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擋土墻設(shè)計(jì)論述
【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。如拱橋橋臺在荷載和自重作用下,有向土體移動(dòng)的趨勢,為臺背土壓力所阻止,故臺背所受的土壓力應(yīng)為被動(dòng)土壓力,而對一般的擋土墻,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。如拱橋橋臺在荷載和自重作用下,有向土體移動(dòng)的趨勢,為臺背土壓力所阻止,故臺背所受的土壓力應(yīng)為被動(dòng)土壓力,而對一般的擋土墻,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.延長墻背法 此方法存在著一定誤差。一是忽略了延長墻背與實(shí)際墻背之間的土鍥及荷載重,但考慮了在延長墻背和實(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,來求算下墻土壓力。 五、粘性土壓力計(jì)算 庫倫理論只考慮不具有粘聚力的砂性土的土壓力問題。當(dāng)墻背填料為粘性土?xí)r,土的粘聚力對主動(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,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) 長期或季節(jié)性浸水的擋土墻,應(yīng)考慮水對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- 1監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的分析方法
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