悬臂式挡土墙设计.docx
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悬臂式挡土墙设计
悬臂式挡土墙设计
课程设计
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《岩土锚固与支挡工程》课程设计书
题F--（悬臂式挡土墙设计）
1.滑坡概况
1.1地形地貌
该滑坡位于成都地区某河左岸某村，海拔高程位于189~335m之间，相对高差146m，坡度变化较大，约5～30°，呈阶梯状，前缘、后缘及台地之间交接部位较陡，发育多条“V”型冲沟，深度1~10m。
滑坡区纵向长约200m，横向宽约300m，面积约2.8×104m2，平均厚度约10m，体积约28×104m3。
设计基本地震加速度为0.10g（抗震设防烈度为7度）。
1.2气象水文
该区域属亚热带季风气候区，春早、夏热、秋雨绵、冬暖而多雾，无霜期长，气候温暖湿润，雨量充沛。
多年平均气温16.6℃～18.7℃，极端最低气温-4.5℃（1961年1月17日），极端最高温42℃（1961年7月24日），相对湿度80%左右；年降雨量1149.3～1213.5mm，其中5～9月降雨量占全年降雨量的70%，9月份出现高峰值，占全年降雨量的15.6%，冬季（12月至次年2月）降雨量最少，仅占全年降雨量的4.2%，日最大雨量220.5mm（1982年7月11日），三日最大雨量357.7mm。
根据当地水文资料，设计暴雨强度为0.153mm/min。
1.3地层岩性
勘察区地层由坡积物、滑坡堆积物及侏罗系上统沙溪庙组（J2s）组成。
坡积物（Q4dl）：
厚约1～3m，为紫红色粉质粘土夹块碎石，块碎石直径0.1～0.5m，含量约15％～20％，主要分布于山间凹地、平台及斜坡坡脚地带。
滑坡堆积（Q4del）：
粘性土夹碎石或碎块石夹粘性土，厚度不均，约8~30m。
侏罗系中统上沙溪庙组（J2S）砂岩：
青灰-灰绿色、灰白色、黄灰色，主要矿物成分为长石、石英，及少量白云母，细-中粒结构，中厚层-厚层状构造，较坚硬，产状：
330°∠5°。
1.4滑坡边界特征
滑坡后缘以处于陡坡上部的平缓台地与田坎交界处为界，陡坡上部平缓处可见地面裂缝；前缘直至坡脚；两侧以冲沟为界。
滑坡范围内，田地里可见长度约50m，宽约3-5cm裂缝，走向185°；某居民住宅地坪可见裂缝长7.0m，宽宽1-3cm，走向175°，地面下沉约2~10cm，该裂缝于2004年9月出现，以后逐年加宽；某居民房屋可见拉张裂缝、地面裂缝等现象，裂缝走向约195°。
1.5滑体物质组成
含碎块石粉质粘土：
表层为耕植土，含少量碎石及植物根系，褐黄色~褐红色，硬塑～~可塑状，结构略显松散，韧性干强度中等，刀切面稍有光泽，碎石主要成分为强风化砂岩，棱角状，粒径0.2~0.5cm，块石主要成分为砂岩，棱角状，直径0.3~3m不等。
该层土石比一般8:
2~7:
3，大重度平均值为19.68kN/m3。
块碎石土：
紫红色、褐色、灰色，块石主要成分为砂岩，偶见中风化泥岩，碎石主要成分为强风化砂岩，块碎石间充填有褐黄色~红棕色，粉质粘土呈可塑~硬塑状，结构较密实。
该层土石比一般4:
6~2:
8，大重度平均值为20.80kN/m3。
1.6滑带特征
滑带土为含碎石角砾粉质粘土，呈紫红色、褐黄色，褐灰色，厚0.1~0.3m。
粉质粘土以可塑状为主，局部呈软塑状，干强度中等，韧性中等，手捻滑感明显。
分布在滑体底部与基岩接触面之间。
其主要物理力学指标如下：
表1-1土体设计参数表
序号
项目
单位
滑带土
滑体土
1
重度
天然
kN/m3
-
19
饱和
kN/m3
-
20
2
抗剪强度
天然
C
kPa
15（剖面1）
14（剖面2）
32
φ
度
13（剖面1）
12（剖面2）
20
饱和
C
kPa
13.5（剖面1）
13（剖面2）
24
φ
度
11.5（剖面1）
10.5（剖面2）
13
3
地基承载力
kPa
-
300
4
基底摩擦系数
0.30
天然含水量在18.1~22.8%之间，平均值为19.96%；天然重度19.6~21.2kN/m3，平均值为20.47kN/m3；饱和重度20.4~21.3kN/m3，平均值为20.81kN/m3；天然孔隙比在0.511~0.665之间，塑性指数10.3~16.8，液限指数0.12~0.48。
滑带土天然抗剪峰值强度：
内聚力C=24~66kPa，内摩擦角φ=11.2~16.5°；天然抗剪残余强度：
