毕业设计（论文）-铁路重力式挡墙设计

毕业设计（论文）-铁路重力式挡墙设计 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 铁路重力式挡墙设计 Design of Gravity Retaining Wall of Railway 2014 届 土木工程 系 专 业 土木工程 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 2014年5月25日 毕业设计成绩单 学生姓名 学号 班级 方1001-14 专业 土木工程 20105408 毕业设计题目 铁路重力式挡墙设计 指导教师姓名 吕 指导教师职称 高级工程师 副教授 评 定 成 绩 指导老师 得分 评阅人 得分 答辩小组 得分 组长 成绩: 系主任 签字: 年 月 日 毕业设计任务书 题 目 铁路重力式挡墙设计 学生姓名 学号 班 级 方1001-14 专业 土木工程 20105408 导师 导师 高级工程师 承担指导任务单位 土木工程系 姓名 职称 副教授 一、设计内容 结合铁路某线建设，对路基边坡支挡结构进行设计: 1 结构选型与荷载设计; 2 支挡结构截面设计与稳定性验算; 3 支挡结构基底合力偏心距及地基承载力验算; 4 施工组织与病害防治; 5 附属支挡结构设计图。 二、基本要求 1 编制荷载分析及借助软件完成支挡结构设计; 2 按时、独立完成一份完整、正确、整洁的计算书; 3 绘制结构设计图:平面图、立面图、构造详图; 4 专业翻译内容应与设计题目相关，翻译结果应能准确表达外文原意。 三、主要技术指标 该工程为铁路某线建设工程项目，线路经过此处路线是丘陵地区，石材比较丰富，挡土墙采 33用水泥沙浆砌片石，容重23kN/m，强度等级M10;填土综合内摩擦角为35?，容重18kN/m。 设计荷载分别按照公路和铁路的不同选用，注意不同的线路支挡结构的优化选型。 四、应收集的资料及参考文献 1 TB 10025-2006，铁路路基支挡结构设计规范 [S]. (2009修订版) 2 TB 10001-2005，铁路路基设计规范 [S]. 3 GB 50010-2011，混凝土结构设计规范 [S]. 4 铁道第三设计院. 铁路工程设计技术手册-桥涵地基与基础[M]. 北京: 中国铁道出版社, 2002. 5 刘成宇主编. 土力学 [M]. 北京: 中国铁道出版社, 2001. 6 姜振亚, 马培德主编. 铁路工程结构的构造与施工 [M]. 北京: 中国铁道出版社, 2001. 7 杨广庆, 刘树山主编. 高速铁路路基设计与施工 [M]. 北京: 中国铁道出版社, 1999. 五、进度 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 1—2周 查阅相关资料，熟悉基本设计要求，专业文献翻译 2—4周 确定整体设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 4—10周 编程及设计计算 10—12周 绘图、论文整理、答辩准备 教研组主任签字 时 间 2014年2月17日 毕业设计开题报告 题 目 铁路重力式挡墙设计 学生姓名 学号 班级 方1001-14 专业 土木工程 20105408 一、研究背景 铁路是现代文明的一项巨大的工业成就，它作为一种经济的、运量大的交通工具，在许多国家的经济生活中占有着非常重要的地位，并为本国经济和社会的发展做出了重大的贡献。然而，随着航空、海运和公路等运输方式在我国迅速崛起和发展，铁路运输受到了严峻的挑战，这种发展的趋势就促使铁路必须进行内部体制改革以及运输手段的技术创新，进一步加速铁路的高速化、重载化运输的立体化，进而实现铁路路网的现代化。实现高速化、重载化运输的同时，给铁路建设增加了不少难度，一系列的问题等待着我们的挑战，特别是边坡倾覆、滑移等不稳定因素。 随着在山区、丘陵地带铁路的大量修建，工程领域常常会遇到大量的边坡工程问题，对于不稳定的天然边坡，或人工边坡，采取一定的措施来保证边坡稳定，比如挂网喷浆，土钉，锚杆，挡土墙等方法加固边坡。在修筑铁路时，都会遇到边坡的开挖和回填问题，为防止滑坡的和可能的诱使滑坡发生则必然要用结构实现支挡。支挡结构在土木工程各个领域得到了广泛的应用，它能有效的防止事故的发生，从而确保运输安全。重力式挡土墙是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，其结构简单且施工方便，逐渐成为我国铁路支挡工程主要的边坡稳定的支挡形式。但是在实际应用过程中，支挡结构经常穿越不同地质构造的地区，其抵抗地质灾害的能力直接关系到线路能否正常运行，人们生命财产安全能否得到最大限度的保障。为此，挡土墙的研究工作开展也就更具有了重大的意义。 二、国内外研究现状 土压力是设计挡土结构物断面和验算其稳定性的主要荷载。国内外对挡土墙设计的问题的研究主要集中在挡土墙土压力计算、挡土墙稳定分析与破坏机理、挡土墙设计优化等方面。计算土压力的方法有很多种，迄今为止实用上仍广泛采用古典的朗肯土理论和库伦理论。一个多世纪以来，各国的工程技术人员做了大量挡土墙的模型试验、原位观测以及理论研究，实践表明，这两个古典理论来计算挡土墙压力仍不失为有效实用的计算方法。 挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡，以保持土体稳定的建筑物，在土木工程中应用很广，结构形式也很多，如悬臂式、锚杆式及重力式等。重力式挡土墙是我国目前最常见的一种挡土墙的形式，但由于墙身断面大，圬工量也大，在软弱地基上修建时往往受到承载力的限制。因此，研究和引进新型、轻型支挡结构，一直是国内外工程技术人员在工程实践中的一个主要内容。 三、应收集资料及参考文献 1 TB 10025-2006，铁路路基支挡结构设计规范 [S]. (2009修订版) 2 TB 10001-2005，铁路路基设计规范 [S]. 3 GB 50010-2011，混凝土结构设计规范 [S]. 4 铁道第三设计院. 铁路工程设计技术手册-桥涵地基与基础[M]. 北京: 中国铁道出版社, 2002. 5 刘成宇主编. 土力学 [M]. 北京: 中国铁道出版社, 2001. 6 姜振亚, 马培德主编. 铁路工程结构的构造与施工 [M]. 北京: 中国铁道出版社, 2001. 四、主要工作内容 1 结构选型与荷载分析:在选择结构形式时, 必须认真考虑设置地点的地形地质施工条件、与邻近结构物的关系等因素后, 再选定切合实际的形式。 2 支挡结构截面与稳定性验算:重力式挡土墙截面尺寸按试算法确定，结合工程地质、填土性质、墙身材料和施工条件等方面情况按经验初步拟定截面尺寸，再进行验算。挡土墙的设计应保证其自重和外荷载作用下不发生全墙的滑动和倾覆，并保证墙身截面有足够强度、基底应力小于地基承载力和偏心距不超过容许值，应采用容许应力法进行稳定性和强度验算。 3 支挡结构体下地基加固与验算:重力式挡土墙断面尺寸较大、墙身较重，对地基承载力要求较高(因此地基的加固处理和承载力的验算十分关键。 4 施工组织与病害防治 5 附属支挡结构设计图 五、预期达到的结果 通过收集查阅相关资料和文献，进行整理和分析研究，结合所学专业知识，加深对相关内容的理解。提高自身学习能力和知识的综合运用能力，独立思考解决问题，对重力式挡土墙的计算方法和思路的理解和应用，以及对边坡支挡技术的掌握，保持边坡的稳定性。 指导教师签字 时 间 年 月 日 摘 要 随着我国高速铁路建设的飞速发展, 特别是在山区、丘陵地带铁路的大量修建，挡土墙作为特殊结构中非常重要的结构，是铁路工程中应用很广的一种支挡结构，同时也作为铁路工程一项重要的组成部分，正发挥着越来越大的现实作用。因此，我们需要提高挡土墙的设计水平和严格控制挡土墙的施工质量。 本设计首先对边坡的破坏类型以及影响边坡稳定的因素进行了阐述，分析了边坡失稳的原因，在此基础上提出了加固边坡措施，其中重点介绍了重力式挡土墙。重力式挡土墙是通过挡土墙自身重力来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，其可能产生滑移、倾覆、不均匀沉陷和墙身断裂等破坏，因此对重力式挡土墙设计进行抗滑稳定性验算、抗倾覆稳定性验算、基底承载力验算和墙身承载力验算等。重力式挡土墙由于结构简单，施工方便、便于取材、适应性强，故在工程建设中得到了广泛的应用。 关键词:边坡稳定性 支挡结构 挡土墙 重力式挡土墙 土压力 Abstract With the rapidly development of high-speed railway construction in our country, especially lots of railway has been constructed in the area of many coteau and hills, retaining wall as an important structure in special structure, is a very widely applied in railway construction of a retaining structure, as an important component in the railway project at the same time, playing an important role in reality. Therefore, we need to improve the design level of the retaining wall and strictly control the construction quality of the retaining wall. Firstly, damage types on the slope and the factors which influence slope stability are described in this project, analyzed the causes of the slope instability, on this bases the slope reinforcement measures are proposed, which focuses on the gravity retaining wall. Gravity retaining wall maintain the stability of the