挡土墙的设计步骤.doc 115页

'挡土墙的设计步骤六、设计1、根据具体情况，通过技术和经济比较，确定墙址位置；2、测绘墙址处的纵向地面线，核对路基横断面图，收集墙址处的地质和水文等资料；3、选择墙后填料，确定填料的物理力学计算参数和地基计算参数；4、进行挡土墙断面型式、构造和材料设计，确定有关计算参数；5、进行挡土墙的纵向布置；6、用计算法或套用标准图确定挡土墙的断面尺寸；7、绘制挡土墙立面、横断面和平面图。挡土墙墙身抗弯强度计算：1按弹性计算；2砌体为脆性材料，抗拉能力很差；3应考虑竖向压力产生的压应力与弯曲拉应力的叠加；4 挡土墙的设计步骤六、设计1、根据具体情况，通过技术和经济比较，确定墙址位置；2、测绘墙址处的纵向地面线，核对路基横断面图，收集墙址处的地质和水文等资料；3、选择墙后填料，确定填料的物理力学计算参数和地基计算参数；4、进行挡土墙断面型式、构造和材料设计，确定有关计算参数；5、进行挡土墙的纵向布置；6、用计算法或套用标准图确定挡土墙的断面尺寸；7、绘制挡土墙立面、横断面和平面图。挡土墙墙身抗弯强度计算：1按弹性计算；2砌体为脆性材料，抗拉能力很差；3应考虑竖向压力产生的压应力与弯曲拉应力的叠加；4 受拉一侧外缘真实应力=N/A-M/W，小于砌体抗拉能力既是安全的。　　　　　　　　　　　　　　　第一节概　述　　能够保持结构物两侧的土体、物料有一定高差的结构称为支挡结构。支承路堤填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳，而承受侧向土压力的建筑物称为挡土墙。　　支挡结构在各种土建工程中得到广泛的应用，如铁路、公路工程中可以用于支承路堤或路堑边坡、隧道洞口、支承桥台台后填土，以减少土石方量和占地面积，防止水流冲刷路基，并经常用于整治坍方、滑坡等路基病害；水利、港湾工程中支挡河岸及水闸的岸墙；民用与工业建筑中的地下连续墙等。随着大量土木工程在地形复杂地区的兴建，支挡结构愈加显得重要。支挡结构的设计将直接影响到工程的经济效益及安全。挡土墙各部位的名称如图10-1所示，墙身靠填土（或山体）一侧称为墙背，大部分外露的一侧称为墙面（或墙胸），墙的顶面部分称为墙顶，墙的底面部分称为墙底，墙背与墙底的交线称为墙踵，墙面与墙底的交线称为墙趾。墙背与竖直面的夹角称为墙背倾角，一般用 表示，墙踵到墙顶的垂直距离称为墙高，用H表示。　　挡土墙的类型划分方法很多，根据墙体自身的刚度可将其分为柔性挡土墙和刚性挡土墙；根据挡土墙的结构形式可将其分为重力式（包括衡重式）挡土墙和轻型挡土墙；根据挡土墙在路基横断面上的位置可分为：路堑挡土墙、路肩挡土墙、路堤挡土墙、山坡挡土墙、抗滑挡土墙、站台挡土墙等；根据建筑材料可分为石、混凝土及钢筋混凝土挡土墙等；根据所处的环境条件可分为一般地区挡土墙、浸水地区挡土墙与地震地区挡土墙等。　　由于一些地区石料丰富，使得石砌重力式和衡重式挡土墙得到广泛应用。为适应不同地区的条件和发展新技术的需要，逐步发展了各种形式的挡土墙，如：悬臂式、扶臂式、板桩式、锚杆式、锚定板式、竖向预应力锚杆式、加筋土式和土钉式等新型挡土墙。随着生产和技术的不断发展，今后还将会有一些新的结构形式不断　　　　　图10—１挡土墙各部分名称　　路基在遇到下列情况时可考虑修建挡土墙：　　(1)陡坡地段；　　　　　　　　　　　　　　　　(2)岩石风化的路堑边坡地段；　　(3)为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑地段；　　(4)可能产生坍方、滑坡的不良地质地段；　　(5)高填方地段；　　(6)水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路基地段；　　(7)为节约用地、减少拆迁或少占农田的地段；　　(8) 为保护重要建筑物、生态环境或其他特殊需要的地段。在考虑挡土墙设计方案时，应与其他工程方案进行技术经济比较，例如，采用路堤或路肩挡土墙时，常与栈桥或填方等方案进行比较；采用路堑或山坡挡土墙时，常与隧道、明洞或刷缓边坡等方案作比较，以求工程技术经济合理。　　　　　　　　　　　　　　第二节重力式挡土墙　　一、概述　　重力式挡土墙是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，它是我国目前最常用的一种挡土墙形式。重力式挡土墙多用浆砌片（块）石砌筑，缺乏石料地区有时可用混凝土预制块作为砌体，也可直接用混凝土浇筑，一般不配钢筋或只在局部范围配置少量钢筋。这种挡土墙形式简单、施工方便，可就地取材、适应性强，因而应用广泛。　　由于重力式挡土墙依靠自身重力来维持平衡稳定，因此墙身断面大，圬工数量也大，在软弱地基上修建时往往受到承载力的限制。如果墙过高，材料耗费多，因而亦不经济。当地基较好，墙高不大，且当地又有石料时，一般优先选用重力式挡土墙。　　重力式挡土墙，当墙背只有单一坡度时，称为直线形墙背；若多于一个坡度，则称为折线形墙背。直线形墙背可做成俯斜、仰斜、垂直三种，墙背向外侧倾斜时称为俯斜，墙背向填土一侧倾斜时称为仰斜，墙背垂直时称为垂直；折线形墙背有凸形折线墙背和衡重式墙背两种，如图10-2所示。 　　a)俯斜　　　　b)仰斜　　　　　　　　c)垂直　　　　　　　d)凸形　　　　　　　e)衡重式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图10-2重力式挡土墙墙背形式　　仰斜墙背所受的土压力较小，用于路堑墙时墙背与开挖面边坡较贴合，因而开挖量和回填量均较小，但墙后填土不易压实，不便施工。当墙趾处地面横坡较陡时，采用仰斜墙背将使墙身增高，断面增大，如图10-3所示， 所以仰斜墙背适用于路堑墙及墙趾处地面平坦的路肩墙或路堤墙。俯斜墙背所受土压力较大，其墙身断面较仰斜墙背时要大，通常在地面横坡陡峻时，利用陡直的墙面，以减小墙高。俯斜墙背可做成台阶形，以增加墙背与填土之间的摩擦力。　　垂直墙背的特点介于仰斜和俯斜墙背之间。　　凸形折线墙背系由仰斜墙背演变而来，上部俯斜、下部仰斜，以减小上部断面尺寸，多用于路堑墙，也可用于路肩墙。衡重式墙背在上下墙之间设有衡重台，利用衡重台上填土的重力使全墙重心后移，增加了墙身的稳定。由于采用陡直的墙面，且下墙采用仰斜墙　　图10—３地面横坡对墙高的影响背，因而可以减小墙身高度，减少开挖工作量。适用于山区地形陡峻处的路肩墙和路堤墙，也可用于路堑墙。　二、重力式挡土墙的构造　　重力式挡土墙的构造必须满足强度与稳定性的要求，同时应考虑就地取材，经济合理、施工养护的方便与安全。　　1.墙身构造　　重力式挡土墙的仰斜墙背坡度一般采用1:0.25，不宜缓于1:0.30；俯斜墙背坡度一般为1:0.25～1:0.40，衡重式或凸折式挡土墙下墙墙背坡度多采用1:0.25～1:0.30仰斜，上墙墙背坡度受墙身强度控制，根据上墙高度，采用1:0.25～1:0.45俯斜，如图6-4所示。墙面一般为直线形，其坡度应与墙背坡度相协调。同时还应考虑墙趾处的地面横坡，在地面横向倾斜时，墙面坡度影响挡土墙的高度，横向坡度愈大影响愈大。因此，地面横坡较陡时，墙面坡度一般为1:0.05～1:0.20，矮墙时也可采用直立；地面横坡平缓时，墙面可适当放缓，但一般不缓于1:0.35。 　　　　　　　　　　　图10-4挡土墙墙背和墙面坡度　　仰斜式挡土墙墙面一般与墙背坡度一致或缓于墙背坡度；衡重式挡土墙墙面坡度采用1:0.05，所以在地面横坡较大的山区，采用衡重式挡土墙较经济。衡重式挡土墙上墙与下墙的高度之比，一般采用4:6较为经济合理。对一处挡土墙而言，其断面形式不宜变化过多，以免造成施工困难，并且应当注意不要影响挡土墙的外观。　　混凝土块和石砌体挡土墙的墙顶宽度一般不应小于0.5m，混凝土墙顶宽度不应小于0.4m。路肩挡土墙墙顶应以粗料石或C15混凝土做帽石，其厚度不得小于0.4m，宽度不小于0.6m，突出墙外的飞檐宽应为0.1m 。如不做帽石或为路堤墙和路堑墙，应选用大块片石置于墙顶并用砂浆抹平。　　在有石料的地区，重力式挡土墙应尽可能采用浆砌片石砌筑，片石的极限抗压强度不得低于30MPa。在一般地区及寒冷地区，采用M7.5水泥砂浆；在浸水地区及严寒地区，采用M10水泥砂浆。在缺乏石料的地区，重力式挡土墙可用C15混凝土或片石混凝土建造；在严寒地区采用C20混凝土或片石混凝土。　　为保证列车正常运行、线路养护及行人的安全，路肩挡土墙在一定条件下，应设置防护栏杆。　为避免因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，根据地基地质条件的变化和墙高、墙身断面的变化情况需设置沉降缝。在平曲线地段，挡土墙可按折线形布置，并在转折处以沉降缝断开。为防止圬工砌体因收缩硬化和温度变化而产生裂缝应设置伸缩缝。设计中一般将沉降缝和伸缩缝合并设置，沿线路方向每隔10～25m设置一道，如图10-5所示。缝宽为2～3cm，自墙顶做到基底。缝内沿墙的内、外、顶三边填塞沥青麻筋或沥青木板，塞入深度不小于0.2m，当墙背为岩石路堑或填石路堤时，可设置空缝。 　　　　　　　　　　　　　　　图10-5沉降缝与伸缩缝　　2.排水设施　　挡土墙排水设施的作用在于疏干墙后土体中的水和防止地表水下渗后积水，以免墙后积水致使墙身承受额外的静水压力；减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力；消除粘性土填料浸水后的膨胀压力。挡土墙的排水措施通常由地面排水和墙身排水两部分组成。地面排水主要是防止地表水渗入墙后土体或地基，地面排水措施有：　　（1）设置地面排水沟，截引地表水；　　（2）夯实回填土顶面和地表松土，防止雨水和地面水下渗，必要时可设铺砌层；　　（3）路堑挡土墙趾前的边沟应予以铺砌加固，以防止边沟水渗入基础。　　墙身排水主要是为了排除墙后积水，通常在墙身的适当高度处布置一排或数排泄水孔，如图10-6所示。泄水孔的尺寸可视泄水量的大小分别采用0.05m×0.1m、0.1m×0.1m、0.15m×0.2m的方孔或直径为0.05m～0.1m的圆孔。孔眼间距一般为2～3m，干旱地区可予增大，多雨地区则可减小。浸水挡土墙则为1.0～1.5m，孔眼应上下左右交错设置。最下一排泄水孔的出水口应高出地面0.3m；如为路堑挡土墙，应高出边沟水位0.3m；浸水挡土墙则应高出常水位0.3m。泄水孔的进水口部分应设置粗粒料反滤层，以防孔道淤塞。泄水孔应有向外倾斜的坡度。在特殊情况下，墙后填土采用全封闭防水，一般不设泄水孔。干砌挡土墙可不设泄水孔。　　　 　　　　　　　　　　　图10—６　挡土墙泻水孔及反滤层　　若墙后填土的透水性不良或可能发生冻胀，应在最低一排泄水孔至墙顶以下0.5m的高度范围内，填筑不小于0.3m厚的砂加卵石或土工合成材料反滤层。既可减轻冻胀力对墙的影响，又可防止墙后产生静水压力，同时起反滤作用。反滤层的顶部与下部应设置隔水层。　　3.防水层　　为防止水渗入墙身形成冻害及水对墙身的腐蚀，在严寒地区或有浸水作用时，时常在临水面涂以防水层：　　（1）石砌挡土墙,先抹一层Ｍ5水泥砂浆(2cm厚),再涂以热沥青(2～3mm)；　　（2）混凝土挡土墙,涂抹两层热沥青(2～3mm)；　　（3） 钢筋混凝土挡土墙，常用石棉沥青及沥青浸制麻布各两层防护，或者加厚混凝土保护层；一般情况下可不设防水层，但片石砌筑挡土墙需用水泥砂浆抹成平缝。　　4.基础埋置深度挡土墙一般采用明挖基础。当地基为松软土层时，可采用加宽基础、换填或桩基础。水下基础挖基有困难时，可采用桩基础或沉井基础。基础埋置深度应按地基的性质、承载力的要求、冻胀的影响、地形和水文地质等条件确定。　　挡土墙基础置于土质地基上时，其基础埋深应符合下列要求：　　（1）基础埋置深度不小于1m。当有冻结且冻结深度小于或等于１ｍ时，应在冻结线以下不小于0.25m（不冻胀土除外）；当冻结深度超过1m时，可在冻结线下0.25m内换填弱冻胀土或不冻胀土，但埋置深度不小于1.25m。不冻胀土层（例如碎石、卵石、中砂或粗砂等）中的基础，埋置深度可不受冻深的限制；　　（2）受水流冲刷时，基础应埋置在冲刷线以下不小于1m；　　（3）路堑挡土墙基础底面应在路肩以下不小于1m，并应低于侧沟砌体底面不小于0.2m。　　挡土墙基础置于硬质岩石地基上时，应置于风化层以下。当风化层较厚，难以全部清除时，可根据地基的风化程度及其相应的承载力将基底埋于风化层中。置于软质岩石地基上时，埋置深度不小于1m。挡土墙基础置于斜坡地面时，其趾部埋入深度和距地面的水平距离应符合表10-1的要求。　　　　　　　　　表10-1斜坡地面墙趾埋入的最小尺寸（m）　　 　三、重力式挡土墙的布置　　挡土墙的布置是挡土墙设计的一个重要内容，通常在路基横断面图和墙址纵断面图上进行。布置前应现场核对路基横断面图，不满足要求时应补测，并测绘墙址处的纵断面图，收集墙址处的地质和水文等资料。　　1.挡土墙位置的选定　　（1）路堑挡土墙的位置通常设置在路基的侧沟边。山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处，墙的高度应保证设墙后墙顶以上边坡稳定。　　（2）路肩挡土墙因可充分收缩坡脚，大量减少填方和占地，当路肩与路堤墙的墙高或截面圬工数量相近、基础情况相似时，应优先选用路肩墙。若路堤墙的高度或圬工数量比路肩墙显著降低，而且基础可靠时，宜选用路堤墙。必要时应作技术经济比较以确定墙的位置。　　（3）当路基两侧同时设置路肩和路堑挡土墙时， 一般应先施工路肩墙，以免在施工时破坏路堑墙的基础。同时要求过路肩墙墙踵与水平面成f角的平面不得伸入到路堑墙的基底面以下，否则应加深路堑墙的基础，或将两者设计成一个整体结构。　　（4）沿河路堤设置挡土墙时，应结合河流的水文、地质情况以及河道工程来布置，注意应保证墙后水流顺畅，不致挤压河道而引起局部冲刷。　　（5）滑坡地段的抗滑挡土墙，应结合地形、地质条件，滑面的部位、滑坡推力，以及其它工程，如：抗滑桩、减载、排水等综合考虑；　　（6）带拦截落石作用的挡土墙，应按落石范围、规模、弹跳轨迹等进行考虑；　　（7）受其它建筑物如：房屋、公路、桥涵、隧道等控制的挡土墙，在满足特定的要求下，尚需考虑技术经济条件；　　2.纵向布置纵向布置在墙址纵断面图上进行，布置后绘成挡土墙正面图，布置的内容有：　　（1）确定挡土墙的起讫点和墙长，选择挡土墙与路基或其它结构物的衔接方式。路肩挡土墙端部可嵌入石质路堑中，或采用锥坡与路堤衔接；当路肩挡土墙、路堤挡土墙兼设时，其衔结处可设斜墙或端墙；与桥台连接时，为防止墙后回填土从桥台尾端与挡土墙连接处的空隙中溜出，需在台尾与挡土墙之间设置隔墙及接头墙。路堑挡土墙在隧道洞口应结合隧道洞门、翼墙的设置情况平顺衔接；与路堑边坡衔接时，一般将墙高逐渐降低至2m 以下，使边坡坡脚不致伸入边沟内，有时也可用横向端墙连接。　　（2）按地基、地形及墙身断面变化情况进行分段，确定伸缩缝和沉降缝的位置。当墙身位于弧形地段，例如桥头锥体坡脚，因受力后容易出现竖向裂缝，宜缩短伸缩缝间距，或考虑其它措施。　　（3）布置各挡土墙的基础。墙址地面有纵坡时，挡土墙的基底宜做成不大于5%的纵坡。但地基为岩石时，为减少开挖，可沿纵向做成台阶。台阶尺寸应随纵坡大小而定，但其高宽比不宜大于1:2。　　（4）布置泄水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸等。此外，在布置图上应注明各特征断面的桩号，以及墙顶、基础、顶面、基底、冲刷线、冰冻线、常水位或设计洪水位的标高等。　　3.横向布置横向布置选择在墙高最大处、墙身断面或基础形式有变异处。根据墙型、墙高、地基及填土的物理力学指标等设计资料，进行挡土墙设计或套用标准图，确定墙身断面、基础形式和埋置深度，布置排水设施等，并绘制挡土墙横断面图。　　4.平面布置对于个别复杂的挡土墙，如高、长的沿河挡土墙和曲线挡土墙，除了纵、横向布置外，还应进行平面布置，绘制平面图，标明挡土墙与线路的平面位置及附近地貌和地物等情况，特别是与挡土墙有干扰的建筑物的情况。沿河挡土墙还应绘出河道及水流方向、其它防护与加固工程等。在以上设计图中，还应标写简要说明。必要时可另编设计说明书，说明选用挡土墙方案的理由，选用挡土墙结构类型和设计参数的依据，对材料和施工的要求及注意事项，主要工程数量等。如采用标准图，应注明其编号。　　　　　　　　　　四、重力式挡土墙的设计计算 　　挡土墙是用来承受土体侧压力的构造物，它应具有足够的强度和稳定性。挡土墙可能的破坏形式有：滑移、倾覆、不均匀沉陷和墙身断裂等。因此挡土墙的设计应保证在自重和外荷载作用下不发生全墙的滑动和倾覆，并保证墙身截面有足够的强度、基底应力小于地基承载力和偏心距不超过容许值。这就要求在拟定墙身断面形式及尺寸之后，对上述几方面进行检算。　　挡土墙验算方法有两种：一是采用总安全系数的容许应力法；二是采用分项安全系数的极限状态法，以下主要介绍容许应力验算法，对于极限状态法可参阅相关资料。　　（一）作用在挡土墙上的力系作用在挡土墙上的力系，根据荷载性质及发生概率分为主要力系、附加力系和特殊力系。一般情况下挡土墙只考虑主要力系的影响。在浸水和地震等特殊情况下，尚应考虑附加力和特殊力的作用。主要力系是指经常作用在挡土墙上的力，如图10-7所示，它包括：　　（1）由填土自重和列车轨道荷载引起的主动土压力 ，可分解为水平土压力和垂直土压力；　　（2）墙身自重G；　　（3）墙前土体作用于墙面上的被动土压力；　　（4）墙顶上的有效荷载；　　（5）墙背与第二破裂面之间的有效荷载Wr；　　（6）基底法向反力R及摩擦力T；　　（7）常水位时的静水压力与浮力墙前被动土压力一般不予考虑，当基础埋置较深(如大于1.5m)，且地层稳定，不受水流冲刷或扰动破坏时才予考虑。由于挡土墙前后土体相互作用，而达到被动状态所需的位移量大于达到主动状态的位移量，故墙后土体处于主动状态时，墙前土体难以达到被动状态，因此墙前的被动抗力要比计算公式的被动土压力为小，目前尚无可靠的计算方法，根据经验，并为安全起见，一般取1/3 的计算被动土压力值作为墙前的被动抗力。附加力系是指偶然发生的或发生概率很小的力，包括：　　（1）设计水位的静水压力和浮力；　　（2）水位退落时的动水压力；　　（3）波浪冲击力；　　（4）冻胀压力和冰压力；　　（5）温度变化的影响力。　　特殊力系是指暂时的或属于灾害性的，发生几率极小的力，包括：　　（1）地震荷载；　　（2）施工及临时荷载，如起吊机、人群、堆载等；　　（3）水流漂浮物的撞击力。