1、西南交通大学本科毕业设计（论文）预制钢筋混凝土块拼装式绿色挡土墙设计与计算工点1DESIGNANDCALCULATIONOFPRECASTREINFORCEDCONCRETEASSEMBLINGBLOCKGREENRETAININGWALL年级2014级学号20100230姓名专业铁道工程（土木茅班201001班）指导老师2014年6月西南交通大学本科毕业设计（论文）第I页院系专业年级姓名题目指导教师评语指导教师（签章）评阅人评语评阅人（签章）成绩答辩委员会主任（签章）年月日西南交通大学本科毕业设计（论文）第II页毕业设计（论文）设计书班级土木茅班201001班学生姓名学号20100230发题
2、日期2013年12月1日完成时间06月10日题目预制钢筋混凝土块拼装式绿色挡土墙设计与计算工点11、本论文的目的、意义在追求效率和质量的今天，传统挡土墙已经越来越不适用。无论是材料的选用，结构形式的变化，挡土墙已经有了一个较大的发展。但这些还不能适应现代社会对土木工程的要求。研究预制钢筋混凝土块拼装式挡土墙的目的就在于解决在挡土墙施工时混凝土必须现浇的问题，通过在工厂预制好混凝土块之后，再将其运到现场进行拼装。可以节省大量的人力和费用。并且也不需要在施工的现场堆放大量材料和施工机具，场地大小对其限制不大。对于个人而言，通过这次的毕业设计，让自己对学习过的专业知识进行了一个系统的复习和运用。了解
3、了现在挡土墙应用和发展，学习了新的土压力的计算方式，对动应力对挡土墙的影响有了一个更深刻的认识，熟悉了挡土墙的设计与计算方法，对AUTOCAD和理正挡土墙设计软件的应用更加的熟悉，对挡土墙的施工工艺有所了解。2、学生应该完成的任务1）收集与本课题相关的资料并进行认真阅读和整理分析；2）做不少于一万字符的英文资料的翻译；3）根据所给题目本身自带的原始资料，应用已经掌握的相关知识，进行挡土墙土压力计算分析和挡土墙设计与计算，绘制必要的图纸；4）编写毕业设计设计说明书并按规范整理进行打印；5）学习有关挡土墙、土压力的相关知识；6）撰写毕业设计实习日志及毕业设计实习报告。西南交通大学本科毕业设计（论文
4、）第III页3、论文各部分内容及时间分配（共16周）第一部分查阅相关文献，收集相关资料，并进行认真学习与整理分析2周第二部分毕业设计实习日志及实习报告的整理2周第三部分外文资料的翻译2周第四部分学习土压力计算挡土墙和路基面参数设计，挡土墙结构设计与CAD图的绘制。2周第五部分挡土墙的设计与检算，列车动应力作用下的挡土墙的检算，用理正挡土墙软件进行分析与检算。5周第六部分毕业设计说明书的编写整理及打印2周评阅及答辩1周备注指导教师年月日审批人年月日西南交通大学本科毕业设计（论文）第IV页摘要挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物。随着科学技术的发展与人民生活水平质量的不
5、断提高，其在铁路边坡、公路工程、水利工程岸堤防护、建筑物四周、矿山坑道等工程中的运用也愈加广泛。本文研究的钢筋混凝土块拼装式挡土墙是近年来新兴的一种绿色支挡结构，虽然在国内，其应用范围与传统挡土墙相比并不是非常广泛，但其特有的一些优点决定了其定能渐渐的走进人们的视野，得到人们的认可。其优点表现为（1）其施工方便快捷，施工工期可提前；（2）其对环境影响很小，基本不污染环境；（3）其外表简洁美观，容易进行美化设计；（4）其工程造价并不昂贵，性价比高。本文首先对挡土墙的发展史和各类挡土墙的特点作了简单的介绍，然后进行了土压力计算方法的整理与分析。本文采用重力式结构挡土墙进行设计。首先对挡土墙墙后土体
6、土压力的分布情况进行了分析，并对挡土墙进行了检算。同时，考虑了动荷载对于挡土墙的影响，运用换算土柱法对其进行了检算。最后，对于拼装式挡土墙的施工工艺与挡土墙的美化工作做了简单介绍。关键词拼装式挡土墙；土压力计算方法；动荷载影响；施工工艺。西南交通大学本科毕业设计（论文）第V页ABSTRACTRETAININGWALLISTHESTRUCTURETOSUPPORTEMBANKMENTORHILLSIDESOILANDPREVENTSOILDEFORMATIONFALLINGORINSTABILITYWITHTHEDEVELOPMENTOFTECHNOLOGYANDCONTINUOUSIMPROV
