2022年山区公路挡土墙设计浅析(图文).docx

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1、2022年山区公路挡土墙设计浅析(图文) 论文导读：马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。在山区马路中，由于地形条件更为困难，地势更为陡峭，因此，挡土墙的应用更为广泛，近几年来，笔者参与了二十多段、共三一百零一多公里的山区马路的设计，主要负责路基防护工程，特殊是挡土墙的设计，对山区马路挡土墙的积累了肯定的阅历与体会，在此提出，仅供同类工程设计时参考。关键词：山区，挡土墙 马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，挡土墙广泛用于支撑路堤和路堑边坡，削减土石方工程量和占地面积，防止水流冲刷路基，并常常用于整治坍方

2、、滑坡等路基病害。 挡土墙的形式多种多样，按其墙体材料的不同，可分为：石砌挡墙、混凝土挡墙、钢筋混凝土挡墙、砖砌挡墙、木质挡墙和钢板挡墙等。按结构形式的不同，可分为：重力式、半重力式、衡重式、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，又可分为：路肩墙、路堤墙、路堑墙和山坡墙等类型；按所处的环境条件，又可分为：一般地区挡土墙、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，应与其它工程方案进行技术经济比较，分析其技术的可行性、牢靠性及经济的合理性，然后才确定设计方案，并依据实情状况进行挡土墙的选型。 在山区马路中，由于地形条件更为困难，地势更为陡峭，因

3、此，挡土墙的应用更为广泛，近几年来，笔者参与了二十多段、共三一百零一多公里的山区马路的设计，主要负责路基防护工程，特殊是挡土墙的设计，对山区马路挡土墙的积累了肯定的阅历与体会，在此提出，仅供同类工程设计时参考。 1.挡土墙设计的基础资料及设计参数 .基础资料 挡土墙设计时，必需具备以下资料：路途平面图、纵断面图、横断面图、地质资料，地震勘探报告，水文资料，总体设计资料及构造物一览表等。 .设计参数的选取 .墙背填料的物理力学性质，对于山岭重丘二、三级马路的挡土墙设计，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填料内摩擦角参考值 土的种类块石大卵石、碎石类土小卵石、砾

4、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、粘性土石灰土粉煤灰容重2022181815 墙背摩擦角填土与墙背间的摩擦角应依据墙背的粗糙程度及排水条件确定。山区马路中，对于浆砌片石墙体、排水条件良好，均可采纳/2。 基底摩擦系数基底摩擦系数应依据基底粗糙程度、排水条件和土质确定。 地基容许承载力地基容许承载力可根据马路设计手册路基及有关设计规范规定选取。 建筑材料的容量依据有关设计规范规定选取。 砌体的容许应力和设计强度依据有关设计规范规定选取。 硷的容许应力和设计强度依据有关设计规范规定选取。 2.挡

5、土墙的选型与布置 (1).材料选择 浆砌片石挡土墙取材简单，施工简便，适用范围比较广泛。山区马路中，石料资源较为丰富，在挡土墙高10米时，因地制宜，采纳浆砌片石砌筑，可以较好地满意经济、平安方面的要求。 (2).截面形式选择 依据挡土墙结构类型及其特点分析，当墙高?5时，采纳重力式挡土墙，可以发挥其形式简洁，施工便利的优势。同时，由于山区马路地面横坡比较陡峭，若采纳仰斜式挡土墙，会过多增加墙高，断面增大，造成奢侈，采纳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状况下，才考虑采纳仰斜式挡土墙。当墙高5且地基条件较好时，采纳衡重式挡土墙，可以有效地减小截面，节约材料

6、。 (3).位置选择 在挖方边坡比较陡峭时，采纳路堑挡土墙，可以降低边坡高度，削减山坡开挖，避开破坏山体平衡;在地质条件不良状况下，还可以支挡可能坍滑的山坡土体。山坡挡土墙应考虑设在基础牢靠处，墙的高度应保证墙后墙顶以上边坡的稳 定。 当路肩挡土墙与路堤挡土墙的墙高或截面污工数量较为相近，基础状况相仿时，应优先选用路肩墙，按路基宽度布置挡土墙的位置，因为路肩挡土墙可充分收缩坡脚，大量削减填方和占地。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，若路堤墙的墙高或截面污工数量比路肩墙显着降低，而且基础牢靠时，宜采纳路堤墙比较有利，并作经济比较后确定墙的位置。 沿河路堤设置挡土墙时