内聚力C=15~36kPa，内摩擦角φ=7.1~11.9°；饱和快剪峰值强度：
内聚力C=14~36kPa，内摩擦角φ=6.7~10.8°；饱和快剪残余强度：
内聚力C=11~28kPa，内摩擦角φ=4.0~7.0°。
1.7滑床特征
滑床为侏罗系中统上沙溪庙组中风化砂岩，较完整，强风化层基本不可见。
砂岩天然重度23.23-25.19kN/m3。
表1-2岩石设计参数表
序号
项目
单位
中风化砂岩
1
重度
天然
kN/m3
24
饱和
kN/m3
25
2
抗压强度
天然
MPa
17
饱和
MPa
13
3
锚固体与砂岩粘结强度
kPa
1000
4
地基承载力
MPa
2.00
5
锚杆与砂浆粘结强度
kPa
砂浆标准抗压强度10%
6
地基系数（K）
MN/m3
150
7
岩石侧应力容许值[б]
kPa
3000
8
基底摩擦系数
0.40
1.8滑坡潜在危害
危害人数为1200人，可能直接经济损失约1100万元。
2.治理工程总体设计
2.1等级划分、工况及安全系数
本工程是针对于位于成都地区某河左岸某村的一个滑坡体而言，该滑坡体呈阶梯状，前缘、后缘及台地之间交接部位较陡，发育多条“V”型冲沟，深度1~10m。
采用悬臂式挡土墙进行支护处理。
表2-1一般滑坡防治工程分级表
级别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
危害对象
县级和县级以上城市
主要集镇。
或大型工矿企业、重要桥梁、国道专项设施
一般集镇。
县级或中型工矿企业、省道及一般专项工程
受灾程度
危害人数/人
>1000
1000~500
<500
直接经济损失/万元
>1000
1000~500
<500
潜在经济损失/万元
>10000
10000~5000
<5000
施工难度
复杂
一般
简单
工程投资
>1000
100~500
<500
根据上表，危害等级为
级。
表2-2防治工程等级及安全系数说明表
工程等级
Ⅰ级
Ⅱ级
Ⅲ级
工况Ⅰ
1.35
1.25
1.15
工况Ⅱ
1.25
1.20
1.10
工况Ⅲ
1.15
1.10
1.05
所以采用工程等级为
级，工况1：
1.35，工况2：
1.25，工况3:
1.15。
2.2设计依据规范及相关教材及参考书
（1）《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2006）；
（2）《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T0219-2006）；
（3）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）；
（4）《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）；
（5）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；
（6）《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）；
（7）《铁路路基支挡结构设计规范》（TB10025-2006）；
（8）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）；
（9）《岩土支挡与锚固工程》（教材）
2.3设计标准
荷载强度标准在1级滑坡在第二种工况下，暴雨强度重现期为50年，安全系数为1.25。
2.4设计参数
对于该滑坡而言，挡土墙位于滑坡体的前缘，挡土墙的墙高为H=5.4m，在墙背后将坡面填平，使滑坡表面与水平面之间水平,可假定墙背与滑坡体之间的摩擦角δ=0,土体内摩擦角φ因滑坡土所处的状态以及剖面的位置而不同，又因为参考的是滑体2的工况
最危险，所以φ=10.5°。
挡土墙在主动土压力作用下向前移动。
滑体的重度为20kN/m3，滑坡体表面没有上部荷载，地基承载力为300MPa，基地摩擦系数取0.3。
2.5稳定性计算
2.5.1剖面计算
针对于剖面1，按条分法对滑坡体进行分块，具体分为16个竖直条块，具体分块情况如
图2-1：
图2-1剖面1分块图
针对于剖面2，按条分法对滑坡体进行分块，具体分为15个竖直条块，具体分块情况如
图2-2：
图2-2剖面2分块图
2.5.2计算模型
一般的利用地质勘探的方法来确定滑面的位置后，即可进行稳定性评价和滑坡推力计算。