7、EMENTOFPEOPLESLIVINGSTANDARD,RETAININGWALLSUSEDINHIGHWAY,RAILWAYSLOPE,HYDRAULICEMBANKMENTPROTECTION,SURROUNDINGOFBUILDINGS,TUNNELSANDOTHERPROJECTSHASBECOMEEVENMOREWIDESPREADINTHISPAPER,REINFORCEDCONCRETEASSEMBLINGBLOCKRETAININGWALLEMERGESINRECENTYEARASAGREENRETAININGSTRUCTURESALTHOUGHINCHINAITSSLOPE
8、OFAPPLICATIONCOMPAREDWITHCONVENTIONALRETAININGWALLISNOTVERYEXTENSIVE,ITWILLGOINTOPEOPLESVISIONGRADUALLYANDBERECOGNIZEDBYPEOPLEDUETOSOMEOFITSUNIQUEADVANTAGESADVANTAGESAREASFOLLOWS,1CONSTRUCTCONVENIENTLYANDQUICKLYANDTHECONSTRUCTIONPERIODCANBEREDUCED2MINIMALIMPACTIONTHEENVIRONMENT3TIDYANDBEAUTIFULAPPEA
9、RANCEANDEASYTOCONDUCTLANDSCAPINGDESIGN4PROJECTCOSTISNOTEXPENSIVEANDCOSTEFFECTIVEFIRSTLY,THISPAPERSIMPLYINTRODUCETHEHISTORYANDCHARACTERISTICSOFVARIOUSTYPEOFOFRETAININGWALL,THENDOESTHEWORKOFCOLLATIONANDANALYSISOFEARTHPRESSURECALCULATIONMETHODTHISPAPERUSESTHEGRAVITYRETAININGWALLTODESIGNTHEPAPERANALYSES
10、THEDISTRIBUTIONOFEARTHPRESSUREBEHINDRETAININGWALLANDSIZESCOUNTTHERETAININGWALLTHISPAPERALSOCONSIDERSTHEIMPACTOFDYNAMICLOADFORTHEWALLANDUSESMETHODTRANSLATINGDYNAMICLOADINTOTHECONVERSIONSOILCOLUMNANDTHESTATICLOADOFTHESAMEWIDTHTOCHECKANDCALCULATEATLAST,THISPAPERHASASIMPLEINTRODUCTIONTOCONSTRUCTIONTECHN
11、IQUESANDLANDSCAPINGWORKOFTHEASSEMBLYRETAININGWALLKEYWORDSTHEASSEMBLYRETAININGWALLEARTHPRESSURECALCULATIONMETHODIMPACTOFDYNAMICLOADCONSTRUCTIONTECHNIQUES西南交通大学本科毕业设计（论文）第VI页目录摘要4ABSTRACT5目录6第1章绪论111引言112挡土墙发展史介绍113关于本课题5第2章挡土墙土压力计算分析721各类挡土墙介绍7211重力式挡土墙7212锚定式挡土墙8213薄壁式挡土墙8214加筋式挡土墙822作用在挡土墙上的力系923一般
12、条件下库伦（COULOMB）主动土压力计算1024大俯角墙背的主动土压力第二破裂面法1825郎肯土压力计算22251概述22252主动土压力计算23253被动土压力计算2526建筑地基基础设计规范中重力式挡土墙土压力计算方法2627库伦理论与郎肯理论优缺点分析28第3章挡土墙设计29西南交通大学本科毕业设计（论文）第VII页31参数设计2932结构设计34321路基断面设计34322挡土墙结构设计36323预制钢筋混凝土块设计38第4章挡土墙计算3941静荷载作用下土压力计算39411基本公式39412基本数据收集与计算40413主动土压力计算4142挡土墙检算42421作用在挡土墙上的力系4
