Design of the Retaining Wall

Presentation on theme: "Design of the Retaining Wall"— Presentation transcript:

1 Design of the Retaining Wall
第六章 挡土墙设计 Design of the Retaining Wall

2 §6-1：概述 Introduction 一、挡土墙的用途 Use of the Retaining Wall 定义 Definition 1.路基位于陡坡地段plat with the subgrade at abrupt slopes或岩石风化的路堑边坡地段slope of cut plat with rock decayed ； 2.为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑地段cut plat for avoiding mass cutting and lowering the height of the side slope； 3.可能产生塌方，滑坡的不良地质地段geologically bad plat with possible eboulement and landslide；

3 4.水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路基地段riverside subgrade plat seriously scoured by current or steeped in water for a long perioud 5.桥梁或隧道与路基的连接地段 connecting section between bridge and subbase 6.为节约用地，减少拆迁或少占农田地地段plat for conserving land, reduce removal or farming land 7.为保护重要建筑物，生态环境或其它特殊需要的地段plat for protecting important buildings, ecological environment or other special needs

4 2.用途 Use 路堑墙 cutting wall 路肩墙 shoulder wall 山坡墙 hillside wall 路堤墙 embankment wall 桥头挡土墙 bridgehead retaining wall

5

6 路堑墙 cutting wall： 1）在山坡陡峻处，用以减少挖方量，降低边坡高度，避免山坡因开挖而失去稳定； 2）在地质不良地段，用以支挡可能滑塌的山坡土体。

7 路堤墙 Embankment Wall： 1）在山坡陡峻处填筑路堤，用以支挡路堤下滑； 2）收缩坡脚，避免与其它建筑物相互干扰，减少填方量； 3）保证沿河路堤不受河水冲刷

8 路肩墙 Shoulder Wall： 1.支挡陡坡路堤下滑； 2.抬高公路； 3.收缩坡脚，减少占地，减少填方量； 山坡墙 Hillside Wall： 支挡山坡覆盖层或滑坡下滑

9 二.挡土墙的类型 Types of the retaining wall
1.按墙的位置分类： Classification based on the wall position 山坡墙、路堤墙、路堑墙、路肩墙 2.按墙的墙体材料分类： Classification based on the building types of the wall 石砌、混凝土、钢筋混凝土、砖砌、木质、钢板墙 3.按墙的结构形式分类： Classification based on the structural form of the wall 重力式、半重力式、衡重式、锚杆式、薄壁式、加筋土、垛式

10 挡土墙的特点及适用范围 Features of all types of walls
1、重力式挡土墙 重力式挡土墙 Gravity retaining wall

11 普通重力式挡土墙0rdinary gravity retaining wall：
　依靠墙自重承受土压力，结构简单，施工简便，由于墙身重，对地基承载力地要求比较高。 衡重式挡土墙dead gravity retaining wall： 　　设置衡重台使墙身重心后移，并利用衡重台上的填土，增加墙身稳定。上墙背俯斜而下墙背仰斜，可降低墙身及减少基础开挖，以及节约墙身断面尺寸。适用于陡山坡的路肩墙、路堤墙和路堑墙 混凝土半重式:half- gravity concrete retaining wall 　在墙背设少量钢筋,并将墙趾展宽,以减薄墙身,节省圬工.一般适用于低墙

12 锚定式挡土墙(锚杆式) Tied retaining wall (anchored bar) 锚杆式挡土墙　Tie rod anchored retaining wall： 　由肋柱，挡板和锚杆组成，靠锚杆锚固在山体内拉住肋柱。肋柱，挡板可预制。一般适用于墙身较高的路堑墙或路肩墙。

13 锚定式挡土墙(锚定板式) Tied retaining wall (anchor plate) 锚定板式挡土墙 Anchor plate retaining wall： 　　类似于锚杆式挡土墙，仅锚杆的固定端用锚定板固定在山体内。一般适用于路堑墙或路堤墙。

14 薄壁式挡土墙 Slipsheet retaining wall (悬臂式、扶壁式) 悬臂式挡土墙　cantilever retaining wall： 由立壁，墙趾板和墙踵板组成，利用墙踵板上的填土重量来维持土体稳定。适用于缺乏石料地区及挡土墙高度不大于7m的情况。

15 扶壁式挡土墙 buttress retaining wall：
　相当于沿悬臂式挡土墙的墙长，每隔一定距离设置一道扶壁，使墙面板与墙踵板连接起来，以承受较大的弯矩作用。适用于高墙。