挡土墙设计时，对于单线铁路应按有列车荷载与无列车荷载进行检算；双线铁路及站场内的挡土墙，除按轨道上均有列车荷载进行检算外，尚应按邻近挡土墙的一线、二线有列车荷载与无列车荷载等组合进行检算，并取不利的荷载组合进行设计。冰压力和冻胀力不与波浪压力同时计算,洪水和地震不同时考虑。　　（二）挡土墙稳定性检算对于重力式挡土墙，墙的稳定性往往是设计中的控制因素。挡土墙的稳定性包括抗滑稳定性与抗倾覆稳定性两方面。　　1.抗滑稳定性检算挡土墙的抗滑稳定性是指在土压力和其他外荷载的作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力，用抗滑稳定系数表示，即作用于挡土墙最大可能的抗滑力与实际滑动力之比，如图10-8所示。一般情况下，有：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-1）式中：∑N—作用于基底的上的总垂直力，即挡土墙墙身自重G、墙背主动土压力的竖直分力、墙顶上的有效荷载及墙背与第二破裂面之间的有效荷载之和，其值为：　　　　　　　　　　　　—墙背主动土压力的总水平分力；　　　　　f—基底摩擦系数，其数值可通过现场试验确定，如无试验值，按表10-5 采用。　　沿基底抗滑稳定系数不应小于1.3，考虑附加力系时，不小于1.2。但设计墙高大于12～15m时，应注意适当加大值，以保证挡土墙的抗滑稳定性。　　当挡土墙抗倾覆稳定性已满足而受抗滑稳定性控制时，可采用设置倾斜基底的方法以增加挡土墙的抗滑稳定性。基底倾斜度，一般地基不大于1:5；浸水地基，当f＜0.5时，不宜设置倾斜基底；当0.5≤f＜0.10时，倾斜基底不大于1:10；当f≥0.10时，倾斜基底不大于1:5；岩质地基不大于1:3。　　设置倾斜基底的方法，是保持墙胸高度不变，而使墙踵下降一个高度Δh,如图10-9所示，从而使基底具有向内倾斜的逆坡。与水平基底相比，可减小滑动力，增大抗滑力，增强挡土墙的抗滑稳定性。需要注意的是，由于墙踵下降了Δh，计算土压力时墙高也应增加了Δh，即计算墙高为：，由图10-9可知，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-2） 　　　图10-8　滑动稳定性检算　　　　　　　　　　　　　图10-9　倾斜基底若将竖直方向的力和水平方向的力分别按倾斜基底的法线方向和切线方向分解,则倾斜基底法向力为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-3）切向力为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-4）式中： —基底倾角，即基底与水平面的夹角。　　由公式（10-1）可知，设置倾斜基底后挡土墙的滑动稳定系数为：　　　　（10-5）　　由公式（10-5）可以看出，由于设置了倾斜基底，明显地增大了抗滑稳定系数，而且基底倾角越大，越有利于抗滑稳定性。应当指出，除验算沿基底的抗滑稳定性外，尚应验算沿墙踵水平面上的抗滑稳定性，以免挡土墙连同地基土体一起滑动。因此，基底的倾斜度不宜过大。　　增加抗滑稳定性的另一种办法是采用凸榫基础，如图10-10所示，凸榫基础是在基础底面设置一个与基础连成整体的榫状凸块，利用榫前土体所产生的被动土压力以增加挡土墙抗滑稳定性。增加抗滑稳定性的措施还有：改善地基，例如在粘性土地基上夯嵌碎石，以增加基底摩擦系数；改变墙身断面形式等。但单纯的扩大断面尺寸收效不大，而且也不经济。　　2.抗倾覆稳定性检算　　挡土墙的抗倾覆稳定性是指它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力，用抗倾覆稳定系数 表示，其值为对墙趾的稳定力矩之和与倾覆力矩之和的比值，如图10-11所示，表达式为：　　　　　　　　（10-6）式中：—稳定力系对墙趾的总力矩　　　　　　　　图10-10凸榫基础　　　—倾覆力系对墙趾的总力矩　　　　　　　　　　（10-7）　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-8）　　一般情况下，抗倾覆稳定性系数不应小于1.5，考虑附加力时，不应小于1.3。当墙高大于12～15m时，应注意加大值，以保证挡土墙的倾覆稳定性。　　当抗滑稳定性满足要求，挡土墙受抗倾覆稳定性控制时，可展宽墙趾，如图10-12所示，在墙趾处展宽基础可以增大稳定力矩的力臂，是增强抗倾覆稳定性的常用方法。但在地面横坡较陡处，会由此引起墙高的增加。展宽部分Δb一般用与墙身相同的材料砌筑，不宜过宽。重力式挡土墙Δb不宜大于墙高的10%；衡重式挡土墙Δb不宜大于墙高的5%。基础展宽可分级设置成台阶基础，每级的宽度和高度关系应符合刚性角（即基　　　　　图10-11倾覆稳定性检算　　图10-12展宽墙趾础台阶的斜向连线与竖直线的夹角）的要求，对于石砌圬工不大于35°；对于混凝土圬工不大于45° ，如超过时，则应采用钢筋混凝土基础板。增加抗倾覆稳定性的措施还有：改变墙背或墙面的坡度以减少土压力或增加稳定力臂；改变墙身形式，如改用衡重式、墙后增设卸荷平台或卸荷板。　　（三）挡土墙基底应力及合力偏心距检算　　为了保证挡土墙的基底应力不超过地基的容许承载力，应进行基底应力检算。为了使挡土墙墙型结构合理和避免发生显著的不均匀沉陷，还应控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。　　如图10-13所示，若作用于基底合力的法向分力为∑N，它对墙趾的力臂为，则有：　　　　　　　　　　　（10-9）　　合力偏心距e为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-10）　　基底合力的偏心距，土质地基不应大于B/10，岩石地基不应大于B/4。基底两边缘点，即趾部和踵部的法向压应力、分别为：　　　　　　　　　　　　　　　（10-11）式中：∑M—各力对中性轴的力矩之和，∑M=∑N·e；　　　W—基底截面模量，对单位延米的挡土墙， ；　　　A—基底截面面积，对单位延米的挡土墙，A=B。　　基底压应力不得大于地基容许承载力[σ]，当考虑主要力系和附加力系组合时，地基承载力可提高20%。当按主要力系计算时，墙踵的基底压应力可超过地基的容许承载力，一般地区最大不超过30%。　图10-13基底应力及合力偏心距检算图式　　　　　　　　　图10-14基底应力重分布　　当︱e︱＞B/10时，基底墙踵将出现拉应力，对于一般地基与基础间是不能承受拉力的，这时按无拉应力的平衡条件重新分配压应力，重新分配的压应力合力作用在距墙趾为 的三角形应力图的形心上，该应力图一边长为3。如图10-14所示，基底应力图形将由虚线图形变为实线图形。根据力的平衡条件，有：　　　　　　　　　　故基底最大压应力为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-12）　　基底压应力或偏心距过大时，可采取加宽墙趾或扩大基础的办法予以调整，也可采用换填地基土以提高其承载力；调整墙背坡度或断面形式以减少合力偏心距等措施。　（四）挡土墙墙身截面强度检算　　通常，选取一、两个墙身截面进行检算,检算截面可选在基础顶面（襟边以上截面）、1/2墙高处、上下墙（凸形及衡重式墙）交界处等，如图10-15所示。　　墙身截面强度检算包括法向应力和剪应力检算。　　（1）法向应力及偏心距检算　　如图10-16所示，若检算截面Ι-Ι的强度，从土压力强度分布图中可得到截面Ι-Ι以上的土压力和以及该截面以上的墙身自重，截面的宽度为，则：　　　　　图10-15　墙身检算截面的选择 　　　　　　　　　　　　（10-13）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-14）　　对于墙身截面偏心距的要求，在只考虑主要力系时，，考虑主要力系加附加力系时，，以保证墙型的合理性。　　截面两端边缘的法向应力为：　　　（10-15）　　对于截面两端边缘的法向应力的要求，在只考虑主要力系时，最大压应力和最大拉应力不得超过圬工的容许应力。当考虑附加力系时，容许应力可提高30%。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　（2）剪应力检算剪应力分水平剪应力和斜剪应力两种。重力式挡土墙只检算水平剪应力，而衡重式挡土墙还需进行斜截面剪应力的检算，如图10-15中的Ⅲ—Ⅲ截面。　　①水平方向剪应力检算：　　如图10-16，对Ι-Ι截面的水平剪应力进行检算时，剪切面上的水平剪切力∑等于Ι-Ι截面以上墙身所受水平土压力,则：　　　　　　　　　（10-16）式中：[τ]—圬工的容许剪应力（kPa）。　　当墙身受拉力出现裂缝时，应折减裂缝区的面积。　　②斜截面剪应力验算：　　如图10-17所示，设衡重式挡土墙上墙底面沿倾斜方向AB被剪裂，　　　　图10—１6容许应力法墙身截面检算剪裂面与水平面成ε角，剪裂面上的作用力是竖直分力∑N 和水平分力∑T，则：　　　　　　（10-17）式中：—上墙土压力的水平分力（KN）；　　　—上墙土压力的竖直分力（KN）；　　—上墙圬工重力（KN）；　　—△ABC的圬工重力（KN）。当ε角不同时，AB面上的剪应力τ也不同，故τ是ε的函数，即：　　　　　　　　　　　　（10-18）式中：—剪裂面AB上的切力（KN）；　　　　　　　图10—17　斜截面剪应力验算　　l—剪裂面的长度（m）。　　　　　(10-19)式中：—圬土的容重（）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-20）将式（10-19）、式（10-20）代入式（10-18），并令 整理得：　　　　　（10-21）对式（10-21）微分，令，整理得：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-22）式中：　　由式（10-22）解出ε角，代入式（10-21）即可求得AB斜截面的最大剪应力。如≤[τ]，说明斜截面抗剪强度满足要求。　五、挡土墙常用设计参数1．墙背土的物理力学指标挡土墙背后填料的物理力学指标，最好根据试验确定。无试验指标时，可参照表10-2的数据选用。　　　　　　　　　　　　表10-2墙背填料的物理力学指标路堑挡土墙，墙背后地层的物理力学指标，在无不良地质情况下，习惯上多参考天然坡角及路堑边坡设计数据综合确定，也可参照表10-3 的数据选用。　　　　　　　　　　　　　　　　　　表10-3路堑边坡物理力学指标2．土与墙背的摩擦角δ土与墙背的摩擦角δ应根据墙背的粗糙程度和排水条件确定，可按表10-4所列数值采用。3．基底与地层间的摩擦系数基底与地层间的摩擦系数，根据基底粗糙程度、排水条件和土质而定，无试验资料时，可采用表10-5所列数值。　　　　　　　　　　　　　　　　　　表10-4土与墙背间的摩擦角δ 4．建筑材料的强度等级及容许应力重力式挡土墙墙身材料一般采用石砌体、片石混凝土或混凝土。其强度等级及适用范围按表10-6采用。石砌体的容许应力按表10-7采用。混凝土的容许应力按表10-8采用。　　　表10-5　基底与地层间的摩擦系数　　　　　　表10-6　重力式挡土墙材料强度等级与适用范围　　　　　　　　　表10-7　石砌体的容许应力（MPa） 　　　　　　　　　表10-8　混凝土的容许应力（MPa）　　　　　　　　　　　　　第三节加筋土挡土墙　　一、概　　述　　加筋土挡土墙是利用加筋土技术修建的一种轻型支挡结构物，是由墙面板、拉筋、填料三部分组成的复合结构物，如图6-19 所示。它依靠填料与拉筋之间的摩擦力作用，平衡填料作用于墙面上的水平土压力，使之形成整体，抵抗其后部填料产生的土压力。　　现代加筋土的概念和设计理论是20世纪60年代法国工程师HenriVidal首创的。根据他的设计理论于1965年在法国普拉聂尔斯（Prageres）成功修建了一座公路加筋土挡土墙，该项工程立刻引起了世界工程界的浓厚兴趣，引起了世界各国的重视，得到很高评价。国外誉之为仅次于钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土的又一次发明。以后，世界各国普遍开展了加筋土技术的研究和工程试验。　　　　　　　　　　　　　　　　　　图10—19加筋挡土墙组成示意图　　日本对加筋土技术的研究和应用也比较早。1967年日本将该技术正式公布为“补强土工法”，并在许多公路、城市道路、边坡等工程中广泛应用。　　　　在西班牙，1971年建造了第一座加筋土挡墙，随后的发展和推广应用也相当快。美国1972年修建加州39号公路时开始使用，联邦公路局专门有班子从事有关研究和应用工作，其推广应用和研究开发也相当快。其它许多国家也先后使用和推广了加筋土技术，加筋土工程已从加筋土挡墙发展应用到桥台、护岸、堤坝、建筑物基础、铁路路堤、码头、防波堤、水库、尾矿坝、储仓及核设施、 军用设施等多个领域。　　加筋土技术在我国发展和应用是在70年代末才开始的，从理论研究、模型试验和现场试验到机理分析，都取得了有益的成果。1978～1979年云南煤矿设计院在田坝矿区建成了3座仅2～4m高的试验性加筋土挡墙，这也是我国的第一座加筋土挡墙。1980年又在该矿区建成了一座长57m、高8.3m加筋土挡墙，建成后使用效果良好。该工程的成功引起了我国土木建筑行业的工程技术人员很大的兴趣，随后在公路、铁路、水运、煤炭、林业、水利、城建等行业和部门迅速发展和推广应用。铁路系统于1980年在淮南的铁路枢纽内修建了第一座铁路加筋土挡土墙。目前我国规模最大的加筋土工程，也是目前世界上规模最大的加筋土工程为重庆长江滨江路工程，长约6km，加筋土挡墙墙面积约，墙最高处达33m。铁路系统在广通——大理铁路上成功修建了总墙高为33m的加筋土挡土墙。　　加筋土结构作为一种新颖的完整结构物，在土工合成材料的应用领域占有较为重要的地位，有关的国际国内学会在加筋土技术的研究和推广应用方面也异常活跃，全国各行业部门的许多工程技术人员也均看好加筋土技术，并在工程实践中不断地研究和探索。　　由于加筋土在技术上的优越性、显著的经济性和广泛的适用性，加筋土技术获得了国内外更多的青睐。为适应加筋土技术的推广应用，世界上许多国家先后制定并颁发了有关加筋土工程的设计、施工规范和标准，或设计施工指南等。二、加筋土挡土墙的类型　　1、加筋土挡土墙按其断面外轮廓形式，一般分为：　　(1)单面式加筋土挡土墙（图10-20 ）：　　　　　　（a）路肩式加筋挡土墙　　　　　　　　　　　　（b）路堤式加筋挡土墙　　　　　　　　　　　　　　图10—20　　单面式加筋挡土墙　　(2)双面式加筋土挡土墙，双面式中又分分离式、交错式加筋土挡土墙（图10-21）：　　 　　　　　（a）分离式　　　　　　　　　　　　　　（b）交错式　　　　　　　　　　　　　　图10—21　双面式加筋挡土墙　　(3)台阶式加筋土挡土墙（图10-22）：　　 　　　　　　　（a）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（b）　　　　　　　　　　　　　图10—22台阶式加筋挡土墙　　2、加筋土挡土墙按其断面结构形式，一般分为矩形、正梯形、倒梯形和锯齿形，见图10-23。　　3、加筋土挡土墙按拉筋的形式可分为条带式加筋土挡土墙（拉筋为条带式，每一层不满铺拉筋）和满铺式加筋挡土墙（每一层连续满铺土工格栅或土工织物拉筋）。　（a）矩形　　　　　　　（b）正梯形　　　　（c）倒梯形　　　　（d）锯齿形　　　　　　　　　　　　　　　　图10—23　加筋结构断面形式 　　三、加筋土挡土墙的应用范围　　加筋土挡土墙一般应用于地形较为平坦且宽敞的填方路段上，适用于一般地区的路肩墙，在挖方路段或地形陡峭的山坡，由于不利与布置拉筋，一般不宜使用。滑坡和崩坍等工程地质不良地段由于地质条件复杂，土压力变化较大，可能导致墙面板受力不均产生相互错位，而且这种地段修筑加筋土挡土墙挖方量也比较大，故应慎重采用。加筋土挡土墙高度Ⅰ级干线不宜大于10ｍ。　　四、加筋土挡墙的优缺点　　1．优点　　（1）组成加筋土挡土墙的墙面板和拉筋可以预先制作，在现场用机械（或人工）分层填筑。这种装配式的方法，施工简便、快速，并且节省劳力和缩短工期。　　（2）加筋土挡土墙是柔性结构物，能够适应地基轻微的变形。在软弱的地基上修筑时，由于拉筋在填筑过程中逐层埋设，所以，因填土 引起的地基变形对加筋土挡土墙的稳定性影响比对其它结构物小，地基的处理也较简便。　　（3）加筋土挡土墙具有一定的柔性，抗振动性强，因此，它也是一种很好的抗振结构物。　　（4）加筋土挡土墙节约占地，造型美观。由于墙面板可以垂直砌筑，可以大量减少占地。挡土墙的总体布设和墙面板的形式图案可根据周围环境特点和需要进行设计。　　（5）加筋土挡土墙造价比较低。与钢筋混凝土挡土墙相比，可减少造价一半左右；与石砌重力式挡土墙相比，也可节约20%以上。而且，加筋土挡土墙造价的节省随墙高的增加而愈加显著，因此它具有良好的经济效益。　　2．缺点　　(1)挡墙背后需要充足的空间，以获得足够的墙宽来保证内部和外部稳定性。　　(2)对于钢材加筋的锈蚀、用作暴露面层的土工合成材料在紫外线照射下的变质，以及填土中聚酯类加筋材料的老化等问题，需要制定合适的设计标准。　　(3)由于目前加筋土系统的设计和施工经验仍不成熟，故规范尚需进一步完善。五、加筋土挡土墙的作用机理 　　在工程实践中，我们知道松散的砂土可堆成具有天然休止角的砂堆，粘性土体可开挖出一定高度的垂直坡面。如果在砂土中分层埋设水平向的加筋材料，则这种由砂土和加筋材料形成的筋土复合体就可保持一定的高度和直立状态而不塌成斜坡，它与粘性土体相类似。这表明砂土加筋后所形成的复合体的力学性能和稳定性比未加筋前有所改善和提高。　　为了弄清砂土加筋后复合体强度和稳定性提高的原因，维达尔等人分别进行了三轴试验和现场试验测试，提出了各种假说来解释和阐述筋土之间的相互作用机理。根据迄今为止的研究结果，筋一土间相互作用的基本原理大致可归纳为两大类：一是摩擦加筋原理，二是准粘聚力原理（或摩尔—库伦理论）。　　（一）摩擦加筋原理　　根据加筋土复合体中筋一土之间的基本构造,我们在加筋体中取出一微段来分析。　　如图10-24所示,微元体长为dl,拉筋左截面受力为,右截面受力为,压住拉筋的法向应力为σ,略去筋带重量和微元体土体重量,设拉筋与土粒之间的摩擦系数为f,b为筋带宽度。由于土的水平推力在该微元段拉筋中所引起的拉力为dT,dT=-。