第三章悬臂式及扶壁式支挡结构ppt课件.ppt

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1、新型支挡结构,新型支挡结构,第三章 悬臂式与扶壁式支挡结构 设计与计算,第二节 悬臂式支挡结构构造,第三节 悬臂式支挡结构力学分析模型和土压力计算,第四节 悬臂式支挡结构设计,第五节 扶壁式支挡结构构造,第六节 扶壁式支挡结构设计,第七节 悬臂式（扶壁式）支挡结构制作与施工,第八节 算例,第一节 概述,第一节 概述,3.1.1 发展和类型 悬臂式和扶壁式挡土墙是一种轻型、新型支挡结构。它依靠墙身自重和墙底板以上填筑土体（包括荷载）的重力维持挡土墙的稳定，其主要特点是厚度小、自重轻，挡土高度较高，而且经济指标也比较好，适用于石料缺乏和地基承载力较低的填方地段。通过工程实践证明，该结构具有良好的社

2、会效益和经济效益。,悬臂式挡土墙由立臂（墙面板）和墙底板（包括墙趾板和墙踵板）组成，如图3-1，其立臂为固结与墙底板的悬臂板。,当悬臂式挡土墙墙高大于6m时，立臂下部弯矩增大，耗用钢筋较多，且变形不易控制 因此，一般沿墙长方向，每隔一定距离加设扶壁，使立臂与墙踵板相互连接起来，这种结构形式称为扶壁式挡土墙（如图3-2），主要由立臂、墙踵板、墙趾板和扶壁组成。,3.1.2 结构和力学特点 悬臂式挡土墙的结构稳定性是依靠墙身自重和墙踵板上方填土的重力来保证的，而且墙趾板也显著的增加了抗倾覆稳定性，并大大减小了基底应力，因此，悬臂式挡土墙的整体稳定性与墙底板的宽度有关，增大墙底板宽度，可以提高挡土墙

3、的抗滑稳定性和抗倾覆稳定性，减少基地应力。 悬臂式挡土墙主要特点是构造简单，施工方便，墙身断面较小，墙身断面较小，污工量省，占地较少，自身重量轻，可以较好的发挥材料的强度性能，常用于填方路段作路肩墙或路堤墙使用。,悬臂式挡土墙在城市道路中，也可以采用装配式，主要包括帽石、墙面板、现浇混凝土基础及天然地基等部分，其中帽石、墙面板及钢筋混凝土基础等均可按定型进行设计。 由于墙面板的高度、结构尺寸及配筋等均采用定型化设计，解决了十分复杂繁琐的检算和配筋工作，给设计及施工都带来的便利有以下几点：,根据铁路工程设计手册上规定，当悬臂式挡墙支护高度超过6m时，须在挡墙上增设扶壁。在悬臂式挡墙上增加扶壁能除

4、有效的增加挡墙支挡高度以外，还能改善立板和墙锺板的受力条件，减小立臂的变形； 在悬臂式上设置扶壁主要的目的是提高其支挡高度，又能充分的利用悬臂式的特点，从而在支挡结构设计上达到最优化、最经济的目的。,从结构上来说，当在悬臂式挡墙上增加扶壁以后，扶壁与立板和底板成固定连接，起着拉住和固定立板的作用；立板则起着挡土的作用，底板则承受填土的竖直压力，以保持挡土墙的整体稳定性，即保持其抗滑稳定性和抗倾覆稳定性。,从力学上来说，增设扶壁以后，作用在实际墙背上的土压力分布将产生一定的变化，立板与扶壁接触面由原来的土压力转变为拉力，从而约束了挡墙的水平位移，虽然作用在立板上的力复杂化了，但是减小了作用在立板

5、底部上的弯矩，对于挡墙的安全性能有所提高，同样的道理，作用在墙锺板上的力也变的复杂。,在进行扶壁设计时，一般将扶壁视为固结于墙锺板的T型变截面悬臂梁，墙面板可视为扶壁的翼缘板。翼缘板的有效计算宽度由墙顶向下逐渐加宽，一般在计算中只考虑主动土压力的水平分力。 增设扶壁改善了作用在挡墙墙背上的土压力分布，约束了立臂的水平位移，当对墙后位移要求较高时，通过增设扶壁来达到要求不失为一种选择。,第二节 悬臂式支挡结构构造,3.2.1立臂 悬臂式支挡结构是由立臂和墙底板两部分组成。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1：0.021：0.05的斜坡，具体坡度值将根据立板的强度和刚度

6、要求确定。 当支挡结构墙高不大时立臂可做成等厚度。墙顶的最小厚度通常采用2025cm。当墙高较高时，宜在立板下部将截面加厚。,3.2.2 墙底板 墙底板一般水平设置。通常做成变厚度，底面水平，顶面则自与立板连接处向两侧倾斜。 墙底板是由墙踵板和墙趾板两部分组成。墙踵板顶面倾斜，底面水平，其长度由全墙抗滑稳定验算确定，并具有一定的刚度。靠立板处厚度一般取为墙高的1/121/10,且不应小于2030cm。,墙趾板的长度应根据全墙的倾覆稳定、基底应力（即地基承载力）和偏心距等条件来确定，一般可取为0.15 0.3B，其厚度与墙踵相同。 通常底板的宽度B由墙的整体稳定来决定，一般可取墙高度H的0.60