16 加筋土挡土墙 reinforced earth retaining wall：
由面板，拉筋和填料组成，依靠拉筋与填料之间的摩擦力来抵抗侧向土压力，面板可预制。适用于缺乏石料地区及在软弱地基上修筑路肩墙与路堤墙。

17 垛式挡土墙buttress retaining wall：
用钢筋混凝土预制杆件，纵横交错装配成框架，内填土石，以抵抗土压力。适用于缺乏石料地区的路肩墙与路堤墙。

18 桩板式挡土墙pile-baffler retaining wall：
由桩柱和挡板组成，利用深埋的桩柱前土层的被动土压力来平衡墙后主动土压力。适用于土压力大，要求基础埋置深地段，可用于路堑墙、路肩墙。

19 §6-2：挡土墙的构造与布置 一.挡土墙的构造 Structure of the Retaining Wall 墙身、基础、排水设施与伸缩缝构成 1.墙身 墙顶 墙背 墙面 墙趾 墙踵

20 墙背 仰斜、俯斜、垂直、凸形折线和衡重式 仰斜挡墙墙背所受土压力小，墙背比较经济。但基础外移，地面横坡比较陡时，增加墙高，断面增大； 俯斜式所受土压力较大，通常在地面坡度较陡时采用，借助于陡直的墙面，减小高度； 衡重式在上下墙之间设一衡重台，采用陡直的墙面，适宜于陡峻的地形。 墙背的坡度一般在1：0.25～1：0.4，仰斜式坡度在1：0.25左右。

21 墙面 wall space：墙面一般为平面，其坡度与墙背坡度相协调，还应考虑到墙趾处地面的横坡度。
墙顶 wall crest： 护栏 guard rail： 2.基础 foundation 　基础形式的选择和基础埋置深度的确定 　挡土墙一般采用浅基础，只有特殊情况下，才使用桩基。 　基础类型 foundation types 　　扩大基础 spread foundation 　　台阶基础 step foundation 　　钢筋混凝土基础 armored concrete foundation 　　拱形基础 vaulted foundation 　　 换填基础 refilled foundation

22 扩大基础spread foundation
钢筋混凝土基础armored concrete foundation 换填基础refilled foundation

23 基础埋置深度 embedment depth of foundation 影响因素：地质条件、水文情况、冻结深度、邻近建筑物的基础影响
拱形基础 vaulted foundation 台阶基础 footstep foundation 基础埋置深度 embedment depth of foundation 影响因素：地质条件、水文情况、冻结深度、邻近建筑物的基础影响 一般情况下，地表下不小于1米。

24 3.排水设施 drainage facilities
目的： 疏干墙后土体； 防止地面水下渗； 防止墙后积水形成静水压力等 主要措施： 设置地面排水沟，或排地面水。 夯实回填土顶面和地面松土，防止雨水及地面水下渗。 路堑挡土墙墙趾到边沟予以铺砌加固，以防止边沟水渗入基础。 设置墙身泄水孔，排除墙后水。

25 排水设施：drainge facilities 地面排水和墙身排水
地面排水：ground drainge 主要防止地表水渗入墙背填料或地基． 墙身排水：body drainge 主要为了迅速排除墙后积水．

26 沉降缝与伸缩缝 settlement joint and expansion joint
为避免因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，需根据地质条件的变异和墙高，墙身断面的变化情况设置沉降缝。 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。 根据地形及地质情况：每隔10-15米设一道沉降伸缩缝。 填料：胶泥填塞，沥青麻筋或涂以沥青的木板（渗水量大、冻寒严重地区），当墙背为填石或冻寒不严重时，可仅留空缝，不嵌填料。

27 二、挡土墙的布置 set-up of the retaining wall
路基横断面和墙趾纵断面cross section of the subgrade or profile of the wall toe 1．挡土墙的横向布置 how to locate the retaining wall 在墙高最大处，墙身断面或基础形式有变异处，以及其它必须桩号处的横断面上进行。 2．挡土墙的纵向布置 longitudinal set-up of the retaining wall 　1）确定起讫点和墙长，选择挡土墙与路基或其它结构物衔接方式；to decide the starting point, the end and the length of the wall, and choose the joining way between the retaining wall and the subgrade and other stuctures 　2）按地基及地形情况进行分段，确定沉降缝与伸缩缝 divide the retaining wall into sections according to the subgrade and topographic features and locate the settlement joint and the expansion joint ； 　3）布置挡土墙的基础 arrange the subgrade of the retaining wall； 　4）布置泄水孔的位置 locating the weep-hole

