第10章 挡土墙设计

图名 内容 正面图 边坡高度、支挡结构布置、设计说明 横断面 位置、高度、高程、与其它结构的连接 结构图 型式、材料、截面、反滤层、泄水孔及细部构造图
挡土墙布置
• • • • 墙址选定 纵向布置 横向布置 平面布置
常用设计参数
• 经验值
– TB10025-3.2.11、3.2.12、3.3.2
• 墙背填料的物理力学指标
墙后填土表面为平面情况
• 破裂角θ解析解
• 库仑主动土压力系数
有限范围填土的土压力计算
• 破裂面已知 • 注意：
– 滑动土体与稳定土体一般土质不同，此时第一 破裂面摩擦角取值应根据潜在的破裂面情况取 值，而不再是墙后滑动土体的内摩擦角
破裂面交于路基面情况
• 一般情况
– 边界条件复杂，破裂角无解析解 – 边界分段求解Ea极大值 – 土压应力分布
• • • •
墙高、横断面尺寸 墙身材料 稳定性检算 强度检算
墙高
• 普速铁路重力式挡土墙
– 路肩、路堤和土质路堑挡土墙高度不宜大于10m – 石质路堑挡土墙不宜大于12m
• 客运专线重力式挡土墙
– 路堤墙不宜大于6m – 路肩墙不宜大于8m
墙身材料
• 混凝土或片石混凝土
– 片石掺用量不大于总体积20% – 客运专线应采用混凝土，墙背反滤层宜采用袋 装砂夹卵砾石或土工合成材料
• 非浸水
• 浸水
稳定性检算-抗滑稳定性技术措施
• 倾斜基底
– 一般地区倾斜度不大于1:5，浸水地区不宜设置
浸水挡土墙的土压力计算
• 假设浸水后土体内摩擦角不变
– 铁路路基设计手册
• 一般情况：11种边界条件 • 出现第二破裂面情况：26种边界条件 • 折线墙背情况：14种边界条件
• 考虑浸水后填料内摩擦角降低
– 计算水位处分层计算
• 考虑动水压力（渗透力）
地震主动土压力
• 抗震设防6度以上，应进行抗震设计分析 • 计算理论
挡土墙荷载
• 主力
– 墙背岩土主动土压力 – 墙身重力及位于挡土墙顶面上的恒载 – 轨道及列车荷载产生土压力、离心力、摇摆力 – 基底的法向反力及摩擦力 – 常水位时静水压力和浮力
挡土墙荷载
• 附加力
– 设计水位静水压力和浮力 – 水位退落时动水压力 – 波浪压力 – 冻胀力和冰压力
• 特殊力
– 地震力 – 施工及临时荷载 – 其他特殊力
网络精品课程
铁路路基工程 铁路路基支挡结构
主讲：舒玉
目录
• • • • 挡土墙的作用、分类与构造 挡土墙设计中的土压力计算 重力式挡土墙验算 轻型支挡结构
– 加筋土式挡土墙 – 锚定板式挡土墙 – 卸荷板式挡土墙 – 锚杆式挡土墙
学习目标
• • • • • 熟悉铁路支挡结构方案比选及一般技术要求 掌握支挡结构土压力计算 掌握支挡结构设计荷载组合分析 掌握重力式挡土墙结构设计技术 熟悉悬臂式和扶臂式挡土墙、加筋土式挡土 墙、锚定板式挡土墙、锚杆式挡土墙、卸荷 板式挡土墙结构设计技术
支挡结构的分类
• 按结构型式分
– 重力式挡土墙 – 短卸荷板式挡土墙 – 悬臂式和扶壁式挡土墙 – 锚杆挡土墙 – 锚定板挡土墙 – 加筋土挡土墙 – 土钉墙 – 抗滑桩、桩板式挡土墙 – 预应力锚索
支挡结构的分类
• 结构设置地区条件
– 一般地区 – 地震地区 – 浸水地区、不良地质地区和特殊岩土地区等
参考资料
• TB10025-2006 铁路路基支挡结构设计规范
– 悬臂式和扶臂式挡土墙、抗滑桩、桩板式挡土 墙、土钉墙、预应力锚索
• 铁一院，铁路工程设计技术手册：路基 • 其他行业挡土墙设计手册、图集等
– 04J008 挡土墙(重力式、衡重式、悬臂式) – 尉希成，支挡结构设计手册 – 薛殿基，挡土墙设计实用手册 – 顾慰慈，挡土墙土压力计算手册
填土种类 细粒土（有 墙高H≤6m 机土除外） 墙高H≤6m 砂类土 碎石类土、砾石类土 不易风化的块石类土 35° 30°~35° — — — — 35° 40° 45° 18、19 19、20 20、21 21、22
常用设计参数
• 土与墙背间的摩擦角δ
墙身材料
混凝土或 片石混凝土 第二破裂面 或假想墙背土体 墙背土 巨粒土 细粒土 及粗粒土 （有机土除外）
