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1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业洛阳某工程扶壁式挡土墙设计摘 要扶壁式挡土墙是一种钢筋混凝土薄壁式挡土墙，其主要特点是构造简单、施工方便，墙身断面较小，自身质量轻，可以较好的发挥材料的强度性能，能适应承载力较低的地基。适用于缺乏石料及地震地区。一般在较高的填方路段采用来稳定路堤，以减少土石方工程量和占地面积。扶壁式挡土墙，断面尺寸较小，踵板上的土体重力可有效地抵抗倾覆和滑移，竖板和扶壁共同承受土压力产生的弯矩和剪力，相对悬臂式挡土墙受力更好，适用612m高的填方边坡，可有效地防止填方边坡的滑动。本设计
2、剖析了挡土墙的作用原理；分析了挡土墙的应用现状、研究现状及发展趋势；并完成了该扶壁式挡土墙的总体设计（主要尺寸的拟定）、荷载及土压力的计算，内力计算，滑移稳定计算，倾覆稳定计算，地基承载力计算，结构计算；完成了图纸绘制；设计了施工组织；并进一步根据地质条件和现场要求进行优化设计。以求达到安全适用的目的，寻求最佳经济效益。关键词：扶壁式挡土墙、土压力、荷载计算、结构、施工The Buttress Retaining Wall Design of a Project of LuoyangABSTRACTHelp retaining wall is a reinforced concrete thi
3、n-wall retaining wall, its main features is that its structure is simple and its construction is easy, the wall of the section is small, its own quality is light, it can better play to the strength properties of the material, and it can adapt to bearing the capacity of the lower foundation and apply
4、 to the lack of stone and earthquake areas. In order to reduce the amount and cover an area of earth and stone works，generally it usually uses a higher fill section to stabilize the embankment. Buttresses retaining wall has a smaller section size, heel panel soil weight force can effectively resist
6、ining walls, understands the status quo of retaining wall and development trend. And it can also complete the overall design of the supporting retaining wall (the formulation of the main dimensions)，the supporting retaining wall loads and earth pressure，internal force calculation，slip stability calc
7、ulation，overturning stability calculations，foundation bearing capacity calculation，structural calculations，completing the drawings（including elevations and drawing detail），completing of the construction design of the retaining wall of the buttress, and optimize the design according to the geological
9、设虽然提升了各个地区的交通能力，但由于受各地地质条件的限制，加上雨水的冲刷，使得公路由于边坡稳定性的下降衍生出许多工程灾害事故，例如边坡侵蚀、坡面坍塌等，而这些灾害事故的产生不仅会造成重大的经济损失，对人民群众的生命安全也是一种潜在的威胁。工程中运用边坡加固技术维护边坡稳定，可以有效的解决这一问题。建造挡土墙是边坡加固工程的常用形式。另外，很多工程项目建设在山地和丘陵地区，这些场地地形起伏较大，为了满足工业生产的需要，最大限度的减少耕地的占用，更有效的节约和利用有限的土地资源，往往需要在起伏较大的场地上进行平整工作，有着较高高度的填方边坡在实际工程中也经常遇到。以前的填方区工程多数采用一般重力