13、2422滑动稳定性简算43423抗倾覆稳定性检算45424挡土墙基底应力及偏心距检算47425挡土墙墙身截面强度检算4943动荷载对挡土墙的影响54431路基面动应力54432换算土柱法55433抗滑移稳定性检算56434抗倾覆稳定性检算56435挡土墙基底应力及偏心距检算57436挡土墙墙身截面强度检算5844基础钢筋配置61第5章拼装式挡土墙施工6351挡土墙的施工要求及注意事项6352施工工艺流程64西南交通大学本科毕业设计（论文）第VIII页53施工步骤64第6章挡土墙绿化设计6661挡土墙绿化必要性分析6662生态挡土墙系统分析6663挡土墙绿化设计68结论1致谢2参考文献3附录一附
14、图1附录二实习报告2西南交通大学本科毕业设计（论文）第1页第1章绪论11引言挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物1。随着科学技术分发展于与人民生活质量的不断提高，其在铁路、公路边坡、建筑物四周、矿山坑道、水利工程岸堤防护等工程中的作用越来越重要，其应用范围也越来越广泛。挡土墙类型多式多样，分类方式也很多，按其作用性质不同分可分为路肩墙、路堤墙、路堑墙、山坡墙、隧道及明洞口挡土墙、桥梁两端挡墙等；按其结构性质不同可分为重力式挡土墙、锚定式挡土墙、薄壁式挡土墙、加筋土挡土墙、其它挡土墙（柱板式挡土墙、桩板式挡土墙、垛式挡土墙）等2。拼装式预制钢筋混凝土块挡土墙是最近一些
15、年新兴的一种挡土墙形式，其与传统的现浇挡土墙相比具有很多优点第一是其施工速度快，施工工期可提前；二是，由于其不产生大量的废渣，故对环境影响很小，基本不污染环境；三是其外表美观简洁，容易进行美化设计；四是其工程造价并不昂贵，性价比很高。同时，其施工工艺与结构形式与传统挡土墙也有很大区别，主要表现在其无需现场浇筑，只需简单的进行拼装，其工程量较小。但是相比较于部分拼装的挡土墙而言，预制钢筋混凝土拼装式挡土墙虽然还没有在国内大量的使用，但是其发展前景也相当可观。因为其完全是拼装的，所以在施工过程中不会用到大量的人力，且施工简单方便。但是由于结构形式的选择面较小所以有时候不会将其作为优先考虑。但是其优
16、点还是比较明显的，设计计算也较方便。12挡土墙发展史介绍在古代人民反复不断的实践中，人们渐渐总结出了有关于挡土墙设计的丰富的经验并世代相传下来，从中国的具有悠久历史的古长城、古代望星台、古墓及古墓周边的古驿道、古栈道的两侧，都可以发现前人进行边坡防护而修筑挡土墙的痕迹。在近代，挡土墙的作用越发明显，其更是被广泛应用于各种各样土木及建筑工程中，西南交通大学本科毕业设计（论文）第2页特别是铁道与公路的路基工程、建筑工程、市政园林工程、水利水电工程、水土保持工程中。挡土墙可以说是随着现代工业与科学技术的发展而迅速发展起来的。重力式挡土墙是从古至今历史最悠久的一种挡土墙结构形式，因为其材料资源丰富、结
17、构形式容易理解、取材方便无需大范围搬运、施工简便快捷，所以其仍然是目前各国应用的最为广泛的结构形式。为了适应各式各样不同地形条件和不同地基承载力的复杂要求，在重力式挡土墙的基础上，渐渐发展形成了半重力式挡土墙与衡重式挡土墙。为了适应不同地区的建筑条件（如地基、料源、地形等）和不同的使用要求（如建筑高度、稳定性等），研究开发了多种形式的挡土墙，如悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚定板式、锚杆式、土钉式及卸荷板式等，这些形式都是钢筋混凝土结构3。扶臂式和悬臂式挡土墙在国外各个国家中应用非常广泛，但在我国尚未大范围的进行普及，相信随着高等级高要求的公路工程向中西部地区的大力推进，其在建筑工程中的应用将越来
18、越广。加筋土式挡土墙的结构设计运用了先进的加筋土技术，这是在上个世纪60年代由法国的一个著名工程师亨利一维达尔HNERI一VIDAL在实验中进行多次试验发现的，试验结果表明当土中掺有纤维材料时，挡土墙的强度能够提高到原来挡土墙强度的几倍以上。同时，他还通过三轴压缩试验的试验结果首次提出了加筋土的概念，并且将其研究成果撰写成论文，分析了挡土墙内力计算分析的方法，为现代加筋土技术具有的广阔的应用前景奠定了坚实的基础。从而，工程师亨利一维达尔HNERI一VIDAL荣获了加筋土技术创始人的称号。我国对于加筋土技术的研究与进行应用20世纪70年代的中期才渐渐开始，1978年在云南的田坝贮煤场首次建成了我