retaining wall under the effect of soil pressure by itself, which may produce sliding, overturning, uneven settlement and wall body fracture damage, so for stability against sliding of gravity retaining wall design checking, resistive overturning stability checking, basal bearing capacity checking and the bearing capacity of wall body checking, etc. because of its simple structure, convenience at construction, easily to sampling and strongly adaptability, so it has been widely used in the engineering construction. Key words: Slope stability retaining structure retaining wall gravity retaining wall earth pressure 目 录 第1章 绪论 ....................................................................................................................... 1 1.1 前言 .......................................................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状 ...................................................................................................... 1 1.3 支挡结构的概述 ...................................................................................................... 3 1.3.1 支挡结构的发展 ............................................................................................... 4 1.3.2 支挡结构的方案设计和施工方法 ................................................................... 8 第2章 边坡与挡土墙 ..................................................................................................... 10 2.1 边坡的概述 ............................................................................................................ 10 2.1.1 边坡破坏类型 ................................................................................................. 10 2.1.2 影响边坡稳定性因素 ..................................................................................... 11 11 2.1.3 边坡加固措施 .................................................................................................2.2 挡土墙的概述 ........................................................................................................ 11 2.2.1 挡土墙的类型及适用条件 ............................................................................. 12 2.2.2 挡土墙的布置 ................................................................................................. 13 2.2.3 挡土墙的设置原则 ......................................................................................... 