10、式毛石或素混凝土挡土墙，石料用量惊人，施工质量很难控制，施工速度较慢。经过实际工程的应用和监测，证明扶壁式挡土墙安全可靠，经济效益和社会效益显著。1. 2 挡土墙的作用、分类及应用现状1. 2. 1挡土墙的作用挡土墙是用来支承填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的一种构筑物。目前，挡土墙不仅广泛应用于道路建设和工与民用建设，同时应用于水坝建设、河床整治、港口工程、水土保持山地规划、山体滑坡及泥石流防治等领域。在路基工程中，挡土墙可用以稳定路基和路堑边坡，减少土石方工程量和占地面积，防止水流冲刷路基，并经常用于整治塌方、滑坡等路基病害。在山区的工业与民用建设中，挡土墙可以因地制宜，将上坡分割成
11、阶梯状平整场地，方便人们的生产和生活，节约耕地。随着工程技术的发展，挡土墙的形式日趋增多，应用范围日渐扩大。1. 2. 2 常用挡土墙形式、特点、技术要求常用的挡土墙形式有重力式挡土墙、悬臂式挡土墙及扶壁式挡土墙等，重力式挡土墙和悬臂式挡土墙一般用于墙高不超过8 m的情况，当墙高超过8m时宜采用扶壁式挡土墙。1. 重力式挡土墙重力式挡土墙指的是依靠墙身自重抵抗土体侧压力的挡土墙。重力式挡土墙可用块石、片石、混凝土预制块作为砌体，或采用片石混凝土、混凝土进行整体浇筑。图1-1 重力式挡土墙半重力式挡土墙可采用混凝土或少筋混凝土浇筑。重力式挡土墙可用石砌或混凝土建成，一般都做成简单的梯形。它的优点
12、是就地取材，施工方便，经济效果好。所以，重力式挡土墙在我国铁路、公路、水利、港湾、矿山等工程中得到广泛的应用。由于重力式挡土墙靠自重维持平衡稳定，因此，体积、重量都大，在软弱地基上修建往往受到承载力的限制。如果墙太高，它耗费材料多，也不经济。当地基较好，挡土墙高度不大，本地又有可用石料时，应当首先选用重力式挡土墙。重力式挡土墙一般不配钢筋或只在局部范围内配以少量的钢筋，墙高在6m以下，地层稳定、开挖土石方时不会危及相邻建筑物安全的地段，其经济效益明显。重力式挡土墙的尺寸随墙型和墙高而变。重力式挡土墙墙面胸坡和墙背的背坡一般选用1：0.21：0.3，仰斜墙背坡度愈缓，土压力愈小。但为避免施工困难
13、及本身的稳定，墙背坡不小于1：0.25，墙面尽量与墙背平行。对于垂直墙，如地面坡度较陡时，墙面坡度可有1：0.051：0.2，对于中、高挡土墙，地形平坦时，墙面坡度可较缓，但不宜缓于1：0.4。采用混凝土块和石砌体的挡土墙，墙顶宽不宜小于0. 4m；整体灌注的混凝土挡土墙，墙顶宽不应小于0. 2m；钢筋混凝土挡土墙，墙顶不应小于0. 2m。通常顶宽约为H12，而墙底宽约为（0. 50. 7）H，应根据计算最后决定墙底宽。2. 扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙是一种钢筋混凝土薄壁式挡土墙，在国外已广泛使用，近年来在国内也开始使用。其主要特点是构造简单、施工方便，墙身断面较小，自身质量轻，可以较好的发挥材
14、料的强度性能，能适应承载力较低的地基。适用于缺乏石料及地震地区。一般在较高的填方路段采用来稳定路堤，以减少土石方工程量和占地面积。扶壁式挡土墙，断面尺寸较小，踵板上的土体重力可有效地抵抗倾覆和滑移，竖板和扶壁共同承受土压力产生的弯矩和剪力，相对悬臂式挡土墙受力好。图1-2 扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙由墙面板（立壁）、墙趾板、墙踵板及扶肋（扶壁）组成。扶肋把立壁同墙踵板连接起来，起加劲的作用，以改善立壁和墙踵板的受力条件，提高结构的刚度和整体性，减小立壁的变形。扶壁式挡土墙是路肩挡土墙的一种，是将预制的挡墙板焊接在预埋于基础混凝土中的钢板上，然后在其内倒填土的一种挡墙形式。与其它几种形式的挡墙比较
15、，扶壁式挡土墙具有节省占地空间、缩短施工工期、美化城市环境、较易施工等优点，是城市公路工程立交桥引道中常用的一种挡墙形式。扶壁式挡土墙各部分尺寸的一般构造要求如下：墙高H8m，基础宽度应根据墙后回填土的性质经计算确定，当墙后无地下水时，一般取B（1/31/2）H，扶壁间距一般取Ln（1/31/2）H，墙趾板外挑厚度不应小于200 mm，墙踵板厚度不应小于250mm。竖壁顶部厚度不宜小于150 mm，竖壁底部厚度应由计算确定，不宜小于250 mm。如果挡土墙后存在地下水时，应在墙身上设置排水措施，当后填料是沙砾土时，可以在墙背底部设置一层卵石滤水层，在墙上间隔2 m3 m设置呈梅花形布置的泄水孔
16、，泄水孔直径宜为100 mm150 mm；当墙后填土为黏性土或其他低压缩性土时，应在墙背后先铺一层300 mm厚的卵石滤水层，然后在卵石外面回填黏性土。挡土墙基础埋深不应小于1 m，当处于冻胀土上时，不应小于冻结深度下0. 25 m。挡土墙每隔15 m20 m应设置一条20 mm宽的沉降缝，缝内用沥青蔴丝或沥青木丝板填实。3. 悬臂式挡土墙。图1-3 悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙为钢筋混凝土结构，由立壁、墙趾板和墙踵板三个悬臂部分组成，墙身稳定主要依靠墙踵板上的填土重力来保证。断面厚度较小，但墙较高时，立壁下部的弯矩大，钢筋与混凝土的用量大，经济性差。多用于墙高不大于6m的填方地区，适用于石料缺乏