19、国第一座加筋土挡土墙进行试验，1980年在山西晋城陵川公路上修建了第一座公路加筋土挡土墙。加筋土挡土墙已在铁路、建筑、水利、公路和各种矿产部门得到广泛的应用。锚杆技术在土木工程中的应用已经具有非常悠久与辉煌的历史。最早于1890年北威尔士的一个煤矿加固工程中，由于结构需要最先出现运用钢筋加固岩层，美国于1912年在阿伯施来辛德的大型煤矿中使用锚杆来进行顶板的支付工作。从20世纪四、五十年代开始，法国、英国、美国、德国等国家就渐渐的开始运用锚杆的特殊作用来对隧道及其洞口的边坡、各种建筑物的边坡进行加固工作。到20世纪50西南交通大学本科毕业设计（论文）第3页年代开始，由于工程建筑的需要，我国开始
20、从国外引进锚杆技术，最初是将其运用于煤炭系统中的加固与防护。从20世纪60年代之后，锚杆技术在各个领域中的应用迅猛发展并且越来越广泛的应用于土木工程建设过程中的大量领域中。锚杆挡土墙作为一种轻型的支挡结构，由于其大量的有点被认可，其开始逐渐取代早期的笨重的重力式挡土墙，并广泛应用于铁路、公路路、煤矿及水利等工程的支挡结构当中。锚定板挡土墙是由我国铁道部门在不断实践与总结中发明而出的，它在20世纪70年代的初期开始得到迅猛的发展，1974年首次运用于太焦铁路上，目前由于其独特的性能，在铁路部门各类工程中的应用非常广泛，其在铁路、公路、煤矿、水利等部门的立交桥台的防护、边坡的支撑、坡脚的防护等大量
21、工程中也有非常广泛的应用。从20世纪70年代开始，法国、美国、英国以及原德意志联邦共和国这几个国家均各自独立的发明了一种用于边坡稳定和土坑开挖的的一种称为土钉支护的新型挡土墙支护技术，并在法国、德国两国中得到了迅猛的大范围推广运用。尤其在是20世纪70年代和其后面的一段短的时间内，土钉支护结构先后在德国的法兰克福地铁工程与纽伦堡地铁工程的基坑土体开挖工程中的应用获得巨大成功，这次的成功应用对于土钉墙的技术出现与推广发展产生了重大的积极影响。我国于1980年第一次将土钉墙支护技术在山西柳湾煤矿的边坡稳定工程中应用，其后，土钉墙技术在我国也得到发展。近年来，一些高等教育院校、建筑设计院和科研院等部
22、门在土钉墙技术的研究与开发应用方面也进行了大量的试验与研究工作。卸荷板挡土墙结构在外国建筑工程中的应用比较早，小的日本、前苏联等这些国家在港口一些工程建筑物中对这种新型结构的应用与研究比较多。印度于20世纪70年代对在建筑物边坡工程中设置卸荷板的悬臂式挡土墙进行了大量的研究，通过理论上的分析与在现实中的试验对其结构形式做了一些讨论。我国国内对于卸荷板挡土墙在港口工程建筑物中的运用也相对较早，主要在重力式码头与岸壁结构中对其进行大量的运用。原德意志联邦共和国还进行了长达10年的工程观测，获得了许多有价值的数据。随着现代科学技术的发展，我国对新型结构的研究也更加广泛，诞生了大量复合式挡土墙结构，如
23、下图所示的重力式锚杆复合挡土墙与竖向预应力锚杆挡土墙等。西南交通大学本科毕业设计（论文）第4页竖向预应力锚杆挡土墙是重力式挡土墙与竖向设置的预应力锚杆组合形成的一种新型支挡构造物，如图11所示4。重力式锚杆挡土墙是在原本的重力式挡土墙的结构基础上，添加进锚杆技术而产生的一种新型的支挡结构，如图12所示。图11竖向预应力锚杆挡土墙图12重力式锚杆挡土墙这些年以来，在熟悉掌握了传统挡土墙结构形式与构造技术的基础上，同时也研究与开发了一些新的结构形式的挡土墙，如常见的U形挡土墙和倒Y形挡土墙。倒Y形挡土墙这一新型结构是由日本的神户大学的田中博士通过实验首次发现的，倒Y形挡土墙它首先是将混凝土通过预制
24、做成14M的不同尺寸的砌体块状物，然后再将预制的砌形块状物通过组合铺筑在碎石类基础之上，最后回填碎石从而构成完整的挡土墙。倒Y形挡土墙在力学性能上具有较高的抗倾覆、抗滑动的重要特点，另外倒Y形挡土墙还具有良好的排水性能，避免地下水位对挡土墙造成严重侵蚀的优点。U形挡土墙在结构形式上与传统的悬臂式挡土墙类似，它是通过将底板和侧壁通过钢筋连成一个整体，形成与字母“U”相似的形状。在需要采取挖方的地段，需要我们将路基面铺筑在地下水位之下时，很适合采用采用U形挡土墙结构进行设计。在进行U形挡土墙的设计时，其与传统的挡土墙相比，主要不同之处在于应该考虑地下水水压力对于路基的影响，同时在进行检算时必须考虑