7、，应结合河流的状况来布置，留意设墙后仍保持水流顺畅，不致挤压河道而引起局部冲刷。 (4)挡土墙的纵向布置 确定挡土墙的讫点和墙长，选择挡土墙与路基或其它结构物的连接方式。 路肩挡土墙端部可嵌大石质路堑中，或采纳锥坡与路堤连接，与桥台连接时，为了防止墙后回填土从桥台尾端与挡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。 路堑挡土墙与路堑边坡连接时，一般将墙高渐渐降低至2m以下，使边坡坡脚不致伸人边沟内，有时也可以与横向端墙连接。 按地基及地形状况进行分段，确定伸缩缝与沉降缝的位置。 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，为削减开

8、挖，可沿纵向做成台阶。台阶尺寸视纵坡大小而定，但其高宽比不宜大于1:2 布置泄水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸等。顶、基础顶面、基底、冲刷线、冰冻线、常水位线或设计洪水位的标高等。 (5)挡土墙的横向布置 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，以及其它必需桩号处的横断面图上进行。依据墙型、墙高及地基与填料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。 (6)挡土墙的平面布置 对于个别困难的挡土墙，如墙高、长的沿河曲线挡土墙，应作平面布置，绘制平面图，表明挡土墙与路途的平面位置及旁边地貌与地物等状况

9、，特殊是与挡土墙有干扰的建筑物的状况。沿河挡土墙还应给出河道及水流方向，防护与加固 工程等。 在以上设计图纸上，可标写简要说明。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时间参数的依据、对材料和施工的要求、留意事项以及主要工程数量等，如采纳标准图，应注明其编号。 3.土压力的计算 挡土墙设计的经济合理，关键是正确地计算压力，确定土压力的大小、方向与分布。土压力计算是一个非常困难的问题，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许多。由于库伦理论概念清析，计算简洁， 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态和荷载作用状况下的

10、主动土压力计算，且一般状况下计算结果均能满意工程要求，因此库伦理论和公式是目前应用最广的土压力计算方法。 (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：E1/2H2Ka 式中：E-主动土压力(KN)，-土的容量(KN/m3)，H-挡土墙高(m)，Ka-库伦主动土压力系数。 马路设计手册路基中，以库伦理论为基础，按墙后填土表面的形态和车辆荷载分布状况的不同，推导出各种状况下的主动土压力计算公式；设计时可依据实际状况查表计算。 (2).其次裂开面土压力的计算 在挡土墙设计中，当墙背或假想墙背的倾角1或1大于其次裂开面的倾角i，或作用于墙背或假想墙背的土压力对墙背法线的倾角小于或等于

11、墙背摩擦角时，就会出现其次裂开面，这种状况下，应按裂开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，不会出现其次裂开面，对于衡重台较宽的衡重式挡土墙，则较易出现其次裂开面。各种边界条件的其次裂开面主动土压力计算公式详见马路设计手册路基。 因此设计过程中，应先采纳试算的方法，判别第一裂开面出现的位置，计算裂开角，并依据计算所得的其次裂开面倾角推断是否会出现其次裂开面，然后再选用合适的公式计算主动土压力。 4.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

12、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：一种是采纳分项平安系数的极限状态法，另一种是总平安系数的容许应力法。目前国内多数应用容许应力法设计挡土墙。下面是采纳容许应力法进行挡土墙验算的简介。 (1).抗滑稳定验算 为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其它外力作用下，基底摩阻力反抗挡土墙滑移的实力。 在一般状况下，(0.9G+Q1Ey)+0.9Gtan0Q1Ex 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)， Ql-主动土压力分项系数。当组合为I、时，Ql1.4；当组合为时，Ql1.3；-基底摩擦系数，