17、的地区和承载能力较差的地区。4. 其它形式挡土墙挡土墙形式还有很多，例如衡重式挡土墙、地下连续墙式现浇混凝土挡土墙、土钉式挡土墙、锚杆式挡土墙、排桩式挡土墙等，本文不再详细介绍。1. 3 扶壁式挡土墙与其它形式挡土墙比较的优点1. 3. 1 挡土高度大，适用范围广钢筋混凝土扶壁式挡土墙能更好的利用材料的物理力学性能，充分发挥钢筋的抗拉性能和混凝土的抗压性能，挡土墙的高度可以做的很高，最大高度可达到25m。通过调整扶壁式挡土墙墙趾板的悬挑长度，可以调整挡土墙的基底压力近似均匀分布，最大限度的减小挡土墙的基底压力的最大值，从而降低对地基承载力的要求，适应各种不良地基的情况。锚杆式挡土墙和锚定板式挡
18、土墙需要良好的锚固条件，将挡土墙的土压力传递到稳定的锚固土体中，一般只适合地质条件较好的挖方或填方很少的工程。重力式挡土墙受材料性能限制，挡土高度一般不能超过8m。1. 3. 2 经济效果良好各种类型挡土墙都有较为经济的适应条件。如重力式挡土墙具有结构简单、施工方便、能就地取材；悬臂式挡土墙可以设计成使得不利断面的混凝土与钢筋内的应力等于其容许值。但当高度大于等于8m时，采用上述两种挡土墙就很不经济。此时若采用扶臂式挡土墙，就可以取得良好的经济效果。并且扶壁式挡土墙通过底板上的大量填土增加墙体自重，相对砌体挡土墙能节约大量石料，减少开山采石，保护环境。1. 3. 3 施工速度快，大大缩短建设工
19、期由于钢筋混凝土扶壁式挡土墙主要工程就是钢筋混凝土浇注工作，不像加筋土挡土墙等需要挡土墙墙身和回填同时进行交叉进行，扶壁式挡土墙施工过程不受其它条件的限制，通过机械化施工能大大缩短工期。1. 3. 4 可靠度较高，质量容易控制钢筋混凝土工程在我国的应用非常广泛和成熟，质量保证指标容易控制，属于相对简单的工种，一般的施工队伍都能保质保量的完成。1. 4 挡土墙结构的研究现状及发展趋势国内挡土墙结构的研究和实践近年来也比较活跃，特别是山区公路和铁路的大量修建再加上城市边坡等建设，使人们不得不关注于挡土墙结构的设计问题。目前的研究主要集中在以下几个方面:挡土墙的设计方法;土钉墙的应用实践;预应力单锚
20、多锚体系的分析与设计研究;轻型挡土墙结构的应用研究等。另外还有一些新型的挡土墙结构在工程中得到广泛的应用。这些研究与实践得出很多理论和应用的成果。伴随着基础设施建设的加快，在山区道路建设和山区城市建设中，不可避免的要支护边坡，做挡土墙结构使其稳定。而且挡土墙结构的形式也越来越多。 目前，国内正流行砌石重力式挡土墙、现浇和预制混凝土挡土墙、加筋土挡土墙等。加筋土挡土墙技术是最近几年提出的新技术。加筋土挡土墙是利用加筋土技术修建的一种支挡构筑物，加筋土是一种在土中加入拉筋带的复合土， 它利用拉筋与土之间的摩擦作用，改善土体的变形条件和提高土体的工程性能，从而达到稳定土体的目的。国内目前对钢筋混凝土
21、扶壁式挡土墙的研究和应用较少，特别高度较大的填方区建筑边坡工程中的应用较少。在国家现行建筑边坡工程技术规范GB50330一2002中，出于经济和实际情况的局限，限定钢筋混凝土扶壁式挡土墙挡土高度不宜超过10m。在我们国家以前建设工程中，高度较大的挡土墙主要用在公路和铁路两侧，但挡土高度一般都在10m以下。长沙有色冶金设计院主编的国家建筑标准设计图集挡土墙04J008中钢筋混凝土挡土墙的高度限定在6m以内。扶壁式挡土墙超过10m时的工程应用和研究较少，特别是在软土地基中的应用。1. 5本文的主要工作1. 剖析挡土墙的作用原理，了解挡土墙的应用现状、研究现状及发展趋势。2. 完成该扶壁式挡土墙的总
22、体设计（主要尺寸的拟定）；该扶壁式挡土墙荷载及土压力的计算；内力计算；滑移稳定计算；倾覆稳定计算；地基承载力计算；结构计算等。3. 完成图纸绘制，包括立面图和大样图详图。 4. 完成该扶壁式挡土墙的施工组织设计。5. 进一步根据地质条件和现场要求进行优化设计。达到安全适用的目的，寻求最佳经济效益。第2章 土压力理论2. 1土体的破坏原理土是由矿物颗粒所组成的，并由孔隙中的水和胶结物质连结在一起。土颗粒之间的连结强度远远小于颗粒本身的强度，因此土在力的作用下，土颗粒与土颗粒之间将会产生错动，引起一部分土体相对于另一部分土体的滑动。土体的滑动是由于滑动面上的剪应力超过土的抗剪强度产生剪切破坏所造成
23、的，这就是土的破坏特征，也是土的强度特征。这也就是说土的破坏是剪切破坏，土的强度是指土抗剪切破坏的强度。所以土的抗剪强度是指土在抵抗剪切破坏时所能承受的极限剪应力。在土中一点处，若某方向平面上所产生的剪应力等于土的抗剪强度，则该点就处于破坏的临界状态;若该平面上的剪应力大于土的抗剪强度则该点就沿这一平面破裂，而处于破坏状态;若该平面上的剪应力小于土的抗剪强度，此时该点不可能沿这一平面产生剪切破坏，而处于稳定状态。随着作用力的增大，土中剪切破坏的点也随之增多，这些破坏点组成一个剪切破坏区，也称为塑性变形区。当土中剪切破坏区的范围扩大，而破坏区边界面上形成连续的滑动面时，土体就丧失整体稳定性，即破
24、坏区将沿滑动面产生整体滑动。2. 2作用在挡土墙的土压力作用在挡土墙的土压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力。挡土墙是防止土体坍塌的构筑物，在房屋建筑、水利工程、铁路工程以及道路桥梁中得到广泛应用。由于土压力是挡土墙的主要外荷载，设计挡土墙时首先要确定土压力的性质、大小、方向和作用点。土压力的计算是个比较复杂的问题。它随挡土墙可能位移的方向分为主动土压力、被动土压力和静止土压力。1. 静止土压力：当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对墙的压力称为静止土压力，一般用E0表示 。2. 主动土压力：当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力