7、.8倍。当墙后为一地下水位较高，且地基承载力很小的软弱地基时，B值可能会增大到1倍墙高或者更大。见图2-1。,3.2.3 凸榫 为提高挡土墙杭滑稳定的能力，底板设置凸棒，如图3-1和3-3。 凸榫应设在正确位置上。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，还不应小于30m。,图3-3 凸榫的设置,第三节 悬臂式支挡结构力学分析模型和土压力计算,3.3.1 假想墙背土压力分析模型及计算 一般而言，对于悬臂式挡土墙采用库仑土压力理论。在计算悬臂式挡土墙土压力的时，首先就是计算墙面的选择，当悬臂式挡土墙在填土

8、压力的作用下，墙体产生背离填土方向的位移和变形，其值达到一定大小时，墙后填土即处于主动极限平衡状态，此时填土内将产生以墙脚D点为准的两个滑动面，如图3-4中DE面和AC面。,AC面为计算墙面，即设想填土所产生的主动土压力是作用在AC面上，然后通过土体ABC传递到墙面（即立板背面）AB上。但是作为计算墙面，AC面与竖直面之间的夹角 应满足条件 其中 为填土的内摩擦角，如若 ，则应从C点作与竖直面的夹角等于 的平面CF作为计算墙面。,3.3.2 实际墙背力学分析模型和土压力计算,假想墙背土压力的计算可以采用上述的土压力计算方法进行计算，而在实际的设计计算中，往往也需要知道实际墙背的土压力值，下面将

9、实际墙背的计算方法作一简要的说明。 设想从土体ABCF中取出一个厚度为dz，距填土表面的深度为z的微分土层abcd，则在该微分土层上的作用力如上图3-5所示。,在微分土层上作用上作用有土层的重力g，作用方向竖直向下； 土层顶面的竖直正应力q，均匀分布在土层顶面oade上，作用方向向下； 土层底面的的竖直正应力（q+dq），均匀分布在土层底面bcfg上，作用方向向上；,在计算墙面dcfe上作用有主动土压力pz，均匀分布在面积dcfe上，作用方向指向立板，作用线与dcfe面的法线成 角（ 为填土的内摩擦角），位于法线的上方； 在靠立板的平面oabg上，作用有侧向土压力ez, 均匀分布在oabg面上

10、，作用方向指向填土，作用线与oabg平面的法线成 角，位于法线的下方； 考虑到沿挡土墙长度方向，土体之间无相对位移，故在土层两侧平面abcd和oefg上法向反力r，作用方向指向土层。,根据静力平衡条件 ，通过理论推导可以得出： 1）作用在底板上的竖直土压力强度 当填土表面作用均布荷载 时，作用在底板上的竖直方向的土压力强度为：,式中： 由立板顶端（填土表面）到底板表面的高度（m）。,（3.2）,当填土表面无荷载作用时，作用在底板上的竖直方向的土压力强度为：,则作用在底板上的总的竖直土压力,（3.3）,（3.2）,式中：Q作用在底板上的总竖直土压力,2）作用在实际墙背上的侧向土压力强度 当填土表

11、面作用均布荷载时，由静力平衡条件 可得,（3.4）,（3.5）,则 ：,则作用在立板上的侧向总土压力，当填土表面作用均布荷载时,当填土表面无荷载作用时,当填土表面无荷载作用时，,第四节 悬臂式支挡结构设计,悬臂式支挡结构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试算法进行的，其做法是先拟定截面的试算尺寸，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设计。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

12、稳定验算。,悬臂式支挡结构，一般以墙长方向取一延长米计算。悬臂式支挡结构设计流程如图3-6。,3.4.1 墙身截面尺寸的拟定 可以参考以往成功的设计，初步拟定出试算的墙身截面尺寸，墙高H是根据工程需要确定的，墙顶宽可选用20cm。墙背取竖直面，墙面取1：0.021：0.05的倾斜面，因而定出立臂的截面尺寸。 底板在与立臂相接处厚度为（112110）H，而墙趾板与墙踵板端部厚度不小于30cm；其宽度B可近似取（0.60.8）H，当遇到地下水位高或软弱地基时，B值应增大。,（1）墙踵板长度 墙踵板长度可按下式确定：,一般情况下,有凸榫时,(3.9),1）路肩墙，墙顶有均布荷载h0、立臂面坡度为零时