如果沿着潜在滑面上的滑体的滑动力大于滑面上的抗滑力，就会发生滑坡。
这时推力的计算结果可为所需设置的支挡结构提供设计荷载。
稳定性分析和滑坡推力计算的简便实用的方法就是条分法。
在该法中，将滑裂面以上土体分成若干垂直土条，对作用在各土条上进行力与力矩的平衡分析。
传递系数法基本假定：
1、滑坡体不可压缩并整体下滑，不考虑条块之间挤压变形；
2、条块时间只传递推力不传递拉力，不出现条块之间的拉裂
3、块间作用力以集中力表示，它的作用线平行于前一块的滑面方向，作用在分解面的中点；
4、垂直滑坡主轴单位长度（一般为1m）宽的岩土体作计算的基本断面，不考虑滑块两侧摩擦力。
对于传递系数的分析：
在滑坡横断面图中，将滑坡体依据滑块倾角等原则将滑体进行划分，并确定出各条块的倾角大小，并记录数值，然后依据传递系数的计算公式：
式中：
、
分别为第n-1、第n块条块的倾角；
为第n块滑体沿滑动面土的内摩擦角标准值。
通过该公式就可以得出各条块的传递系数。
对于剩余下滑力的分析：
式中，
——第n块、n-1块滑体的剩余下滑力；
——传递系数；
——第n块滑块的自重力；
——第n块滑块沿滑动面土的内摩擦角标准值；
——第n块滑块沿滑动面土的粘聚力标准值；
——第n块滑块沿滑动面的长度。
2.5.3计算结果
剖面1、剖面2关于不同工况的剩余下滑力计算结果如下表：
表2-3剖面剩余下滑力
剖面号
剖面1
剖面2
工况I
工况II
工况III
工况I
工况II
工况III
剩余滑坡推力
-524.32
46.40
-687.60
-438.78
85.03
-615.44
由上表可知，对于剖面2的分块分析处理，在工况
的剩余下滑力最大，也就在该种情况最危险，在滑坡体的最前缘，剩余下滑力为85.03kN。
2.6治理工程总体布置
本次设计采用挡土墙来治理该滑坡，挡土墙设置在滑坡前端，埋置深度为1.5m，墙后填土为水平，具体布置详见附图。
2.7治理工程分项设计
2.7.1分项工程设计
对于该滑坡，其滑坡前缘为响水村6组，有大量民用建筑，有大量人群居住，对于广大人民的生命财产安全有这种大威胁。
综合考虑滑坡体的滑坡推力大小、滑坡体的地形条件以及安全经济方面等的影响，在滑坡体前缘的适宜位置修建一挡土墙，其位于滑坡体前缘位置，大部分挡土墙位于民用建筑之后。
详细布图见附图之工程地质平面图。
挡土墙的剖面结构选择参考《岩土支挡与锚固工程》及《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）等规范，其挡土墙高为5.4m，其为悬臂式挡土墙，相应的结构尺寸见附图之工程地质剖面图。
由支挡结构计算书可知，其抗倾覆稳定验算、抗滑稳定验算以及地基承载力验算据满足要求，其相应的计算可从设计计算书中得到。
挡土墙施工不当回应其滑坡体的活动加剧或者局部复活。
因此，为确保施工安全，达到预期的治理效果，应该特别注意挡土墙施工操作机相关安全要求。
1、施工现场准备
（1）复查和了解响水村6组周边地形、地质、文化、气象、水源、电源、料源或料场、交通运输、通讯联络以及农田水利设施、森林生态、环境保护有关情况；
（2）根据挡土墙工程地质平面图和施工临时设施的需要确定用地范围，设立标志；
（3）对施工现场内的障碍物清除，以利于施工的全面展开；
（4）按照施工平面位置修建临时房屋，安装供水管道、架设供电线路，设置料场及混凝土搅拌场，修建临时排水设施等；
（5）根据施工设备的配置情况，确定进出现场的施工通道，修建临时施工便道，保证大型机械设备、车辆的安全通行，同时选择适当的场地作为材料临时堆放场。
2、基础工程
采用人工配合挖掘机开挖基槽。
开挖时，根据设计要求，10m～15m为一个施工段，先进行基槽开挖，挖槽时注意轴线、标高及基底尺寸，当挖至设计标高后，对基底进行碾压，然后进行地基承载力试验，试验结果不符合设计要求，则由业主、监理、设计及施工方共同现场确认该不合格部位的处理方案（换填或继续开挖），按确认的方案处理以后用压路机碾压，并进行地基承载力试验，直至符合设计要求为止。
达到设计承载力后尽快封底，进行下一道工序。
3、模板工程
（1）模板采用组合钢模板或者木，使用钢模板前进行修理，做到表面除锈工作；
（2）模板间隙用密封条封闭，模板要安设牢固，上部模板安装时，要用滑轮提开；
（3）墙体模在一定位置预留洞口，混凝土灌注后，要及时封口；
（4）支模过程中，如需中途停止，应将支撑，搭头，柱头板等钉牢；
（5）拆除模板一般用长撬棍，防止整块模板掉下，以免伤人；