25、称为主动土压力，一般用Ea表示。3. 被动土压力：当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力，用Ep表示。在这三类土压力中，主动土压力最小，静止土压力居中，被动土压力最大。作用在挡土墙上的土压力，其大小和分布与许多因素有关，例如:1. 挡土墙的形式和墙体的刚度;2. 挡土墙表面的倾斜度及其粗糙程度;3. 挡土墙的变形和位移;4. 填土的性质(如土的均匀性，土的物理力学性质等);5. 填土表面荷载的情况;6. 地下水的情况。挡土墙形式不同，作用在其上的土压力的大小和分布也不相同。库仑土压力理论和朗肯土压力理论主要适用于刚性挡土墙。柔性挡土墙由于受到墙体本
26、身变形的影响，土压力及其分布与刚性挡土墙有很大区别。2. 3朗肯土压力理论1857年英国学者朗肯（Rankine）从研究弹性半空间体内的应力状态，根据土的极限平衡理论，得出计算土压力的方法，又称极限应力法。依据：朗肯土压力理论是根据半空间体的应力状态和土的极限平衡理论得出的土压力计算理论之一。基本假设：1. 墙本身是刚性的，不考虑墙身的变形；2. 墙后填土延伸到无限远处，填土表面水平（=0）；3. 墙背垂直光滑（墙与垂向夹角=0，墙与土的摩擦角=0）。（1） 考察挡土墙后土体表面下深度z处的微小单元体的应力状态变化过程：当用挡土墙代替半空间的土体，且不发生位移时，作用在微分土体上的应力为自重应
27、力，此时，挡土墙土压力即为静止土压力，大小等于水平向自重应力h。（2） 当挡土墙在土压力的作用下向远离土体的方向位移时，作用在微分土体上的竖向应力v保持不变，而水平向应力h逐渐减小，直至达到土体处于极限平衡状态，此时水平向应力3即为主动土压力强度pa 。（3） 当挡土墙在土压力的作用下向着土体方向位移时，作用在微分土体上的竖向应力v保持不变，而水平向应力h逐渐增大，由小主应力变为大主应力，直至达到土体处于极限平衡状态，此时水平向应力1即为被动土压力强度PP。 图2-1 半空间体的极限平衡状态（a）半空间体内一点受力；（b）主动朗肯状态；（c）被动朗肯状态；（d）莫尔应力圆与朗肯状态的关系把土体
28、当作半无限空间的弹性体，而墙背可假想为半无限土体内部的铅直平面，根据土体处于极限平衡状态的条件，求出挡土墙上的土压力。土体中产生的两组破裂面与水平面的夹角为。2. 3. 1 朗肯主动土压力的计算根据土的极限平衡条件方程式 （2-1） （2-2）土体处于主动极限平衡状态时，1=z=z，3=x=Pa1、填土为粘性土时g填土为粘性土时的朗肯主动土压力计算公式为 （2-3）由公式(6-3)，可知，主动土压力Pa沿深度Z呈直线分布，如图所示。图2-2 粘性土主动土压力分布当z=H时： （2-4）在图中，压力为零的深度z0，可由pa=0的条件代入式(2-4)求得： （2-5）在Z0深度范围内Pa为负值，但
29、土与墙之间不可能产生拉应力，说明在Z0深度范围内，填土对挡土墙不产生土压力。墙背所受总主动土压力为Pa，其值为土压力分布图2-2中的阴影部分面积，即： (2-6)2、填土为无粘性土(砂土)时根据极限平衡条件关系方程式，主动土压力为 (2-7)上式说明主动土压力Pa沿墙高呈直线分布，即土压力为三角形分布，如图2-2所示。墙背上所受的总主动土压力为三角形的面积，即： （2-8）Pa的作用方向应垂直墙背，作用点在距墙底H/3处。2. 3. 2朗肯被动土压力计算从朗肯土压力理论的基本原理可知，当土体处于被动极限平衡状态时，根据土的极限平衡条件式可得被动土压力强度1=PP，3=z=rz，填土为粘性土时：
30、 （2-9）填土为无粘性土时: (2-10)式中： Pp沿墙高分布的土压力强度，kPa；KP被动土压力系数；填土为粘性土时的总被动土压力为： (2-11)填土为无粘土时的总被动土压力为 (2-12)2. 4 库伦土压力理论1776年法国的库伦（C. A. Coulomb）根据极限平衡的概念，并假定滑动面为平面，分析了滑动楔体的力系平衡，从而求算出挡土墙上的土压力，成为著名的库伦土压力理论。依据：库伦土压力理论是根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体时，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。基本假设 ： 1. 墙后填土为均匀的无粘性土（c=0），填土表面倾斜（0）；2. 挡土墙是刚性的
31、，墙背倾斜，倾角为；3. 墙面粗糙，墙背与土本之间存在摩擦力（0）；4. 滑动破裂面为通过墙踵的平面。2. 4. 1 库伦主动土压力计算图2-3 库伦主动土压力计算图式如图2-3所示，墙背与垂直线的夹角为，填土表面倾角为，墙高为，填土与墙背之间的摩擦角为，土的内摩擦角为，土的凝聚力，假定滑动面BC通过墙踵。滑裂面与水平面的夹角为，取滑动土楔ABC作为隔离体进行受力分析(图2-3)。当滑动土楔ABC向下滑动，处于极限平衡状态时，土楔上作用有以下三个力:1. 土楔ABC自重砰，当滑裂面的倾角确定后，由几何关系可计算土楔自重；2. 破裂滑动面BC上的反力R，该力是由于楔体滑动时产生的土与土之间摩擦力