13、(如图3-7a）所示) 2）路堤墙，墙项地面与水平线呈角，立臂面坡的坡度为零时(如图3-7 b）所示) 3）当立臂面坡的坡度为 1:m时，上两式应加上立臂面坡修正长度B。（如图 3-7c）所示）,（3.10）,（3.11）,（3.12）,上述式中： Kc滑动稳定系数； f基底摩擦系数； 填土容重； h0活荷载的换算上层高； Ex主动土压力水平分力； Ey主动土压力竖直分力； G墙身自重力、墙踵板以上第二破裂面（或假想 墙背） 与墙背之间的土体自重力和土压力的竖向分量之和。 容重修正系数。,（2）墙趾板长度 1）路肩墙如图3-7a）所示,（3.13）,式中：,；,2）路堤墙如图3-7b）所示,（

14、3.14）,如果由BB1+ B2+ B3计算出的基底应力。，或偏心距e 时，应采取加宽基础的方法加大B1，使其满足要求。,3.4.2 土压力计算 可参见第二章，也可依据路基工程设计手册进行计算。,3.4.3 墙身内力计算 （1）立臂的内力 立臂为固定在墙底板上的悬臂梁，主要承受墙后的主动土压力与地下水压力。墙前的土压力一般不考虑，立臂较薄，自重小可略去不计，立臂按受弯构件计算，各截面的剪力、弯矩按下列公式计算（见图3-8）：,（3.15）,式中：,Q1z距墙顶z处立臂的剪力； M1z距墙顶z处立臂的弯矩； z计算截面到墙顶的距离； 填土的容重； h0列车、汽车等活载的等代换算立柱高； Ka主动

15、土压力系数。,（2）墙踵板的内力 墙踵板是以立臂底端为固定端的悬臂梁。墙踵板上作用有第二破裂面（或假想墙背）与墙背之间的土体（含其上的列车、汽车等活载）的自重力、墙踵板自重力、主动土压力的竖直分量。地基反力、地下水浮托力、板上水重和静水压力等荷载作用。内力计算如图3-9。,无地下水时，可用下式计算：,（3.16）,式中： Q2x距墙踵为Bx截面的剪力； M2x距墙踵为Bx截面的弯短； Bx计算截面到墙踵的距离； h1墙踵板的厚度； H1立臂高度； k钢筋混凝土的容重；y1、y2分别为墙顶、墙踵处的竖直土压应力； 1、2分别为墙趾、墙踵处地基压力； B3墙踵板长度；B墙底板长度。,（3）墙趾板的

16、内力计算 墙趾板受力如图3-10所示，各截面的剪力和弯矩分别为：,式中： Q3x，M3x每延长米墙趾板距墙趾为Bx截面的剪力、弯矩； Bx计算截面到墙趾的距离； hp墙趾板的平均厚度； h墙趾板理置深度。,（3.17）,3.4.4 凸榫设计 在墙身底部设置凸榫基础是增加挡土墙抗滑稳定的一种方法。 （1）凸榫位置 凸榫位置、高度和宽度必须符合下列要求：,（3.18）,凸榫前侧距墙趾的最小距离BT1min,（3.19）,（2）凸榫高度,（3.20）,上述式中：1，2，3墙趾、墙踵及凸榫前缘处基底 的压应力。其余符号意义同前。,（3）凸榫宽度,其中：,式中：K混凝土受弯构件的强度设计安全系数（取26

17、5）； MT凸榫所承受的总弯矩； ft混凝土抗拉设计强度。,3.4.5 墙体钢筋混凝土配筋设计 悬臂式支挡结构的立臂和底板，接受弯构件设计。除构件正截面受弯承载能力、斜截面承载力需要验算之外，还要进行裂缝宽度验算。其最大裂缝宽度可按下列公式计算：,（3.22）,式中： cr构件受力特征系数，对于钢筋混凝土受弯构件取2.1； 裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，当0.2时， 取0.2；当1时，取1；对直接承受重复荷 载的构件，取1； sk按荷载效应准永久组合计算的钢筋混凝土构件纵向受 拉 钢筋的应力； Es钢筋弹性模量； C 最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离； te按有效受拉混凝土截面面

18、积计算的纵向受拉钢筋配筋 率，当te0.01时，取te0.01；,ftk混凝土轴心抗拉强度标准值；Ate有效受拉混凝土截面面积；As受拉区纵向钢筋截面面积；deq受拉区纵向钢筋的直径；di受拉区第i种纵向钢筋的直径；ni受拉区第i种纵向钢筋的根数；Vi受拉区第i种纵向钢筋的相对粘结特性系数，光面钢筋 取0.7，螺纹钢筋取1.0；Mk按荷载效应标准组合计算的弯矩值；h0截面的有效高度。,钢筋面积计算可按下列公式计算,式中： ftk混凝土轴心抗压强度标准值； fy钢筋的抗拉强度设计值； b截面宽度，取单位长度； M截面设计弯矩。,（3.23）,（1）立臂钢筋设计 经钢筋计算，已确定钢筋的面积。钢筋