25、上浮稳定性验算。U形挡土墙的底板宽度与传统挡土墙相比更宽，可将其看作一个弹性的地基梁。当遇到地下水的水位较高的情况时，为保证挡土墙的上浮稳定性也可以将地板进行加厚设计或者设计成横向悬出。在现代，进行一些新型结构的研究开发的同时，开发对挡土墙应用新材料、新施工工艺也是挡土墙向前发展的一种新趋势。西南交通大学本科毕业设计（论文）第5页加筋土挡土墙当中最为常用的筋材形状是条带式，而通过网状加筋和土工合成材料进行平面加筋能够很大程度上增强填土和加筋材料之间的摩擦力，从而从另一方面提高挡土墙的抗倾覆与抗滑移稳定性。除此之外，由于挡土墙填土发生的固结沉降，会改变挡土墙中加筋的受力情况，同时使加筋所受拉力与
26、墙面板所受的基础压力增大增强，所以在一些国家中，在墙面板与加筋连接部位之间安装了可以发生上下自由滑动的机构来对墙面板和填土之间发生的不均匀沉降引起的不利因素进行调节。锚索挡土墙是在锚杆挡土墙的基础上，使用锚索代替传统锚杆从而形成的。目前锚索在防护、加固工程中应用非常广泛。为了能够满足挡土墙所受到的上部荷载的支承力，可以通过减轻墙后填料的重度，从而墙后的填料重度越轻就越能减少墙基所受支承力和墙背所受土压力。对于修筑于软弱地层地基上的挡土墙，为了防止挡土墙发生滑移，可采用高炉炉渣等轻质且具有良好摩擦的填料，也可以力用空心结构物（如箱型、管形等结构形式）对挡土墙背后进行填充。伴随着科学技术的迅猛发展
27、与聚合物研究日趋成熟，聚合物的应用更加广泛，泡沫砂浆、泡沫聚苯乙烯等这些具有良好性能的轻质填料也开始得到广泛的应用。另外，从另一方面来讲，也可以通过添加水泥或石灰等具有粘性的稳定剂来改善土壤的含水性能，从而降低土壤的含水量，进一步提高墙后填料的强度和稳定性。通常来讲，由于改善后的填料各方面性质都普片得到了较大程度上的提高，对于减小墙后的土压力作用效果是非常明显的。13关于本课题在追求效率和质量的今天，传统挡土墙已经越来越不适用。无论是材料的选用，结构形式的变化，挡土墙已经有了一个较大的发展。但这些还不能适应现代社会对土木工程的要求。研究预制钢筋混凝土块拼装式挡土墙的目的就在于解决在挡土墙施工时
28、混凝土必须现浇的问题，通过在工厂预制好混凝土块之后，再将其运到现场进行拼装。可以节省大量的人力和费用。并且也不需要在施工的现场堆放大量材料和施工机具，场地大小对其限制不大。西南交通大学本科毕业设计（论文）第6页因此，本文首先对挡土墙背景资料进行了收集并整理，其中包括了挡土墙背景资料的了解、学习，外文文献的翻译与学习，有关专业资料的查找与整理。然后对各种土压力方法进行了分析与学习，包括了库伦与郎肯土压力计算方法、第二破裂面法、以及建筑地基规范方法计算重力式挡土墙土压力计算方法等的分析与比较。最后对挡土墙进行了设计与计算，包括土压力的计算，工点资料的研究，路基面和挡土墙结构的设计，挡土墙的检算，以
29、及在列车动应力作用下的挡土墙的检算，基础的设计与钢筋的配置，理正挡土墙设计软件的应用，施工方法的研究。西南交通大学本科毕业设计（论文）第7页第2章挡土墙土压力计算分析21各类挡土墙介绍211重力式挡土墙重力式挡土墙可分为三类普通形式的重力式挡墙、衡重式挡土墙与无衡重台的折线形墙背形式重力挡土墙5。在这三类挡土墙形式中，衡重式挡土墙由于具有衡重台的这一结构的存在，改善了挡土墙墙体的承受力的性能，增强了挡土墙的抗倾覆能力和抗滑移能力，而使其在土工建筑物中的运用范围更加广泛。因此，清楚正确地了解衡重式挡土墙的受力及变形特性，同时进行精确的土压力计算和合理的结构设计便具有非常重要的价值与作用。日前，对
30、于挡土墙所受的土压力计算方法仍然采用经典的库伦土压力理论和朗金土压力理论两大理论。经典土压力理论计算比较简便，基本能达到工程建设所需的精度要求，但库伦土压力理论中的一些基本假设并不与实际情况完全相符，使其的可靠性、准确性与使用范围等都受到不同程度的影响。为了进一步发展和研究挡土墙的土压力计算方法理论，很多专家学者在既有的经典库伦土压力理论的基础上做了很多更深一步的试验工作，对粘性土的土压力计算方法、形成的破裂面的形态、土压力的非线性分布、土压力分布规律及大小及影响土压力变化的因素等问题进行了深入的研究。衡重式挡土墙的由于具有衡重台这一结构存在，其墙背土压力的分布及大小、土压力的变化规律和一般的