设dF为土粒与拉筋在该微元段上产生的总摩擦力，　　　　图10—24　磨擦加筋原理则有　　　　　　dF=2σfbdl　　(10-23)　　　　根据对该微元体的受力分析，可知如果　　　　dF>dT 　　　　　　(10-24)则筋一土之间就不会产生相互错动，换句话说，土的水平推力被筋一土之间的摩擦力所克服，微元体保持稳定，反之则不能保持稳定。　　从式(10-23)和式(10-24)可知，拉筋材料要满足两点：一是表面要粗糙，能使筋一土之间产生足够的摩擦力；二是要有足够的强度和弹性模量，前者保证在筋一土之间产生错动前拉筋不被拉出，后者保证拉筋的变形与土体的变形大致相同。　　在加筋土挡墙中，墙体由于受土体的推力产生破坏时(暂将加筋土体看成无筋土体)，依据朗金理论，沿主动破裂面BC将墙体分为主动区和稳定区，见图10-25。下滑土棱体ABC自重产生的水平推力对每一层拉筋形成拉力，欲将拉筋从土中拔出，而稳定区土体与筋带的摩擦阻力阻止拉筋被拔出。如果每一层拉筋与土体的摩擦阻力均能抵抗相应的土推力，财整个墙体就不会出现BC滑动面，加筋土体的内部稳定就有保证。　　设每层筋带所受的土体的水平推力为T，那么　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(10-25)式中：σ—压住拉筋的法向应力；　　　l—筋带长度；　　　f—拉筋与土粒间的摩擦系数；　　　b—拉筋筋带宽度；　　— 拉筋在稳定区的长度。　　式(10-25)为判定加筋体稳定与否的必要条件。这一点为我们在工程中的实际计算提供了思路。　　按上述的摩擦加筋原理分析，拉筋的工作类似于通过筋带结构钳固在稳定土体中，所以，稳定区又称为锚固区，拉筋在稳定区的长度Lb：称为锚固段长度或有效长度。摩擦加筋原理由于概念明确、简单，在加筋土挡墙的足尺试验中得到较好的验证。因此，在加筋土的实际工程中，特别是加筋土挡墙工程中得到较广泛的应用。但是，　　　　　　　图10—25　加筋挡土墙的受力分析摩擦加筋原理忽略了筋带在力作用下的变形，也未考虑土是非连续介质、具有各向异性的特点。所以，对高模量的加筋材料，如金属加筋材料比较适用，对加筋材料模量较小、相对变形较大的合成材料(如塑料带等)，其结果则是比较近似的。(二)准粘聚力原理　　加筋土结构可看作是各向异性的复合材料，一般情况下拉筋的弹性模量远远大于填土的弹性模量，拉筋与填土共同工作，外测强度包括了填土的抗剪力、填土与拉筋的摩阻力和拉筋的抗拉力的共同作用，使得加筋土的强度明显提高。这一点在加筋砂圆柱土样与未加筋砂圆柱土样三轴对比试验中得到验证。 　　砂土试样在单轴压力下受到压密，土样侧向在侧压力作用下发生侧向应变。如在土中布置了拉筋，由于拉筋对土体的摩擦阻力，当土体受到垂直应力作用时，在拉筋中将产生一个轴向力，起着限制土体侧向变形的作用，相当于在土中增加了一个对侧压力的反力，使土的强度提高了。根据维达尔等人的试验，加筋土的强度与土的抗剪强度、土和拉筋间的摩擦系数、拉筋的抗拉强度、拉筋数量等有关。加筋土在受力变形过程中可能出现拉筋抗拉极限状态、拉筋与填土间摩擦厂粘着极限状态以及填土抗剪极限状态。加筋土的强度分析主要针对前两种，第三种只有当拉筋与填土的弹性模量相近时才会出现。　　加筋砂样比无筋砂样强度提高，可根据库仑理论和摩尔破坏准则来加以解释。　　根据库仑理论，土的极限强度为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(10-26)式中：—土的极限抗剪强度；　　　σ—土体上受到的正应力；　　　c—土的粘聚力；　　—土的内摩擦角。　　当c=0时为砂土，c≠0时为粘性土。　　设为土样破坏时的最大主应力，为土样侧面的最小主应力。根据土样破坏时土样的摩尔圆与土样的库仑强度线相切的条件，可得　　　　　　　　　(10-27)　　在三轴对比试验中，如果未加筋砂土样在、 作用下达到极限平衡[见图10-26]，保持不变，则加筋砂在相同应力状态下未破坏，而是增至时才达到极限破坏状态，（如摩尔圆c)所示。砂样在加筋前后的值不变，加筋后土的强度提高了，它应有一条新的强度线来反映这些关系。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图10—27　无筋砂及加筋砂强度曲线　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　比较未加筋砂和加筋砂试验的极限平衡条件，加筋砂多了一项由 引起的强度增加，或者说承载力增加。从三轴对比试验的结果来看(见图10-27)，加筋砂与未加筋砂的强度线几乎完全平行，说明加筋前后砂样的值基本不变，但加筋砂的强度曲线不通过坐标原点，而与纵坐τ相截，其截距，相当于式(10-27)中的c。因此，加筋砂土力学性能的改善是由于新的复合土体具有某种“粘聚力”的缘故。砂土本身是没有这个“粘聚力”的，而是砂土加筋后的结果。在试验中对加筋砂样施加的侧向力为，而实际上砂样受到的侧压力是，而正是由于砂与拉筋间的摩阻而产生的，但在最后结果的表述中却被“c”所代替。事实上它不是粘聚力，而应是加筋土的强度增量。为表述方便，将这个“粘聚力”称为“准粘聚力”或“似粘聚力”，它反映了加筋土这个复合体本身的材料特性。　　将看作加筋土的强度增量，用该原理不但可分析加筋砂的工作机理，同样可用来分析粘土类加筋土。的推导如下：　　把加筋砂的三轴试验当作无筋砂试验，相应的用代替，当其达到极限平衡状态时，有　　　　　　　　　　　　　(10-28)由式(10-27)和式(10-28)，可得　　　　　　 　　　（10-29）由上式得　　　　　　　　　　　　　　　　　　(10-30)为等效应力增量，它是由加筋砂土体中的拉筋产生的，无法直接测得，可表示为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(10-31)　　取三轴试样破裂时的土体为脱离体(见图10-28)，作用在脱离体上的作用力有：轴向应力(破坏时为)、水平应力、拉筋拉力T、破裂面上填土的反作用力R。破裂时R与破裂面的夹角为，破裂面与水平面的夹角为。　　设A为试件的截面积，为每层拉筋单位宽度加筋土中拉筋的抗拉力，为加筋土体中拉筋层的竖向间距，根据脱离体的静力平衡条件，有　　(10-32)　　图10—28　加筋脱离体力平衡图其中，故　　　　　　　　　（10-33）　　在破裂面上切向应力τ及法向应力σ 之间的关系式可表示为　　　　　　　　（10-34)　　比较式(10-34)和式(10-26)，可得　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(10-35)　　　　　　　　　　　六、加筋土挡土墙材料与构造设计　　加筋土挡土墙的组成材料应根据具体条件与设计要求合理选用各组成部分的材料，并进行构件设计。　　（一）填料　　填料是加筋体的主体材料，由它与拉筋产生摩擦力。其基本要求是：　　（1）易于填筑与压实；　　（2）能与拉筋产生足够的摩擦力；　　（3）满足化学和电化学标准；　　（4）水稳定性好。　　为了使拉筋与填料之间能发挥较大的摩擦力， 以确保结构的稳定，通常填料优先选择具有一定级配、透水性好的砂类土、碎（砾）石类土。粗粒料中不得含有尖锐的棱角，以免在压实过程中压坏拉筋。当采用黄土、粘性土及工业废渣时应作好防水、排水设施和确保压实质量等。墙背填料为黏砂土、砂粉土时，路基顶面宜采用封闭层。填料粒径不应大于10cm，填料必须分层压实（严禁采用羊足碾碾压），除必须符合铁道部现行的《铁路路基设计规范》规定的压实要求外，在路堤基床以下部分细粒土的压实系数不应小于0.89，粗粒土的相对密度Dr不应小于0.7。　　填料的化学和电化学标准，主要为保证加筋的长期使用品质和填料本身的稳定，加筋体内严禁使用泥炭、淤泥、腐质土、冻土、盐渍土、白垩土、硅藻土及生活垃圾等，填料中不应含有大量有机物。　　（二）拉筋　　拉筋（又称筋带）的作用是承受垂直荷载和水平拉力，并与填料产生摩擦力。因此，拉筋材料必须具有以下特性：　　（1）抗拉强度大，不易产生脆性破坏，拉伸变形和蠕变小。　　（2）与填料之间具有足够的摩擦力；　　（3）耐腐蚀和耐久性能好；　　（4）具有一定的柔性，加工容易，接长及与墙面板连接简单；　　（5）使用寿命长，施工简便。　　拉筋在土中随着时间推移，有锈蚀或老化的可能，这时板面抗拒外力的能力减弱。挡土墙的稳定主要靠土体本身的自立作用，因此，不宜在急流、波浪冲击及高陡山坡使用加筋土挡土墙。必须设置时，水位以下部分的墙体应采用其它措施，如重力式挡土墙或浆砌片石防护等。　　拉筋材料宜采用钢筋混凝土板条或钢带， 也可采用钢塑复合带及土工格栅。　　钢带一般用软钢扎制，分光面带和有肋带两种，有肋带上设置横肋以增加摩擦力。它的横断面为扁矩形。钢带防锈所涉及的因素较多，除表面采取镀锌防锈措施外，还应注意填料中的水及水中的化学物质，并考虑不同设计年限的锈蚀厚度。　　钢筋混凝土板条表面粗糙，与填料之间的摩擦力较大，加之筋带宽，所以拉筋长度较短，而且造价低。钢筋混凝土板条一般分节预制，每节长度不宜大于2m，做成串连状。平面为长条矩形或宽度变化的楔形，横断面为扁矩形。在满足强度要求的前提下，宜采用宽而薄的扁楔形断面带为好。混凝土标号不应低于C20，主筋为3号钢，直径不小于8mm。为防止或减少混凝土被压裂，往往在混凝土内布设钢丝网。筋带的接长多用焊接，也可用螺栓联结，外露钢筋表面采用沥青纤维布处理，以减缓锈蚀。　　钢塑复合带采用高强钢丝和添加抗老化剂的塑料复合而成，表面有粗糙花纹。抗拉强度由钢丝承担，塑料对钢丝起防腐作用，设计强度应考虑接头处或破损处的钢丝锈蚀的影响而折减。　　拉筋一般应水平放置，并垂直于墙面板，当两根以上的拉筋固定在同一锚接点上时，应在平面上成扇形错开，使拉筋的摩擦力能够充分发挥。当采用钢片和钢筋混凝土板条时，水平间距不能太宽，否则拉筋的增加效果将出现作用不到的区域。采用钢筋混凝土板条或钢带做拉筋时，其最大布置间距不宜大于1.0m，采用土工格栅做拉筋时，其层间距离不宜大于1.0m 。　　采用的拉筋长度，在满足稳定的条件下按下列原则确定：　　（1）墙高小于3ｍ时，拉筋长度不应小于4.0ｍ，且应采用等长拉筋。　　（2）墙高大于3ｍ而不大于6m时，拉筋长度不应小于5.0ｍ。　　（3）墙高大于6ｍ时，拉筋长度应大于0.8倍墙高，且不小于5.0m，土工格栅拉筋可减小至0.6倍墙高，且不小于4.0m。　　（4）当采用不等长的拉筋时，同等长度拉筋的墙段高度，应大于3ｍ，且同长度拉筋的截面也应相同。相邻不等长拉筋的长度差不宜小于1ｍ。　（三）墙面板　　墙面板的作用是防止填土侧向挤出、传递土压力以便于拉筋固定布设，并保证填料、拉筋和墙面构成具有一定形状的整体。墙面板不仅要有一定的强度以保证拉筋端部土体的稳定；而且要求具有足够的刚度，以抵抗预期的冲击和震动作用；又应有足够的柔性，以适应加筋体在荷载作用下产生的容许沉降所带来的变形。因此，墙面板设计应满足坚固、美观以及运输与安装方便等要求。一般包括预制混凝土面板、干浇混凝土模块、金属板、石笼、焊接钢丝网、喷浆混凝土、木板以及反包土工合成材料等。　　(1)预制混凝土面板。最小厚度为140mm ，形状有十字形、正方形、矩形、菱形或六边形等。垂直方向上相邻面板通常用安全插销等联结物相连。　　(2)模块式面板。一般是尺寸相对小的混凝土块。这些模块质量从15～50kg不等。不同的建筑物使用的模块高度在100～200mm之间，外表长度通常为200～450mm。可制成实心或空心的。施工过程中，空心模块内用粒料填充。模块通常为干砌，不抹砂浆。垂直方向上相邻模块用安全插销、支架、螺栓等相联。　　(3)金属面板。最初的加筋土边坡支挡结构系统面板为半圆柱形钢。尽管加筋土挡墙现在通常使用预制混凝土面板，但是在难以到达或难处理的地方需要较轻的面层材料时，选用 金属面板也是合适的。　　(4)焊接钢筋网格。钢筋网格在加筋土挡墙前部向上弯曲形成墙面。　　(5)石笼面层。石笼(充石的钢丝笼)和加筋材料一起可作为面层，加筋材料包括焊接钢筋网、焊接钢带网、土工格栅、土工布等。　　(6)土工合成材料面层。可将各种类型土工合成材料反包在加筋土结构表面。这样在紫外线的照射下易于老化、易于破坏、失火时易于烧损。可结合绿化植被技术，植物通过筋材网眼生长，既可防紫外线，外观又宜人。　（四）基础设计　　加筋土挡土墙墙面板下应设置厚度不小于0.4ｍ的75号水泥砂浆砌片石或C15混凝土条形基础。基础应埋入地面以下。软弱地基时，在浆砌片石基础下应换填不小于0.5ｍ厚的碎石垫层。　　在岩石出露的地基上，一般可在基岩上打一层贫混凝土找平，然后在其上砌筑加筋土挡土墙。若地面横向坡度较大，则可设置混凝土或浆砌片石台阶基础。　　加筋土挡土墙的墙面板应有一定的埋置深度，以防止因土粒流失而引起墙面附近加筋体的局部破坏。其埋深与地基的地质与地形条件、冻结深度和冲刷等有关。在土质地基上的埋置深度决定于土层的性质，一般根据土的承载力和压缩性质等具体情况而定。设置在岩石上时，应清除表面风化层，当风化层较厚难以全部清除时，可采用土质地基的埋置深度。季节性冰冻地区，为防止地基冻胀的危害，在冻深范围内采用非冻胀性的中砂、粗砂、砾石等换填，填土中的粉、粘粒含量应不大于15%。此时，埋深可不小于冻结线。　　浸水加筋土挡土墙应埋置在冲刷线以下1m，并要防止墙面板后填料的渗漏。非浸水加筋土挡土墙，当墙面板埋深小于1m时，宜在墙面地表处设置宽为1.0m的混凝土预制块或浆砌片石护坡，其表面作成向外倾斜3%～5%的横坡。　　当墙面基底沿路线方向有坡度时，一般采用纵向台阶，在错台处要保证最小埋置深度。　　（五）帽石　　帽石应采用C15混凝土现场灌筑，分段长度可取2-4块墙面板宽度，且不大于4.0m，断面尺寸宜采用0.4m(宽)×0.5m(高)，嵌入墙面板内侧的帽石高度不应小于10cm，当设栏杆时应在帽石内预埋U形螺栓。　　(六)沉降缝　　沿墙长每隔20～30ｍ或基底地层变化处应设置2cm宽的沉降缝，并在面板内侧沿整个墙高设置宽20cm的渗滤布。　七、加筋土挡土墙的设计计算 　　加筋土挡土墙设计计算内容一般包括：(1)内部稳定计算，即加筋材料抗拉强度计算和抗拔稳定计算；(2)外部稳定计算，即加筋体倾覆稳定、滑移稳定、整体稳定、基底应力和地基承载能力验算等(包括加筋体中变截面处的倾覆稳定、滑移稳定和整体稳定验算)；(3)构件设计：确定各种构件（如墙面板、拉筋）在外力作用下，保证具有足够强度和稳定性的具体尺寸的大小。　　加筋土挡土墙内部稳定性的破坏，主要 表现为：拉筋在拉力作用下发生断裂或联结件断裂的破坏，使墙面板失稳；筋条的有效抗拔能力不足，即有效长度不足而发生滑移，使墙面板失稳。对前一种破坏，应在构件设计中加以解决，而内部稳定性的计算，主要是以防止后一种破坏发生为目的的，以确保加筋土结构的安全与稳定。　　加筋土挡土墙的内部稳定性计算是加筋土挡土墙结构设计计算的主体。通过对填料自重和填料表面作用的外荷载在墙面板背面上产生的侧向土压力的计算，为墙面板的结构设计提供荷载依据，并为拉筋上作用的最大拉力计算提供参数；通过对内部破裂面形状和位置的确定，来划分拉筋的有效长度区和无效长度区；通过对不同埋置深度的拉筋所受垂直应力的计算，来确定各拉筋上单位有效长度所提供的有效抗拔力，为有效长度的计算提供参数；通过对不同埋置深度的拉筋的最大拉力的计算，为有效长度的计算提供另一个参数，并为拉筋设计提供依据；根据拉筋的有效长度值，来检算加筋土挡土墙的单板抗拔稳定性和全墙抗拔稳定性。　　（一）作用于墙背上的土压力　　1．由墙后填料产生的水平土压力　　由于拉筋的影响，墙面板的相对位移很微小，作用于墙背上的水平土压力，分布曲线如图10-29所示，按下式计算。（10-36）　　　　　图10-29由填料产生的水平土压应力分布—填料产生的水平土压应力（kPa）；　　　　　　　—填料重度（）；—墙顶填土距第i层墙面板中心的高度（m）；—加筋土挡土墙内深度处的土压力系数。2．由荷载产生的水平土压应力由荷载产生的水平土压应力，按布辛纳斯克假定，用条形均布荷载作用下的土中应力公式计算。即：　　　　　　 （10-37）式中：—荷载产生的水平土压力（kPa）　　　b—荷载内边缘至墙背的距离（m）；　　　—荷载换算土柱高（m）；　　　—荷载换算宽度（m）；3．作用于墙面板的水平土压应力，为墙后填料和荷载产生的土压力之和，按下式计算：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-38）式中：—墙面板上的水平土压应力（kPa）。　　（二）作用于拉筋上的垂直压力　　对于路肩墙，作用于拉筋上的垂直压应力为填料自重压应力与荷载产生的竖向应力之和，按下式计算：　　　　　　　　　　（10-39）式中：—第i层墙棉板所对应拉筋上的垂直压应力（m）　　　，—系数，，,x为计算点至荷载中线的距离（m）　 （三）构件设计　　1.墙面板设计　　作用于单板上的土压力，按均匀分布，单板可沿垂直向和水平向分别计算内力。墙面板与拉筋连接部分的配筋应加强；墙面板采用钢筋混凝土预制构件，应根据现行《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》按双向悬臂梁进行单面配筋设计。　　2.拉筋的拉力计算　　拉筋所承受的拉力可由下式计算：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-40）式中：—第层棉板所对应拉筋的计算拉力（m）；　　　Ｋ—拉筋拉力峰值附加系数，可采用1.5～2.0；　，—拉筋之间水平及垂直间距（m），土工格栅拉筋只有垂直间距。3.拉筋拉应力检算　　拉筋所承受的拉应力应小于拉筋允许拉应力，用以下公式检算：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-41）式中—拉筋的拉应力（kPa）；　　—各分墙段拉筋层的最大拉力（kN）；　　—扣除预留锈蚀量后的各分墙段拉筋截面面积(m2)；　　— 拉筋容许拉应力（kPa）。　　土工格栅拉筋可取单位宽度进行应力检算，土工合成材料拉筋的容许抗拉强度应按现行《铁路路基土工合成材料应用技术规范》采用，其金属连接件应检算拉应力和剪应力。　　4.拉筋的抗拔稳定性检算　　抗拔稳定性检算时，拉筋锚固区与非锚固区分界线采用0.3H法，如图10-30所示，该分界区为倒梯形，即无效锚固区宽度上部0.5H高度内为0.3H，下部0.5H高度内为斜直线，由墙底处为零线性递增到0.3H。　　