19、的设计则是确定钢筋直径和钢筋的布置。立臂受力钢筋沿内侧竖直放置，一般钢筋直径不小于12mm，底部钢筋间距一般采用100150mm。 当墙身立臂较高时，可将钢筋分别在不同高度分两次切断，仅将14l3受力钢筋延伸到板项。顶端受力钢筋间距不应大于500mm。钢筋切断部位，应在理论切断点以上再加一钢筋锚固长度，而其下端插入底板一个锚固长度。锚固长度Lm一般取25 d0 d（d为钢筋直径）。配筋见图3-11。,在水平方向也应配置不小于6的分布钢筋，其间距不大于400500mm，截面积不小于立臂底部受力钢筋的10。 对于特别重要的悬臂式支挡结构，在立臂的墙面一侧和墙顶，也按构造要求配置少量钢筋或钢丝网，以

20、提高混凝土表层抵抗温度变化和混凝土收缩的能力，防止混凝土表层出现裂缝。,（2）底板钢筋设计 墙踵板受力钢筋，设置在墙踵板的项面。受力筋一端插入立臂与底板连接处以左不小于一个锚固长度；另一端按材料图切断，在理论切断点向外伸出一个锚固长度。 墙趾板的受力钢筋，应设置于墙趾板的底面，该筋一端伸人墙趾板与立臂连接处以右不小于一个锚固长度；另一端一半延伸到墙趾，另一半在Bl2处再加一个锚固长度处切断。配筋见图3-11。,在实际设计中，常将立臂的底部受力钢筋一半或全部弯曲作为墙趾板的受力钢筋。立臂与墙踵板连接处最好做成贴角予以加强，并配以构造筋，其直径与间距可与墙踵板钢筋一致，底板也应配置构造钢筋。钢筋直

21、径及间距均应符合有关规范的规定。,第五节 扶壁式支挡结构构造,扶壁式支挡结构是悬臂式支挡结构的改进。当墙高大于6m，扶壁式要比悬臂式经济。 扶壁式支挡结构由立板，底板及扶壁三部分组成，如图3-12所示。通常底板设凸榫。,立板和底板的墙踵板均以扶壁为支座而成为多跨连续板。扶壁式挡土墙墙高不宜超过19m，一般在915m左右，分段长度不应大于20m。 扶肋间距应根据经济性要求确定，一般为1/41/2墙高；每段中宜设置三个或三个以上的扶肋，扶肋厚度一般为扶肋间距的1/101/4，但不应小于0.3m。采用随高度逐渐向后加厚的变截面，也可采用等厚式以利于施工。 立板宽度和墙底板厚度与扶肋间距成正比，墙面板

22、顶宽不得小于0. 2m，可采用等厚的垂直面板。墙踵板宽一般为墙高的1/41/2，且不小于0.5m。墙趾板宽宜为墙高的1/201/5，墙底板板端厚度不小于0.3m。,扶壁两端立板外伸长度，根据外伸的悬臂的固端弯矩与中间跨固端弯矩相等的原则确定，通常选用两扶壁净间距的0.41倍。扶壁式支挡结构的底宽与墙高之比，可取0.60.8之间，有地下水或地基承载力较低时要加大。 为了提高扶壁式挡土墙的抗滑能力，箱底板常设置凸榫。其要求同悬臂式支挡结构。,第六节 扶壁式支挡结构设计,3.6.1墙面板（立壁）设计计算 （1）计算模型和计算荷载 墙面板计算通常取扶肋中至扶肋中或跨中至跨中的一段为计算单元，视为固支于

23、扶肋及墙短板上的三向固支板，属超静定结构，一般作简化近似计算。,计算时将其沿墙高或墙长划分为若干单位宽度的水平板条与竖向板条，假定每一单元条上作用均布荷载，其大小为该条单元位置处的平均值，近似按支承于扶肋上的连续板来计算水平板条的弯矩和剪力；按固支于墙底板上的刚架梁来计算竖向板条的弯矩。,墙面板的荷载仅考虑墙后主动土压力的水平分力，而墙自重、土压力竖向分力及被动土压力等均不考虑。扶壁式支挡结构土压力模型和计算同悬臂式支挡结构，如图3-13a)。,（2）水平内力 根据墙面板计算模型，水平内力计算简图如图3-13b)所示。各内力分别为：,支点负弯矩,支点剪力,跨中正弯矩,边跨自由端弯矩,式中：扶肋

24、间净距（m）,墙面板承受的最大水平正弯矩及最大水平负弯矩在竖直方向上分别发生在扶肋跨中的H1/2处和扶肋固支处的第三个H1/4处，如图3-14所示。,设计采用的弯矩值和实际弯矩值相比是偏安全的，如图3-13c)所示。例如，对于端梁而言，当它承受均布荷载pi时，其跨中弯矩应为 。但是，考虑到墙面板虽然按连续板计算，然而它们的固支程度并不充分，应考虑安全的方法计算。,（3）竖直弯矩 扶肋跨中的竖直弯矩沿墙高的分布如图3-14a)所示，负弯矩出现在墙背一侧底部H1/4范围内；正弯矩出现在墙面侧，最大值在第三个H1/4段内。其最大值可近似按下列公式计算：,竖直负弯矩：,竖直正弯矩：,图3-14 立面板