• 分段计算，矢量求和 • 延长墙背法、力多边形法
铁路路基设计手册，16种边界条件
墙后填土为多层土时土压力计算
• 多层加权平均计算
• 分层计算
墙后填土为黏性土时土压力计算1
• 换算内摩擦角法
– 土体抗剪强度相等原则
– 土压力相等原则
墙后填土为黏性土时土压力计算2
• 力多边形法
– 裂缝深度估算
– 再利用库仑理论
各种边界库仑主动土压力计算图及公式
• 铁路工程设计技术手册：路基，P346～P351
第二破裂面的土压力计算
• 第二破裂面出现条件
– (假想)墙背倾角大于第二破裂面倾角 – (假想)墙背合力倾角小于外摩擦角
出现第二破裂面主动土压力计算公式
• 铁路路基设计手册， P356～P371
折线形挡土墙的土压力计算
• (1) 平面位置的确定
– 总平面布置图、工点地形图、纵横断面图 – 工程地质资料
• (2) 支挡结构类型的选择
– 技术可行、安全可靠 – 施工条件、环境影响、社会效益、工程造价
• (3) 支挡结构建筑材料及截面尺寸比选
支挡结构设计一般技术要求
• • • • 路基支挡结构基本技术要求 设计步骤 挡土墙布置 常用设计参数
支挡结构概述
• 概述
– 挡土墙、抗滑桩、预应力锚索等支撑锚固结构 – 用来支撑、加固填土或山坡土体，防止其坍滑 以保持稳定的一种构筑物
• 作用
– 路堑挡土墙 – 路堤挡土墙 – 冲刷防护挡土墙 – 减少路基工程量 – 抗滑支挡结构
铁路路基支挡结构设置原则
• TB10025-1.0.5条
– 减少路堑开挖、加强路堤稳定地段的陡坡路基 – 避免深路堑 – 不良地质条件 – 水流冲刷的沿河、滨海路堤 – 节约用地、少占农田、保护重要既有建筑 – 保护生态环境 – 其他特殊条件
0.30～0.40
0.30～0.40 0.40～0.50 0.40～0.60 0.60～0.70
支挡结构一般构造
• • • • • • 地基基础 支挡结构与路堤、路堑连接构造 防排水措施 沉降缝与伸缩缝 墙背回填 墙顶防护栏杆设置
沉降缝与伸缩缝
• 沉降缝 • 伸缩缝 • 空缝设置
防排水措施
• 地面防排水构造措施
– 如考虑，可采用1/3被动土压力 – 被动土压力：按朗肯理论计算
重力式挡土墙简述
• 重力式挡土墙
– 依靠自重抵抗土压力、防止土体坍滑挡土结构
• 衡重式挡土墙
– 以填土重力和自重共同抵抗土压力的挡土结构
重力式挡土墙结构设计
• 适用范围
– 一般地区、浸水地区、地震地区和特殊岩土地 区的路肩、路堤和路堑等部位
– 应按库伦理论 – 按静力方法
• 计算参数
– 应按地震角进行修正
• • • • 内摩擦角 综合内摩擦角 墙背摩擦角 土的重度
水下地震主动土压力
• 水下地震角
– 计算公式
– 设计取值
支挡结构设计荷载
• • • • • • 挡土墙荷载 列车荷载 浸水条件计算规定 力系组合规定 地基承载力容许值 支挡结构土压力计算一般规定
库仑主动土压力计算
• • • • • • • • • 墙后填土为匀质粗粒土、表面为平面情况 有限范围填土的土压力计算 破裂面交于路基面情况 第二破裂面的土压力计算 折线形挡土墙的土压力计算 墙后填土为多层土时土压力计算 墙后填土为黏性土时土压力计算 浸水挡土墙的土压力计算 地震条件挡土墙主动土压力计算
• 静止土压应力
• 静止土压力系数 • 静止土压力
库仑土压力的基本假定及计算方法
• • • • 墙后填料为匀质散粒体，按无黏性土考虑 破裂面：通过墙踵的平面 破裂面上的土楔为刚性土体 极限平衡状态
– 主动土压力 – 被动土压力
• 最危险滑动面确定 • 土压应力沿墙高分段呈线性分布
库仑主动土压力计算示意图
学习重点
• 支挡结构方案比选，结构设计一般技术及构 造要求，结构设计荷载及土压力分析计算 • 重力式挡土墙设计规定、受力分析、稳定性 及强度检算 • 悬臂式和扶臂式挡土墙、锚杆式挡土墙、锚 定板式挡土墙、加筋土式挡土墙结构要点
学习难点
• 支挡结构土压力分析计算 • 重力式挡土墙设计验算及设计优化 • 锚杆挡土墙、土钉墙的稳定性分析
• 列车荷载组合