13、可通过现场试验确定。 0-基底倾斜角(0); 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。 (2).抗倾覆稳定验算 为保证挡土墙抗倾覆稳定性，须验算它反抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的实力，0.9GZG+Ql0 式中：ZG-墙身、基础及其上的土重合力重心到墙趾的水平距离(m); Zx-土压力垂直分力作用点到墙趾的水平距离(m)； Zy-土压力水平分力作用点到墙趾的垂直距离(m)。 在验算挡土墙的稳定性时，一般均未计趾前土层对墙面所产生的被动土压力。 (3)基底应力及偏心距验算 基础地面的压应力， a：轴心荷载作用时：pNl/A 式中：p-

14、基底平均压应力(Kpa)；A-基础底面每延米的面积，即基础宽度，Bl.0(m2)；Nl-每延米作用于基底的总竖向力设计值(KN)； Nl=(GG+QlEy-W)cos+QlEXsin0 其中：Ey-墙背主动土压力(含附加荷载引起)的垂直分力(KN)； EX-墙背主动土压力(含附加荷载引起)的水平分力(KN)； W-低水位浮力(KN)(指常年沉没水位)。 b：偏心荷载作用时，作用于基底的合力偏心距e为e=M/Nl M-作用于基底形心的弯矩， i.当|e|B/6时pmax=(W+Ey)(1+6e/B)；pmin=(W+Ey)(1-6w/B) 式中：pmax，pmin-基底边缘最大、最小压应力设计值

15、(KN); 当|e|B/6时pmax=2N1/3C；pmin=0式中：C(B/2)-2(eB/2) 基底合力偏心距 基底合力偏心距 地基条件合力偏心距地基条件合力偏心距非岩石地基e0B/6软土、松砂、一般黏土e0B/6较差的岩石地基e0B/5紧密细砂、黏土e0B/5坚密的岩石地基e0B/4中密碎、砾石、中砂e0B/4 地基承载力抗力值 地基应力的设计值应满意地基承载力的抗力值要求及满意以下各式。 i.当轴向荷载作用 Pf 式中：P-(见上面)；f-地基承载力抗力值 ii.当偏心荷载组时 P1.2f iii.地基承载力抗力值的规定 当挡土墙的基础宽度大于3m，或埋置深度大于0.5m时，除岩石地基

16、外，地基承载力应力抗力值按下式计算： ffk+k1l(b-3)+k22(h一0.5) 式中：f-地基承载应力抗力值；fk-地基承载应力标准值； k1，k2承载力修正系数；1-基底下持力层上土的自然重度,如在水面以下且不透水者，应采纳水中重度； 2基础底面以下各土层的加权平均重度，水面以下用有效水中重度； b基础底面宽度小于3m时取3m，大于6m时取6m； h基础底面的埋置深度，从自然地面算起；有水流冲刷时，从一般冲刷线算起。 当不满意上式的计算条件或计算出的结果f1.2f时，可按f=1.1fk干脆确定地基承载力抗力值。 f值可以依据不同荷载组合予以提高，提高系数K按下表取值。 提高系数K 荷载

17、组僵提高系数K荷载组僵提高系数K主要组合1.0偶然组合1.5主要组合1.3 当偏心距e小于或等于0.333倍基础底面宽度时，可依据土的抗剪强度指标确定地基承载应力抗力值。 .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、l/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，剪应力包括法向应力和剪应力的难验算。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。 5.实行措施 完成了挡土墙截面设计及稳定、强度验算之后，必需实行必要的措施，以保证挡土墙的平安性

18、。 .基础加固措施 当挡士墙修筑在陡坡上，而地基又为完整、稳固、对基础不产生侧压力的坚硬岩石时，可设置台阶基础，以削减基坑开挖和节约圬工。分台高一般约1m左右，台宽视地形和地质状况而定，不宜小于20cm，台阳高宽比可采纳3:2或2:1。最下一个台阶的底宽应满意偏心距的有关规定，不宜小于1.52.0m。 当地基为懦弱土层时，可用砂砾、碎石、矿渣或灰土等质量较好的材料予以换填，以扩散基底压应力，使之匀称地传递到下懦弱土层中，一般换填深度h2与基础埋置深度h1之总和不宜超过5m，对于淤泥和泥炭等应更浅些，满意设计要求。 基础的埋置深度 对于土质地基，基础埋置深度应符合下列要求： 无冲刷时，应在自然地