25、竖直弯矩计算 a) 竖直弯矩沿墙高分布,（3.25）,（3.26）,沿墙长方向(纵向)，竖直弯矩的分布如图3-14b)所示，呈抛物线形分布。设计时，可采用中部 范围内的竖直弯矩不变，两端各 范围内的竖直弯矩较跨中减少一半的阶梯形分布。,（4）扶肋外悬臂长度 的确定,扶肋外悬臂节长 ，可按悬臂梁的固端弯矩与设计采用弯矩相等求得，即：,于是得：,（3.27）,3.6.2 墙踵板设计计算 （1）计算模型和计算菏载 墙踵板可视为支承于扶肋上的连续板，不计墙面板对它的约束，而视其为铰支。内力计算时，可将墙踵板顺墙长方向划分为若干单位宽度的水平板条，根据作用于墙踵板上的荷载，对每一连续板条进行弯距、剪力计

26、算，并假定竖向荷载在每一连续板条上的最大值均匀作用在板条上。,作用在墙踵板上的力有： 计算墙背与实际墙背间的土重及活载W1； 墙踵板自重W2； 作用在墙踵板顶面上的土压力竖向分力W3(EB3y)； 作用在墙踵板端部的土压力的竖向分力W4(E1v)； 由墙趾板固端弯矩M1的作用在墙踵板上引起的等代荷载W5； 以及地基反力等，如图3-15a)所示。,图3-15 墙踵板力荷载计算模型a) 墙踵板受力图,为简化计算 假设W3为中心荷载，如图3-15b)所示；,图3-15 墙踵板力荷载计算模型b) EH3对墙踵板的作用,为简化计算 W4是悬臂端荷载Ety所引起的，如图3-15c)所示，实际应力呈虚线表示

27、的二次抛物线分布，简化为实线表示的三角形分布；,图3-15 墙踵板力荷载计算模型c) Ety对墙踵板的作用,为简化计算 M1引起的等代荷载的竖直应力近似地假设成图3-15d)所示的抛物线形，其重心位于距固支墙 处，以其对固支端的力矩与M1相平衡，可得墙踵处的应力 。,图3-15 墙踵板力荷载计算模型d) M1对墙踵板的作用,将上述荷载在墙踵板上引起的竖向应力叠加，即可得到墙踵板的计算荷载。由于墙面板对墙踵板的支撑约束作用，在墙踵板与墙面板衔接处，墙踵板沿墙长方向板条的弯曲变形为零，并向墙踵方向变形逐渐增大。故可近似假设墙踵板的计算荷载为三角形分布，最大值w在踵点处如图3-15e，于是得：,图3

28、-15 墙踵板力荷载计算模型e) 墙踵板法向应力总和,即,（3.28）,式中： 作用在BC面上的土压力（kN）； 作用在CD面上的土压力（kN）； 墙趾板固端处的计算弯矩（kNm）； 墙后填土和钢筋混凝土的容重（kNm3） 墙趾板厚度（m）； 墙趾板固端处的地基反力（kPa）。,（2）纵向内力 墙踵板顺墙长方向(纵向)板条的弯矩和剪力计算与墙面板相同，各内力分别为：,支点负弯矩,支点剪力,跨中正弯矩,边跨自由端弯矩,1) 在图3-15b)所示的三角形分布荷载作用下产生的横向弯矩，最大值出现在墙踵板的根部。由于墙踵板的宽度通常只有墙高的1/3左右，其值一般较小，对墙踵板横向配筋不起控制作用，故不

29、必计算此横向弯矩。,（3）横向弯矩 墙踵板沿板宽方向(横向)的弯距由两部分组成：,图3-15 墙踵板力荷载计算模型b) EH3对墙踵板的作用；,2) 由于在荷载作用下墙面板与墙踵板有相反方向的移动趋势，即在墙踵板根部产生与墙面板竖直负弯矩相等的横向负弯矩，沿纵向分布与墙面板的竖直弯短沿纵向分布的相同，如图3-14b)所示。,图3-14 立面板竖直弯矩计算b) 竖直弯矩沿墙纵向分布,3.6.3扶肋设计计算（1）计算模型和计算荷载 扶肋可视为锚固在墙踵板上的“T”形变截面悬臂梁，墙面板则作为该“T”形梁的翼缘板，如图3-16a)所示。翼缘板的有效计算宽度由墙顶向下逐渐加宽，如图3-16a)、b)所