32、在BC面上的合力，作用方向与BC面的法线的夹角等于土的内摩擦角。楔体下滑时，R的位置在法线的下侧。3. 墙背AB对土楔体的反力P，与该力大小相等、方向相反的楔体作用在墙背上的压力，就是主动土压力。力的作用方向与墙面AB的法线的夹角就是土与墙之间的摩擦角，称为外摩擦角。楔体下滑时，该力的位置在法线的下侧。土楔体ABC在以上三个力的作用下处于极限平衡状态，则由该三力构成的力的矢量三角形必然闭合。已知的大小和方向，以及、的方向，可给出如图2-3所示的力三角形。按正弦定理:则: (2-13)式中 (2-14)由公式可知:P是的函数，不同的对应着不同的P值。滑动面BC是假设的，因此角是任意的。角改变时，
33、P值也随之变化。当时，则；而当时，W和R重合，亦是。所以当在和之间变化为某一值时，P必有一最大值。对应于最大P值的滑动面才是所求的主动上压力的滑动面，相应的与最大P值大小相等、方向相反的作用于墙背上的土压力才是所求的总主动土压力Pa。根据上述概念，当取时，P有最大值。求得P最大值的，从而可导出求总主动土压力的计算公式： (2-15) 式中：墙后填土的容重； 墙的高度； 库伦主动土压力系数，是的函数； 墙背倾角（墙背与铅直线的夹角），以铅直线为准，顺时针为负，称仰斜；反时针为正，称俯斜； 墙背与填土间的摩擦角； 墙后填土的内摩擦角； 填土表面的倾角。当墙背直立（），墙面光滑（），填土表面水平（）
34、时，主动土压力系数，与Rankine主动土压力系数相同。式子（2-15）成为： (2-16)沿墙高度分布的主动土压力强度Pa可通过对式(2一14)微分求得 （2-17） 图2-4 库伦主动土压力分布由此可知，主动土压力强度沿墙高呈三角形分布，主动土压力沿墙高和墙背的分布图形如图2-4所示。主动土压力合力作用点在离墙底的即H/3高度处，作用方向与墙面的法线成角，与水平面成角。2. 4. 2库伦被动土压力计算当挡土墙在外力作用下背向填土，沿着滑裂面BC形成的滑动楔体ABC向上滑动，处于极限平衡状态时，同样在楔体ABC上作用有三个力W、P和R。楔体ABC的重量W的大小和方向为己知，P和R的大小未知，
35、由于土楔体上滑，P和R的方向都在法线的上侧。与求主动土压力的原理相似，用数解法可求得总被动土压力。 （2-18）式中称为库伦被动土压力系数，是的函数；其余符号的意义同式（2-14）相同。被动土压力PP沿高度的分布，可以通过对PP微分求得，即: （2-19）被动土压力强度沿墙高也呈三角形线性分布。总被动土压力的作用点在底面以上处，其方向与墙面法线成角，与水平面成角。式中：、为分别为填土的重度与内摩擦角；为墙背与铅直线的夹角。以铅直线为准，顺时针为负，称仰斜；反时针为正，称俯斜；为墙摩擦角，由试验或按规范确定。为填土表面与水平面所成坡角；被动土压力计算公式的推导，与推导主动土压力公式相同，挡土墙在
36、外力作用下移向填土，当填土达到被动极限平衡状态时，便可求得被动土压力计算公式为:式中：Kp为被动土压力系数，可用下式计算；第3章 扶壁式挡土墙设计原理3. 1计算模型和计算荷载墙面板计算通常取扶肋中至扶肋中或跨中至跨中的一段为计算单元，视为固支于扶肋及墙踵板上的三向固支板，屑超静定结构，一般作简化近似计算。计算时将其沿墙高或墙长划分为若干单位宽度的水平板条和竖向板条，假定每一单元条上作用均布荷载，其大小为该条单元位置的平均值，近似按支撑于扶肋上的连续板计算水平板条的弯矩和剪力；按固支于抢地板上的钢架梁来计算竖向板条的弯矩。3. 1. 1 水平内力根据墙面板计算模型，水平内力计算简图如图3-1（
37、b）所示。各内力分别为：支点负弯矩 支点剪力 跨中正弯矩 边跨自由端弯矩 式中：扶肋净间距（m）。墙面板承受的最大水平正弯矩及最大水平负弯矩在竖直方向上分别发生在扶肋跨中的H1/2处和扶肋固支处的第三个H1/4处，如图4-2所示。图3-1 墙面板的水平内力设计采用的弯矩值和实际弯矩值相比是偏安全的，如图4-1（c)所示。图4-2 墙面板跨中及扶肋弯矩图3. 1. 2 竖直弯矩墙面板在土压力的作用下，除了产生上述的水平弯矩外，将同时产生沿墙高方向的竖直弯矩。其扶肋跨中的竖直弯矩沿墙高的分布如图所示413a所示：负弯矩出现杂墙背一侧底部H1/4范围内；正弯矩出现在墙面一侧，其最大值在第三个H1/4
38、段内。最大值可按下列公式计算：竖直负弯矩： 竖直正弯矩： 沿墙长方向（纵向），竖直弯矩的分布图如图4-3（b）所示，呈抛物线形分布。设计时可采用中部范围内的竖直弯矩不变，两端各范围内的竖直弯矩教跨中减少一半的阶梯形分布。图4-3 墙面板弯矩沿墙高和墙纵向分布图3. 2墙踵板设计计算3. 2. 1计算模型与计算荷载墙踵板可视为支撑于扶肋上的连续板，不计算墙面对其的约束，而视其为铰支。内力计算时，可将墙踵板顺墙长方向划分为若干单位长度的水平板条，根据作用墙踵板上的荷载，对每一连续板条进行弯矩、剪力计算，并假定竖向荷载在每一连续板条上的最大值均匀作用于板条上。作用在墙踵板上的力有：计算墙背与实际墙背