拉筋的摩擦力应根据上下两面所产生的摩擦力，按下式计算：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-42）式中：—拉筋摩擦力（kN）；　　　a—拉筋宽度（m）；　　　　—拉筋的有效锚固长度（m）；　图10-30拉筋的锚固区和非锚固区分界线　　　F— 拉筋与填料之间的摩擦系数，应根据现场拉拔试验确定，如无试验数据时，可采用0.3～0.4。　　　检算拉筋抗拔稳定性时应考虑有荷载和无荷载两种情况，并按下列规定分别检算全墙抗拔稳定及单板抗拔稳定。　　全墙抗拔稳定系数不应小于2.0，应按下式计算：　　　　　　　　　　　　　　　（10-43）式中—各层拉筋摩擦力的总和（kN）；　　—各层拉筋承受水平土压力的总和（kN）。　　单板抗拔稳定系数不宜小于2.0，条件困难时，可适当减小，但不得小于1.5。　　采用土工格栅拉筋时，拉筋长度必须满足其构造要求，而无需进行抗拔稳定性检算。　　5.整体稳定性检算　　加筋土挡土墙全墙整体稳定检算时，应将加筋土挡土墙视为实体墙，按重力式挡土墙的检算方法进行检算，包括抗倾覆稳定、抗滑稳定和地基承载力。　　　　　　　　　　　　　　第四节土钉式挡土墙　　一、概　　述　　土钉墙由被加固土体、放置在土中的土钉体和护面板组成。　　土钉是一种在原位土体中安置拉筋而使土体的力学性能得以改善，从而提高挖方边坡稳定性的新型支挡技术。土钉技术的应用于1972年始于法国，德国、美国等在70年代中期开始应用此项技术。我国于80年代 初期首先在山西柳弯煤矿边坡稳定中应用土钉，并开始土钉的试验研究和工程实践。　　与其他挡土墙相比，土钉墙有如下优点：　　(1)能合理利用土体的自身能力，将土体作为墙体的不可分割的一部分；　　(2)施工设备轻便、操作方法简单；　　(3)结构轻巧，柔性大、有非常好的抗震性能和延性；　　(4)施工不需单独占用场地；　　(5)材料用量和工程数量少，工程造价低；　　(6)施工速度快，基本不占用施工工期；　　(7)防腐性能好。　　虽然土钉技术具有许多优点，但也有缺点和局限性；　　(1)变形稍微大于预应力锚杆的变形；　　(2)在软土、松散砂土中施工难度较大；　　(3)土钉在软土中的抗拔力低，需设置得很长很密或事先对软土加固，变形量较大，造价较高。　　土钉墙可用于边坡的稳定，适用于地下水位以上或经人工降水后的人工填土、粘性土和弱胶结砂土，特别适合于有一定粘性的砂土和硬粘土，不宜用于含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层和淤泥质土，不得用于没有自稳能力的淤泥和饱和软弱土层。作为土体开挖的临时支护和永久性挡土结构，高度一般不大于15m，当土钉墙与有限放坡、预应力锚杆联合使用时，高度可增加；也可用于挡土结构的维修、改建与加固二、土钉墙与锚杆挡土墙、加筋土挡土墙的异同 　　土钉是一种原位加筋技术，即在土中敷设拉筋而使土体的力学性能得以改善的土工加固方法，它与锚杆、加筋土在形式上有一定的类似，但也有着本质的差异。　　１．土钉墙与锚杆挡土墙的异同　　土钉可视为小尺寸的被动式锚杆，两者的差异主要表现在以下几个方面：　　(1)土钉墙由上而下边开挖边分段施工，而锚杆挡土墙是自下而上整体施工的；　　(2)锚杆挡土墙应设法防止产生变位；而土钉一般要求土体产生小量位移，从而使土钉与土体之间的摩阻力得以充分发展。　　(3)锚杆只在锚固段内受力，自由段只起传力作用；土钉则是全长范围内受力。　　(4)锚杆的密度小，每个杆件都是重要的受力部件；而土钉密度大，靠土钉的相互作用形成复合整体，因而即使个别土钉失效，对整个结构物影响也不大。　　(5)锚杆挡土墙将库仑破裂面前的主动区作为荷载，通过锚杆传至破裂面后的稳定区内；土钉墙是在土钉的作用下把潜在破裂面前的主动区的复合土体视为具有自撑能力的稳定土体。　　(6) 锚杆可承受的荷载较大，为防止墙面冲切破坏，其端部的构造较复杂；土钉一般不需要很大的承载力，单根土钉受荷较小，护面板结构较简单，利用喷射混凝土及小尺寸垫板即可满足要求。　　(7)锚杆长度一般较长，需用大型机械进行施工；土钉长度一般较短，直径较小，相对而言施工规模较小，所需机具也比较灵便。　　由上述可以看出，如果仅加固挖方边坡，则土钉墙是合适的；如果墙后土体和深部土体稳定性有问题时，则用锚杆挡土墙比较合适。　　２．土钉墙与加筋土挡土墙的异同　　土钉墙与加筋土墙均是通过土体的微小变形使拉筋受力而工作；通过土体与拉筋之间的粘结、摩擦作用提供抗拔力，从而使加筋区的土体稳定，并承受其后的侧向土压力，起重力式挡土墙的作用。两者的主要差异有：　　(1)施工顺序不同，加筋土挡土墙自下而上依次安装墙面板、铺设拉筋、回填压实逐层施工，而土钉墙则是随着边坡的开挖自上而下分级施工。　　(2)土钉用于原状土中的挖方工程，所以对土体的性质无法选择，也不能控制；而加筋土用于填方工程中，在一般情况下，对填土的类型是可以选择的，对填土的工程性质也是可以控制的。　　(3)加筋筋材多用土工合成材料或钢筋混凝土，筋材直接同土接触而起作用；而土钉多用金属杆件，通过砂浆同土接触而起作用（有时采用直接打入钢筋或角钢到土中而起作用）。　　(4) 设置形式不同，土钉垂直于潜在破裂面时将会较充分地发挥其抗剪强度，因而应尽可能地垂直于潜在破裂面设置；而加筋条一般水平设置。总之，土钉墙是由设置于天然边坡或开挖形成的边坡中的加筋杆件及护面板形成的挡土体系，用以改良原位土体的性能，并与原位土体共同工作形成一重力挡土墙式的轻型支挡结构，从而提高整个边坡的稳定性。　三、土钉墙的基本原理　　天然土体通过土钉的就地实施加固并与喷射混凝土护面板相结合，形成一个类似重力式的挡土墙，以此抵抗墙后传来的土压力和其他作用力，从而使得挖方坡面稳定。土钉依靠与土体接触界面上的粘结力、摩擦力和周围土体形成复合土体，土钉在土体发生变形的条件下被动受力，通过其受拉作用对土体进行加固。而土钉间土体的变形则由护面板予以约束。　　土钉与土共同作用，弥补土体自身强度不足， 增强土体自身稳定性，为主动制约机制的支挡结构。复合土体，不仅有效地提高了土体整体刚度，又弥补了土体抗拉、抗剪强度低的弱点。通过相互作用，土体自身结构强度的潜力得到了充分发挥，改变了边坡变形和破坏形态，显著提高了整体稳定性。　　直立土钉墙比素土边坡的承载力高（试验表明可提高一倍以上），更为重要的是，土钉墙在荷载作用下不会发生素土边坡那样突发的整体性滑裂和塌落。它不仅延迟了塑性变形发展阶段，而且具有明显的渐进性变形和开裂破坏，在丧失承受更大荷载的能力时，仍可维持较长时间不会发生整体性塌滑。　　土钉在复合土体内的作用可概括为四个方面：（1）箍束骨架作用；（2）分担作用；（3）应力传递与扩散作用；（4）坡面变形的约束作用。　　四、土钉墙构造　　土钉墙一般用于高度在15m以下的边坡开挖工程，常用高度为6～12m，斜面坡度一般为70°～90°。土钉墙采取自上而下分层修建的方式，分层开挖的最大高度取决于土体可以直立而不破坏的能力，砂性土为0.5～2.0m，粘性土可以适当增大一些。分层开挖高度一般与土钉竖向间距相同，采用1.0～1.5m。分层开挖的纵向长度，取决于土体维持稳定的最长时间和施工流程的相互衔接，多为10m左右。　　(一)土钉　　土钉类型有钻孔注浆钉、击入钉、注浆击入钉、高压喷射注浆击入钉、气动射击钉等。钻孔注浆钉是最常用的一种类型，它是通过钻孔、置入钢筋、注浆、补浆来设置的；击入钉是把作为土钉的角钢、圆钢（常为螺纹钢筋）或钢管用振动冲击钻或液压锤直接击入土中，不需注浆，土钉长度一般不超过6.0m；注浆击入钉，用端部密封、周面带孔的钢管作为土钉，击入后从管内注浆并透过壁孔将浆体渗透到周围土体；高压喷射注浆击入钉，利用高频冲击锤将具有中孔的土钉击入土中，同时以一定的压力将水泥浆从土钉端部的喷嘴射出，起润滑作用并渗入周围土体，提高土钉与土体的粘结力；气动射击钉，以高压气体为动力，作用于土钉的外部扩大端，直接将土钉射入土中。可以采用圆钢或钢管。　已建工程的土钉实际长度L均不超过土坡的垂直高度H。拉拔试验表明，对高度H小于12m 的土坡采用相同的施工工艺，在同类土质条件下，当土钉长度达到土坡垂直高度时，再增加其长度对承载力无显著提高。另外，土钉越长，施工难度越大，单位长度费用越高，所以选择土钉长度要综合考虑技术、经济和施工难易度。　　土钉孔直径是根据土钉直径和成孔方法选定的，一般取70～200mm，常用的孔径为120～150mm。选定行、列距的原则是以每个土钉注浆对其周围土的影响区与相邻孔的影响区相重叠为准。按防腐要求，土钉孔直径应大于土钉直径加60mm。　　为增强土钉与砂浆（或细石混凝土）的握裹力，土钉宜选用Ⅱ级以上的螺纹钢筋。由于土钉端头需进行锚固，用高强度变形钢筋做土钉需焊接高强螺栓端杆，但高强变形钢筋的可焊性较差。近年来，土钉墙中常用Ⅳ级SiMnV精轧螺纹钢筋，可在钢筋螺纹上直接配与钢筋配套的螺母，连接方便、可靠。　　另外，也可采用多根钢绞线组成的钢绞索作为土钉。由于多根钢绞索的组装、施工设置与定位以及端头锚固装置较复杂，目前国内应用尚不广泛。土钉直径d一般为16～32mm。　　(二) 护面板　　土钉墙的护面板虽不是结构的主要受力构件，但它是传力体系的一个重要部分，也起保证各土钉间土体的局部稳定性、防止土体被侵蚀风化的作用。护面板应在每一阶段开挖后立即设置以限制原位土体的减压，并阻止原位土体的力学性质发生改变，特别是抗剪强度的降低。　　护面板通常用50～100mm厚的钢筋网喷射混凝土做成，钢筋直径为6～10mm，网格尺寸为200～300mm。喷射混凝土强度等级不应低于C20，与土钉连接处的混凝土层内应加设局部钢筋网以增加混凝土的局部承压能力。此外，为了分散土钉与喷射混凝土护面板处的应力，在螺帽下垫以承压钢板，尺寸一般为20cm×20cm，厚度约为8～15mm，也可用预制混凝土板作为护面板。　　对于永久工程，喷射混凝土护面板的厚度不少于150～250mm，分两次喷成。为了改善建筑外观，也可在第一次喷射混凝土的基础上现浇一层混凝土或铺上一层预制混凝土板。护面板的构造及土钉与护面板的连接形式如图10-31所示。　土工织物也可作为护面，即先把土工织物覆盖图　　　　10—31土钉板面构造在边坡上，然后设置土钉。当拧紧土钉端部的螺母时　　　将土工织物拉向坡面形成拉膜，同时使坡面受到压力作用。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　①第一道喷射混凝土；② 第二道喷射混凝土；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　③钢筋网；④局部加强钢筋；⑤钢垫板；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　⑥螺母；⑦土钉；⑧填塞段；⑨注浆段五、稳定性分析　　土钉墙稳定性分析分为内部稳定分析和外部稳定分析。　　外部稳定分析的目的就是保证在墙后土压力的作用下，土钉墙整体的抗滑稳定性和抗倾覆稳定性。土钉墙内部稳定性得到保证的条件下，它的作用类似于重力式挡土墙。其破坏形式有：滑移[如图10-32a]所示]、倾覆[如图10-32b]所示]。由于土钉墙复合体没有改变地基土性质，对受力状态影响也不大，故一般不会发生地基承载力不足和不均匀沉降引起的破坏。抗滑和抗倾覆稳定性验算方法与重力式挡土墙相同。土钉墙墙后主动土压力根据破裂面平面假设，按库仑土压力理论计算。　　内部稳定分析的目的是保证土钉不会被拉断或拔出。国外土钉墙内部稳定性分析的方法有：法国方法、德国方法、戴维斯（Davis）方法、修正　　　　　　　a)滑移；　　　　　　　　　　b)倾覆戴维斯方法、运动学方法以及　　　　　图10-32土钉墙外部破坏形式美国陆军工兵部队方法等。国内常用的方法为0.3H 折线破裂面法和圆弧破裂面条分法。　　(一)　折线破裂面法　　土钉锚固区与非锚固区分界面（潜在破裂面，图10-33）距墙面的距离按公式（10-44）、（10-45）计算。　　　　　　　　　　　(10-44)　　　　　　　　　　(10-45)式中：l—潜在破裂面距墙面的距离（m）；　　　 　　　图10-33土钉锚固区与非锚固区分界面　　　　　　　　图10-34土钉墙护面板上的土压力分布1．土压力计算　　在土钉墙中，护面板起着阻止土体侧向位移、承受潜在破裂面主动区产生的土压力并将其传递至土钉的作用，是保证土钉墙内部稳定的重要组成部分。实测结果如图10-34曲线①所示，综合分析后，将作用于土钉墙护面板上的土压力简化为图10-34③所示的分布形式，即：　　　　　　　　　　　（10-46）　　　　　　　　　　　（10-47）式中：—水平土压应力（kPa）；　　　—边坡岩土体重度（）；　　　—库仑主动土压力系数；　　　Ｈ—土钉墙高度（m）；　　　—第层土钉墙距离墙顶的高度（m）；　　　a—墙背与竖直面的夹角（）；　　　—墙背磨擦角（）。　　2．抗拉稳定性验算　　抗拉稳定性是指在护面板土压力作用下，土钉不致于产生过量的伸长或屈服，以致断裂，如图10-35a）所示，抗拉稳定系数≥1.5。图10-35土钉墙内部破坏形式a)土钉断裂破坏；b)土钉复合体断裂破坏　　 3．抗拔稳定性验算　　抗拔稳定性是指在护面板土压力作用下，土钉内部潜在破裂面后的有效锚固段应有足够的界面摩阻力而不被拔出，如图10-35b）所示。抗拔稳定系数Kf应不小于1.3～2.0，对临时性土钉墙取小值，永久性土钉墙取大值。　　(二)圆弧破裂面条分法　　假定破裂面为圆弧形，　　（a）　土钉断裂破坏　　　　　　　（b）土钉复合体断裂破坏采用一般边坡稳定分析　　　　　　　图10—35　　　土钉内部破坏常用的瑞典条分法，计入土钉的拉力。最不利破裂面通过坡角，并由计算确定。由于事先没有给定滑动面圆心的搜索范围，计算工作量很大，所以该方法宜采用计算机程序计算。为提高计算速度，可用优化方法搜索最不利破裂面。　　　　　　第五节悬臂式和扶壁式挡土墙　　一、概述　　悬臂式挡土墙的一般形式如图10-36所示，它是由立壁（墙面板）和墙底板（包括墙趾板和墙踵板）组成，呈倒“T”字形，具有三个悬 臂，即立壁、墙趾板和墙踵板。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，如图10-37所示。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。　　它们适用于缺乏石料的地区。由于墙踵板的施工条件，一般用于填方路段做路肩墙或路堤墙使用。悬臂式挡土墙高度不宜大于6m，当墙高大于4m时，宜在墙面板前加肋。扶壁式挡土墙宜整体灌注，也可采用拼装，但拼装式扶壁挡土墙不宜在地质不良地段和地震烈度大于或等于八度的地区使用。悬臂式和扶壁式挡土墙的结构稳定性是依靠墙身自重和墙踵板上方填土的重力来保证的，而且墙趾板的设置也显著地增大了挡土墙的抗倾覆稳定性并大大减小了基底接触应力。　　　　图10-36悬臂式挡土墙　　它们的主要特点是构造简单、施工方便，墙身断面较小，自身质量轻，可以较好地发挥材料的强度性能，能适应承载力较低的地基。但是需耗用一定数量的钢材和水泥，特别是墙高较大时，钢材用量急剧增加，影响其经济性能。　　二、土压力计算　　（一）库伦土压力法　　悬臂式和扶壁式挡土墙土压力一般可采用库伦土压力理论计算，特别是填土表面为折线或有局部荷载作用时。由于假想墙背AC的倾角较大，当墙身向外移动，土体达到主动极限平衡状态时，往往会产生第二破裂面DC，如图10-38所示。若不出现第二破裂面则按一般库伦理论计算作用于假想墙背AC上的土压力，此时墙背摩擦角d=j 。若出现第二破裂面则应按第二破裂面法来计算土压力。立壁计算时，应以立壁的实际墙背为计算墙背进行土压力计算，并假定立壁与填土间的摩擦角d=0。当验算地基承载力、稳定性、墙底板截面内力时，以假想墙背AC（或第二破裂面DC）为计算墙背来计算土压力，将计算墙背与实际墙背间的土体重力作为计算墙体的一部分。　　　　图10—37扶壁式挡土墙　　　　　　　　　　　　　　　　图10—38库仑土压力　　（二）朗金土压力法 　　填土表面为一平面或其上有均匀荷载作用时，也可采用朗金土压力理论来计算土压力，如图10-39所示。按朗金理论计算的土压力作用于通过墙踵的竖直面AC上，在立壁和墙踵板设计时，应将分成两部分，作用于AB上的和BC上的。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第六节锚杆挡土墙　　一、概　　述　　锚杆挡土墙是利用锚杆技术形成的一种挡土结构物。锚杆是一种新型的受拉构件，它的一端与工程结构物联结，另一端锚固在稳定的地层中，以承受土压力对结构物所施加的推力，从而利用锚杆与地层间的锚固力来维持结构物的稳定。　　在50年代以前，锚杆技术只是作为施工 过程的一种临时措施。50年代中期以后，西方国家在隧道工程中开始采用小型永久性的灌浆锚杆和喷射混凝土代替衬砌结构。锚杆挡土墙在我国的应用于1966年始于成昆线，继而在许多铁路线上修建，使用效果良好。现已广泛应用于铁路、公路、煤矿和水利等支挡工程中。　　锚杆挡土墙按墙面的结构形式可分为柱板式挡土墙和壁板式挡土墙，如图10-35所示。柱板式锚杆挡土墙是由挡土板、肋柱和锚杆组成，如图10-35a)。肋柱是挡土板的支座，锚杆是肋柱的支座，墙后的侧向土压力作用于挡土板上，并通过挡土板传递给肋柱，再由肋柱传递给锚杆，由锚杆与周围地层之间的锚固力即锚杆抗拔力使之平衡，以维持墙身及墙后土体的稳定。壁板式锚杆挡土墙是由墙面板和锚杆组成，如图10-40b)所示。墙面板直接与锚杆连接，并以锚杆为支撑，土压力通过墙面板传给锚杆，依靠锚杆与周围地层之间的锚固力（即抗拔力）抵抗土压力，以维持挡土墙的平衡与稳定。目前多用柱板式锚杆挡土墙。　　　　　　　　a)柱板式　　　　　　　　　　　　　　b)壁板式　　　　　　　　　　　　　　　图10-40锚杆挡土墙类型　　锚杆挡土墙可根据地形设计为单级或多级，每级墙的高度不宜大于8m，具体高度应视地质和施工条件而定。在多级墙的上、下两级墙之间应设置平台，平台宽度一般不小于2.0m。平台应使用厚度不小于0.15m的C15混凝土封闭，并设向墙外倾斜的横坡，坡度为2%。多级墙总高度不宜大于18m 。　　锚杆挡土墙的特点是：（1）结构质量轻，使挡土墙的结构轻型化，与重力式挡土墙相比，可以节约大量的圬工和节省工程投资；（2）利于挡土墙的机械化、装配化施工，可以提高劳动生产率；（3）不需要开挖大量基坑，能克服不良地基挖基的困难，并利于施工安全。但是锚杆挡土墙也有一些不足之处，使设计和施工受到一定的限制，如施工工艺要求较高，要有钻孔、灌浆等配套的专用机械设备，且要耗用一定的钢材。　　锚杆挡土墙适用于一般地区岩质路堑地段，但其他具有锚固条件的路堑墙也可使用，还可应用于陡坡路堤。