13 2.3 挡土墙破坏形式 .................................................................................................... 14 2.4 重力式挡土墙 ........................................................................................................ 142.4.1 重力式挡土墙概述 ......................................................................................... 14 2.4.2 重力式挡土墙类型 ......................................................................................... 14 第3章 重力式挡土墙设计 ............................................................................................. 16 3.1 重力式挡土墙的构造 ............................................................................................ 16 3.1.1 墙身构造 ......................................................................................................... 16 3.1.2 路基与基础 ..................................................................................................... 18 3.2 挡土墙的排水措施 ................................................................................................ 19 3.3 墙后回填土的选择 ................................................................................................ 19 第4章 重力式挡土墙的传统结构设计计算 ................................................................. 20 4.1 概述 ........................................................................................................................ 20 4.2 重力式挡土墙的稳定性验算 ................................................................................ 20 4.2.1 设计荷载 ......................................................................................................... 20 4.2.2 一般地区重力式挡土墙稳定性验算 ............................................................. 21 4.2.3 挡土墙截面强度验算 ..................................................................................... 23 4.3 设计实例计算 ........................................................................................................ 23 4.3.1 设计资料 ......................................................................................................... 23 4.3.2 设计 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 ......................................................................................................... 23 4.3.3 算例 ................................................................................................................. 26 第5章 重力式挡土墙施工组织与病害防治 ................................................................. 34 5.1 重力式挡土墙施工工艺 ........................................................................................ 34 5.2 挡土墙几种常见病害分析原因 ............................................................................ 37 5.3 挡土墙病害的防治方法 ........................................................................................ 39 第6章 总结 ..................................................................................................................... 41 参考文献 ............................................................................................................................. 42 致谢 ..................................................................................................................................... 43 附录 ..................................................................................................................................... 44 附录A ............................................................................................................................. 44 附录B.............................................................................................................................. 57 附录C.............................................................................................................................. 61 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 第1章 绪 论 1.1 前言 随着我国经济的迅速发展，进入21世纪的今天，铁路作为一种经济的、运量大的交通工具，已经迎来了其发展的高潮时期。铁路建设是一种线(带)状的构造物，均是修建在地表及地表的岩土环境工程中。无论是何等级、采用何种形式都必然对地质环境产生扰动，而环境必然对此做出响应。边坡病害一直是已投入运营的交通工程明线路段的主要病害形式之一。随着边坡数量的增加及运营条件的提高，边坡稳定性的问题日益突出。 我国的滑坡主要分布在西南河西北地区，过去由于我们对滑坡危害的认识不足及地质勘探技术的限制，致使在铁路建设中，线路穿越古滑坡体使其复活或切割稳定斜坡坡脚而导致新生滑坡的现象非常多，此类滑坡主要分布在宝成、天宝、鹰夏、成昆、 33襄渝、安阳和焦太等线，有些铁路滑坡规模巨大，体积达数百万m以至数亿m。如宝天线的葡萄园滑坡、阳安线的赵家塘滑坡、太焦线的牛晶坪滑坡和寨底滑坡等，体 3积都达300万m以上。有些地区虽然规模不大，但密度大，成群出现，已达到无坡 [1]不滑，无堑不坍的严重局面。 随着在山区、丘陵地带铁路的大量修建，边坡工程问题为铁路建设增加了不少难度。在修筑铁路时，都会遇到边坡的开挖和回填问题，为防止滑坡的和可能的诱使滑坡发生则必然要用结构实现支挡，支挡结构在土木工程各个领域得到了广泛的应用，它能有效的防止事故的发生，从而确保运输安全。重力式挡土墙是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，其结构简单且施工方便，逐渐成为我国铁路支挡工程主要的边坡稳定的支挡形式。 1.2 国内外研究现状 土压力是设计挡土结构物断面和验算其稳定性的主要荷载。国内外对挡土墙设计的问题的研究主要集中在挡土墙土压力计算、挡土墙稳定分析与破坏机理、挡土墙设计优化等方面。