• 单线铁路：按有、无列车荷载进行检算 • 双线、站场：按单线，邻1、2线有、无列车等组合
• 冻胀力、冰压力不与波浪压力同时计算 • 洪水和地震不同时考虑
支挡结构土压力计算一般规定
• 主动土压力计算
– 按库仑理论计算 – 按规范规定弹性理论或经验方法计算
• 判定是否出现第二破裂面 • 折线墙背，简化直线段计算 • 墙前被动土压力可不计算
– 碎石类土、砂类土（细砂、粉砂除外）和节理 很发育的岩石地基，按计算水位的100%计算 – 节理不发育的岩石地基按计算水位的50%计算
ຫໍສະໝຸດ Baidu 力系组合规定
• 主力与附加力、特殊力组合
– 提高材料的容许应力（纯剪应力除外）
• 主力与附加力组合：提高系数为1.30 • 主力与特殊力组合：提高系数为1.40 • 主力与地震力组合：按现行GB50111规定
• 墙顶防护栏杆设置
– 墙顶高出地面2m且连续长度大于10m – 墙趾下为悬崖陡坎或地面横坡陡于1:1 – 车站有调车作业地段
• 墙顶帽石
– 路肩墙顶应设置帽石
• 台阶或检查梯设置
土压力简述
• 概述
– 计算要素：分布、方向及大小
• 类别
– 主动土压力、被动土压力和静止土压力
• 影响因素
静止土压力计算
常用设计参数
• 路堑地层的物理力学指标
路堑边坡 1:0.50 1:0.75 1:1.00 1:1.25 1:1.50 65～70 55～60 50 45 35～40 25 25 24～25 22～24 18～22
常用设计参数
• 基底摩擦系数
地基类别 硬塑黏土 粉质黏土、粉土 半干硬的黏土 砂类土 碎石类土 软质岩 硬质岩 摩擦系数 0.25～0.30
• 材料强度等级与适用范围
材料种类 重度 混凝土强度等级 适用范围 t>-15℃地区
混凝土或
片石混凝土 23
C15
C20
浸水及t<-15℃地区
稳定性检算
• 抗滑移稳定性 • 抗倾覆稳定性 • 整体稳定性验算
稳定性检算-抗滑稳定性
• 抗滑移稳定性
– 挡土墙在土压力作用下向前滑移的可能性 – 抗滑动稳定系数：抗滑力与滑动力之比
列车荷载
• 静荷载
– 应采用“中—活载” – 换算土柱法计算 – 架桥机临时荷载
• 动应力
– 冲击力、离心力、制动力和摇摆力 – 按静荷载合算，适当提高安全系数 – 单独计算，动荷载分布
浸水条件计算规定
• 水位概念，计算水位确定
– 常水位 – 设计水位 – 最不利水位
• 动水压力（渗透力）计算 • 浮力计算
– 地面排水沟，截引地表水 – 夯实顶面，防止下渗，必要时可设铺砌层 – 路堑墙趾前侧沟应铺砌加固
• 墙身排水构造
– 泄水孔、反滤层，隔水层
地基基础
• • • • • • 基础型式选择 基础埋置深度要求 台阶式基础设置情况 倾斜基底设置情况 墙趾台阶设置情况 基坑回填要求
支挡结构与路堤、路堑连接构造
路基支挡结构基本技术要求
• • • • • • • • 耐久性设计、抗震设计 安全性，方便性 岩土物理力学设计参数 与桥隧结构衔接 四电接口配合衔接 城市环境协调 设计计算方法 整体稳定性
设计步骤
• • • • • • 搜集工点的地形、地质资料 初步确定支挡结构在平面、横断面位置 初步选择支挡类型，比选确定具体结构形式 分析土压力或下滑力，确定最不利工况 稳定性验算，优化支挡结构设计方案 结构强度设计、构造设计、绘图
• 结构材料 • 结构设置位置
– 路堤 – 路肩 – 路堑
支挡结构方案比选
• 方案比选原则
– 贯彻国家技术、经济政策 – 全面规划、远期近期结合、统筹兼顾 – 广泛收集资料，认真调查研究
• 支挡结构与桥隧方案比选
– 线路优化 – 支挡结构型式比选
• 支挡结构设计方案比选工作
支挡结构设计方案比选工作
• 与路堤连接采用锥体填土
– 墙端伸入路堤内不应小于0.75m – 路堤锥体坡度要求 – 路堤、路肩墙端部嵌入原地层深度
• 土质≥1.5m，弱风化岩层≥1m，微风化≥0.5m
• 路堑墙向两端逐渐降低高度 • 困难情况
– 端部采用重力式挡土墙或其他端墙形式过渡
其他构造要求
• 墙背回填
– 墙背填料选择