30、示。为简化计算，只考虑墙背主动土压力的水平分力，而扶肋和墙面板的自重以及土压力的竖向分力忽略不计。,（2）剪力和弯矩 悬臂梁承受两相邻扶肋的跨中至跨中长度LW与墙面板高Hl范围内的土压力。在土压力EH1图3-16a)中，作用在AB面上的土压力的水平分力作用下，产生的剪力和弯矩为：,（3.30）,式中： 、 高度为 （从墙顶算起）截面处的剪力（kN）、 弯矩（kNm）； 跨中至框中的计算长度（m）。,如图3-16c)所示计算长度Lw，按下式计算且,（中跨）,（悬臂跨）,（3.31）,图3-16 扶肋计算图示,（3）翼缘宽度 扶肋的受压区有效翼缘宽度bi墙顶部bib，底部biLw(或12B2)，中

31、间为直线变化，如图3-16b)所示，即：,或,（3.32）,图3-16 扶肋计算图示,3.6.4 配筋设计 扶壁式挡土墙的墙面板、墙趾板、墙踵板按矩形截面受弯构件配筋，如图3-17所示，而扶肋按变截面“T”形梁配筋,（1）墙面板 1)水平受拉钢筋 墙面板的水平受拉钢筋分为内、外侧钢筋两种。 内侧水平受拉钢筋N2布置在墙面板靠填土一侧，承受水平负弯矩，以扶肋处支点弯矩设计，全墙可分为34段。 外侧水平受拉钢筋N3布置在中间跨墙面板临空一例，承受水平正弯矩，该钢筋沿墙长方向通长布置。为方便施工，可在扶肋中心切断。沿路高可分为几个区段进行配筋，但区段不宜分得过多。,2)竖向受力钢筋 墙面板的竖向受力

32、钢筋也分内、外两侧。 内侧竖向受力钢筋N4布置在靠填土一侧，承受墙面板的竖直负弯矩。该筋向下伸入墙踵板不少于个钢筋锚固长度；向上在距墙踵板顶高H1/4加上一个钢筋锚固长度处切断。每跨中部 范围内按跨中的最大竖直负弯矩MD配筋，靠近扶肋两侧各 部分按MD/2配筋，如图3-14所示。 外侧竖向受力钢筋N5布置在墙面板临空一侧，承受墙面板的竖直正弯矩。该钢筋通长布置，兼作墙面板的分布钢筋之用。,3)墙面板与扶肋间的U形拉筋 连接墙面板与扶肋的U形拉筋N6，其开口向扶肋的背侧。该钢筋每一肢承受高度为拉筋间距水平板条的支点剪力Q，在扶肋水平方向通过长布置。,（2）墙踵板 墙踵板顶面横向水平钢筋N7，是为

33、了墙面板承受竖直负弯矩的钢筋N4得以发挥作用而设置的。该筋位于墙踵板顶面，垂直于墙面板方向。其布置与钢筋从相同，该筋一端插入墙面板一个钢筋锚固长度；另一端伸至墙踵端，作为墙踵板纵向钢筋N8的定位钢筋。如钢筋N7的间距很小，可以将其中一半在距墙踵端B3/2减一个钢筋锚固长度处切断。,墙踵板顶面和底面纵向水平受拉筋N8、N9(图中未示)，承受墙踵板在扶肋两端的负弯矩和跨中正弯矩。该钢筋切断情况与N2、N3相同。 连接墙面板与扶肋之间的U形钢筋N10(图中未示)，其开口向上。可在距墙踵板顶面一个钢筋锚固长度处切断，也可延至扶肋的顶面，作为扶肋两侧的分布钢筋。在垂直于墙面板方向的钢筋分布与墙踵板顶面纵

34、向水平钢筋N8相同。,（3）墙趾板 同悬臂式挡土墙墙趾板的配筋设计。 （4）扶肋 扶肋背侧的受拉钢筋从N11(图中未示)，应根据扶肋的弯矩图，选择23个截面，分别计算所需的拉筋根数。为节省混凝土，钢筋N11可多层排列，但不得多于3层。其间距应满足规范要求，必要时可采用束筋。 除受力钢筋外，还需根据截面剪力配置箍筋，并按构造要求布置构造钢筋。,第七节 悬臂式（扶壁式）支挡结构制作与施工,3.7.1 现浇式悬臂式支挡结构制作与施工 悬臂式挡土墙采用C30混凝土浇筑，受力钢筋采用螺纹钢筋；分布钢筋采用光面钢筋。受力筋与分布筋用铁丝捆扎联结，使成为一体。 沿挡土墙纵向约10m设伸缩缝一道，用沥青麻筋填

35、塞。挡土墙在地面以上0.2m处每隔23m上、下、左、右交错设置泄水孔，墙背设砂夹卵石反滤层。,墙身尺寸计算时考虑了墙前1.3m深的被动土压力，因此墙前基坑必须用二八灰土夯填密实。 现浇悬臂式挡土墙一般先在基底铺筑一层厚20cm的碎石垫层，并用打夯机夯入地基土，以增加基底挡墙的摩擦。之后，安装基础钢筋，再浇筑基础混凝土。挡土墙墙身与基础的结合面，应按施工缝处理，即先进行凿毛，将松散混凝土及浮浆凿除，并用水清洗干净，然后按设计要求安装墙身钢筋。,挡土墙施工前应做好排水，防止地表水流入基坑，墙底埋入地面以下不小于1.3m，如果地面高程与实际情况不符，可据此调整墙高。 挡土墙底埋至冻结深度以下0.25