计算土压力的方法有很多种，迄今为止实用上仍广泛采用古典的朗肯土理论和库伦理论。一个多世纪以来，各国的工程技术人员做了大量挡土墙的模型试验、原位观测以及理论研究，实践表明，这两个古典理论来计算挡土墙压力仍不失为有效实用的计算方法。 1 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 刚性挡土墙依靠自身重力维持稳定，多采用砖、石、混凝土等材料建造，墙体刚度较大。对刚性挡土墙而言，不同的变位方式、墙面的摩擦特性，以及墙后填土的变形与强度特性都对挡土结构所受侧压力的分布规律、大小和作用点产生影响，这是经典土压力理论无法考虑的。为深入研究这一问题，国内外学者进行了大量不同规模的模型试验。 [2]国际上，Terzaghi(1932)通过大规模的模型试验获得了极限状态和挡土墙结构变形之间的关系，并指出，只有当土体水平位移达到一定值、土体产生剪切破坏时，coulomb和Rangkine土压力值才是正确的。并进一步证实(1962):当挡土墙结构绕墙趾转动时，主动土压力为三角形分布;当挡土结构平移绕墙顶转动和绕墙中部转动时，主动土压力为非线性分布。 [3][4]Fang和Ishibashi(1986)、Fang，Chen和Wu(1994)分别对砂性填土刚性挡土墙的主动、被动以压力进行了模型试验，试验结果表明:主动土压力为非线性分布，其分布形式取决于挡土墙结构的变位方式，但不同挡土结构变位方式达到主动土压力状态所需的位移量基本一致，土压力作用点随着土的密度增加而上升。被动土压力当墙体平移时，为直线分布，墙体转动时，为非线性分布，且其大小与合力作用点和墙体的变位方式有关。 [5]在国内，周应英、任美龙(1990)对砂土填料在挡土墙平移情况下进行了土压力试验，以及对粘性填料在挡土墙平移、绕墙底转动和绕墙顶转动情况下进行了土压力试验，结果表明: (1) 刚性挡土墙主动土压力的分布形式，无论是砂土还是粘性土作为填料，都具有共同的规律:绕墙顶转动时是上部土压力大而下部土压力小的抛物线;绕墙底转动时是近似的三角形分布;墙平移时，是一种重心偏下的抛物线形，但底部土压力部位零; (2) 由墙的三种基本位移类型所生的土压力，不仅分布形式有差别，而且在总土压力的量值上也不等，其中以墙平移时总土压力相对最小; (3) 墙平移时底部压力变小，这不是由于侧壁摩阻力所致，这可用土拱理论加以解释。 挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡，以保持土体稳定的建筑物，在土木工程中应用很广，结构形式也很多，如悬臂式、锚杆式及重力式等。重力式挡土墙是我国目前最常见的一种挡土墙的形式,但由于墙身断面大，圬工数量也大，在软弱地基上修建时往往受到承载力的限制。因此，研究和引进新型、轻型支挡结构，一直是国内外工程技术人员在工程实践中的一个主要内容。 2 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 1.3 支挡结构的概述 支挡结构包括挡土墙、抗滑桩、预应力锚索等支撑和锚固结构，是用来支撑、加固填土或山坡土体，防止其坍滑以保持稳定的一种建筑物。在铁路、公路路基工程中，支挡结构被广泛应用于稳定路堤、路堑。隧道洞口以及桥梁两端的路基边坡等，主要用于承受土体侧向土压力。 支挡结构广泛用于铁路、水利、公路、航运等部门。当在设计施工过程中遇到高路堤、深路堑等土石方数量大且填挖困难时，可设置挡土墙以减少土石方及人工数量。在平原良田地区，为了有效减少对土地尤其是对耕地的占有量，节约土地，往往也在路堤一侧或两侧设置挡土墙。在滨河地段，尤其是在河流湍急及转弯处，修建挡土墙可以收回坡脚，以避免冲刷危险或避开建筑物。在山区地面横坡较陡时，常在坡陡处设置挡土墙，或在靠山侧，为了减少刷坡，降低土石方数量，并且有利于保护天然植被。此外，挡土墙还经常用于来整治崩坍、滑坡等路基病害。 目前我国多采用重力式挡土墙，这种强型在土压力作用下的稳定性主要靠墙身的自重及墙顶的横载来维持。墙身一般用浆砌片石，有时也用混凝土修建。这种挡墙形式简单，取材容易，施工方便，因而应用广泛。20世纪50年代为适应西南山区特殊的地理地形特点，出现了由我国自主设计开发的衡重式挡土墙。它由上墙及下墙组成，上墙间有平台，称为衡重台，它除墙身自重外，还增加了衡重台以上的填土重量来维持墙身的稳定性，节省一部分墙身垢工。由于墙胸胸坡较陡，因而在地面横坡较大时，可减小墙的高度。同时，由于墙身坡度仰斜，基础宽度较重力式挡土墙要小，因而减少了施工开挖的土石方数量。 长期以来重力式支挡结构在支挡结构中一直占有主导地位，但其自身也表现除了许多缺点。如其截面积大，圬工数量多、施工进度慢;尤其是在地形困难、石料缺乏地区特别应用不便。因此研究和推广新型支挡结构成为技术人员工作的主要内容。从二十世纪五六十年代开始，各行业在寻求在支挡结构方面新的突破，但由于我国的设计及经济水平较低，新型支挡结构的发展还比较缓慢。近几十年来，随着我国国民经济的不断发展，技术水平的不断提高，我国岩土工程中支挡结构的水平也获得了迅速的发展，支挡结构形式也从单一的靠重力式来维持挡土墙平衡，发展为采用支撑、土工复合结构以及锚固技术等多种新型、轻型支挡技术。