28 　3．平面布置 floor plan layout

29 Earth pressure calculation of the retaining wall
§6-3：挡土墙土压力计算 Earth pressure calculation of the retaining wall 主要力系assemblage of main forces： 1）挡土墙自重及位于墙上的衡载 2）墙后土体的主动土压力 3）基底的法向反力及摩擦力 4）墙前土体的被动土压力 附加力系 assemblage of additional forces： 季节性作用于挡土墙的各种力。 特殊力系 assemblage of special forces： 偶然出现的力。

30 二、一般条件下Coulomb主动土压力计算 土压力的类型 ：主动土压力、被动土压力、静止土压力
◊ 一般地区，挡土墙设计仅考虑主要力系，在浸水地区应考虑附加力，地震地区还应考虑地震对挡土墙的影响，按最不利的组合进行设计。 二、一般条件下Coulomb主动土压力计算 土压力的类型 ：主动土压力、被动土压力、静止土压力

31 主动土压力与被动土压力的区分： 假定挡土墙处于极限移动状态，土体有沿墙及假想破裂面移动的趋势，则土推墙即为主动土压力，墙推土即为被动土压力。 路基挡土墙的土压力考虑： 路基挡土墙一般都有可能有向外的位移或倾覆，因此，在设计中按墙背土体达到主动极限平衡状态考虑，且取一定的安全系数以保证墙背土体的稳定。墙趾前土体的被动土压力一般不计。

32 路堤墙为例（5种计算图式）：破裂面交于内边坡、破裂面交于路基内侧、中部和外侧、破裂面交于外边坡

33 计算主动土压力的步骤： 计算挡土墙的土压力，首先确定产生最大土压力的破裂面，求出破裂角。（试算法） 先假定破裂面位置是否通过荷载中心，按此图式及相应的公式求出破裂角，与原假定的破裂面位置相对比，看是否相符；如与假定不符，重新计算假定破裂面，直至相符为止； 根据破裂角计算最大主动土压力。

34 三. 车辆荷载换算及计算参数 vehicle loading conversion and calculation factors 1
三.车辆荷载换算及计算参数 vehicle loading conversion and calculation factors 1.车辆荷载换算 vehicle loading conversion (1)按墙高确定的附加荷载强度进行换算 (2)根据破裂棱体范围内布置的车辆荷载换算 2.计算参数 calculation factors (1)填料的计算内摩擦角和重度（见表6-6） inner friction angle and gravity of fill materials (2)墙背摩擦角 back wall friction angle （见表6-7）

35 §6-4：挡土墙设计原则 retaining wall design principle 一.挡土墙的荷载组合 Loading combination

36 挡土墙的荷载 1）永久荷载（恒载）：墙重、填土重，填土的侧压力。 2）可变荷载：汽车土压力，浮力，静水压力、施工荷载 3）偶然荷载： 常用荷载组合：

37 二.挡土墙的设计原则 design principle 极限状态分项系数法 limit situation item factors
挡土墙设计极限状态分构件承载力极限状态和正常使用极限状态. Retaining wall limit situation: Bearing loads limit situation and normally application limit situation 承载力极限状态出现任一即认为超过承载力极限状态： 1）整个或一部分挡土墙作为刚体，失去平衡； 2）构件或连接部分强度破坏或过度塑性变形； 3）变为机动体系或局部失去平衡；

38 正常使用极限状态出现任一即认为超过正常使用极限状态：
1）影响正常使用或外观变形 2）影响正常使用或耐久性局部破坏（包括裂缝） 3）影响正常使用的其它特点状态 挡土墙按构件承载能力极限状态设计，采用下列表达式：

39 一.挡土墙稳定性验算 stability computations of the retaining wall
§6-5：重力式挡土墙设计 一.挡土墙稳定性验算 stability computations of the retaining wall 容许应力法 allowable stress computation 极限状态分项系数法 ultimate stress computation 1.挡土墙的破坏形式 destruction types of the retaining wall 1）由于基础滑动而造成的破坏； 2）由于绕墙趾转动所引起的破坏； 3）由于基础产生过大或不均匀的沉陷而引起的墙身倾斜； 4）因墙身材料强度不足而产生的墙身剪切破坏；

40 2.抗滑稳定性验算 anti-slippery stability computation
验算在土压力及其他外力作用下,基底磨阻力抵抗挡土墙滑移的能力.

41 3.抗倾覆稳定性验算 tilt stability computation
验算挡土墙抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力.

