悬臂式挡土墙.docx

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悬臂式挡土墙

第一章概述

第一节挡土墙设计基本资料

一、建筑物总体设计资料

挡土墙是整个枢纽或单体建筑物的组成部分。

为满足枢纽或单位建筑物与两岸连接、挡土、水流、防渗排水等各项要求，需要提供与总体设计有关的下属资料。

（1）建筑物的工程等级及设计标准

（2）建筑物总体布置图，并根据总体布置要求提出对挡土墙平面和立面的布置及基本尺寸的要求。

（3）设计、校核，建成，正常运用及施工期墙前、墙后各种水位。

（4）根据总体防渗排水要求提出对挡土墙需满足的侧向防渗排水要求。

二、地形资料

为进行挡土墙的平面布置和立面设计，需提供1:

500～1:

1000的大比例地形图和纵横剖面图。

三、地质和水文地质资料

挡土墙设计需提供以下地质和水文地质资料

（1）挡土墙地基的岩土层结构及其工程性质如承载力、基地摩擦系数和强度指标等。

对于大中型及重要工程应通过野外或室内试验提供，对于小型工程可参照已建工程或按经验选取。

（2）提供天然状态下的地下水位资料。

四、回填土的物理性质

土压力是作用在挡土墙上的主要荷载。

回填土的物理力学为指标如摩擦角、粘聚力、重度等是决定土压力的关键指标，对于大中型或重要工程应通过室内或室外试验取得。

对于小型工程可参照已建工程或按经验选取。

其他有关资料如下：

（1）在冻土地区要提供冻结深度，地基土及回填土的冻胀性指标，如冻胀量等。

（2）墙前无护砌，有冲刷水流作用时，应提供地基土的抗冲性能，据以计算冲刷深度，确定墙基埋置深度。

（3）建造挡土墙材料的重度及各种强度指标。

（4）墙背摩擦角。

第二节挡土墙设计的基本内容和一般步骤

一、挡土墙设计的基本要求

为做出合理的挡土墙设计，应满足以下两项基本要求：

（一）选择合理的结构形式

挡土墙的结构形式应根据建筑物总体布置要求、墙的高度、地基条件、当地材料及施工条件等通过经济技术比较确定。

（二）合理的断面设计

为做出合理的断面设计。

在挡土墙设计中，应考虑以下各种条件：

（1）填土及地基指标的合理选取。

（2）根据挡土墙的结构设计、填土性质、施工开挖边坡等条件选用合理的土压力计算公式。

（3）根据正常运用、设计、校核、施工和建成等情况进行荷载计算和组合，并在稳定和强度检算中根据有关规定要求，确定合理的稳定和强度安全系数。

二、挡土墙设计的基本内容

挡土墙设计的基本内容如下：

（一）挡土墙的稳定检算

挡土墙的稳定检算包括以下内容：

（1）抗滑稳定验算；

（2）抗倾稳定检算；

（3）地基应力检算和应力大小比或偏心距控制。

（二）挡土墙的结构设计

对于混凝土、浆砌石挡土墙应进行截面压应力。

拉应力及剪应力验算，对钢筋混凝土挡土墙各部分结构应进行强度检算和配筋计算。

（三）挡土墙的细部构造设计

挡土墙的细部构造设计主要包括合理分缝及止水、排水设计等。

三、挡土墙设计的一般步骤

挡土墙设计一般按以下步骤设计：

（1）收集有关设计必须的资料，如建筑物等级、设计标准、水位、地基及填土物理力学指标等。

（2）根据总体建筑物对两岸连接，挡土，水流、防渗排水等要求进行平面和立面布置。

（3）挡土墙结构形式的选择。

根据挡土墙的运用、布置、墙高、地基岩土层结构、当地材料及施工等条件，通过经济技术比较选择挡土墙的结构形式。

（4）选择典型部位的设计断面。

水工挡土墙不同部位其墙高、水位等条件不同，设计中通常在翼墙全长范围内选用几个有代表性的断面进行设计。

（5）初拟断面尺寸

为进行挡土墙设计，首先应根据建筑物总体的要求及水位、填土和地基强度指标等条件，参考已有工程经验，初拟断面轮廓尺寸及各部分结构尺寸。