在不良地质地段使用时，必须采取相应措施。　　另一类锚杆挡土墙为竖向预应力锚杆挡土墙，它也是利用了锚杆技术，即竖向锚杆锚固岩层地基中，并施加预应力，以竖向预应力锚杆代替重力式挡土墙的部分圬工断面，减小挡土墙的圬工数量且增加其稳定性。竖向预应力锚杆挡土墙的工作原理、设计方法与普通锚杆挡土墙有很大的差异。　　二、土压力计算　　由于墙后岩（土）层中有锚杆的存在，造成比较复杂的受力状态，因此土压力的计算至今没有得到很好的解决。目前设计中大多仍按库伦主动土压力理论进行近似计算。但是，锚杆挡土 墙后一般为岩体，岩体产生的土压力用库伦公式是不够恰当的。设计时可根据经验，结合岩体的节理、裂缝、岩层的风化程度合理选用，有条件时亦可用岩石力学分析方法进行计算。对于多级挡土墙，应利用延长墙背法分别计算每一级的墙背土压力。计算上级墙时，视下级墙为稳定结构，可不考虑下级墙对上级墙的影响，计算下级墙时，则应考虑上级墙的影响。　　三、锚杆抗拔力计算　　锚杆抗拔力的确定是锚杆挡土墙设计的基础，它与锚杆锚固的形式、地层的性质、锚孔的直径、有效锚固段的长度以及施工方法、填筑材料等因素有关。因此，从理论上确定锚杆抗拔力复杂而困难，至今尚未有理想的方法。目前普遍采用的方法是根据以往的施工经验、理论计算值与拉拔试验结果综合加以确定。　　（一）摩擦型灌浆锚杆的抗拔力　　摩擦型灌浆锚杆是用水泥砂浆将一组粗钢筋锚固在地层内部的钻孔中，钢筋所承受的拉力首先通过锚杆周边的砂浆握裹力传递到砂浆中，然后通过锚固段周边地层的摩擦力传递到锚固区的稳定地层中，如图10-41所示。　　1．岩层锚杆的抗拔力　　当锚杆锚固于较完整的岩层中时，由于岩层与孔壁砂浆的摩阻力一般大于砂浆对锚杆的握裹应力。因此，锚杆抗拔力一般取决于砂浆的握裹能力，锚杆的极限抗拔力为：　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-48）式中：—锚杆的极限抗拔力（kN）；　　　d —锚杆的直径（m）；　　　　—锚杆的有效锚固长度（m）；　　　u—砂浆对于钢筋的平均握裹应力（kPa）。　　2.土层锚杆的抗拔力　　当锚杆锚固在风化岩层和土层中时，锚杆孔壁对砂浆的摩阻力一般低于砂浆　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图10-41灌浆锚杆锚固段的受力状态图　对锚杆的握裹力。因此，锚杆的极限抗拔能力取决于锚固地段地层对于锚固段砂浆所能产生的最大摩阻力，则锚杆的极限抗拔力为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-49）式中：D—锚杆钻孔的直径（m）；　　τ—锚固段周边砂浆与孔壁的平均抗剪强度（kPa）。　　　　抗剪强度τ除取决于地层特性外，还与施工方法、灌浆质量等因素有关，最好进行现场拉拔试验以　　　　　　　图6-42锚杆的拉力—变形曲线确定锚杆的极限抗拔力。在没有试验条件的情况下，可根据过去拉拔试验得出的统计数据参考使用（如表10-9所示），但施工时应进行拉拔验证。　　　　　　　　表10—9　　孔壁对砂浆的极限抗剪强度　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　3．灌浆锚杆拉拔试验　　在计算锚杆的锚固长度时，关键是确定锚杆抗拔力。许多资料和实际经验表明，的计算值与实测值之间或同样条件下的实测值之间有相当大的离散性。因此，计算值只能作为一种估计，具体数值应通过现场拉拔试验的验证后确定。国外有关锚杆中明确规定：为了避免过分依靠锚杆抗拔力的计算公式，原则上要根据原位的拉拔试验结果及材料强度来确定锚杆的容许抗拔力。　　锚杆的拉拔试验用于验证设计方案，应在初步设计之后和全面开工之前进行，并应在工程现场至少取得三根锚杆的极限抗拔力和拉力（P）—变形（S）曲线（如图10-42所示）。以曲线上明显的转折点A对应的拉力 为极限抗拔力。　　由拉拔试验结果来获得极限抗拔力时，重要的是选定一个衡量极限抗拔力的标准，铁道部科学研究院针对锚定板抗拔力提出了三种判别标准，即极限稳定标准、局部破坏标准和极限变形标准，以转折点A确定极限抗拔力采用的就是第二种判别标准。根据拉拔试验的极限抗拔力确定锚杆容许承载力TR时应考虑一定的安全储备。　　已有资料表明，值不会随着锚固段的长度成比例地增大，式（10-49）只适用于10m以内的锚固段。另外，值也不会单纯地随锚杆直径的增大成比例地提高。　　（二）扩孔型灌浆锚杆的抗拔力　　1.压缩桩法　　对于锚杆端部采用扩孔形式的锚杆，其极限抗拔力视地层性质而不同。当锚固体处在岩层中时，锚杆的极限抗拔力往往取决于砂浆的抗压强度；当锚固体处在土层中时，锚固体的抗拔力为锚固体侧面的摩阻力与断面突出部分的抗压力之和（如图10-43所示），即：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-50）式中：F—锚固体的周面摩阻力；　　　Q—锚固体受压面上的抗压力。 　　　　　　　图10-43压缩桩法图　　　　　　　　　　　　　　　　　图10-44柱状剪切法　　2.柱状剪切法　　对于土层扩孔锚杆，假定锚杆在拉拔力的作用下锚固体扩大部分以上的土体沿锚杆轴线方向作柱状剪切破坏，如图10-44所示，锚固体的极限抗拔力：　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-51）式中：—锚固体扩大部分以上滑动土体与外界土体表面间的抗剪强度(kPa)。　　值也是根据统计资料凭经验选定的或根据现场拉拔试验数值综合加以确定。　四、构件设计　　锚杆挡土墙构件包括墙面板、钢筋混凝土肋柱和锚杆。　　1.墙面板设计　　墙面板一般采用钢筋混凝土槽形板、矩形板和空心板，有时也采用拱形板，大多为预制构件。混凝土强度不低于C20，墙面板厚度不得小于0.2m，宽度视吊装设备的能力而定，但不得小于0.3m，一般采用0.5m。预制墙面板的长度考虑到锚杆与肋柱的连接一般较肋柱间距短0.1～0.12m，或将锚杆处的墙面板留有缺口。墙面板与肋柱的搭接长度不小于0.1m 。　　墙面板以肋柱为支点，当采用槽形板、矩形板和空心板预制构件时，墙面板可按简支板计算内力，其计算跨度为净跨加板的两端搭接长度；当采用拱形板预制构件时，墙面板可按双铰拱板计算内力。墙面板直接承受土压力，对每一块墙面板来说，承受的荷载为梯形均匀荷载，而且每一块板所承受的荷载是不同的。在设计中一般将墙面板自上而下地分为若干个区段，每一区段内的墙面板厚度是相同的，并按区段内的最大荷载进行计算，但墙面板的规格不宜过多。　　在现浇结构中，墙面板常作成与肋柱连在一起的连续板，应按连续梁计算内力。　　2.肋柱设计　　肋柱截面可采用矩形、Ｔ形、正方形，沿墙长方向肋柱宽度不宜小于0.3m。肋柱的间距由工点的地形、地质、墙高及施工条件等因素确定，考虑工地的起吊能力和锚杆的抗拔力等因素，一般可采用2.0～2.5m 。肋柱可采用整体预制，亦可分段拼装或就地灌注，肋柱采用的混凝土标号不低于C20。　　肋柱与地基的嵌固程度与基础的埋置深度有关，它取决于地基的条件及结构的受力特点。一般设计时考虑采用自由端或铰支端。当为自由端时，肋柱所受侧压力全部由锚杆承受，此时肋柱下端的基础仅做简单处理。通常当地基条件较差、挡土墙高度不大以及处治滑坡时按自由端考虑。铰支端时要求肋柱基础有一定的埋深，使少部分推力由地基承受，可减少锚杆所受的拉力。若肋柱基础埋置较深，且地基为坚硬的岩石时，可以按固定端考虑，这对减少锚杆受力较为有利，但应注意地基对肋柱基础的固着作用而产生的负弯矩。固定端的使用应慎重，因为施工中往往较难保证设计条件，同时由于固定端处的弯矩、剪力较大，也影响肋柱截面尺寸。肋柱的基础应采用C15混凝土或75号水泥砂浆砌片石。　　锚杆的内力计算时，严格地说，肋柱是支承在一系列弹性支座上的，但由于这些弹性支座的柔度系数不易确定，故在计算时一般仍视肋柱为支承于刚性支座的简支梁或连续梁。由于肋柱上的锚杆层数和肋柱基础嵌固程度的不同，其内力计算图式也不同，当锚杆层数为三层或三层以上时，可近似地看成连续梁；当锚杆为两层，且基础为固定端或铰支端时，按连续梁计算内力；基础为自由端时，应按双支点悬臂梁计算内力。　　肋柱截面尺寸应按计算截面弯矩来确定，并满足构造要求。考虑到肋柱的受力及变形情况较复杂，截面配筋一般采用双向配筋，并在肋柱的内外侧配置通长的主要受力钢筋。配筋设计包括：　　（1）按最大正负弯矩决定纵向受拉钢筋截面面积；　　（2）计算截面的抗剪强度，确定箍筋数量、间距以及抗剪斜钢筋的截面面积与位置；　　（3）抗裂性计算。　五、锚杆设计　　1.锚杆的主要类型　　锚杆按孔径大小可分为锚索（大锚杆）和小锚杆。锚索所需锚孔孔径较大，一般为100～150mm,有时达250～350mm，采用钻机或锚杆钻机钻孔，钻孔深度可达50m或更长。锚索由数根钢筋或钢丝束或钢绞线组成。小锚杆锚孔直径为38～50mm，可用普通风钻钻孔，钻孔深度3～5m，小锚杆一般为一根钢筋。　　按地层中的锚固方法可分为楔缝式锚杆和灌浆锚杆。楔缝式锚杆一般用在锚固岩层较为坚硬的地区，小锚杆楔缝较为简单，锚杆插入钻孔后，施加压力，使楔子挤入锚杆端部楔缝，迫使杆端张开嵌固在岩层上。大锚杆的固定较为复杂，一般要加工特殊锚固装置，使锚杆头上的外夹片嵌固在岩层上。灌浆锚杆分为普通灌浆锚杆（如图10-45所示）、扩孔锚杆（如图10-46所示）、预压锚杆、预应力锚杆。预压锚杆是在灌浆时对水泥砂浆施加一定的压力，预应力锚杆是对锚杆施加张拉应力。　　此外，法国曾采用一种I·R·P型 锚杆，杆心设有孔道，杆壁有阀门，可以通过锚杆于肋柱的接头处，重复灌入砂浆，以控制灌注的深度，从而使锚杆本身在锚固的同时对土层进行加固。在灌浆材料上，除常用的水泥砂浆外，美国、法国曾用过树脂材料，日本还用了化学液体灌浆，利用化学液体的膨胀性来提高锚杆的抗拔能力。　　2.锚杆的布置　　　　　　　　　图10—45普通灌浆锚杆　　锚杆的布置直接涉及到锚杆挡土墙墙面构件和锚杆本身设计的可行性和经济性。布设时要求考虑墙面构件的预制、运输、吊装和构件受力的合理性，同时要考虑锚杆施工条件、受力条件等。每级肋柱上视肋柱高度可设为两层或多层锚杆，一般布置2～3层。若锚杆布置太疏，则肋柱截面尺寸大，锚杆粗而长，但若布置过密，锚杆之间受力的相互影响使锚杆抗拔力受到影响，此时锚杆抗拔力就变的比单根锚杆设计拉力低。根据已建工程的经验，锚杆的位置应尽可能使肋柱所受弯矩均匀分布。　　3.锚杆截面设计　　锚杆截面设计主要是确定锚杆所用材料的规格和截面积，并根据锚杆的布置和灌浆管的尺寸确定钻孔的直径。　　锚杆可采用Ⅰ级或Ⅱ级钢筋或钢丝索，还可采用高强钢绞线或高强粗钢筋。钢筋锚杆宜采用螺纹钢，直径一般应为18～32mm，锚孔直径应与锚杆直径相配合，一般为锚杆直径的3倍。锚杆应尽量采用单根钢筋，如果单根不能满足拉力需要，也可采用两根钢筋共同组成一根锚杆，但每孔钢筋数不宜多于3根。　作用于肋柱上的侧压力由锚杆承受。锚杆为轴心受拉构件,其每层锚杆所受轴向拉力 (MN)(如图10-47所示)为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-52）式中：—锚杆轴向拉力（kN）　　　R—由肋柱计算求得的支座反力（kN）；　　所需钢筋面积为：　　　　　　　　　　　　　　　　（10-53）式中：—钢筋的截面积（）；　　　Ｋ—荷载安全系数，可取２.0；　　　—钢筋的抗拉设计强度（kPa）.　　锚杆钢筋直径除满足强度需求外，尚需增加2mm防锈安全储备。为防止钢筋锈蚀，还需验算水泥砂浆（或混凝土）的裂缝，其值不应超过容许宽度(0.2mm)。 　　图10-47锚杆拉力计算图式　　　　　　　　　　　　图10-48锚杆长度计算图式　　4.锚杆的长度设计　　锚杆由非锚固段（即自由段）和有效锚固段组成。非锚固段不提供抗拔力，其长度应根据肋柱与主动破裂面或滑动面（有限填土）的实际距离确定（如图10-48所示）。如果地质条件较好，不太可能形成主动破裂面，则非锚固段长度可以短于到理论破裂面的距离。有效锚固段提供锚固力，其长度应根据锚杆的拉力按式（10-54）计算。并应按式（10-55）验算锚杆与砂浆之间的容许粘结力。　　　　　　　　　　　　　　　　　　（10-54）式中—锚杆有效锚固长度（m）；　　N—锚杆轴向拉力（kN）；　　D—锚孔直径（m）；　　τ—锚孔壁对砂浆的极限剪应力（kPa）；　　K—安全系数，可取2.5。　　同时尚应按下式对锚杆与砂浆间的容许粘结力进行检算：　　　　　　　　 　　　　　　　（10-55）式中：n—锚杆钢筋根数；　　　d—锚杆钢筋直径(m)；　　[c]—锚杆与砂浆之间的容许粘结力（kPa）；　　β—考虑成束钢筋系数，单根钢筋β=1.0，两根一束β=0.85，三根一束β=0.7。　　锚杆有效锚固段长度除满足抗拔稳定性要求外，还应控制锚杆最小长度，即岩层中≥4m；土层中≥5m 。　　5.锚杆与肋柱的连接　　当肋柱为就地灌注时，必须将锚杆钢筋伸入肋柱内，其锚固长度应满足钢筋混凝土结构规范的要求。当采用预制的肋柱时，锚杆与肋柱的连接形式有三种：螺母锚固、弯钩锚固和焊短钢筋锚固。外露金属部分用砂浆包裹加以保护。　　螺丝端杆应采用延伸性能和可焊性能良好的钢材，按照与锚杆钢筋截面等强度的条件进行设计，如果采用45SiMnV精轧螺纹钢筋作锚杆，钢筋本身的螺旋即可作为丝扣并可安装螺帽，所以不需要再另外焊接螺丝端杆。　6.锚杆防锈措施　　钢筋的锈蚀作用受许多因素影响。暴露在湿空气中并与酸性水和空气反复接触的钢筋锈蚀速度最快，埋在碱性土中而且其周围孔隙水和空气不易流动时钢筋不易锈蚀。一般埋在土中的钢筋必须进行防锈处理。　　钢筋锚杆的防锈措施应选用柔性材料，而不宜采用包混凝土等刚性防护。锚杆未锚入地层部分，必须作好防锈处理。一般在钢筋表面涂两层防锈漆，并缠裹用热沥青浸透的玻璃纤维布两层，以完全隔绝钢筋与土中水及空气的接触。锚杆也可采用镀锌的方法进行防锈处理。锚杆螺栓与肋柱连接部位无法包裹，是防锈的薄弱环节，应压注水泥砂浆或用沥青水泥砂浆充填其周围并用沥青麻布塞缝。此处应慎重处理。　　7.锚杆的倾斜　　锚杆在地层中一般都沿水平向下倾斜一定的角度，通常在10°～45°之间。具体倾斜度应根据施工机具、岩层稳定的情况、肋柱受力条件以及挡土墙要求而定。锚杆的倾斜度是为保证灌浆的密实，有时也为了避开邻近的地下管道或浅层不良土质等。从受力的角度来看，水平方向为好，但这种水平锚杆由于上述原因而往往不能实现。当倾斜度为45°时，抗拔力仅为水平方向的1/2，而且锚杆倾斜度的增加会使结构位移加大，因此锚杆倾斜度不宜太大。多层锚杆挡土墙为了减少墙的位移量，应使中层和低层锚杆缓于上层锚杆的倾斜度，如图10-49所示。　　六、壁板式锚杆挡土墙　　壁板式锚杆挡土墙根据施工方法不同，可分为就地浇注和预制拼装两种类型。对于就地浇注的壁板式锚杆挡土墙，其锚杆端头直接插　　　图10—49　锚杆的倾斜度 入混凝土板中，与壁面板一起浇注，不存在锚头单独施工问题。而预制拼装式在预制混凝土壁面板时，应留有锚头或预留孔道。此种挡土墙的锚杆多用楔缝式锚杆，适用于岩石边坡防护。　　1.锚杆　　锚杆的间距，按墙后填土的性质、壁面板受力合理及经济等综合确定。其水平间距一般为1～2m；竖向以布置2～3排锚杆为宜。采用预应力锚杆时，其间距可适当加大。　　2.壁面板　　壁面板宜为整块钢筋混凝土板，采用就地浇注或预制拼装。预制墙面板必须预留锚杆的锚定孔。为便于施工，一般采用等厚截面，其厚度不宜小于0.3m。混凝土强度等级不宜低于C20。就地浇注的墙面板的内力计算，可分别沿竖直方向和水平方向取单位宽度按连续梁计算。计算荷载在竖直方向取墙面板的土压应力，在水平方向取墙面板所在位置土压应力的平均值。　　3.锚杆与墙面板的连接　　如墙面板就地浇注，应将锚杆插入混凝土一起浇注，插入长度不小于30倍的钢筋直径。对于预制墙面板，应在墙面板架设好后，立即浇注混凝土使墙面板与锚杆连接成整体，为加强其连接牢固性，可设钢筋混凝土锚帽。　　　　　　　　　　　　　第七节锚定板挡土墙　　一、概　　述 　　锚定板挡土结构是一种适用于填方的轻型支挡结构，可以用作挡土墙、桥台、港口护岸工程。锚定板结构是我国铁路部门首创的一种支挡结构形式，它发展于70年代初期，1974年首次在太焦铁路上使用，目前在铁路部门已广泛使用，公路、水利、煤矿等部门也在立交桥台、边坡支挡、坡脚防护等多种工程中应用。　　锚定板挡土墙是由墙面系、拉杆、锚定板以及充填墙面与锚定板之间的填土所共同组成的一个整体。在这个整体结构的内部，存在着作用于墙面上的土压力、拉杆的拉力和锚定板的抗拔力等相互作用的内力，这些内力必须互相平衡，才能保证结构内部的稳定。同时，在锚定板挡土墙的周围边界上，还存在着从边界外部传来的土压力、活载以及结构自重所产生的作用力和摩擦力，这些外力也必须互相平衡，以保证锚定板挡土墙的整体稳定性，防止发生滑动或蠕动。　　锚定板挡土墙和锚杆挡土墙一样，也是依靠“拉杆”的抗拔力来保持挡土墙的稳定。但是这种挡土墙与锚杆挡土墙又有着明显的区别，锚杆挡土墙的锚杆必须锚固在稳定的地层中，其抗拔力来源于锚杆与砂浆、孔壁地层的摩阻力；而锚定板挡土墙的拉杆及其端部的锚定板均埋设在回填土中，其抗拔力来源于锚定板前填土的被动抗力。依靠锚定板在填土中的抗拔力抵抗侧向土压力，以维持挡土墙的平衡与稳定。　　锚定板挡土墙按墙面结构形式可分为肋柱式和无肋柱式式两种，如图10-50所示。肋柱式挡土墙[如图10-50a]所示]的墙面由肋柱与挡土板拼装而成，根据运输与吊装能力可采用单根肋柱，也可以分段拼接，上下肋柱之间用榫连接。按肋柱上的拉杆层数还可分为单层拉杆、双层拉杆和多层拉杆锚定板挡土墙。如图10-50b）所示，无肋柱式式挡土墙的墙面板（壁面板）可采用矩形或十字形板拼装而成，墙面板直接用拉杆与锚定板连接。 　　　　　　　　图10-50锚定板挡土墙结构形式　　a）肋柱式　　　　b）无肋柱式　　锚定板挡土墙可根据地形采用单级或多级，单级锚定板挡土墙的高度通常不宜大于10m，双级墙的总高度不宜大于10m。分级设计时，上、下两级墙之间应设置平台，平台宽度一般不宜小于2.0m。为了减少因上级墙肋柱下沉对下级墙拉杆的影响，上级墙肋柱与下级墙肋柱沿路线方向的位置应该相互错开，如图10-50a)所示。　　上述按不同情况分类的各种锚定板挡土墙，还可以相互组合使之成为形式多样、适合各种具体使用条件的锚定板挡土墙，也可以根据周围环境及地质地形条件设计成锚定板和锚杆联合使用的挡土墙，如图10-51所示。上层拉杆利用锚定板锚固在新填土中，下层拉杆采用灌浆锚杆固定在原有边坡内。