36、m，墙底铺设0.5m的碎石垫层，夯实整平后浇筑挡土墙底板。,基础开挖施工时，防止破坏地下管线。在底板混凝土凝固后，再进行立臂混凝土灌注，立臂与底板相接处，应将底板顶部的混凝土凿毛，但不得留下残渣。 浇筑混凝土时，底板在宽度方向不得间断，必须一次浇筑完成；立臂在高度方向不宜间断，若有间断，第二次浇筑时，必须保证新混凝土与凝固混凝土的牢固粘结。挡土墙应与相邻桥台或涵洞端墙顺接。,3.7.2 预制拼装悬臂式支挡结构制作与施工 如前所述，悬臂式支挡结构可采用就地整体浇筑和预制拼装式结构，采用拼装式施工时，首先根据墙体设计高度，预制L型挡墙。每一单元墙体宽度可根据车辆运输能力，分为1.02.0m不等，然

37、后运至施工现场完成挡土墙结构的拼装，但拼装式挡土墙不宜在地质不良地段和地震烈度大于等于8度的地区使用。 施工工序如图3-18所示,（1）L型挡墙的预制 根据设计图纸，主要步骤包括：预先扎制钢筋骨架，模板制作、浇注混凝土，拆模养生。 （a）钢筋骨架制作 钢筋骨架制作包括钢筋加工、调直、切断、弯钩、绑扎成型等，均应用冷加工的方法进行。,（b）模板制作与安装 为使挡土墙墙体光滑整洁，尺寸准确，宜优先采用通用化组合钢模，刚模板具有质量高，拆装方便、快速，可多次周转使用，节省木材等优点。 刚模板宜采用标准化的组合模板，主要由平面模板、连接件和支承件三部分组成。,（c）水泥混凝土配合比设计 水泥混凝土由水

38、泥、粗骨料、细骨料和水组成。为了改善混凝土拌合物的某些性能，必要时可以掺加适量的外加剂。在选择混凝土组成材料时，对水泥品种和强度等的选择必须特别慎重。,挡土墙混凝土使用的粗骨料，可以使碎石或卵石，应质地坚硬、耐久、洁净。为获得密实、高强的混凝土，并能节约水泥，要求粗细骨料组成的矿质混合料要有良好的级配。挡土墙混凝土选用的细骨料，应采用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净、直径小于5mm的河砂。 混凝土配合比设计就是合理选择混凝土各组成材料，并根据挡土墙设计制定的混凝土性能和经济性原则，确定混凝土各组分的最佳配合比和用量。具体可依据规范和规程。,（d）混凝土浇筑 混凝土浇筑应均质密实、平整，无蜂窝麻面，

39、不露筋骨，强度符合设计要求，做到搅拌均匀、振捣密实、养生及时。 （e）拆模养生 根据混凝土标号和养护龄期与设计强度的关系，按规定方法进行拆模养护。寒冷地区须进行蒸汽养护。,（2）基槽开挖、地基处理及防排水 （a）基槽开挖 基础的各部尺寸、形状以及埋置深度，均应按照L型挡墙底板尺寸的设计要求进行施工。宜采用机械化快速施工方法，集中力量，迅速完成。其程序包括松土(连同弃土通道部分)和弃土两部分。,松土作业 开挖方式：对浅堑可先基底后边坡；对深堑，宜先边坡后基底。但无论何种方式，均应在基面位置拉出一定宽度的排水槽。 开挖方法：可用镟挖钻机，进行开挖成形。,弃土作业 地表部分可用的松方，横向推置于堑测

40、开挖界限米外；上限以下含土冰层或饱冰冻土视路堑长度，采用纵向一次推出或设横向通道（锁口）分段推出的方法，推弃于堑外适当地点。弃土时应注意不影响回填时排淤作业和不留隐患。 锁口的设置应与路堑开挖的松土作业同时进行，间距一米左右为宜，一米以下的路堑，宜两端相向开挖，并在堑口下方设锁口；一米以上的长堑，可分段开挖，增设中部横向锁口。推土应由高往低拉槽推送。,（b）地基处理 在软弱地层条件下，应根据地基承载力的设计要求，按设计进行地基土换填、堆载预压、强夯、水泥土搅拌等多种方法进行地基处理。,（c）防排水处理 挡土墙施工时，应按设计设置排水设施，并应采取措施，疏干墙后填料中的水份，防止墙后积水，避免墙