这些新型技术具有结构轻、施工快捷、便于预制和机械化施工、节省材料和劳动力、造价低等优点，很快在各类岩土工程中得到了广泛的应用。 3 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 1.3.1 支挡结构的发展 随着经济的发展和国土资源的开发利用滑坡灾害层出不穷。人们通过对滑坡问题的不断研究与实践，使得滑坡的整治方法也由简单的绕避逐渐发展成:削坡卸载、拦截排水、抗滑支挡及坡面防护等一系列措施。其中抗滑移支挡结构物主要有重力式挡土墙、悬臂式抗滑桩、桩板式抗滑桩等。 20多年来，随着我国国民经济的不断发展，机械、材料工业水平及岩土加固技术水平的不断提高，我国岩土工程中支挡技术水平也获得了迅速发展，支挡结构形式也从过去单纯靠重力维持平衡的挡土墙，发展为采用支撑、土筋复合结构以及锚固技术等多种新型、轻型支挡新技术。 新型支挡结构是由于不同的岩土工程需要而不断发展的。岩土工程技术人员为了在某些特殊地形或特殊地质条件下保证边坡的稳定，往往要设计一些新的结构形式，有些已逐步推广应用。有些结构如对拉式挡土墙、带洞路基墙、檐式挡土墙、竖向预应力挡土墙等，在一些特定的条件下起了较大的作用，但由于其结构比较特殊或理论研究未跟上，尚未得到推广或后来被其他结构逐渐代替。 (1) 锚杆(索)挡土墙 锚杆挡土墙是由钢筋混凝土肋柱、墙面板、锚杆组成的支挡结构物，它依靠锚杆锚固在稳定的地层内，能承受水平拉力来维持墙的平衡，因此地基承载力一般不受控制，从而能克服不良地基的困难。在高边坡的情况下，且可采用自上而下逐级开挖和施工的办法，可以避免边坡坍塌，有利于施工安全。 (2) 卸荷板式挡土墙 如图1-1所示，卸荷板式挡土墙是折线型重力式挡土墙的墙背在适当高度处，安装一定长度的水平钢筋混凝土板，这个板将墙后填料分为上下两部分，上部分的填料可以作为墙身重量，而下部分由于该板的隔开，下墙土压力大大减小，故称该板为卸荷板。这种结构形式介于重力式挡土墙和轻型挡土墙之间，即兼具刚性墙和柔性墙两者的特点。由于卸荷板的影响，这种结构的圬工量较重力式节省30,左右，因而可节省工程投资。 4 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 图1-1卸载板式挡土墙 (3) 托盘式挡土墙 -2所示，托盘式挡土墙是在挡墙顶部设置钢筋混凝土的托盘及道碴槽，以如图1 承受线路上部建筑和列车的重量的结构;设置托盘式挡土墙可有效降低墙高、缩短横向距离，结构形式使用范围主要是在山区地面陡峻地带或受有线建筑物影响横向空间受限制时;但是托盘式结构对地基的承载力要求较高。 图1-2托盘式挡土墙 5 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 (4) 桩板式挡土墙 如图1-3所示，桩板式挡土墙是一种在桩之间设置挡板来稳定土体的挡土结构;桩板式挡土墙可用于一般地区、浸水地区和地震区的路堑和路堤支挡，也可以用于滑坡等特殊路基的支挡工程。 图1-3桩板式挡土墙 (5) 桩基托梁挡土墙 桩基托梁挡土墙是一种由基桩、托梁及挡土墙组成的复合结构来稳定土体的挡土结构;桩基托梁挡土墙一般用在地基承载力不足需要的地段，当地面陡峻或地表覆盖层为松散体时，采用桩基础将基地置于稳定层。挡土墙墙高控制在10m以下。 图1-4桩基托梁挡土墙 6 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 (6) 加筋土挡土墙 如图1-5所示加筋土挡墙是利用加筋土技术修建的一种支挡构筑物，加筋土是一种在土中加入拉筋带的复合土，它利用拉筋与土之间的摩擦作用，改善土体的变形条件和提高土体的工程性能，从而达到稳定土体的目的。加筋土挡土墙是20世纪60年代始于法国发展起来的一种轻型支挡结构，由于其应用广泛、造价低廉，施工简便而深受工程界欢迎。自70年代引入我国后，先后在公路、铁路和煤矿等部门进行了大量的研究和应用，显示出了广阔的发展前景。 加筋土技术的发明无疑是一项重大技术创新，然而在经过大量工程实践和理论研究后逐渐发现一些不足，有些甚至是难以逾越的障碍，其主要表现在:由于加筋土作用机理的复杂性导致多种设计理论并存，都有道理却都不能概全，有时依据设计理论计算的数据在模型试验中不能得到理想的验证，而从模型试验中得到的数据有时又与现场实测数据差异较大，这使得设计人员常常对理论计算数据感到信心不足，为工程安全考虑只好依据个人经验增加筋带数量，从而导致费用增加。另外，筋带表面难以防腐以及对填料适应性较差等缺陷是现有加筋技术的不足。 图1-5 加筋挡土墙 (7) 锚定板挡土墙 如图1-6所示，定板结构式我国铁路系统首创的一种新型支挡结构形式。这种结构具有造价低，施工方便，对各类地基适应性强等优点，广泛应用于铁路、公路、水利、煤炭等部门的支挡结构工程中。与重力式挡土墙比，一般可节省工程工资20,,30,。 7 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 图1-6锚定板挡土墙 (8) 土钉墙 土钉墙是一种原位土体加筋技术。将基坑边坡通过由钢筋制成的土钉进行加固，边坡表面铺设一道钢筋网再喷射一层砼面层和土方边坡相结合的边坡加固型支护施工方法。