39、间的土重及活载W1；墙踵板自重W2；作用在墙踵板顶面上的土压力竖向分力W3；作用在墙踵板端部的土压力的竖向分力W4；由墙趾板固端弯矩M1的作用在墙踵板上引起的等代荷载W5；以及地基反力等。为简化计算，假设W3为中心荷载， W4是悬臂端荷载引起的，实际应力呈虚线表示的二次抛物线分布，简化为实线表示的三角形分布；引起的等代荷载的竖直应力近似的假设呈抛物线，其重心位于距固支端5B3/8处，以其对固支端的弯矩与M1平衡，可得墙踵处的应力。将上述荷载在墙踵板上引起的竖向应力叠加，即可得到墙踵板的计算荷载。由于墙面板对墙踵板的支撑约束作用，在墙踵板与墙面板衔接处，墙踵板沿墙长方向板条的弯曲变形为零，并向墙
40、踵方向变形逐渐增大。故可近似假设墙踵板的计算荷载为三角形分布，于是得：即： 式中：为作用在BC面的土压力（）； 为作用在CD面的土压力（）； 为墙趾板固端处的计算弯矩（）； 为墙后填土和钢筋混凝土的容重（）； 为墙踵板厚度（）； 为墙踵板端处的地基反力（）3. 2. 2 纵向内力墙踵板顺墙长方向（纵向）板条的弯矩和剪力计算与墙面板相同，各内力分别为：支点负弯矩 支点剪力 跨中正弯矩 边跨自由端弯矩 3. 2. 3 横向弯矩墙踵板沿板宽方向（横向）的弯矩由两部分组成：1. 三角形分布荷载作用下产生的横向弯矩，最大值出现在墙踵板的根部。由于墙踵板的宽度通常只有墙高的左右，其值一般较小，对墙踵板横向
41、配筋不起控制作用，故不必计算此横向弯矩。2. 由于在荷载作用下墙面板与墙踵板有相反方向的移动趋势，即在墙踵板根部产生与墙面板竖直负弯矩相等的横向负弯矩。3. 3 扶肋设计计算3. 3. 1 计算模型和计算荷载扶肋可视为锚固在墙踵板上的“T”形变截面悬臂梁，墙面板则作为该“T”形梁的翼缘板，如图4-4(a)所示。翼缘板的有效计算宽度由墙顶向下逐渐加宽，如图4-4(b)所示。为简化计算，只考虑墙背主动土压力的水平分力，而扶肋和墙面板的自重以及土压力的竖向分力忽略不计。3. 3. 2 剪力和弯矩悬臂梁承受两相邻扶肋的跨中至跨中长度与墙面高度范围内的土压力。在土压力如图4-4(a)中，作用在AB面上的
42、土压力的水平分力作用下，产生的剪力和弯矩：图4-4 扶肋计算图式式中：为高度为（从墙顶算起）截面处的剪力（）和弯矩（）；为跨中至跨中的计算弯矩（）。如图4-4c所示计算长度，按下式计算，且。 （中跨） （悬臂跨）3. 3. 3 翼缘宽度扶肋的受压区有效翼缘高度，墙顶部，墙底部（或）中间为直线变化，可知：3. 4 配筋设计扶壁式挡土墙的墙面板、墙趾板、墙踵板按矩形截面受弯构件配筋，而扶肋按变截面“T”形梁配筋。3. 4. 1 墙面板1. 水平受拉钢筋墙面板的水平受拉钢筋分为内、外侧钢筋两种。内侧水平受拉钢筋布置在墙面板靠填土一侧，承受水平负弯矩，以扶肋处支点弯矩设计，全墙可分为34段。外侧水平受
43、拉钢筋布置在中间跨墙面板临空一侧，承受水平正弯矩，该钢筋沿墙长方向通长布置。为方便施工，可在扶肋中心切断。沿墙高可分为几个区段进行配筋，但区段不宜分得过多。2. 竖向受力钢筋墙面板的竖向受力钢筋也分内、外两侧。内侧竖向受力钢筋布置在靠填土一侧，承受墙面板的竖直负弯矩。该筋向下伸人墙踵板不少于一个钢筋锚固长度；向上在距墙踵板顶高H1/4加上一个钢筋锚固长度处切断。每跨中部2L/3范围内按跨中的最大竖直负弯矩配筋，靠近扶肋两侧各L/6部分按最大负弯矩的一半配筋。外侧竖向受力钢筋从布置在墙面板临空一侧，承受墙面板的竖直正弯矩。该钢筋通长布置，兼作墙面板的分布钢筋之用。3. 墙面板与扶肋间的U形拉筋连
44、接墙面板与扶肋的U形拉筋，其开口向扶肋的背侧，在扶肋水平方向通长布置。3. 4. 2 墙踵板墙踵板顶面布置横向水平钢筋，是为了墙面板承受竖直负弯矩的钢筋得以发挥作用而设置的。该筋位于墙踵板顶面，垂直于墙面板方向。该筋一端插入墙面板一个钢筋锚固长度；另一端伸至墙踵端，作为墙踵板纵向钢筋的定位钢筋。如钢筋的间距很小，可以将其中一半在距墙踵端B3/2减一个钢筋锚固长度处切断。墙踵板顶面和底面纵向水平受拉筋，承受墙踵板在扶肋两端的负弯矩和跨中正弯矩。连接墙踵板与扶肋之间的U形钢筋其开口向上。可在距墙踵板顶面一个钢筋锚固长度处切断，也可延至扶肋的顶面，作为扶肋两侧的分布钢筋。在垂直于墙面板方向的钢筋分布
45、与墙踵板顶面纵向水平钢筋相同。3. 4. 3 墙趾板同墙面板的配筋设计。3. 4. 4 扶肋扶肋背侧的受拉钢筋，应根据扶肋的弯矩图，选择23个截面，分别计算所需的拉筋根数。为节省混凝土，钢筋可多层排列，但不得多于3层。其间距应满足规范要求，必要时可采用束筋。各层钢筋上端应按不需此钢筋的截面再延长一个钢筋锚固长度，必要时，可将钢筋沿横向弯人墙踵板的底面。除受力钢筋外，还需根据截面剪力配置箍筋，并按构造要求布置构造钢筋。第4章 洛阳某工程扶壁式挡土墙设计本工程根据本设计工程条件，地基土液性指数属坚硬粘性土，土对挡土墙基底的摩擦系数 ，取。查规范取地基承载力深宽修正系数 ：。4. 1 主要尺寸的拟定