41、身承受额外的静水压力，减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力。路堑墙墙后的地面，在施工时应先做好排水处理，设置排水沟，引排地面水，夯实地表松土，减少雨水和地面水下渗，墙趾前的边沟应与铺砌加固。,挡土墙墙面设置泄水孔，最下一排泄水孔应高出施工后的实际地面线30cm，若为出水口应高出边沟水位30cm，泄水孔尺寸视泄水量大小而定，孔底一般应有向外的排水坡，上下泄水孔错开布置。在施工中，墙身现浇的话应按设计要求进行泄水孔的预留或预埋，当为预制时，应按面板排列位置，在预制过程中预留孔位。,当墙后填料为渗水土时，为防止堵塞，可以在泄水孔进水端设置砂砾反滤层，并在最下一排泄水孔的下端设置隔水层，进行捣实，防止水分

42、渗入基础。如果墙后水量较大，可在排水层底部加设纵向渗沟，配合排水层把水引出墙外；反滤层的粒径宜在0.550mm之间，符合一般级配要求，并筛选干净，可用薄隔板按各层厚度隔开，自上而下逐步抽出隔板，以达到要求。,（3）拼装 清方之后，抄平放线，用吊机吊装安放L型预制挡墙块。一般需利用吊车借墙体上预埋的吊钩吊起，吊钩的位置应按设计形式安置，以免起吊点与设计不符。 选择合理的运输形式，可以保证预制品在运输过程中不变形和不受损坏。 每完成一个安装单位，严格检查位置、高程、平整度和垂直度，确信无误后才能进行下个段落的安装。,（4）墙背回填 墙背填料的选择是至关重要的，一般应选择透水性强，易排水、抗剪强度大

43、且稳定的填料，由于碎（砾）石土、砂类土力学性能稳定、受水的影响较小，因此，墙后应优先选择透水性良好的砂类土、碎（砾）石土进行填筑。 墙后必须回填均匀、摊铺平整，分层填夯，每2030cm一层，压路机夯压，平铺压实之后，继续下一层的填夯。,（5）整坡和景观恢复 填料顶面应按设计要求设置横坡，一般为2%3%。 根据地质和环境条件，在坡面上栽种适宜植物或铺设草皮，以保持水土、恢复景观。 扶壁式支挡结构制作与施工与悬臂式支挡结构类似，可参照执行。,第八节 算例,已知：设计一无石料地区挡土墙，墙背填土与墙前地面高差为24m，填土表面水平，上有均市标准荷载 Pk10kNm2，地基承载力设计值为 120kNm

44、2，填土的标准容重 t17kNm3，内摩擦力 ，底板与地基摩擦系数f0.45，由于采用钢筋混凝土挡土墙，墙背竖直且光滑，可假定墙背与填土之间的摩擦角 。,解： （一）截面选择 由于缺石地区，选择钢筋混凝土结构。墙高低于6m，选择悬臂式挡土墙。尺寸按悬臂式挡土墙规定初步拟定，如图3-19所示。,（二）荷载计算 1土压力计算 由于地面水平，墙背竖直且光滑，土压力计算选用朗金理论公式计算：,地面活荷载Pk的作用，采用换算立柱高 ，地面处水平压力：,悬臂底B点水平压力：,底板c点水平压力：,土压力合力：,2竖向荷载计算 （1）立臂自重力 钢筋混凝土标准容重k 25kN/m3，其自重力,（2）底板自重力

45、,（3）地面均布活载及填土的自重力,（三）抗倾覆稳定验算 稳定力矩,倾覆力矩,稳定,（四）抗滑稳定验算,竖向力之和,抗滑力,滑移力,稳定,（五）地基承载力验算 地基承载力采用设计荷载，分项系数：地面活荷载r11.30；土荷载r21.20；自重r31.20。基础底面偏心距e0，先计算总竖向力到墙趾的距离：,MH为水平力引起的弯矩：,总竖向力,偏心距,地基压力,（六）结构设计 立臂与底板均采用C20混凝土和II级钢筋，fck 13.4Nmm2，ftk 1.54Nmm2，fy 300Nmm2 ，ES 2105Nmm2,（1）立臂设计底截面设计弯矩,取 12120,裂缝验算,用 =0.01,最大裂缝宽

46、度,墙踵板根部D点设计弯矩：,墙趾板根部B点设计弯矩：,标准弯矩计算，由前面计算可知，标准荷载作用时：,此时地基压力：,墙踵板强度设计：,配 12120,裂缝验算：,，用 =0.01,最大裂缝宽度,（七）施工图（挡土墙大样图）（如图3-20所示）材料：垫层为C10混凝土，立臂及底板用C20混凝土。,1、相比重力式支挡结构，悬臂式和扶壁式支挡结构有哪 些工程特点?2、悬臂式支挡结构中墙踵板、墙趾板和凸榫的力学作用 是什么？如何确定各自的尺寸？3、悬臂式支挡结构加扶壁的作用？扶壁式与悬臂式支挡 结构在受力上有何异同？4、现浇式和预制拼装悬臂式支挡结构制作、施工主要流 程是什么？,思考题,第三章 结束,