31、重力式挡土墙有一些不同。目前，对于衡重式挡土墙的土压力计算方法采用的方法是将挡土墙上、下墙段分开进行计算，取其两段受力的矢量和作为墙背所受总土压力。由于在分开的计算过程中没有考虑挡土墙上、下墙背土压力之间产生的相互影响，从而使所计算表得出的结果与实际情况相比误差较大。总的说来，这种计算方法表明现在我们对衡重式挡土墙的认识还不够深入，所得到的研究成果比较少；对衡重式挡土墙墙背土压力分布规律及影响土压力变化的因素、土压力作用机理的研究，还没有形成系统的理论，需要更多的努力。对挡土墙土压力进行研究的方法，可以通西南交通大学本科毕业设计（论文）第8页过先进行理论推导与数值计算，然后进行现场监测与室内普
32、通模型试验、立新模型试验一系列有效的途径。离心模型试验因为其能够在实验条件下很有效的模拟出在重力作用下构筑物发生的变形与位移的真实性状，展现了很大的优越性，同时由于其具有时间比尺的特殊性使其在模拟岩土工程试验时能够很大程度的缩短实验所需要的时间，提高工作效率，在岩土工程领域的试验中得到了非常广泛的应用。已有很多学者通过理论推导与数值计算，人后进行现场监测测试的方法对衡重式挡土墙进行了大范围的研究，但将离心模型试验运用于衡重式挡土墙的研究还比较少。212锚定式挡土墙锚定式挡土墙由于其结构特殊，是属于轻型挡土墙中的一种，通常包括锚定板式挡土墙和锚杆式挡土墙两种类型。锚定式挡土墙由墙面系、拉杆、锚定
33、板和填土共同组成。通过挡土板和预制好的钢筋混凝土立柱共同构成挡土墙墙面，挡土墙墙面与处于水平或倾斜的钢锚杆结合成整体共同起到支挡土体的作用，其主要是依靠埋置在岩土中的锚杆的具有的抗拉力拉住立杆从而保证土体稳定6。213薄壁式挡土墙薄壁式挡土墙一种钢筋混凝土构成的结构形式，通常有扶壁式和悬臂式两种不同的结构型式。悬臂式挡土墙通过地板与立壁组合构成，其拥有三个悬臂，即踵板、趾板和立壁。当悬臂式挡土墙的墙身比较高时，可通过沿墙长方向一定距离安置肋板，使其将立壁板与踵板连接起来，从而形成另一种挡土墙形式，即扶壁式挡土墙。214加筋式挡土墙加筋式挡土墙的组成分为墙后填土、墙后填土中的拉筋条和墙面板三部分
34、。加筋式挡土墙是通过墙后填土与填土中拉筋间的摩擦力的作用把土对挡土墙的侧向压力削减，然后传递到土体中起到稳定土体的作用。加筋土挡土墙从结构形式上属于一种柔性结构，对于地基变形情况适应性较大，其建筑的高度也可以很大，适合于在填土路基中使用；但在选用的同时，需考虑挡土墙挡板后填土的渗水稳定性与地基发生变形对其的不利影响，需要进行计算与分析之后合理选用。西南交通大学本科毕业设计（论文）第9页22作用在挡土墙上的力系分析与确定作用于挡土墙上的力系是挡土墙设计的关键，其中最主要的是确定所受土压力情况。作用在挡土墙上的由各种力形成的力系，按其对于挡土墙不同的作用性质可将它们分为主要力系、附加力和特殊力7。
35、1主要力系是指平常时间段经常作用于挡土墙上的各式各样的力。如图21所示，它包括1挡土墙的自身重量G；2挡土墙墙背上承受的由填料和活荷载所引起的侧向力；3挡土墙墙顶上或墙背与第二破裂面之间的有效荷重；4基地的法向反力N及摩擦力T；5一年中大部分时间内保持的常水位时静水压力和浮力。图21挡土墙力系西南交通大学本科毕业设计（论文）第10页2附加力系指在平常一般情况下不发生，而是偶然时候发生的或发生概率很小的力，包括（1）季节性洪水位以下最不利计算水位对于挡土墙产生的静水压力和浮力；（2）水位退落时对挡墙的动水压力；（3）波浪对挡墙的压力；（4）冻胀压力与冻压力；（5）温度变化引起的力。3特殊力指暂时
36、的或属于灾害性的，发生概率极小的力，包括（1）由地震活动所引起的地震力（2）临时施加的荷载、施工荷载、水流漂浮物对挡墙产生的撞击力等。在一般地区，对挡土墙进行设计时仅需考虑主要力系的作用，在浸水区还应该考虑附加力，而在地震区还应考虑地震作用对挡土墙的影响。各种力的取舍，应根据挡土墙所处的位置的外界条件确定，按照各种力系的最不利的组合作为设计的依据8。23一般条件下库伦（COULOMB）主动土压力计算进行挡土墙设计的关键之处在于确定挡土墙所受土压力作用的情况。挡土墙的位移情况的不同，能够形成不同性质的土压力，如图22所示。当挡土墙因外力作用而发生倾覆或位移从而向外产生移动时，挡土墙所受土压力将会