46、本设计工程条件：某工程要求挡土高度为 8. 5m，墙后地面均布荷载标准值按考虑，墙后填土为砂类土，填土的内摩擦角标准值，填土重度，墙后填土水平，无地下水。地基为粘性土，孔隙比e=0. 79，液性指数IL=0. 25 ，地基承载力特征值，地基土重度。为保证基础埋深大于0. 5m，取d=0. 7m，挡土墙总H=8.5m+d=9.2m。两扶壁净距 ， 取挡墙高度的1/31/4，可取，本设计拟取。用墙踵的竖直面作为假想墙背，计算得主动土压力系数根据抗滑移稳定要求计算得：取 其中：计算结果为负，说明仅为了保证稳定性的要求，不需要设置墙趾板，但为了减少墙踵板配筋及使地基反力趋于均匀，取。 挡土墙基本尺寸要
47、求如下图所示：图4-1 挡土墙基本尺寸图4. 2土压力计算由于填土表面水平，第一破裂面与铅垂面夹角：第二破裂面与铅垂面的夹角：墙顶 A 与墙踵 C 连线 AC 与铅垂面的夹角：因为，因此，不会在土体中出现第二破裂面，AC 连线为实际破裂面。按库伦理论计算土压力。其中： 为墙背与竖直线之间夹角 为墙背与填土之间内摩擦角，本设计取 为填土表面与水平面夹角，填土表面水平，故 则：4. 3 自重与填土重力1. 立板和底板自重钢筋混凝土标准重度，其自重为：2. 填土重以及地面均布荷载总量墙身自重计算时，扶壁自重按填土计算，另墙趾上少量填土重量略去不计导致各项验算稍偏安全。4. 4 抗倾覆稳定性验算稳定力
48、矩：倾覆力矩：4. 5 抗滑移稳定性验算竖向力之和：抗滑力：滑移力：满足抗滑移稳定性要求。4. 6 地基承载力验算按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合，各分项系数取1. 0。欲求基底偏心距，先求总竖向力到墙趾的距离：地基承载力修正值计算：地基压力计算：由 于 ，则时，必然。4. 7 结构设计采用混凝土和级钢筋，。4. 7. 1 立板设计1. 土压力计算立板荷载均考虑墙后静止土压力。由于土体不存在滑动趋势，且墙面光滑，则静止土压力为水平方向。2. 将立板分为上下两部分，在离底板顶面高度以下的立板可视为三边固定一边自由的双向板；离底板4500mm高度以上的部分视为沿高度方向划分为单位高的水平板，
49、以扶壁为支撑，按水平单向连续板计算。现以距离墙底（即距墙顶4. 3m3. 3m）区间的立板为例进行计算。距离墙顶区间的立板计算可参照进行。对于砂性土 简化公式适用取，选用 ，由于计算的配筋小于最小配筋，故简化公式适用选用，混凝土的抗剪能力满足要求，不需要配置腹筋。3. U型筋计算上式计算出的As为每延米单肢U型筋的截面积。配，的U型筋，开口朝向墙背，水平放置。距墙底（即距墙顶）区间按三边固定，上边自由的矩形板计算。图4-2 立板下部荷载图可将荷载简化为一三角形荷载和一矩形荷载的叠加，查表计算。 取，由于计算的配筋小于最小配筋率，故简化公式适用：选用 选用，简化公式适用，选用，4. 7. 2 底
50、板设计图4-3 底板基底应力分布图 1. 墙趾板端弯矩与剪力： 简化公式适用，选用，2. 剪力计算： 板厚满足抗剪要求。4. 7. 3墙踵板计算图4-4 墙踵板荷载计算图可简化为一个矩形荷载和一个三角形荷载，计算方法类似于立板的距墙底04. 5m区间。图中荷载简化计算： 由于弯矩计算值均太小，无配筋计算的必要，均按构造配筋。4. 7. 4扶壁设计立板在扶壁与墙踵板交接处的铰线应不为，该铰线与水平线的夹角应略小于。但为设计方便，将其按计算，这样做的计算结果将稍微偏小。土压力的作用线临近底板处应为外凸曲线，为计算方便，取近似直线计算，亦使计算结果稍微偏小。，故，按最小配筋率取值：故，扶壁抗剪能力满
51、足抗剪要求，无需配置抗剪腹筋。第5章 施工组织设计5. 1 工法特点当挡土墙的墙高h8m时，为了增加悬臂的抗弯刚度，沿墙长纵向每隔一定距离设置一道扶壁，为扶壁式挡土墙（也称有肋角式挡土墙）。为了在扶臂式挡土墙施工中，做到技术先进、经济合理 、质量可靠、安全适用，根据现场工程实际应用情况及经验编制本工法。本工法具有操作简单、节约成本、经济实用，便于有效的控制扶臂式挡土墙施工质量的特点。扶臂式挡土墙具有：相对于重力式挡土墙工程量小、对地基承载力要求不高、工艺较悬臂式复杂等特点。5. 2 适用范围本工法适用于各种工业与民用建筑物地质条件差且墙高h8m的重要工程的维护结构。当挡土墙较高时，不加肋角会导
52、致墙身过厚，应采用扶壁式挡土墙。此外，工程场地窄小，挡土墙底板宽度受到限制耐，也可采用扶壁式挡土墙。5. 3 工艺原理扶臂式挡土墙一般由：墙身、扶臂、墙趾、墙踵、墙隼构成（见下图）。墙身被扶壁划分成一个连续板带，底板对垂直墙身有嵌固作用，基础底板也同样被扶壁划分成一个连续板带，墙身对基础底板也有嵌固作用底板的墙趾部分由于比较短，在土壤反力作用下，可当作向上弯曲的悬臂板。墙踵承受地面荷载，挡土墙自重、土体自重和土壤反力的作用。实际工程中由于墙踵较长，受荷较大，当扶臂问距过大时，底板取与垂直墙身相同的厚度是不够的，往往要加厚底板厚度，但这样一来，墙身对底板的嵌固作用就不明显了 甚至受力模式也会改变
53、。如果不加厚底板厚度，可在墙踵外边缘加设一道地基粱，将墙踵调整为四边固定板，使得挡土墙各部分截面尺寸适中，受力合理。（扶臂式挡土墙的构成图见右图）5. 4 施工工艺流程及操作要点5. 4. 1 施工准备1. 技术准备（1）编制扶臂式挡土墙施工方案。（2）施工前培训及技术交底。扶臂式挡土墙时一项重要的单项工程，要求多班组、多工种协调作业。务必使参与施工的管理人员、操作人员了解这一特点。并根据施工图纸及有关规定要求进行详细的技术交底，按照不同班组、不同岗位进行认真的岗前培训，让参加作业的人员明确本岗位应完成的任务，必须到达的质量标准以及其他工种的配合要求，确保各工种协调一致，优质高速的施工。（3）