19、面以下至少1.5m。 有冲刷时应衣冲刷线以下至少1.5m。 受冻胀影确时应在冻结线以下不小于0.25m。当冻深热讨1.0m时，采纳1.25m，但基底应夯填肯定厚度的砂砾或碎石垫层，垫层底面亦应位于冻结线以下不少于0.25m。 碎石、砾石和砂类地基，不考虑冻胀影响，但基础埋深不宜小于1.5m。 .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，可在堵上部加设泄水孔。泄水孔采纳l0l0cm的方孔或圆孔，孔眼间距23米，上下排泄水孔错开设置。泄水孔进水口应设置反滤材料。 .沉降缝与伸缩缝的设置 为避开地基不匀称沉降引起墙身开裂，需按墙高和地基性质的变异，设置沉降缝，同时，为了削

20、减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1015m设置一道，键起两者的作用，缝宽23m，缝内一般可用胶泥填塞，但在渗水量大，填料简单流失或冻害严峻地区，则宜用沥青麻絮、沥青竹绒或涂以沥清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，当墙后为岩石路堑或填石路堤时，可设置空缝。 .墙顶与路面的连接 当墙顶宽大于土路肩宽度时，挡土墙侵人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。 .车辆平安行驶保障措施 对于路肩墙，其墙顶面以下50cm采纳C20砼浇筑，并预埋钢筋，在其上设置防护栏或防护撞墙。 6.材料要求

21、石料须经过选择，质地匀称，无裂缝，不易风化。 石料的抗压强度应不低于30Mpa。 尽量采纳较大的石料砌筑，块石应大致方正，其厚度不小于l5cm，宽度和长度相应为厚度的1.52.0和l.53.0倍。 采纳7.5号砂浆砌筑，10号砂浆勾缝。 7设计体会 .设计参数的选取 因用于计算主动土压力的库伦理论较适用于砂性土，而对于粘性士的压力计算会存在肯定的误差，所以对于粘性土做填料的挡土墙计算，设计参数如填料的内摩擦角等的取值应相对保守。由于库伦理论是一种简化的土压力计算方法，所以对于以砂性土做填料的挡土墙，设计参数也应依据实际状况取相对保守值。 平安系教的选取 对墙高6m的挡土墙，实际设计时建议将平安

22、系数的提高20%，以保证其平安性。 .墙面坡的选取 出于美观和施工便利的考虑，一段挡土墙通常都采纳一个墙面坡。对干山区马路挡土墙，采纳较陡的墙面坡，可有效减小墙高，节约材料。一般状况下，重力式挡土墙、衡重式挡土墙墙面坡取1:0.05，仰斜式挡士墙的墙面坡取1:0.25，均能满意设计要求。 .背坡的选取 仰斜式挡土墙的墙背坡一般不超材1:0.3，详细结合开挖的临时边坡选取。 俯斜式挡土墙的墙背坡一般取1:0.2，随着墙高增加，墙顶宽度相应增大。 对于衡重式路肩挡土墙，当墙高8m而10m时，上墙背坡取1:0.3；下墙背坡取1:0.25。若为路堤墙，则上墙背坡应相应加大。 .设计限制重点 对于俯斜式

23、挡土墙，由于所受土压力较大，所以设计时应留意其稳定和抗倾覆的验算。对于衡重式挡土墙，一般较简单满意稳定要求，墙身断面的强度成为挡土墙设计中主要的限制指标，所以肯定要采纳高强度的材料砌筑。 8.结束语 马路挡土墙是路基防护工程的重要组成部分。在山区马路中，挡土墙的应用更为广泛，挡土墙设计时，应进行具体地调查、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，实行合理、可行的措施，以保证挡土墙的平安性和稳定性。 第16页 共16页第 16 页 共 16 页第 16 页 共 16 页第 16 页 共 16 页第 16 页 共 16 页第 16 页 共 16 页第 16 页 共 16 页第 16 页 共 16 页第 16 页 共 16 页第 16 页 共 16 页第 16 页 共 16 页