（6）拆除模板从上至下，不得上、下同时作业。
注意事项：
（1）施工人员戴安全帽、安全带，不得赤脚或穿拖鞋；
（2）不得从高处抛掷模板、卡扣、联结零件；
（3）拆模作业区内，严禁闲杂人员逗留。
4、钢筋工程
本工程采用HR335钢筋。
（1）钢筋按设计长度量测后，用画石笔划印，然后用钢筋切断机切断，按规格分堆码放，做好标识、底部放木方与地面隔离;
（2）钢筋按设计尺寸弯制，弯曲的钢筋要平顺、光滑、无扭曲、翅曲;
（3）钢筋焊接采用单面搭接焊或双面搭接焊;
（4）钢筋骨架组装采用焊接、绑扎相结合的方法。
注意事项：
（1）钢筋接头在受拉区、同一截面上不得超过25﹪，同一根钢筋在同一截面上不得有两个以上接头；
（2）同品牌钢筋不能以细代粗，可以以粗代细；
（3）钢筋焊接接头，必须先对焊接试件作拉伸试验，试验合格后方准进行批量焊接；
（4）钢筋弯制需在常温下进行，不得加热弯制；
（5）钢筋骨架与模板间垫脚石块要呈梅花形布置。
材料采用同保护层等厚的片石或混凝土垫块；
（6）绑制完的钢筋骨架要平顺，位置要正确；
（7）钢筋骨架安置后，不得在其上行走，堆放料具。
5、混凝土工程
（1）混凝土采用C30商品混凝土，用专用混凝土搅拌运输车;
（2）混凝土采用泵送入模的方式、分层浇筑，每层浇筑高度不大于0.3m;
（3）混凝土采用插入式振捣棒振捣，每个振捣棒配2人，计划用3台振捣棒;
（4）墙体、底板一次浇注成型;
（5）墙体浇注、施工缝设在不同高度;
（6）振捣时，必须保证混凝土震捣密实，不得出现蜂窝、麻面;
（7）随时检查钢筋骨架，确保保护层厚度，确保不露筋;
（8）混凝土入模时的速度要严格控制，避免胀模;
（9）混凝土浇注过程中要随时检查、模板有无变形、离缝现象，一旦出现问题，要立即停止浇注，加固模板;
（10）混凝土浇注要连续，中间不得停顿，停歇时间超过1.5小时要做施工缝处理;
（11）随时检查混凝土的坍落度。
6、边坡工程
（1）挡土墙混凝土强度达到设计强度的75％后，回填边坡；
（2）靠近墙背1.5m范围内用小型振捣器分层捣填密灾，每层厚度不大于20cm，其它范围内用压路机碾压密实。
（3）墙背后设30cm厚砂夹卵石反滤层，反滤层由15cm厚中砾（粒径4-6mm，平均粒径4.6mm）和15cm厚小卵石（粒径30-40mm，平均粒径34mm）组成，粗粒径填在靠墙一侧，挡土墙最低排泄水孔的下部设隔水层；
（4）沉降缝缝宽2cm，用沥青麻絮填实或用防水性能好的材料充实，并用40cm土工布沿缝铺一层，以防粉土流失。
2.7.2工程量
本次工程立板与结构均采用C20混凝土和HR335钢筋，挡土墙墙高为5.4m,立板高度为5m，为便于施工，立板内侧做成竖直面，外侧做成有一定角度的斜坡。
底板为4.05m,墙踵板为3m，墙底板为0.65m。
立板选用Ф16@110，实际配筋面积为As=1828mm2，墙踵板选用Ф16@70，实际配筋面积为As=2872mm2，其受力钢筋位于墙踵板的顶面。
墙趾板受力钢筋位于墙趾板的底面。
故，总共所需要的钢筋数为：
288.183t；总共混凝土量为：
1503m3,总共需要挖方体积为：
1403m3，填方量：
14525m3。
设计计算书
1.稳定性计算
1.1概述
对于该滑坡，将滑裂面以上土体分成若干垂直土条，对作用在各土条上进行力与力矩的平衡分析。
其中剖面1分成15个条块，而剖面2分成15个条块，每个条块之间相互不影响，只传递推力的作用。
针对于两个剖面的三种不同的工况条件，应用条分法的原则，计算出每种工况条件下的各个条块之间的下滑力和抗滑力，从而得出剩余下滑力的大小。
式中，
——第n块、n-1块滑体的剩余下滑力；
——传递系数；
——第n块滑块的自重力；
——第n块滑块沿滑动面土的内摩擦角标准值；
——第n块滑块沿滑动面土的粘聚力标准值；
——第n块滑块沿滑动面的长度。
1.2剖面1的滑坡推力计算
分块图如土1-1：
图1-1剖面1分块图
结算结果如图：
表1-1工况
安全系数
条块号
面积
容重r
L滑面
βi
ci
φ
Wi
Ψ传递
F下滑
F抗滑
剩余下滑力Ei
m2
kN/m3
m
°
kN/m2
°
kN
kN
kN
kN
1.35
1
9.98
19
6.69
33.76
15
13
189.62
142.26
-136.73
5.53
1.35
2
49.22
19
10.47
21.53
15
13
935.18
0.93
468.45
-357.78
110.67
1.35
3
127.07
19