（6）根据正常应用、设计、校核、施工及建成等各种情况分别进行荷载计算，然后列表计算各种荷载组合情况下的水平力、垂直力及对前趾端点产生的力矩。

（7）挡土墙的稳定检算。

根据上述计算结果，对各种设计情况分别进行抗滑、抗倾覆稳定和地基应力检算，要求稳定安全系数、地基应力等满足设计要求。

如不满足上述要求，应改变断面轮廓尺寸或采用增加稳定措施，重新进行稳定检算，直到满足要求为止。

（8）截面强度检算和配筋计算

选择最不利的设计和荷载组合情况对各部分截面进行验算和配筋计算。

对混凝土、砌体结构挡土墙选择一、二截面进行强度检算，当不满足要求时改变初拟尺寸重新进行稳定和强度检算。

对钢筋混凝土挡土墙应对各部分进行结构内力计算，并选择控制截面进行强度检算和配筋计算，同时还要进行裂缝宽度验算。

如初拟尺寸不满足要求，应改变局部结构尺寸，直到满足要求为止。

由于钢筋混凝土挡土墙局部尺寸改变，对总体稳定性影响不大，故可不必重新进行稳定检算。

（9）细部构造设计。

细部构造设计包括合理设置温度和沉陷缝、止水、排水和反滤等设计。

第三节挡土墙的结构形式

挡土墙类型的划分方法较多，一般以挡土墙的结构形式分类为主，常见的挡土墙形式有：

重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚杆式和锚定板式。

各类挡土墙的适用范围取决于墙址地形、工程地质、水文地质、建筑材料、墙的用途、施工方法、技术经济条件及当地的经济等因素。

一、悬臂式挡土墙

悬臂式挡土墙由断面较小的立墙和底板组成，属轻型钢筋混凝土结构，如图a所示。

其稳定性主要靠底板以上填土重来保证。

可以在较高范围内运用。

这种挡土墙在水工建筑物中应用广泛，6m以下高度范围内应用较多。

图a悬臂式挡土墙图b扶壁式挡土墙

二、一般规定

悬臂式挡土墙设计的一般规定：

1、钢筋混凝土悬臂式挡土墙，宜在石料缺乏、地基承载力较低的路堤地段。

2、悬臂式挡土墙高度不宜大于6m，当墙高大于4m时，宜在墙面板前加助。

3、悬臂式挡土墙基础埋深度应符合下列要求：

（1）一般情况下不小于1.0m；

（2）当冻结深度不大于1.0m时，在冻结深度线以下不小于0.25m（弱冻胀土除外）同时不小于1.0m；当冻结深度大于1.0m时，不小于1.25m，还应将基底至冻结线以下0.25m深度范围内的地基土换填为弱冻胀土或不冻胀土；

（3）受水流冲刷时，再冲刷线下不小于1.0m；

（4）在软质岩层地基上，不小于1.0m；

4、其他规定：

（1）伸缩缝的间距不应小于20m。

在基地的地层变化处，应设置沉降缝，伸缩缝合沉降缝可合并设置。

其缝宽均采用2～3cm，缝内填塞沥青麻筋或沥青木板，塞入深度不可小于0.2m。

（2）挡土墙上应设置泄水孔，按上下左右每隔2～3m交错布置。

泄水孔的坡度应为4％，向墙外为下坡，其进水侧应设置反滤层，厚度不得小于0.3m，在最低一排泄水孔的进水口下部应设置隔水层，在地下水较多的地段或有大股水流处，硬加密泄水孔或加大其尺寸，其出水口下部应采取保护措施。

（3）当墙背填料为细粒土时，应在最低排泄水孔至墙顶以下0.5m高度以内，填筑不小于0.3m厚的沙砾石或土工合成材料作为反滤层，反滤层顶部与下部应设置隔水层。

（4）强身混凝土强度等级不宜低于C20，受力钢筋直径不小于12mm。

（5）墙后填土应在强身混凝土强度达到设计强度的70％后方可进行，填料应分层夯实，反滤层应在填筑过程中及时施作。

三、悬臂式挡土墙构造

一、立臂

悬臂式挡土墙是由立臂、墙趾板和墙踵板三部分组成，为便于施工，立臂内侧（即墙背）做成竖直面，外侧（即墙面）可做成1：

0.02～1:

0.05的斜坡，具体坡度值将根据立臂的强度和刚度要求确定。

当挡土墙墙高不大时，立臂可做成等厚度。

墙顶的最小厚度通常采用20cm。

挡墙较高时，宜在立臂下部将截面加厚。

二、墙趾板和墙踵板

墙趾板和墙踵板一般水平设置。

通常做成变厚度，底面水平，顶面则自与立臂连接处向两侧倾斜。

当墙身受抗滑稳定控制时，多采用凸榫基础。

墙踵板长度由墙身抗滑稳定验算确定，并具有一定的刚度。

靠近立臂处厚度一般取为墙高的1/12～1/10，并不应小于30cm。

墙趾板的长度应根据全强的倾覆稳定、基底应力（即基地承载力）和偏心距等条件来确定，其厚度与墙踵板相同。

通常底板的宽度B由强的整体稳定来决定，一般可取墙高度H得0.6～0.8倍。

当墙后地下水位较高，且地基承载力为很小的软弱地基时，B值可能会增大到1倍墙高或者更大。

三、凸榫

为提高挡土墙抗滑稳定的能力，地板可设置凸榫。

凸榫的高度，应根据凸榫前土体的被动土压力能够满足全墙的抗滑稳定要求而定。

凸榫的厚度除了满足混凝土的直剪和抗弯的要求以外，为了便于施工，换不应小于30cm。

四、悬臂式挡土墙设计

悬臂式挡土墙设计分为墙身截面尺寸拟定及钢筋混凝土结构设计两部分。

确定墙身的断面尺寸是通过是算法进行的，其做法是现拟定界面的失算尺寸，计算作用其上的土压力，通过全部稳定验算来最终确定墙踵板和墙趾板的长度。

钢筋混凝土结构设计，则是对已确定的墙身截面尺寸进行内力计算和钢筋这几。

在配筋设计时，可能会调整截面尺寸，特别是墙身的厚度。

一般情况下这种墙身厚度的调整对整体稳定影响不大，可不再进行全墙的稳定验算。

第二章作用在挡土墙上的荷载

第一节作用在挡土墙上的荷载组合

一、作用在挡土墙上的荷载

为进行挡土墙的整体稳定性验算和墙体各部分的结构设计，首先应计算作用于挡土墙上的各种荷载。

在不同应用条件下，作用于挡土墙上的主要荷载如下：

（1）挡土墙自重及填土重；

（2）在破坏体添面上的各种恒载及汽车。

人群的临时活荷载；

（3）土压力；

（4）静水压力；

（5）扬压力（包括基地的浮托力和渗透压力）；

（6）浪压力；

（7）冻土地区的冰压力和冻土压力；

（8）地震力等。

二、荷载组合

挡土墙在施工、建成、检修和运用时期、上述各种荷载会产生不同组合情况。

在设计中需将可能同时作用的各种荷载进行组合，并将水位作为组合的主要条件来考虑。

荷载组合通常分基本组合和特殊组合两种，见下表。

在不同组合中又分为不同计算情况。

表2-1主要荷载组合

荷载

计算

计算情况

荷载

说明

自重

静水压力

扬压力

土压力

浪压力

泥沙压力

地震荷载

其他

基

本

组

合

完建情况

√

√

也可能有静水压力和扬压力

正常情况

√

√

√

√

√

√

√

按正常挡水位组合计算静水压力，扬压力及浪压力

设计情况

√

√

√

√

√

√

√

按设计洪水位组合计算静水压力，扬压力和浪压力

特

殊

组合

施工情况

√

√

√

有时需考虑施工期临时荷载

检修情况

√

√

√

√

√

√

√

按正常挡水位组合或冬季最低水位条件计算静水压力，扬压力浪压力，并考虑检修时期临时荷载

校核情况

√

√

√

√

√

按校核洪水位组合计算静水压力、扬压力及浪压力

地震情况

√

√

√

√

√

√

√

按正常挡水位组合计算静水压力，扬压力及浪压力

注1、表中的其他荷载，应根据具体情况来决定。

2、对于土基上的大型挡土墙，应考虑排水部分的堵塞情况，作为特殊荷载组合。

在挡土墙的整体稳定性验算中，一般选用以下三种计算情况：

（1）建筑完成期，作用于挡土墙的荷载，主有挡土墙自重力和土压力，挡墙后地下水位高时，墙后收净水压力，底部受扬压力。

（2）正常挡水位运用期，上游为正常挡水位，下游为相应的低水位，此时作于挡土墙上的荷载有自重、土压力、水重、净水压力、扬压力、浪压力等。

（3）非常挡水期，上游为校核洪水位，下游为相应低水位。

作于荷载类别与正常挡水位运用期相同，只是具体荷载大小不同。

第一种情况是必然会出现的；第二种情况是多数运用情况，在荷载组合中属基本荷载组合；第三种情况在偶然情况下出现，相应的荷载组合属于特殊荷载组合。

除上种情况外，在设计地震烈度大于6度的地震区，挡土墙还要考虑地震荷载，地震荷载出现机会少，且历时短。

因此将地震荷载与正常运用荷载一起也作为特殊荷载组合。