这样可充分利用原有边坡及新填路基，发挥锚定板和锚杆的优越性。 　　　图10-51锚定板与锚杆联合使用的挡土墙　　　　　　图10-52土压应力分布　　锚定板挡土墙的主要特点有构件断面小、结构质量轻、柔性大、工程量小、圬工数量少，构件可预制，有利于实现结构轻型化和机械化施工。它主要适用于一般地区墙高不大于10m的路肩墙、路堤墙、桥台端墙以及货物站台墙。在滑坡、坍塌地段以及膨胀土地区不能使用。　　二、土压力计算　　锚定板挡土墙，当检算全墙稳定性时，可将各层锚定板的连线视为假想墙背，按库伦主动土压力计算。　　当计算各构件的内力时，则应计算墙面板上所承受的侧压力，由于墙面系、拉杆、锚定板及填土的相互作用，土压力问题比较复杂，它与填土的性质、压实程度、拉杆位置及其长度、锚定板大小等许多因素有关。由于墙面板与填土的相对位移较小，墙面板附近的土体很难达到主动极限状态，故土压力值大于库仑主动土压力计算值。根据已建成的锚定板挡土墙的现场实测和大量室内模型试验资料，锚定板 挡土墙墙面板实际所受的恒载土压力值为库仑主动土压力计算值的1.21～1.55倍。因此，为保证锚定板挡土墙的安全可靠，又使计算不至过于繁杂，且尽量与铁路工程设计规范中采用的土压力计算公式相一致，在计算墙面板处的填土自重产生的恒载水平土压力时，按库仑主动土压力值乘以1.2～1.4的安全系数。土压力沿墙背的分布图形如图10-52所示，墙高上部0.5H范围内为三角形分布，下部0.5H为矩形分布，并应按公式10-56进行计算　　　　　　　　　（10-56）式中：—主动水平土压应力（kPa）；　　　—库仑主动土压力的水平分力（kN）；　　　H—墙高，当为双级墙时，H为上、下墙高之和（m）；　图10—52　土压力分布　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　β—安全系数，采用1.2～1.4。　　列车荷载对墙面板的土压力也按库仑主动土压力计算，但不乘增大系数。　三、锚定板抗拔力计算　　锚定板抗拔力是一个十分复杂的问题，影响因素较多，到目前为止，尚未找到精确的理论解答，需从现场拉拔试验确定其抗拔力。我国铁路部门曾做过大量的现场拉拔试验，通过现场原型试验结果，提出了深埋锚定板单位面积容许 抗拔力。对于浅埋锚定板，由于锚定板的稳定不是由抗拔力控制，而是由锚定板前被动抗力阻止板前土体破坏来控制，因此其抗拔力取决于锚定板前的被动土压力。深埋锚定板容许抗拔力是锚定板设计拉力的最大容许值，等于锚定板的极限抗拔力除以安全系数。安全系数的取值应考虑影响抗拔力的各种因素的复杂程度及工程结构的性质和重要程度。极限抗拔力是从原型拉拔试验曲线上确定的，判断极限抗拔力的标准有三种：极限稳定抗拔力、局部破坏抗拔力和极限变形抗拔力。　　1.极限稳定抗拔力　　当锚定板所受拉力超过一定程度后，锚定板前土体中某一点的应力状态开始达到极限平衡，出现局部剪切作用和塑性区。随着拉力不断增大，锚定板周围土体的塑性区继续发展，直至塑性区连通之后（如图10-53所示），锚定板在土体中的位置将不能保持局部稳定状态。以锚定板在土体中能够保持局部稳定状态的最大抗拔力作为极限稳定抗拔力。　　在现场试验时是以位移速率作为判断“稳定”或“丧失稳定”的界限，一般规定当变位速率降至30min不超过0.1mm时即作为稳定。当某一级拉力施加3h后仍不能达到上述稳定标准，即认为丧失稳定。其前一级拉力则为极限稳定抗拔力。　　2.局部破坏抗拔力从锚定板拉拔试验所得到的拉力—变位曲线与地基荷载试验的P—S 曲线形状相似，其最后阶段往往是直线。根据地基承载力中局部破坏承载力的概念和确定方法，在拉拔试验曲线上以最后直线段的起始点作为确定极限抗拔力的第二种标准即局部破坏抗拔力。　　　　　（a）塑性区发生初期　　（b）塑性区发展至破坏阶段　　3.极限变形抗拔力图　　　　　　　　10—53锚定板与锚杆联合使用的挡土墙　　不同的锚定板结构物有不同的变形控制要求，如果锚定板受力后的位移量超过了结构所能承受的极限变形值，该结构物将会失去作用或破坏。因此，以锚定板的位移量不超过锚定板结构的变形极限时的最大抗拔力作为极限变形抗拔力，即确定极限抗拔力的第三种标准。建议锚定板的位移量100mm作为变形的极限值，当位移量超过100mm时，锚定板结构将不能使用。　　实测极限抗拔力是锚定板能承受的极限拉力，考虑到实际工程中填土的不均匀性、墙面变形的影响、群锚的相互影响以及荷载的长期作用等因素，安全系数应不小于2.5～3.0。在锚定板挡土墙设计时，对于一般砂性土或粘性土中的锚定板，埋深在3m以内，其单位容许抗拔力建议值为100kPa，埋深在5m以内，其单位容许抗拔力建议值为120kPa，埋深在10m以内，其单位容许抗拔力建议值为150kPa。　　四、稳定性检算 　　要保证锚定板挡土墙的稳定性，必须对每一块锚定板及结构整体稳定性进行检算。由于每块锚定板的抗滑稳定性得到保障之后，便不至于发生倾覆破坏。因此，锚定板挡土墙一般不需要进行抗倾覆检算。当锚定板挡土墙位于陡坡地段或其基底以下有软弱层时，尚应进行陡坡抗滑稳定性及穿过基底较弱层的整体滑动稳定性检算，检算方法与重力式挡土墙相同。　　锚定板挡土墙的整体稳定性检算可采用折线裂面分析法、克朗兹法、整体土墙法等。设计者应根据锚定板设置的具体条件及经验选择一种方法，如缺乏经验，应同时考虑几种方法进行分析比较，采用偏于安全的计算结果。稳定系数不应小于1.8。　　在计算时，假想墙背上的土压力，应按库仑主动土压力计算，不乘增大系数。挡土墙设计概述热[作者：赵宇明 | 转贴自：本站原创 | 点击数：371 | 更新时间：2009-5-8 | 文章录入：imste   2009年 第 3 期](内蒙古电力勘测设计院，内蒙古呼和浩特010020)摘要：文章介绍了挡土墙设计时的主要内容，包括选型、验算、施工等。关键词：挡土墙；设计；施工中图分类号：TU476+.4 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)03—0278—01在建筑工程中，遇到在土坡上、下修筑建筑物时，为了防止土坡发生滑坡和坍塌，需要用各种类型的挡土结构物加以支挡。挡土墙便是岩土工程中经常遇到的挡土构筑物之一。1挡土墙形式的选择选型原则：①挡土墙的用途、高度与重要性；②建筑场地的地形与地质条件；③尽量就地取材，因地制宜；④安全而经济。1.1重力式挡土墙①特点：体积大，靠墙自重保持稳定性。②适用：小型工程，挡土墙高度H<5。③材料：就地取材，砖、石、素混凝土。④优点：结构简单，施工方便，应用较广。⑤缺点：工程量大，沉降大。1.2悬臂式挡土墙①特点：体积小，利用墙后基础上方的土重保持稳定性。②适用：重要工程，挡土墙高度H>5m。③材料：钢筋混凝土。④优点：工程量小。⑤缺点：费钢材，技术复杂。1.3扶壁式挡土墙①特点：为增强悬臂式挡土墙的抗弯性能，沿长度方向每隔0.8～1.0H做一垛扶壁。②适用：重要工程，挡土墙高度H>10m 。③材料：钢筋混凝土。④优点：工程量小。⑤缺点：费钢材，技术复杂。1.4锚杆式挡土墙①特点：新型结构。由预制钢筋混凝土立柱、墙面板、钢拉杆和锚定板，在现场拼装。②适用：重要工程，挡土墙高度H>27m。③材料：钢筋混凝土、钢材。④优点：结构轻、柔性大、工程量小、造价低、施工方便。⑤缺点：技术复杂。2挡土墙初定尺寸以常用的重力式、悬臂式和扶壁式挡土墙为例，研究挡土墙形式选定后，初定其尺寸。2.1挡土墙的高度H通常挡土墙的高度是由任务要求确定的，即使墙后被支挡的填土呈水平时为墙顶的高度。有时，对长度很大的挡土墙，也可使墙顶低于填土顶面，而用斜坡连接，以节省工程量。2.2挡土墙的顶宽挡土墙的顶宽为构造要求确定，以保证挡土墙呈整体性，具有足够的强度。对于砌石重力式挡土墙，顶宽应大于0.5m，即2块块石加砂浆。对素混凝土重力式挡土墙顶宽也不应小于0.5m。至于钢筋混凝土悬臂式或扶壁式挡土墙顶宽不应小于300mm。2.3挡土墙的底宽挡土墙的底宽由整体稳定性确定。初定挡土墙底宽B≈0.5H～0.7H，挡土墙底面为卵石、碎石时取小值；墙底为黏性土时取高值。3挡土墙的验算挡土墙的形式与尺寸初定后，需要验算抗滑稳定和抗倾覆稳定等。3.1作用在挡土墙上的诸力3.1.1墙身自重。墙身自重W竖直向下，作用在墙体的重心。挡土墙形式与尺寸初定后，W确定。若经验算后，尺寸修改，则W需重新计算。3.1.2土压力。这是挡土墙的主要荷载。根据挡土墙的位移来确定土压力的种类，应用相应的公式计算。通常墙向前移动，墙背作用主动土压力Pa。若挡土墙基础有一定埋深，则埋深部分前趾上因整个挡土墙前移而受挤压，故对墙体作用着被动土压力Pp，但在挡土墙设计中常因基坑开挖松动而忽略不计，使结果偏于安全。3.2挡土墙稳定验算挡土墙的作用力确定后，需要验算抗滑稳定和抗倾覆稳定。抗滑稳定和抗倾覆稳定验算应按照《建筑地基基础设计规范》中的6.6.5条进行验算。4墙后回填土的选择根据土压力理论，希望作用在挡土墙上的土压力值越小越好。这样可以使挡土墙的断面小。土压力中，主动土压力Pa对挡土墙影响最大，而Pa的产生与数值的大小与墙后的填土的种类和性质密切相关。由此可见，挡土墙后的填土并非无关紧要，更不能随便用什么土填平即可，需要正确的设计和选择。4.1理想的回填土卵石、砾石、粗砂、中砂的内摩擦角大，主动土压力系数小，则作用在挡土墙上的土压力小，使墙节省工程量保持稳定。无疑，上述粗粒土为挡土墙后理想的回填土。4.2可用回填土细砂、粉砂、含水量接近最优含水量的粉土、粉质黏土和低塑性黏土为可用回填土，如当地无粗粒土，外运不经济，就地取材。 4.3不能用的回填土凡软黏土、成块的硬黏土、膨胀土和耕植土，因性质不稳定，在冬季冰冻时或雨季吸水膨胀都将产生额外的土压力，对挡土墙的稳定不利，故不能作为回填土。5墙后排水措施在挡土墙建成使用期间，如遇暴雨，有大量雨水渗入挡土墙后的填土中，结果使挡土墙后的填土重度加大，内摩擦角减小，土的强度降低，导致填土对挡土墙的土压力加大，对墙的稳定产生不利影响。因此挡土墙设计中必须设置排水。5.1截水沟凡挡土墙后有较大的面积或山坡，则应在填土顶面，离挡土墙适当的距离设置截水沟，把坡上、外部径流截断排除。截水沟断面尺寸应根据水力计算确定。5.2泄水孔若已渗入墙后填土中的水，则应将其迅速排出，通常在挡土墙的下部设置泄水孔。当墙高大于12m时，可在墙的中部加一排泄水孔，一般泄水孔的直径为5cm～10cm，间距为2m～3m。泄水孔应高出墙前水位，以免倒灌。此外，在泄水孔入口处，应设置反滤层，并在泄水孔入口下方铺设黏土夯实层，防止积水渗入地基不利于墙体稳定。同时，墙前亦应做散水、排水沟或黏土夯实层，避免墙前水渗入地基。山区公路挡土墙设计浅析2007年05月29日星期二上午09:351        前言公路挡土墙是用来支承路基填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的一种构造物。在路基工程中，挡土墙可用以稳定路堤和路堑边坡，减少土石方工程量和占地面积，防止水流冲刷路基，并经常用于整治坍方、滑坡等路基病害。土墙的形式多种多样，按其结构特点，可分为：石砌重力式、石砌衡重式、加筋土轻型式、砼半重力式、钢筋砼悬臂式和扶壁式、柱板式、锚杆式、锚定板式及垛式等类型；按其中路基横断面上的位置，又可分：路肩墙、路堤墙及路堑墙；按所处的环境条件，又可分为：一般地区挡墙、浸水地区挡土墙及地震地区挡土墙。考虑挡土墙设计方案时，应与其他工程方案进行技术经济比较，分析其技术的可行性、可靠性及经济的合理性，然后才确定设计方案，并根据实际情况进行挡土墙的选型。在山区公路中，由于地形条件更为复杂，地势更为陡峭，因此，挡土墙的应用更为广泛。近几年来，笔者参加了二十多段、共三百多公里的山区公路（二、三级）的设计，主要负责路基防护工程，特别是挡土墙的设计，对山区公路挡土墙的设计积累了一定的经验与体会，在此提出，仅供同类工程设计时参考。2        挡土墙设计的基础资料及设计参数2.1        基础资料挡土墙设计时，必须具备以下资料：路线平面图、纵断面图、横断面图，地质资料（包括工程地质勘察报告、工程物探报告），地震勘探报告，水文资料，总体设计资料及构造物一览表等。2.2        设计参数的选取2.2.1  墙背填料的物理力学性质  对于山岭重丘二、三级公路的挡土墙设计，当缺乏试验数据时，填料的计算内摩擦角及容重可参照表1及表2选用： 表1  填料内摩擦角ψ参考值土的种类块石大卵石、碎石类土小卵石、砾石、粗砂、石屑中、细砂、砂质土粉砂粘土内摩擦角（°）454035302614-21表2  填料标准容重土的种类砾石、碎石、砾质土砂、砂质土粉土、粘性土（ωl<50%）石灰土（石灰10%）粉煤灰容重（KN/m3）20191818152.2.2       墙背摩擦角  填土与墙背间的摩擦角δ应根据墙背的粗糙程度及排水条件确定。山区公路中，对于浆砌片石墙体、排水条件良好，均可采用δ=ψ/2。2.2.3       基底摩擦系数  基底摩擦系数μ应依据基底粗糙程度、排水条件和土质确定。2.2.4       地基容许承载力  地基容许承载力可按照《公路设计手册·路基》及有关设计规范规定选取。2.2.5       建筑材料的容重  根据有关设计规范规定选取。2.2.6       砌体的容许应力和设计强度  根据有关设计规范规定选取。2.2.7       砼的容许应力和设计强度  根据有关设计规范规定选取。3  挡土墙的选型3.1  材料选择浆砌片石挡土墙取材容易，施工简便，适用范围比较广泛。山区公路中，石料资源较为丰富，在挡土墙高≤10米时，因地制宜，采用浆砌片石砌筑，可以较好地满足经济、安全方面的要求。3.2  截面形式选择根据挡土墙结构类型及其特点分析，当墙高＜5时，采用重力式挡土墙，可以发挥其形式简单，施工方便的优势。同时，由于山区公路地面横坡比较陡峭，若采用仰斜式挡土墙，会过多增加墙高，断面增大，造成浪费，采用俯斜式挡土墙会比较经济合理。一般在路堑墙、墙趾处地面平缓的路肩墙或路堤墙等情况下，才考虑采用仰斜式挡土墙。当墙高≥5且地基条件较好时，采用衡重式挡土墙，可以有效地减小截面，节省材料。3.3  位置选择在挖方边坡比较陡峭时，采用路堑挡土墙，可以降低边坡高度，减少山坡开挖，避免破坏山体平衡；在地质条件不良情况下，还可以支挡可能坍滑的山坡土体。对于采用路肩挡土墙或路堤挡土墙，应结合具体条件考虑，必要时应作技术经济比较。因为路堤挡土墙承受荷载较大，受力条件较为不利，截面尺寸也较大，所以录路堤墙与路肩墙的墙高或截面污工数量较为接近，基础情况相仿时，采用路肩墙比较有利。4  土压力的计算 挡土墙设计的经济合理，关键是正确地计算土压力，确定土压力的大小、方向与分布。土压力计算是一个十分复杂的问题，它涉及墙身、填土与地基三者之间的共同作用。计算土压力的理论和方法很多。由于库伦理论概念清析，计算简单，适用范围较广，可适用不同墙背坡度和粗糙度、不同墙后填土表面形状和荷载作用情况下的主动土压力计算，且一般情况下计算结果均能满足工程要求，因此库伦理论和公式是目前应用最广的土压力计算方法。4.1  库伦主动土压力计算公式及计算简图主动土压力计算公式：Eα=1/2γH2Ka式中：Eα——主动土压力(KN)，γ——土的容重（KN/m3），H——挡土墙高(m)，Ka——库伦主动土压力系数。  《公路设计手册·路基》中，以库伦理论为基础，按墙后填土表面的形状和车辆荷载分布情况的不同，推导出各种情况下的主动土压力计算公式，设计时可根据实际情况查表计算。4.2  第二破裂面土压力的计算在挡土墙设计中，当墙背或假想墙背的倾角α1或α’1大于第二破裂面的倾角αi，或作用于墙背或假想墙背的土压力对墙背法线的倾角δ’小于或等于墙背摩擦角δ时，就会出现第二破裂面，这种情况下，应按破裂面出现的位置来求算土压力。对于一般常用的俯仰式挡土墙，不会出现第二破裂面，对于衡重台较宽的衡重式挡土墙，则较易出现第二破裂面。各种边界条件的第二破裂面主动土压力计算公式详见《公路设计手册·路基》。因此设计过程中，应先采用试算的方法，判别第一破裂面出现的位置，计算破裂角，并根据计算所得的第二破裂面倾角判断是否会出现第二破裂面，然后再选用合适的公式计算主动土压力。5  挡土墙的稳定验算及强度验算挡土墙的设计应保证其在自重和外荷载作用下不发生全墙的滑动和倾覆，并保证墙身截面有足够的强度、基底应力小于地基承载力和偏心距不超过容许值。因此在拟定墙身断面形式及尺寸之后，应进行墙的稳定及强度验算。挡墙的验算方法有二种：一种是采用分项安全系数的极限状态法，另一种是总安全系数的容许应力法。目前国内多数应用容许应力法设计挡土墙。下面是采用容许应力法进行挡土墙验算的简介。5.1  滑动稳定验算挡土墙沿基底的滑动稳定系数Kc应不小于1.3。计算公式为：Kc=（W+Ey）f/Ex式中：W——挡土墙自重，衡重式时，包括衡重台上的土重(KN)，Ex，Ey——主动土压力的水平和垂直分力（KN），f——基底摩擦系数。设计中，为增加挡土墙的抗滑稳定性，常将基底做成向内倾斜，以增大滑动稳定系数。基底斜坡坡度一般不超过1:5。5.2  倾覆稳定验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定系数Ko应不小于1.5。计算公式为：Ko=（WZw+EyZx）/（ExZy）式中：Zx——Ey对墙趾O点的力臂(m)，Zy——Ex对墙趾O点的力臂(m)，Zw——W对墙趾O点的力臂(m)。5.3  基底应力及偏心验算基底的合力偏心距e。计算公式为：e=B/2-Zn=B/2-（WZw+EyZx-ExZy）/（W+Ey）在土质地基上，e≤B/6；在软弱岩石地基上，e≤B/5；在不易风化的岩石地基上，e≤B/4。 当e≤B/6时，墙趾和墙踵处的法向压应力为：σ1,2=（W+Ey）（1±6e/B）/B≤[σ]式中，[σ]——地基土修正后的容许承载力（KPa）[σ]=[σo]+K1γ1（B-2）式中，[σo]——地基土的容许承载力（KPa），K1——地基土容许承载力随基础宽度的修正系数，γ1——地基土的天然容重（KN/m3）。当e>B/6时，基底出现拉应力，考虑到一般情况下地基与基础间不能承受拉力，故不计拉力而按应力重分布计算基底最大拉应力：σ1=2（W+Ey）/3Zn≤[σ]若出现负偏心，则上式的Zn改为（B-Zn）。5.4  墙身截面强度验算通常选取一、两个截面进行验算。验算截面可选在基础底面、1/2墙高处或上下墙交界处等。墙身截面强度验算包括法向应力和剪应力的验算。剪应力包括水平剪应力和斜剪应力两种，重力式挡土墙只验算水平剪应力，而衡重式挡土墙还需进行斜截面剪应力的验算。