37、随着移动而减小，直到挡土墙墙后土体产生破裂面且沿破裂面向下滑动而达到极限平衡状态时，作用于挡土墙墙背上的土压力称为主动土压力；当挡土墙墙后土体发生挤压移动，土体对挡土墙的压力将会增大，墙后土体将被推动从而发生向上的移动而处于极限平衡状态，这时土体对挡土墙的抗力称为被动土压力；当挡土墙处于其原本的位置而不发生任何移动位移时，土压力性质介于两种情况之间，此时的土压力被称为静止土压力。到底应该采用何种性质的土压力作为挡土墙的设计荷载值，这要根据挡土墙所处的具体情况而具体分析。西南交通大学本科毕业设计（论文）第11页图22三种不同性质的土压力路基挡土墙一般均有向外发生倾覆或者产生位移的可能，因此，在进
38、行挡土墙的设计时，按照挡土墙墙背土体达到主动极限平衡状态，且在挡土墙设计时取一定的安全系数，以保证墙背土体的稳定。对于挡土墙墙趾前土体的被动土压力EP，在挡土墙基础处于一般埋深的深度的时候，综合考虑到各种人畜活动和自然力的作用，一般均不计，以偏于安全9。库伦土压力理论的基本假定（1）墙后填料为粗粒土；（2）当挡土墙由于荷载或其他外界因素影响而发生很小的位移（转动或者发生移动）时，挡土墙墙后土体被破坏，从而在土体中形成破裂棱体，形成的破裂棱体并且沿着墙背与墙后土体中产生的破裂面发生滑动，假定土中的产生的破裂面是一个平面；（3）挡土墙的墙身与墙后土体中产生的破裂棱体都视作为刚体，在外力的作用下不产
39、生压缩或者膨胀变形；（4）假定土压力EA的方向，与墙背法向之间成角（墙背与填土之间的摩擦角），破裂面的反力R与破裂面的法线成角，并都偏向阻止棱体滑动的一侧。路基挡土墙由于路基形式和荷载分布的不同，土压力有多种计算图式。以路堤挡土墙为例，按破裂面交于路基面的位置不同，可分为五种图式破裂面交于荷载的外侧、中部和内侧，破裂面交于路基面内边坡，以及破裂面交于路基面的外边坡。兹分述如下1破裂面交于内边坡，如图23所示西南交通大学本科毕业设计（论文）第12页图23破裂面交于内边坡这一挡土墙内力图式适用于路堤式或者路堑式挡土墙。图中AB为挡土墙的墙背，BC为墙后土体中形成的破裂面，破裂面BC与铅垂线之间的夹
40、角称为破裂角，ABC表示破裂棱体。破裂棱体上作用有三个不同性质的力，即破裂面上的反力R0、主动土压力的反力EA、破裂棱体自重G。R的方向与破裂面法线之间成角，且偏向于阻止棱体向下滑动的方向；EA的方向与墙背法线之间成角，且偏于阻止棱体向下滑动的方向。取挡土墙长度为1M计算，作用于棱体上的平衡力三角形ABC可得ASIN90COSESINSINGG（21）式中因SIN/2GABBC而SECABHSIN90COSSECSIN90COSBCABH221COSSINSEC2COSGH）22将式（22）带入式（21），得22A1COSSINCOSEHSEC2COSSIN（）（）（）（）（23）西南交通大学
41、本科毕业设计（论文）第13页令221AHSECCOS2（则SINCOSCOSSINAEA）（）（24通过以上计算式分析可得，当参数、固定不便时，EA的大小随着破裂面位置的变化而发生变化，即EA为破裂角的函数。因此，要求得最大土压力EA的值，首先应该求出土压力EA取得最大值时其对应的破裂角。取/0DED，得22COSCOSCOSSINSINSINCOSSINSINSINCOSCOS0COSSINA）2PTGQTGR0整理简化后得24TG2QQPRP25式中COSSINCOSSINCOSCOSCOSCOSCOSCOSRCOSSINCOSSINCOSCOSPQ由式（25）求得的值，然后将其代入式（2
42、4），即可求得最大主动土压力EA值。最大主动土压力EA的另一种表示方法为2222211COS22SINSINCOSCOS1COSCOSAAEHKH（26）西南交通大学本科毕业设计（论文）第14页3KN/M式中墙后填土的容重，填土的内摩擦角，；墙背与填土间的摩擦角，；墙后填土表面的倾斜角，；墙背倾斜角，俯斜墙背为正，仰斜墙背为负；AHMK挡土墙高度，；主动土压力系数。XAYAEECOSEESIN土压力的水平和垂直分力为（）（）（27）2破裂角交于路基面，如图24所示图24破裂面交于路基面1）当破裂面相交于荷载的中部时，如图24B所示2000000000S11SA221112222221AAH2H