18.89
18.18
15
13
2414.33
0.98
1125.92
-812.64
313.28
1.35
4
169
19
21.81
16.74
15
13
3211.00
0.99
1559.92
-1036.68
523.24
1.35
5
86.55
19
10.1
15.4
15
13
1644.45
0.99
1109.81
-517.33
592.49
1.35
6
100.09
19
11.18
14.58
15
13
1901.71
1.00
1236.74
-592.38
644.36
1.35
7
197.36
19
20.11
13.94
15
13
3749.84
1.00
1862.19
-1141.43
720.76
1.35
8
171.17
19
15.68
16.29
15
13
3252.23
1.01
1958.51
-955.52
1002.99
1.35
9
190.03
19
18.72
14.02
15
13
3610.57
0.99
2173.88
-1089.11
1084.77
1.35
10
153.6
19
15.32
12.65
15
13
2918.40
0.99
1941.28
-886.87
1054.42
1.35
11
61.13
19
5.77
9.09
15
13
1161.47
0.98
1284.99
-351.19
933.80
1.35
12
116.79
19
11.11
5.97
15
13
2219.01
0.99
1232.26
-675.90
556.36
1.35
13
128.78
19
16.83
4.99
15
13
2446.82
1.00
841.40
-814.91
26.50
1.35
14
57.1
19
12.92
4.81
15
13
1084.90
1.00
149.29
-443.26
-293.97
1.35
15
30.22
19
8.22
5.88
15
13
574.18
1.00
-215.78
-255.09
-470.87
1.35
16
3.27
19
3.15
9.6
15
13
62.13
1.01
-462.94
-61.39
-524.32
表1-2工况
安全系数
条块号
面积
容重r
L滑面
βi
ci
φ
Wi
Ψ传递
F下滑
F抗滑
剩余下滑力Ei
m2
kN/m3
m
°
kN/m2
°
kN
kN
kN
kN
1.25
1
9.98
20
6.69
33.76
13.5
11.5
199.60
138.65
-124.06
14.59
1.25
2
49.22
20
10.47
21.53
13.5
11.5
984.40
0.93
465.21
-327.55
137.66
1.25
3
127.07
20
18.89
18.18
13.5
11.5
2541.40
0.99
1126.95
-746.00
380.94
1.25
4
169
20
21.81
16.74
13.5
11.5
3380.00
0.99
1595.80
-952.62
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1.25
5
86.55
20
10.1
15.4
13.5
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6
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20
11.18
14.58
13.5
11.5
2001.80
1.00
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7
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20
20.11
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1.00
2008.34
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8
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20
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