54、确立现场质量管理体系，通过质量交底明确自检验、专职检验和最终检验的三级检验制度。另外还需要对节约和文明施工提出要求。确立现场施工安全负责机制，确保施工安全，把安全生产时刻作为工程施工的前提。施工安全责任到自项目经理至安全员的每个项目管理人员，建立明确的安全检查制度，制定迅速有效的安全救护办法，确保工程施工过程中不出现人员安全问题。一旦出现安全问题，能够有效迅速的对工作人员进行救护（4）在施工前，测定中线，建立临时水准点，在浇筑底板混凝土前及时校测挡土墙中心线及预埋件高程。5. 4. 2劳动力准备按照本工程工程量配备一定数量的劳动力。表5-1 人员准备序号工种人数要求1钢筋工30持证上岗，经验丰
55、富2木工20持证上岗，经验丰富3砼工20持证上岗，经验丰富4架子工10持证上岗，经验丰富5. 4. 3 施工工艺流程本工程挡土墙高度为8. 5m，基础埋深0. 7m，墙后填土为粘性土，填土水平。施工时应当注意，挡土墙后存在地下水时，应在墙身上设置排水措施，当后填料是沙砾土时，可以在墙背底部设置一层卵石滤水层，在墙上间隔2 m3 m设置泄水孔，泄水孔直径宜为80 mm150 mm；当墙后填土为黏性土或其他低压缩性土时，应在墙背后先铺一层300 mm厚的卵石滤水层，然后在卵石外面回填黏性土。挡土墙基础埋深不应小于1 m，当处于冻胀土上时，不应小于冻结深度下0. 25 m。挡土墙每隔15 m20 m
56、应设置一条20 mm宽的沉降缝，缝内用沥青蔴丝或沥青木丝板填实。由于墙身过高，对钢筋绑扎和模板支设增加很大困难，所以，墙身分两次施工。为了保证沉降缝的成型质量，挡土墙采用渐进式分段施工，施工流程如下：图5-2 施工流程图5. 5 操作要点5. 5. 1 钢筋工程1. 工程所采用所有钢筋应有出厂材质证明，所注明的货号、编号、批量应与所供应的材料相符方可进场。进场材料应及时见证取样，进行复检，按规定做力学性能的复试，检验合格方可使用。2. 钢筋翻样应在详细了解图纸、设计交底、设计变更等要求基础上，结合设计规范中的构造要求及施工验收规范的质量控制标准统一考虑。翻样时必须考虑钢筋的叠放位置和穿插顺序，
57、考虑钢筋和钢筋占位避让关系，以确定加工尺寸。应重点注意钢筋接头形式、接头位置、搭接长度、锚固长度等质量控制点。3. 钢筋翻样的总体要求是：种类规格正确、形状尺寸准确、数量足够、施工方便、节约材料。4. 钢筋连接方式直径20以下易采用电渣压力焊、搭接。直径20以上的钢筋易采用机械连接（钢筋剥肋滚压直螺纹连接）。5. 扶臂钢筋的弯折角度，及变尺寸箍筋要进行放样，确保无误后方可批量加工。5. 5. 2模板工程1. 挡土墙模板拼装严格按照“挡土墙模板计算书”进行拼装。2. 挡土墙模板安装前，清扫基层弹出轴线和模板边线及水平控制标高线，模板底口应做水泥砂浆找平层或其它适宜的找平措施。3. 依基层面上模板
58、线将预先拼装好的模板一面安装就位，安装水平支撑和斜撑，若墙板是纵横行成群体时，水平支撑要互相连接，但不能与操作脚手架相连接；安装对拉螺栓固定墙体厚度，另一面墙体模板按上述程序进行操作，但要预先清扫垃圾，才能组装另一面模板。4. 沉降缝模板采用两层三合板中间加20mm泡沫板。然后将做好的模板用胶带粘在已做好的墙体侧面。5. 5. 3砼工程1. 挡土墙一般混凝土量比较大，且要连续浇筑，所以混凝土易采用商品混凝土，用地泵或泵车浇筑，现场自拌难以满足施工需要。2. 混凝土类型应根据设计要求，强度一般C30。可以在混凝土拌合物中掺入活性掺合料、减水剂等，以达到改善混凝土和易性等目的。3. 为防止离析，从
59、高处向模板内倾斜混凝土时，应符合下列要求：从高处直接倾卸时，其自由倾卸高度一般不宜超过2.0m，以不发生离析为度；当倾卸高度超过2.0m时，应通过多节导管、窜筒、溜管或振动溜管等设施下落；倾卸高度超过8m时，应设置减速装置；在窜筒出料口下面，混凝土的堆积高度不宜超过1.0m。4. 灌筑混凝土时，一般应采用振动器振实，振捣时，应符合下列规定：使用插入式振捣器时，移动间距应保证全部混凝土均受到振实，如以直线行列插入，应不超过振动器作用半径的1. 5倍，按交错梅花式插入，不超过作用半径的1. 75倍，并与侧模应保持510的距离；插入下层混凝土510，确保其连接性，每层振捣设2人分别从二个预留人孔下入
60、模内振捣，要划分好每人的振捣范围，相接处要交叉重叠振捣，防止漏振捣。5. 混凝土灌筑完毕后，安排专人在初凝前进行砼收面，待砼终凝前再进行一次收面压光处理，然后及时养护。5. 5. 4 附属工程1. 泄水孔：泄水孔采用直径100mm钢管，设置在相邻两扶臂之间，上下间距2.5m米成排布置，最下一排泄水孔高出地面385mm。泄水孔内设2%的坡度，孔口进水处采用直径80mm120mm碎石堆料，堆料直径不小于300mm。2. 沉降缝：本工程基础分段长度13.15m，缝宽50mm。5. 6 材料与设备1. 主要材料：15mm厚多层镜面板、钢管、木方、新型节能对拉螺杆。2. 主要设备：表5-2 主要设备表序
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