墙抗拔稳定验算(分子)各层拉筋所产生的摩擦力总和；(分母)各层拉筋承担的水平拉力总和。(7)全墙整体稳定验算把拉筋的末端连线与墙面板之间的填料视为一整体墙，按一般重力式挡土墙的设计方法，验算全墙的抗倾覆稳定和地基承载力，按照滑移面稳定理论验算加筋土挡土墙的抗滑移稳定性。,