43、AH211BABBDH2222HTGTGBATGAAHTGHTGBAHAHHAHTGABBDHHHAHTGHHAHTG破裂棱体的断面面积为（令（）（）（28）则00SATGB西南交通大学本科毕业设计（论文）第15页因此，破裂棱体的重量为，00GATGB将G代入（21）得00COSSINAEATGB（29）令/0ADED，即0002COSSINSINCOSCOS0SINSINCOSAATGB经过整理简化，得20020BTGTGTGCTGTGCTGTGA故000BTGTGCTGTGTGA（210将已经求得的值代入式（29）中，即可求得主动土压力EA的值。应该指出的是，式（29）与式（210）不仅是
44、在上述情况下使用，其也具有普遍意义。因为无论破裂面相交于荷载的哪个位置，破裂棱体的断面面积S的表达式均能够总结为一个公式，即00SATGB式中0A与0B为边界条件系数。因此，对于不同边界条件下的0A、0B值，只需要将其代入上式中，均可求出与之相应的破裂角与最大主动土压力。2）当破裂面交于荷载外侧时，如图24C所示20020011SAHTGTG221112222BATGALHAHTGHHATGABLH（）（西南交通大学本科毕业设计（论文）第16页则，0020000SATG1AAH211BAB222BLHHHATG式中（）（211）3）当破裂面交于荷载内侧时，如图24A所示在式（28）或者式（21
45、1）中，令0H0则00SATGB式中2001AAH211BABHH2ATG22（）（212）3破裂面交于外边坡，如图25所示图25破裂面交于外边坡图中1ABBLHACTGHTG西南交通大学本科毕业设计（论文）第17页1111SIN90COSBCABABSIN90COSCOSSINCDBCSINABCOS（三角形ABC的面积为2111COSCOS1122COSABCSABCDBLHACTGHTG221002111211122100S111222COSSIN12COSCOSSIN12COS122SHABLHACTGABHTGLHBLHACTGHTGBLHACTGHTGHABLHACTGABHTGL
46、H破坏棱体的面积为）001COSCOSCOSSINAEAB（213）令/0DED002111021COSSINSINCOSCOSCOSSINCOSSINSINCOSCOS0SINCOSABA即经简化整理，得22042PTGQTGRQQPRTGP（214）西南交通大学本科毕业设计（论文）第18页20101201012100101SINSINCOSCOSSIN2SINSINCOSCOSSINCOSCOSCOSSINCOSSINPABQABRABA式中24大俯角墙背的主动土压力第二破裂面法当我们进行挡土墙设计时，经常会出现墙背俯斜比较缓慢，即墙背倾角很大的情况。当挡土墙墙后土体在外力的作用下，从而土
47、体自身达到了主动极限平衡状态时，土体内形成的破裂棱体并不是沿着墙背或者假想墙背CA产生滑动，破裂棱体而是顺着土体中的另一个破裂面CD产生滑动。此时，将远离墙的破裂面CF称之为第一破裂面及将CD称之为第二破裂面，II和为其相应的破裂角10。第二破裂面的形成条件与出现朗金状的条件是一致的，即当墙背不妨碍第二破裂面的形成以及二破裂面与墙背之间的破裂棱体不沿墙背下滑而是与墙背一起移动时，则将出现朗金状态，即在墙背至第一破裂面之间存在一个第二破裂面。也可以表述为（1）挡土墙墙背或者假想墙背的倾角必须大于挡墙土体内部第二破裂面的倾角I，即挡土墙墙背或假想墙背不能够妨碍挡墙土体内部第二破裂面的出现；（2）在
48、挡土墙墙背或者假想墙背作用的抗滑力必须大于其产生的下滑力，即NRNG，或XYETGEG，使棱体不会沿墙背或假想墙背下滑，而是与墙背一起移动；也可以表述为作用于墙背或假想墙背上的土压力对墙背法线的倾角应小于或等于墙背摩擦角11。通过以上分析，现以衡重式路堤挡土墙为例，来阐明计算公式的推导过程，其墙后土体的第一破裂面相交于荷载内部，第二破裂面相交于边坡。如图26所示西南交通大学本科毕业设计（论文）第19页图26衡重式路堤墙第二破裂面1根据挡土墙的边界条件计算破裂棱体的重量G的值首先，自衡重台后边缘A点作表坡线的垂线OB，设其长度为H，则1100SECCOSSIN/SIN/COSHHMNHFHCTGHGHH