42 二.基底应力及合力偏心距的验算 1.基础地面的压应力 compression stress in foudation
computation of the subgrade stress and the excentricity of composite forces 为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力,应进行基底应力验算,为了避免挡土墙不均匀沉陷,控制作用于挡土墙基底的合力偏心距. 1.基础地面的压应力 compression stress in foudation (1)轴心荷载作用 axis loading (2)偏心荷载作用 eccentric loading

43 ①当e≤B/6 ②当e＞B/6

44 2 基底合力偏心距 eccentric moment inend of foundation
3.地基承载力抗力值 bearing capacity of subsoil (地基应力的设计值应满足地基承载力的抗力值) (1)当轴向荷载作用时 (2)当偏心荷载作用时 (3)地基承载力抗力值的规定 definition of bearing capacity of subsoil

45 三.墙身截面强度的验算 computation of the sectional dependability of the wall body 为了保证墙身具有足够的强度,应根据经验选择1～2个控制断面进行验算.

46 1.强度计算 strength calculation 2.稳定计算 stability calculation 3.弯曲抗拉极限强度 bend tensile limit strength 4.正截面直接受剪时验算 direct shear strength

47 法向应力验算 normal stress check
B.剪应力验算 shear stress check

48 四.增加挡土墙稳定性的措施 ways to enhance the stability of the retaining wall
1.增加抗滑稳定性的方法 ways to enhance the anti-slippery stability 1）设置倾斜基底 set up slanting foundation 设置倾斜基底示意图 2）采用凸榫基础 adoption of tenon foundation 采用凸榫基础示意图 3）采用人工基础 adoption of manpowered foundation

49 2.增加抗倾覆稳定性的方法 ways to enhance the tilt stability
1）展宽墙趾 broaden the wall toe 2）改变墙面及墙背坡度change grade of wall space and wall back 2）改变墙身断面类型change types of section of the wall body 3.提高地基承载力或减小基地应力的方法 ways to enhance the bearing capacity of subsoil and reduce the bastion stress 1）采用人工基础 adoption of manpowered foundation 2）采用扩大基础 adoption of spread foundation

50

51 §6-3：浸水挡土墙设计 design of the immerseable retaining wall
与一般挡土墙的区别 difference from ordinary retaining wall： 1）土压力因填料受浮力的影响而减小； 2）有附加力系的作用，如动水压力、静水压力、上浮力； 3）浸水挡土墙的稳定性降低; 4) 砂性土的内摩擦角在浸水前后不变,粘性土浸水后抗剪强度降低;

52 一、浸水挡土墙土压力的计算 calculation of the pressure against the immerseable retaining wall 1、填料为砂性土 cohesionless soil as the filler 计算前提条件： 1）内摩擦角不变 Inner friction angle isn’t varied 2）破裂面为一平面； bursting surface is flat 3）浸水部分填料容重为浮容重。 Dense is floating dense

53 2.填料为粘性土 cohesive soil as the filler
将填土的上下两部分视为不同性质的土层,分别计算土压力.计算中,先求出计算水位以上填土的土压力,然后再将上层填土重量作为荷载,计算浸水部分的土压力.将两者矢量和作为全墙土压力.

54 二、静水压力、动水压力、上浮力的计算 calculation hydrostatic pressure, hydrodynamic pressure and buoyance pressure
1.静水压力 calculation hydrostatic pressure P1 墙面静水压力 墙背静水压力 2.上浮力 buoyance pressure P2 基底的上浮力P2 墙身的上浮力P2 3.动水压力 hydrodynamic pressure P3

55

56 三、浸水挡土墙稳定性验算 computation of the immerseable retaining wall
1.抗滑稳定性验算 anti-slippery stability computation 2.抗倾覆稳定性验算 tilt stability computation 3.基底应力及合力偏心距的验算 computation of the subgrade stress and the excentricity of composite forces 4.利用优选法确定最小稳定系数和最不利水位. determining the minimum stability factor and the wrong water level by comparing

57 小结 1.挡土墙的类型与作用 2.挡土墙的墙身构造、基础、排水设施和伸缩缝与沉降缝. 3.挡土墙的土压力类型及其主动土压力的计算. 4.挡土墙的稳定性验算及改进措施

58 作业 1.常用挡土墙结构类型与特点如何？ 2.挡土墙为何要有排水设施，为何要设缝，各有何要求？
3.挡土墙破坏形式与原因。验算挡土墙稳定性的项目有哪些什么，采用什么方法进行验算?增强挡土墙稳定性采取什么措施？