6  采取措施完成了挡土墙截面设计及稳定、强度验算之后，必须采取必要的措施，以保证挡土墙的安全性。6.1  基础加固措施6.1.1  为减少基底压应力，增加抗倾覆的稳定性，在墙趾处伸出一台阶，以拓宽基底。墙趾台阶的宽度不小于20cm，台阶高宽比可采用3:2或2:1。6.1.2  地基为软弱土层时，可用砂砾、碎石、矿渣或灰土等质量较好的材料换填，以扩散基底压应力，满足设计要求。6.2  排水措施对于浆砌石挡土墙，应在墙前地面以上设置一排泄水孔。墙较高时，可在墙上部加设泄水孔。泄水孔采用10×10cm的方孔或圆孔，孔眼间距2~3米，上下排泄水孔错开设置。泄水孔进水口应设置反滤材料。6.3  沉降缝与伸缩缝的设置为避免地基不均匀沉降引起墙身开裂，需按墙高和地基性质的变异，设置沉降缝，同时，为了减少圬工砌体因收缩硬化和温度化作用而产生裂缝，需设置伸缩缝。挡土墙的沉降缝和伸缩缝设置在一起，每隔10~15m设置一道，缝宽2~3cm，自墙顶做至基底，缝内宜用沥青麻絮、沥青竹绒或涂以沥青的木板等具有弹性的材料，沿墙的内、外、顶三侧填塞，填塞深度不小于15cm。6.4  墙顶与路面的衔接当墙顶宽大于土路肩宽度时，挡土墙侵入土路肩部分应预留出相当于路面结构厚度部分以铺筑路面。6.5  车辆安全行驶保障措施对于路肩墙，其墙顶面以下50cm采用C20砼浇筑，并预埋钢筋，在其上设置防撞栏或防撞墙。 7  材料要求7.1  石料须经过挑选，质地均匀，无裂缝，不易风化。7.2  石料的抗压强度应不低于30MPa。7.3  尽量采用较大的石料砌筑，块石应大致方正，其厚度不小于15cm，宽度和长度相应为厚度的1.5~2.0倍和1.5~3.0倍。7.4  采用7.5号砂浆砌筑，10号砂浆勾缝。山区公路中，挡土墙的应用更为广泛。挡土墙设计时，应进行详细地调查、勘测，确定构造物的形式与尺寸，运用合适的理论计算土压力，并进行稳定性和截面强度方面的验算，采取合理、可行的措施，以保证挡土墙的安全性。类别：硬性边坡防护工程||添加到搜藏|分享到i贴吧|浏览(2611)|评论 (2) 上一篇：云南澜沧江小湾水电站工程    下一篇：公路工程从业单位（设计、施工、... 相关文章：•山区公路挡土墙设计浅析(2)　　　　　　　　　•山区公路挡土墙设计浅析(1) 园林挡土墙的艺术性设计作者：未知　日期：2009年11月23日　来源：互联网　【字体：大中小】　我要评论(0)核心提示：体现园林挡土墙的优美景观效果，应从源头做起，即从挡土墙的设计开始着手，包括设计的形式和材料。不同的形式给人的艺术感受不同，不同的材料产生的景观效果也不同。设计时要因地制宜，根据立地环境的具体条件、功能体现园林挡土墙的优美景观效果，应从源头做起，即从挡土墙的设计开始着手，包括设计的形式和材料。不同的形式给人的艺术感受不同，不同的材料产生的景观效果也不同。设计时要因地制宜，根据立地环境的具体条件、功能需求、投资大小，充分考虑其他景观因素，确定设计的形式和材料。以“小”“巧”“精”为原则，使整个环境空间产生协调、美观的艺术效果。主要从三方面进行。　　1.1挡土墙的设计形式指挡土墙的形状和高矮。据环境状况通常采用“五化”设计手法，即化高为低、化整为零、化大为小、化陡为缓、化直为曲。这五种设计改变了挡土墙立陡的单一设计，与植物等相结合，减小了挡土墙的不利视面，增加了绿化量，既有利于创造小气候, 又有利于提高空间环境的视觉品质。　　①化高为低　　土质好，高差在1米以内的台地，设计的挡土墙要降低高度，在0.4—0.6米。上面部分放成斜坡，用花草、灌木进行绿化。如果坡度大，为了保证土坡的稳定，可用空心预制水泥方砖固定斜坡，再用花草，灌木在空隙处绿化。既美观、保持生态平衡，同时也省工省时省工程投资。②化整为零　　高差较大的台地，在2.5米以上，做成一次性挡土墙，会产生压抑感，同时也易造成整体圬工，应化整为零，分成多阶的挡墙修筑，中间跌落处平台用观赏性较强的灌木绿化，例如莲翘、丁香、榆叶梅、粉刺玫、黄刺玫等，也可用藤本绿化，例如五叶地锦、野蔷薇、藤本玫瑰等。土质不好要进行换土。这种设计解除了墙体视觉上的庞大笨重感，美观与工程经济得到统一。　　③化大为小　　在一些美观上有特殊要求的地段，土质不佳时，则要化大为小，即使挡土墙的外观由大变小。做法是整个墙体分为二部分，下部加宽，形成种植池填土绿化。在景观明亮之处也可以设计成水池，放养游鱼水生植物，也可以设计成喷泉，形成观赏性很强的空间效果。　④化陡为缓　　把直立式挡土墙设计成斜面式，同样高度的挡土墙由于挡墙界面到人眼的距离变远了，原来看不见的内容现在能看到，视野空间变得开敞了，环境也显得更加明快了。　　⑤化直为曲　　把挡土墙由直化曲，把直线条化成曲线，突出动态，更加能吸引人的视线，给人以舒美的感觉，尤其在一些特殊的场合，结合如纪念碑、露天剧场、球场等，流畅的曲线使空间形成明显的视觉中心，更有利于突出主要景物。　　1.2挡土墙的材料质感　　挡土墙材料一般用自然山石，通常因地制宜，就地取材，以节省费用。自然石材和贴面的质地、色彩、组合构成了挡土墙的细部美感。石材和贴面材料的选择，取决于挡土墙所在的空间的整体景观，原则是协调统一。人为景观为主的环境，往往用贴面，如广场。自然景观为主的环境，往往不用贴面，如自然风景区。①不用贴面挡土墙常用自然石材：块石、片石、条石，勾缝或不勾缝，不修凿。可形成凸凹不同的纹络、形状，不同色彩的石材也可以组合，形成不同的图案。这种挡土墙的美感，粗犷夺人，野趣变化无穷。也可用混凝土预制块，组合拼接花墙。在挡土墙侧向压力较大时，也可设计为钢筋混凝土，表面竹丝划块，水泥拉毛，用干粘石，留木纹，彩粉等，具有良好的景观效果。　　②用贴面如前所述，在人工景观为主的环境，往往用贴面，使空间的整体景观协调统一。贴面用瓷花砖、板材，现代市场上这种贴面材料种类多，可以组成丰富的色彩、图案、光影、质地的界面，要因地选择。也可用混凝土贴面，再在表面竹丝划块，水泥拉毛，用干粘石，留木纹，彩粉等。也可用自然碎石片、卵石贴面形成图案。 　　1.3结合园林其他内容，设计多功能的景观挡土墙　　在适宜的位置利用墙体界面做成画廊、宣传栏、广告栏；挡土墙用自然山石材料，与假山相结合，挡土墙和假山浑然一体，化实为虚，得以伪装。这种设计，挡土墙和假山的材料种类一定要一致，否则会感到不协调；挡土墙与台阶、花坛、座椅相结合；利用地势差将挡土墙设计成叠泉、壁泉，形成动态景观。以上设计非常巧妙，既节省空间，减少费用，又有很强烈的观赏性和功能性，分散了人们对墙体的注意力，产生和谐的亲切感。　　1.4假山石挡土墙　　利用大块的假山石作挡土墙，使假山石自然参差错落、聚散得体，这种做法既可以挡土满足功能的需求，又可以使人欣赏到自然山石景，并且和周围的绿地产生自然的密切联系和呼应，形成和谐的统一体。　　园林挡土墙的艺术性修饰　　用植物绿化掩饰挡土墙表面，在挡土墙表面上做成浮雕，进行彩绘，对挡土墙进行修饰，使之具有强烈的艺术效果。　　2.1挡土墙的垂直绿化　　《园治》云：“围墙隐约萝间，架屋蜿蜒于木末。”在园林发展长河中，园林工匠利用攀缘植物对墙体等进行修饰，形成优美的景观。在挡土墙的基部和顶部留出带状种植池，种植攀缘植物，进行附壁式、悬垂式垂直绿化。形成稠密的绿叶和花朵的覆盖层或独立的观赏装饰面，遮挡了不利视面，丰富了园林构图的立面景观效果。观叶类的攀缘植物，如常春藤、地锦、五叶地锦等，在春夏，形成浓绿色的绒毡；在秋天，叶色红艳似火，给冷风啸啸的秋天带来了热烈和暖意。有的攀缘植物具有优美的花卉，花色鲜艳夺目，花形奇趣无比，观赏性很强。红色的花卉有长春花、蔷薇、朝日藤、牵牛等；黄色的花卉有素馨、蔷薇、莺爪花、葫芦等；紫色的花卉有紫藤、蔓长春、黎豆藤等；白色的花卉有茉莉、金银花、牵牛花等，应用时要结合景观实际恰当选择。挡土墙的垂直绿化可经济地利用土地和空间，绿化面积可达占地面积的十几倍甚至上百倍。有效地增加了绿化量，增强了吸收辐射能、降低温度、减少噪音的功效，对维持生态平衡具有重要作用。许多攀缘植物对土壤和气候的要求并不苛刻，易培养，生长迅速，便于管理，在园林绿化上具有省工、见效快、经济的特点。　　用于挡土墙美化修饰的攀缘植物，主要选择吸附类和钩刺类的。吸附类的藤本植物节上长出许多能分泌粘液的吸盘和胶状物的附生根，吸附在墙面上生长，如五叶地锦、凌霄、扶芳藤、蜈蚣藤等。钩刺类的攀缘植物借助枝蔓上的钩刺钩住它物向上生长，如藤本月季、野蔷薇、木香等，这类攀缘植物吸附力小，应用时需在墙面上附加固定物。也可选择不具吸盘和附生根的藤本植物，如探春、蔓性长春花、枝黄蝉等。　　2.2挡土墙面层的艺术修饰　　在挡土墙的表面进行浮雕和绘画创作，其艺术性更加强烈，感染力更加突出。在城市广场、道边等都可进行，创作的内容要结合当地的人文景观。图11是位于本溪市十二中学外一条主干道边的挡土墙，墙面用水泥材料制作的浮雕，暗绿色仿铜质的方形板上嵌着几枚橘红色的枫叶，立体感很强。它表现了本溪当地自然风光中突出的景观—— 枫叶，也是每年一度的枫叶节的象征。大大地增加了空间景观的艺术魅力。在挡土墙的表面用油彩绘画，简单易行，也可以达到良好的景观效果。　　2.3挡土墙的遮挡艺术　　在挡土墙的前面利用园林其他内容进行遮挡，遮挡住挡土墙的不利视面，或分散人们对墙面的注意力。如在挡土墙前设计花架、假山，种植高乔树木。如本溪望溪公园老年活动区中的挡土墙，其前面即用花架进行的遮挡。再如本溪望溪公园管理区中的挡土墙，其前面即用假山进行的遮挡，增强了空间的艺术性。　　总之，园林中的挡土墙在满足功能的前提下，进行艺术性设计和修饰非常必要，也非常重要的，它除去了挡土墙对人们视觉心理的不良影响，使园林的各部分内容实现了景观效应的统一，形成更加和谐、优美的环境空间加筋土挡土墙在高路堤中应用作者：未知　日期：2009年11月23日　来源：互联网　【字体：大中小】　我要评论(0)核心提示：挡土墙是用来支撑天然或人工斜坡，防止土坡坍塌、保持土体稳定性的一种建筑物，它承受的主要荷载是土压力。在土木工程中，重力式、衡重式是挡土墙的主要采用形式，但其墙身断面大，占地多，也不利实现施工的机械化和挡土墙是用来支撑天然或人工斜坡，防止土坡坍塌、保持土体稳定性的一种建筑物，它承受的主要荷载是土压力。在土木工程中，重力式、衡重式是挡土墙的主要采用形式，但其墙身断面大，占地多，也不利实现施工的机械化和工厂化。随着科技的发展，各种轻型挡墙不断应用到土木工程中，加筋土挡土墙就是其中常见的一种。加筋土是由一层或多层水平加筋构件与填土交替铺设而成的一种复合体。在土中加入筋条可以提高土体的稳定性，加筋土中的加筋构件主要承受土体产生的侧向拉力。加筋土强度的提高或者说加筋土体稳定性的增加，其基本原理存在于筋—土间的相互摩擦阻力联结中，这些基本原理，一般归纳为两种理论：摩擦加筋原理和准黏聚理论。加筋土挡土墙由墙面板、拉筋组成，它是依靠填料与拉筋间的摩擦力拉住墙面板，以承受墙面板后的土压力。为保证拉筋的摩擦力，墙后的填料应采用粗粒土；钢筋混凝土墙面板的形状，在平面上多为十字形、矩形、六角形等。（１）从拉筋抗拔稳定计算中可以得出如下结论：填料与拉筋之间的摩擦力是稳定因素，摩擦力越大墙体越稳定。由摩擦力计算式可知，摩擦力的大小与拉筋和填料间的摩擦系数、拉筋上的垂直压应力、拉筋有效长度、拉筋有效宽度成正比关系。（２）土与拉筋之间的摩擦机理是相当复杂的，影响摩擦系数的因素主要有：计算方法的影响、填土密实度的影响、填土深度的影响、加筋性状的影响和试验方法的影响。规范规定：填料与拉筋的摩擦系数应由现场试验确定，如无试验条件，可采用ｆ＝０．３~０．４。本设计中采用ｆ＝０．３５，这个值是偏小的，因为计算摩擦阻力时未考虑拉筋中外露钢筋与土之间的摩擦力。另外，对于梯形状拉筋块埋在土中，能起到类似锚定板的作用，其阻力也未计算在内。故本设计的取值是偏于安全的。 加筋土挡墙设计作者：未知　日期：2009年11月23日　来源：互联网　【字体：大中小】　我要评论(0)核心提示：加筋土挡墙是由面板、拉带和填土组成的加筋土体以承受土侧压力的挡墙。加筋土挡墙的作用原理可以解释为：在加筋土结构中，由填土自重的外力产生的土压力作用于墙面板，通过墙面板上的拉筋连接件将此土压力传给拉筋，加筋土挡墙是由面板、拉带和填土组成的加筋土体以承受土侧压力的挡墙。加筋土挡墙的作用原理可以解释为：在加筋土结构中，由填土自重的外力产生的土压力作用于墙面板，通过墙面板上的拉筋连接件将此土压力传给拉筋，企图将拉筋从土中拉出。因此，只要拉筋材料具有足够的强度，并且与土产生足够的摩擦力，则加筋的土体就可以保持稳定。　　1加筋土挡墙在国内外的应用发展情况该技术由法国工程师享利·维达尔（HenriVidal）在模型试验中发现，当土中掺有纤维材料后，其强度可明显提高，据此提出了加筋土的概念。并于1963年首先公布了其研究成果，提出了土的加筋方法和设计理论。法国于1965年在比利牛斯山的普拉聂尔斯修建了世界上第一座加筋土挡墙。1967—1968年在法—意高速公路上将大量的传统结构改为加筋土结构，墙的最大高度达23m.因此，有人将加筋土与钢筋混凝土结构一样称之为“造福人类的复合材料”。　　随后日本、美国、加拿大及欧洲各国得到大量的推广应用。理论技术日趋成熟，应用领域也由公路挡墙的发展应用到桥台、护岸、堤坎、建筑基础、铁路路堤、码头、防坡堤、水库、尾矿坝、储仓及库用设计等多个领域。　　经过近30年的研究和应用，加筋土结构在我国的应用领域越来越广，墙高和规模也都在不断地创造着新的纪录。而且从1991年交通部制度颁布我国第一本加筋土结构规范（《公路加筋土工程设计规范》JTJO15—91）以来，国家及相关部委也分别制订并颁布了相应的标准、规范。1999年初，国家正式颁布了《土工材料应用技术规范》（GB50290—98），铁道部在《铁路路基支挡结构物设计规范》中加入了加筋土工程的有关条文和内容。交通部制订和颁布了《水运工程土工织物应用技术规程》（JTJ/T239—98），水利部制订和颁布了《水利水电工程土工全盛材料应用技术规范》（9SL/T225—98）和《土工合成材料测试规程》铁道部制定和颁布了《铁路路基土工合成材料应用技术规范》（TB10118—99），另外，国家标准《土工合成材料产口标准》及交通部新制订并含有加筋土墙相关章节的《公路挡墙设计与施工技术规范》都即将颁布。这对我国加筋土技术的推广应用将起到强有力的推动作用。　　2加筋土结构与衡重式结构经济分析、比较　　2.1加筋土结构　　2.1.1设计依据：　　2.1.1.1《公路加筋土工程设计规范》（JTJ015—91）　　2.1.1.2《公路加筋土工程施工技术规范》（JTJ035—91）　　2.1.2 结构型式　　挡土墙采用治肩式加筋土结构，现浇砼条形基础，预制安装钢筋混凝土面板，加筋带采用“永固”CAT3002OB钢塑复合拉筋带，填料就近采用砂性土。（r=19KN/立方米）。　　2.1.3加筋土挡墙结构经济分析表（每延米）n=11.0m.　　2.2衡重式挡土墙结构：　　2.2.1结构形式及力学指标：　　挡土均采用衡重式浆砌片石墙身，C15砼路缘带，墙高11.0m填料采用卵石土。物理力学指标：C=40.r=19KN/m3f=0.4=400KPa　　2.2.2衡重式挡土墙结构经济分析表（每延米）　　3加筋土工程施工中几个应着重注意的问题加筋土工程的施工与传统的挡土墙施工和桥涵及房屋施工相比，其施工简单，但往往不受到重视，仅把它当作一般填方施工，从而导致施工质量低劣，往往达不到“合格”的验收标准，有的还出现严重的工程质量事故。以下几个方面应在施工中特别注意：　　3.1基础处理问题。加筋土工程一般都置于土基上，而面板基础一般都进行了处理，这就导致面板和筋床基础不相同而发生不均匀沉降。常用的有片（碎）石垫层，或用灰土加固处理等，效果较好，造价也低。　　3.2关于内摩擦角C值的问题。施工时首先应对所使用填料内摩擦角进行土工实验实测，看与设计的值是否相符，若与设计不符合应告知设计单位修改设计，或者改良填料使之达到设计要求值。内摩擦角是加筋土工程设计中一项极为重要的设计参数，它对筋带的长度和数量有直接影响，对挡墙内、外部稳定验算也有着重要的影响。而在设计阶段，一般都难以对填料的值进行实测，往往采用设计规范推荐值进行设计。若实际填料值与设计要求相关较大，往往会出现工程质量事故。不仅填料差的如此，就是填料好的碎石土，砂卵石也难逃厄运。　　3.3压实厚度及密度问题。应按施工规范和设计要求，严格分层压实。压实厚度应在现场设明标志，违者予以处罚。密实度逐层检测，未达到要求必须坚决返工。特别是级配较差的砂卵石，碎石土的压实及检测均较困难，根据实践经验，提出辗压遍数要求是必要的。在工程实践中，分层厚度过大，密实度达不到要求可以说是通病，其后果虽然挡墙不一定会垮，但出现过大的沉降量，引起面板倒向不均匀，破坏了加筋土外形美观的形象，或发生工程事故。　　3.4填料的横坡问题。几乎被大多数施工单位忽视的一个重要问题。施工规范规定填料有3%的横坡，其作用是利于施工中不积水，更重要的作用是减少面板与填料发生不均匀沉降引起的附加压力。　　3.5施工排水问题。加筋土施工主要是土方回填，施工排水尤为重要。一是降雨应采取常规措施予以遮盖或及时排走，二是如有地下水应采取盲沟或滤水管即时排走。施工排水不好而产生的严重后果有：土中含水量大而达不到设计要求的密实度；造成填料饱和（尤其是粘土），其值降低，侧压力成倍增加，承载力降低，引起过大的面板变形。　　3.6筋带与面板连接问题。国内加筋土工程的筋带与面板的连接常用以下二种方式连接。这二种方法存在重大隐患。一种是面板预埋钢拉环，筋带直接从钢拉环中穿过折回即完成连接。其隐患是钢筋直径太小，一般12—16mm. 筋带穿过弯曲半径太小，筋带受力集中，易破损断裂。解决的办法是在钢拉环上设专用的高强度塑料套管。其直径为25—40mm，这样既增大了弯曲半径又解决了钢环腐蚀问题。　　另一种是面板预留砼孔。筋带从其预留孔中穿过折回完成连接，其存在隐患是预留孔不圆滑光洁对筋带损伤很大。解决的办法可采用在筋带与孔接触部分垫砂浆或垫其他塑料、橡胶、土工布等。筋带与面板连接，这样的施工往往被人忽视而导致严重的后果。　　因此，加筋土工程虽然施工简单，但若不重视上述几个关键环节，就容易产生质量事故。　　4结束语加筋土挡墙，以经济角度分析优于衡重式挡墙结构，且施工简便，尤其对于缺少片石材料的平原地区，经济性更为突出，可见加筋土挡墙在我们河南地区将会更广阔的发展前景。衡重式挡土墙设计作者：未知　日期：2009年11月23日　来源：互联网　【字体：大中小】　我要评论(0)核心提示：衡重式挡土墙的应用　　1 衡重式挡土墙的特点 　　衡重式挡土墙有如下较其他形式挡土墙优越的特点:利用衡重台上填土重量和墙身自重共同作用维持其稳定;使地基应力分布均匀;在材料用量上比重力式或半重力式少;基础衡重式挡土墙的应用　　1衡重式挡土墙的特点　　衡重式挡土墙有如下较其他形式挡土墙优越的特点:利用衡重台上填土重量和墙身自重共同作用维持其稳定;使地基应力分布均匀;在材料用量上比重力式或半重力式少;基础开挖和回填方量大大减少;衡重台上的较大的容纳空间使上墙墙背增加缓冲墙后,可作为拦截崩坠石用。　　2衡重式挡土墙的结构形式　　衡重式挡土墙的优点在于利用衡重台上部填土的土压力作用和全墙重心的后移来增加墙身的稳定,减小断面尺寸;它的墙面陡直,下墙墙背仰斜,可大大降低墙高,减少基础的开挖量。适用于山区、地面横坡陡的路肩墙,也可用于路堑墙或路堤墙。一般在如设置重力式挡土墙墙高超过8-10m时,就可以考虑采用衡重式挡土墙。　　衡重式挡土墙的几种常用的结构形式,有卸荷板式衡重式挡土墙。卸荷板又称减压板,它的作用是增加挡土墙的抗滑移稳定性,它的位置根据计算来确定;桩墙结构的形式,在挡土墙基础不能满足要求或墙身要求太高时,可以采用此结构形式。衡重式挡土墙的断面尺寸一般为:上墙与下墙的比例为4:6,衡重台宽度为墙高的0.25-0.35倍,墙顶取0.3-0.6m,胸坡坡度采用1:0.05,上墙俯斜坡度1:0.25-1:0.45,下墙仰斜坡度为1:0.25-1:0.30。墙面一般为直线形,其坡度应与墙背坡度相协调。同时还应考虑墙趾处的地面横坡,在地面横向倾斜时,墙面坡度影响挡土墙的高度,横向坡度愈大影响愈大。因此地面横坡较陡时,墙面坡度一般为1:0.25-1:0.20,矮墙时也可采用直立;地面横坡平缓时,墙面可适当放缓,但一般不缓于1:0.35 。在设计挡土墙时,断面形式不宜变化过多,以免造成施工困难,并且应当注意不影响挡土墙的外观。　　3衡重式挡土墙的布置与材料选择　　3.1衡重式挡土墙的布置　　挡土墙的布置包括挡土墙位置的选定、挡土墙的纵向布置、横向布置与平面布置,通常在路基断面图和墙址纵断面上进行。　　3.1.1挡土墙位置的选定　　路堑挡土墙大多设在边沟旁。山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处,墙的高度应保证设墙后墙顶以上的边坡稳定。　　路肩挡土墙因可充分收缩坡脚,大量减少填方和占地,当路肩墙和路堤墙的墙高和截面场土数量相近、基础情况相似时,应优先选用路肩墙,按路基宽布置挡土墙位置。若路堤墙的高度或场土数量比路肩墙显著降低大,而且基础可靠时,宜选用路堤墙。必要时应做技术经济比较以确定墙的位置。　　3.1.2纵向布置　　纵向布置在墙址纵断面图上进行,布置后绘成挡土墙正面图,布置内容有:　　确定挡土墙的起砌点和墙长,选抒挡土墙与路基或砌体结构物的衔接方式。路肩挡土墙端部可以嵌入石质路堑中,或采用锥坡与路堤衔接;与桥台连接时,为了防止墙后回填土从桥台尾端与挡土墙连接处的空隙溜出,需在台尾与挡土墙之间设置隔墙及接头墙。路堑挡土墙在隧道洞日应结合隧道洞门、翼墙的设置情况平顺衔接;与路堑边坡衔接时,一般将墙高逐渐降低至2m以下,使边坡坡脚不致仲入边沟内,有时也可用横向端墙连接。　　按地基、地形及墙身断面变化情况进行分段,确定仲缩缝和沉降缝位置。　　布置各段挡土墙的基础。墙趾地面有纵坡时,挡土墙的基底宜做成不大于5%的纵坡。但地基为岩石时,为减少开挖,可纵向做成台阶。台阶尺寸应随纵坡大小而定,但其高宽比不宜大于1:2。　　3.1.3横向布置　　横向布置选择在墙高最大处、墙身断面或基础形式有变异处以及其它必须桩号的横断面图上进行。根据墙型、墙高、地基及填土的物理力学指标等设计资料,进行挡土墙设计或套用标准图,确定墙身断面、基础形式和埋置深度,布置排水设施等,并绘制挡土墙横断面图。　　3.1.4平面布置　　对于个别复杂的挡土墙,如高、长的沿河挡土墙和曲线挡土墙,除纵横向布置外,还应进行平面布置,绘制平面图,标明挡土墙与路线的平面位置及附近地貌和地物等情况,特别是与挡墙有干扰的建筑物的情况。沿河挡土墙还应绘出河道及水流方向、其他防护与加固土程等。　　3.2挡土墙材料选择　　挡土墙的修建应遵循就地取材的原则,在有石料的地区,应尽可能的采用水泥砂浆砌片石砌筑。水泥砂浆标号,一般地区及寒冷地区采用M7.5;浸水地区及严寒地区采用M10.0号。片石的极限抗压强度均不得低于30MPa。对于浸水和潮湿地区的石砌主体土程,石料的软化系数应不低于0.8。在严寒地区尚应满足抗冻试验的要求。 在缺乏石料的地区一般采用C15号混凝土或片石混凝土;严寒地区采用C20号混凝土或片石混凝土。轻型挡土墙采用C20号钢筋混凝土。　　墙后填料的选择是保证挡土墙正常使用和经济合理的一项重要工作。填料的内摩擦角越大,主动土压力就愈小;而填料的容重愈大,主动土压力就愈大。因此,应选择内摩擦角大、容重小的填料,优先采用砂类土、碎(砾)石土填筑。　　这些填料透水性好、抗剪强度大且稳定、易排水,能显著减少主动土压力。　　一般不宜采用粘性土,因为粘性土的压实性和透水性较差,又常具有吸水膨胀和冰胀的特性,产生侧向膨胀压力,从而影响挡土墙的稳定。当不得已采用粘性土做墙后填料时,应适当掺入碎石、砾石和粗砂等渗透性较好的材料。严禁使用淤泥、硅藻土等作为填料。填料中也不应含有机物、冰块、草皮、树根等杂物及生活垃圾。在季节性冰冻地区,不能使用冻胀材料。对于重要的,高度较大的挡土墙,不应用粘土做填料。　　4衡重式挡土墙设计中的问题　　4.1土压力计算中等效内摩擦角的问题　　在土压力的计算中,一般只考虑主动土压力。设计计算时一般使用库仑主动土压力公式计算,但是库仑理论假定墙后填土为砂性土(即c=0),当墙后填土为粘性土时候,一般采用等效内摩擦角?渍,通常取?渍0=35°。等效内摩擦角的确定可以采用三种不同的等效条件进行折算:抗剪强度相等的条件;朗肯总土压力相等的条件;朗肯土压力对趾部力矩相等。这三种方法的计算结果都表明随挡土墙高度的增大而减小,如不考虑这种减少的影响,对高挡土墙的设计是偏不安全的。使用等效内摩擦角的方法对填土高度6-8m时较为合适,用此角度计算高墙或低墙土压力时则产生低墙偏大,高墙偏小的缺陷,依据它所设计出的挡土墙截面则低墙保守,高墙危险。　　通过分析三种等效内摩擦角算法,从中选择一种较为合理而又简便的等效内摩擦角的折算方法,便于直接采用库仑理论及其计算公式设计高挡土墙,即先按朗肯总土压力相等的条件折算等效内摩擦角,再用库仑理论及其计算公式计算土压力。　　4.2软土地基中衡重式挡土墙的结构　　地基承载力验算是挡土墙设计中的必须内容。在软土地基中修筑衡重式挡土墙时,其结构形式与地基承载力有着直接的关系。通过改变挡土墙结构(适当加宽挡土墙底宽),同时采用适当的方法对地基进行加固处理,就可以使地基满足衡重式挡土墙修筑的要求。Tags：衡重式挡土墙设计沿海地区挡土墙的设计作者：未知　日期：2009年11月23日　来源：互联网　【字体：大中小】　我要评论(0)核心提示： 沿海地区挡土墙的设计　　沿海地区地基大部分呈流塑状态，以上3种结构型式很难满足设计规范要求。经过实践，我们选择了薄壁变异式挡土墙，即在原重力式挡土墙的基础上，减小壁厚，加大基础面积。这样不仅减小了自身沿海地区挡土墙的设计　　沿海地区地基大部分呈流塑状态，以上3种结构型式很难满足设计规范要求。经过实践，我们选择了薄壁变异式挡土墙，即在原重力式挡土墙的基础上，减小壁厚，加大基础面积。这样不仅减小了自身重量，还具有安全稳定减少工程投资的特点。　　（1）薄壁变异式挡土墙抗滑稳定计算时，会出现小于允许值的现象，此时应检查是否加上了墙背契形土的重量。　　（2）当地基应力值偏大时，也可采取拉锚锁定的方式，减小水平推力。具体做法是：在墙体H／2高度处设拉锚筋与填土侧的锚块连接，锚块尺寸为1．5×0．75×0．2m，取上下两个摩擦面，摩擦系数为0．2，锚块上填土厚度为2．0m，则每个锚块可增加2．0t的摩擦阻力，有效地改善了地基应力值和抗滑的问题。　　（3）设计阶段对施工阶段的工程质量提出具体要求：1基础开挖后要及时填筑，以免因地基回弹产生负面。2墙背侧反滤层及排水口要保证其体积及粒径要求，防止土、料混合使用。3混凝土钢筋保护层和混凝土标号应满足抗冻、抗渗的要求，以免因断面较小、受冻融影响腐蚀损坏。　　薄壁变异式挡土墙结构是在重力式挡土墙的基础上因地制宜而来的，实际工程中，可采取联合的结构形式，其计算方法基本相同。对于多地震带的地区，只要在地基应力允许的条件下，应尽量扩大抗滑计算值。唐山市黑沿子防潮闸挡土墙采用薄壁变异式结构，经过5年的运用未出现任何问题。实践证明，薄壁变异式挡土墙具有抗倾、抗滑、平衡地基应力值、降低工程造价的特点，值得在沿海地区推广。水工挡土墙构造设计作者：未知　日期：2009年11月23日　来源：互联网　【字体：大中小】　我要评论(0)核心提示：水工挡土墙构造设计1．墙身构造重力式挡土墙的墙背坡度一般采用1：0.25仰斜，且不宜缓于1：0.30；衡重式挡墙下墙墙背坡度多采用1：0.25～1：0.30仰斜，上墙墙背采用1：0.25～1：0.45。仰斜式挡墙墙面一般与墙背水工挡土墙构造设计1．墙身构造重力式挡土墙的墙背坡度一般采用1：0.25仰斜，且不宜缓于1：0.30；衡重式挡墙下墙墙背坡度多采用1：0.25～1：0.30仰斜，上墙墙背采用1：0.25～1：0.45。仰斜式挡墙墙面一般与墙背坡度一致或缓于墙背坡度。在浸水条件下，一般采用浆砌石或砼挡墙，墙顶宽度一般≥0.5ｍ。为避免因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，根据地基地质条件的变化和墙高、墙身断面的变化情况需设置沉降缝，为防止因收缩硬化和温度变化而产生裂缝，应设置伸缩缝。一般将沉降缝和伸缩缝合并设置，沿路线方向每隔10～25ｍ设置一道。2．排水措施（1）地面排水：设置地面截排水沟、夯实回填土顶面和地基松土，必要时可设铺砌层。 （2）墙身排水：在墙身的适当高度处布置一排或数排泄水孔，墙后设透水性材料。并按反滤设置泄水孔的尺寸可视泄水量大小分别采用（视排水量及孔径大小而定）方孔或直径为0.05～0.20ｍ的圆孔，孔间距一般为2～3ｍ，浸水挡墙为1.0～1.5ｍ，孔眼呈梅花形布置。对衡重式挡墙（如泄槽边墙），可以采用下墙后设排水层，上墙后设砂砾填料并夯实到设计要求压实度。浸水条件下挡墙设计必须同时重视墙身构造和墙后排水设计，以达到运行可靠、安全经济的效果。分析还表明，挡土墙验算可以不进行剪应力验算，对浸水条件下挡墙，应进行抗倾覆稳定和截面法向应力验算。坡地建筑中挡土墙的设计与施工技术作者：未知　日期：2009年11月23日　来源：互联网　【字体：大中小】　我要评论(0)核心提示：坡地建筑中挡土墙在进行平面布置时，应注意以下几点问题：    ①挡土墙在平面布置形式主要有直线形、折线形及弧形三种，其中直线形最为普遍，具体应用哪一种平面形式，要视场地的地形地质情况及地下管道的敷设情况坡地建筑中挡土墙在进行平面布置时，应注意以下几点问题：①挡土墙在平面布置形式主要有直线形、折线形及弧形三种，其中直线形最为普遍，具体应用哪一种平面形式，要视场地的地形地质情况及地下管道的敷设情况而定。目的是减少地内的挖、填土方量，并且本着有利于增加挡土墙的整体刚度为原则。②当建筑场地内坡度较大时，应结合使用要求，灵活分隔成几段台阶式地段。这样通过前后视觉关系，可以增强建筑群体的空间效果，而且还能减小挡土墙的高度及土方施工量。③充分考虑建筑物基础、地下管线敷设与挡土墙基础之间的关系，地下管线宜尽量避免横穿挡土墙，否则应先进行管线安装敷设，再进行挡土墙施工。建筑物基础与挡土墙基础间距应遵循以下原则：当二者基础埋深相同或建筑物基底低于挡土墙基底时，以二者基础不接触为原则；当建筑物基底高于挡土墙基底时，此时应满足S≥S·tgθ，s基础间净距，z为两基底高差，为扩散角。Tags：坡地建筑中挡土墙的设计与施工技术编辑：admin景观挡土墙的种类与处理手法作者：未知　日期：2009年11月23日　来源：互联网　【字体：大中小】　我要评论(0)核心提示： 景观挡土墙的种类与处理手法景观挡土墙是在考虑挡土墙防护功能的基础上,引入景观设计的艺术手法,将其平面线形与立面造型纳入到总体设计中,使之与周边环境及其他设计组成部分融为一体的构筑物。在材料选择上,常采用景观挡土墙的种类与处理手法景观挡土墙是在考虑挡土墙防护功能的基础上,引入景观设计的艺术手法,将其平面线形与立面造型纳入到总体设计中,使之与周边环境及其他设计组成部分融为一体的构筑物。在材料选择上,常采用砖石、毛石、混凝土、钢筋混凝土等材料筑成。2景观挡土墙的功能作用挡土墙在景观中具有很重要的意义。挡土墙具有远远超乎“挡土”这一基本功能的内在价值。一道坚实的石砌挡土墙可以经历时间的流逝而依然显示其本色。与地面相比较,挡土墙更容易唤起人们的视觉注意力,并且成为人们停息所依靠、所触摸的对象。挡土墙的景观价值和设计潜力应该得到应有的重视。3　景观挡土墙设计的基本原则3.1　结合环境城市环境中的挡土墙应用的材料比较规整,施工技术更为精细。3.2塑造空间挡土墙的设计必须从对空间的考量出发,打开地形设计的思路,这个观念很重要。3.3便于施工挡土墙的设计必须顾及施工方便。4常见景观挡土墙种类直立式景观挡土墙；浮雕、壁画形式；宣传栏形式；艺术造型形式； 倾斜式或台阶景观挡土墙；垂直绿化形式；花坛形式；台阶、看台形式。Tags：景观挡土墙编辑：admin桩板墙结构功能作者：未知　日期：2009年11月23日　来源：互联网　【字体：大中小】　我要评论(0)核心提示：(1)桩的功能。按桩承受外荷载的特征分为竖向荷载桩和横向荷载桩。桩板结构桩和抗滑桩都是横向荷载桩。桩长可划分为受力段、嵌固段。受力段承受的横向荷载传递到嵌固段，再传递到嵌固段周围稳定岩土。桩板结构的桩与(1)桩的功能。按桩承受外荷载的特征分为竖向荷载桩和横向荷载桩。桩板结构桩和抗滑桩都是横向荷载桩。桩长可划分为受力段、嵌固段。受力段承受的横向荷载传递到嵌固段，再传递到嵌固段周围稳定岩土。桩板结构的桩与抗滑桩结构的功能基本一致，都是承接两桩间的土压力。不同的是；桩板结构的桩是承接两桩间板传递来的土压力，而抗滑桩是承接两桩间无形土拱传递来的滑坡推力。(2)板的功能。桩板墙板的功能是替换抗滑桩无形土拱的功能。因砂坡为散体结构，两桩之间的砂不可能形成土拱，所以需要用板(大多数用钢筋混凝土板)来挡砂。由此认为，板的功能就是挡砂。板的两端用榫与两端的桩相联，板接受到砂坡的土压力后．毫无损耗地传递到两端的桩上，这一点与无形土拱有别。桩板结构的力学特征及受力计算桩不仅要受到桩后面砂坡土压力的作用，而且还要受到两侧板传递来的砂坡土压力作用。 桩板挡砂墙的施工顺序和方法是：①先施工桩，采用沉井法施工，少破坏地形，注意桩、板联结榫的施工。桩的施工最好放在旱季，避免雨水进入桩井。②后开挖砂坡施工安装挡砂板，板按设计图预先预制，运到施工现场，自上而下，边开挖砂坡，边安装挡砂板。严禁两桩之间开挖完后，再安装挡砂板。否则会引发桩间砂土溜动。板的下界应嵌入开挖面低界以下0．5m。锚杆在粘性土质边坡加固设计中的应用作者：未知　日期：2009年11月23日　来源：互联网　【字体：大中小】　我要评论(0)核心提示：锚杆是把来自结构物的拉力传递到稳定地基上从而维持结构及地层稳定的结构，土中运用的灌浆锚杆称为土层锚杆。随着科技的发展，近年来我国土层锚杆使用的范围日益扩大，多用在基坑支护、挡土墙、地下连续墙、桥基加固锚杆是把来自结构物的拉力传递到稳定地基上从而维持结构及地层稳定的结构，土中运用的灌浆锚杆称为土层锚杆。随着科技的发展，近年来我国土层锚杆使用的范围日益扩大，多用在基坑支护、挡土墙、地下连续墙、桥基加固等多种工程中。但由于土层锚杆的支护设计在国内外研究的还很不成熟，尚需科研和工程技术人员在实践中总结经验。边坡的稳定计算是边坡加固的基础。稳定计算主要是确定边坡的抗滑稳定是否满足规范要求，若不满足要求，须计算出最危险滑弧的安全系数、滑弧圆心、滑弧半径、下滑力。影响抗滑稳定计算结果主要有两个方面的因素：稳定计算方法和土的抗剪强度指标的选取。 尽管瑞典圆弧滑动法存在着一些缺陷（如把土条看作一个刚体，不考虑土体本身的应力-应变关系；对相邻土条间的内力作某种假定），计算结果不能完全符合实际，但由于其计算概念简明、且能分析复杂条件下的土坡稳定性，在工程实践中普遍使用，应用长达80多年，积累了比较丰富的经验。同时均质粘土边坡的真正最危险滑动面接近于圆弧，并且在最危险滑动面附近的滑弧的安全系数变化很小，故在《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001）和《堤防设计规范》(GB50286-98)中，稳定计算均建议采用瑞典圆弧滑动法。鉴于上述情况，沉沙池池堤边坡稳定计算采用瑞典圆弧滑动法。由于太沙基公式没有考虑土条间的推力，其计算结果比利用比肖普公式计算的安全系数偏低，选用太沙基公式比较合适。锚杆技术在工程中被广泛应用，将锚杆和混凝土护坡相结合，约束滑动土体，对粘性土质边坡进行加固，为粘性土质边坡加固开创了一条新途径。在利用灌浆锚杆加固粘性土质边坡前，一定要做好边坡的地质勘探工作，摸清各岩层的性质和水文地质情况。在测定土的强度时，应该使试。预应力锚索抗滑挡墙设计作者：未知　日期：2009年11月23日　来源：互联网　【字体：大中小】　我要评论(0)核心提示： 在以抗滑桩为代表的轻型抗滑支挡结构出现以前,重力式抗滑挡墙曾经整治滑坡的主要抗滑结构。重力式抗滑挡墙具有就地取材,造价低,施工简单等特点而备受重视,但普通重力式抗滑挡墙主要依靠自身的重量产生的摩擦阻力来在以抗滑桩为代表的轻型抗滑支挡结构出现以前,重力式抗滑挡墙曾经整治滑坡的主要抗滑结构。重力式抗滑挡墙具有就地取材,造价低,施工简单等特点而备受重视,但普通重力式抗滑挡墙主要依靠自身的重量产生的摩擦阻力来抵抗滑坡推力,因而挡墙的截面尺寸必须足够大,因而导致抗滑挡墙工程量大,施工开挖量大,抗滑能力有限等局限性,只能用于中小型滑坡的整治。预应力锚索锚固段应锚固在滑坡体下的稳定岩土层内,锚固长度应根据所需的预应力荷载及锚固段周围岩土体特性综合确定。埋设在抗滑挡墙内的锚索孔可以通过预埋管件预留,在抗滑挡墙砌筑完成后,直接从预留孔内施工其余部分的预应力锚索锚孔,可以节省部分的钻探工程量。预应力锚索抗滑挡墙结构的特点:1)充分发挥两种结构的优点,能显著提高普通抗滑挡土墙的抗滑稳定性、抗倾覆稳定性以及抗剪断能力;2)能大幅度降低滑坡整治的投资,具有非常明显的经济效益,与普通抗滑桩相比可节约工程造价20%以上;3)可以用于大中型滑坡的整治,极大地拓展了普通抗滑挡土墙的适用范围'