其构造为设置在坡体中的加筋杆件(即土钉或锚杆)与其周围土体牢固粘结形成的复合体，以及面层所构成的类似重力挡土墙的支护结构。 1972 年，法国瓦尔赛市铁路边坡开挖工程中成功地应用土钉墙来加固边坡，成为世界上首次将土钉墙作为支挡结构运用于岩土边坡地先行者。 (9) 抗滑桩 抗滑桩是我国铁路部门20世纪60年代开发、研究的一种抗滑支挡结构。抗滑桩是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱，用以支挡滑体的滑动力，起稳定边坡的作用，适用于浅层和中厚层的滑坡，是一种抗滑处理的主要措施。但对正在活动的滑坡打桩阻滑需要慎重，以免因震动而引起滑动。 (10) 预应力锚索 由钻孔穿过软弱岩层或滑动面，把一端(锚杆)锚固在坚硬的岩层中(称内锚头)，然后在另一个自由端(称外锚头)进行张拉，从而对岩层施加压力对不稳定岩体进行锚固，这种方法称预应力锚索，简称锚索。预应力锚索技术用于岩土工程在国外已有很长的历史，1933南阿尔及利首次将锚索用于水电工程的坝体加固。预应力锚索是一种较复杂的锚固工程，需要专门知识与经验，施工监理人员，应具有更丰富理论和经验。 1.3.2 支挡结构的方案设计和施工方法 支挡工程的总体方案是:在保证工程质量的前提下，尽可能地优化方案，节约支 8 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 挡结构的造价，降低施工难度，加快施工进程。综合分析考虑施工场地的地理地质条件及工程特性，确定最为经济合理的几种挡土墙形式。为了确保设计的节约经济，科学合理，将对挡土墙形式进行设计计算，确定其结构形式，以及所用材料、截面尺寸、配筋等，然后进行造价工程量的比较分析，最终确定一种最佳方案作为施工设计。 支挡结构的设计，除了要保证结构的稳定外，还要考虑该结构如何施工，也就是如何把设计在图纸上的结构放到现实中去。支挡结构工程所处位置的工程地质条件往往很差。例如山区铁路有许多线路是沿河谷陡坡进行的，南昆线从广西盆地爬上云贵高原，线路行进在乐里河谷和南盘江峡谷，内昆线水富一岔河段是在横江河谷进行，线路定线要完全避开断层带是不可能的。这些地段由于地质构造作用，岩层节理发育，风化严重，在边坡开挖过程中，常难以保持边坡自身的临时稳定而出现坍塌。尤其目前因施工机械化程度的提高，边坡的开挖速度很快，但后续支挡防护工序捡个大，软质岩边坡开挖后暴露时间长，边坡临时稳定受各种因素影响，问题更为突出。所以，受地质构造影响风化严重、节理发育、岩体破碎的软质岩挖方边坡在设计中常常作为一种不良地质工点来设计。 通过前几年的工程现场试验，我们提出了“软弱破碎岩质边坡分层开挖、分层稳定、坡脚预加固”的设计思路，其中，关键是边坡坡脚的稳定。在上部边坡分层施工完成后，如果路堑坡脚部分在施工过程中出现失稳，则会造成上两级已完工的护墙出现开裂、倒塌，甚至造成整个边坡的坍滑，因此要采用坡脚预加固的方法，这种方法也称为“逆作法”。 随着现代自然科学的发展，各门学科相互交叉、渗透、联系、目前信息的概念和一些基本理论已超出了原来的领域而逐步推广与其它领域，信息施工法就是一种逐渐被大家接受的新观念。岩土工程体系本身是一个信息库。岩土工程信息一般从以下几个方面获取: (1) 观察信息，由地质调查、勘探等方法得到的信息; (2) 经验信息，即技术人员设计和施工的经验总结; (3) 理论信息，根据理论计算、试验研究得到的信息; (4) 施工信息，通过工地开挖和施工获得的信息。由于岩土工程地质情况的复杂性、隐蔽性，设计者从前三个方面获得的信息不一定能完全符合工地的实际情况，而从施工中则可以获得更多更可靠耳朵信息。信息施工法就是主张从开挖施工过程中获取尽量多的信息，及时进行分析处理，用以修正设计，指导施工。通过近几年一些实验工程的实践，信息施工法在处理地质复杂的工地中发挥了很大的作用，既能保证施工安全，又能提高工程质量，是今后支挡结构的设计、施工的发展方向。 9 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 第2章 边坡与挡土墙 2.1 边坡的概述 边坡稳定性说的是边坡岩、土体在一定坡高和坡角条件下的稳定程度,按照成因边坡稳定性，边坡分为天然斜坡和人工边坡两类，后者又分为开挖边坡和堤坝边坡等。按照物质组成，边坡分岩体边坡、土体边坡,以及岩、土体复合边坡3种。按稳定程度，分为稳定边坡、不稳定边坡，以及极限平状态边坡。不稳定的天然斜坡和设计坡角过大的人工边坡，岩、土体重力,水压力，振动力以及其他外力作用下,发生滑动或崩塌破坏 自然边坡或人工边坡保持安全稳定的条件和能力。这两类边坡的岩土体在各种内外因素作用下逐渐发生变化，坡体应力状态也随之改变，当滑动力或倾覆力达到以至超过抗滑力或抗倾覆力而失去平衡时，即出现变形破坏，造成灾害或威胁建筑物安全。山坡变形破坏是相当普遍的一种自然灾害;大规模工程开挖边坡的安全稳定问题也很突出，中国的高山深谷和地质复杂地区，山坡失稳现象时有发生。许多国家和地区都很重视这方面的勘测与研究，国际工程地质协会也设置滑坡及其它块体滑动专门委员会，从事学术交流和促进工作。 2.1.1 边坡破坏类型 边坡破坏的类型很多，主要有松弛蠕动、崩塌和滑坡三种及其他过渡型或复合型等。 (1) 松弛蠕动:山坡在形成过程中，先是岩土体向临空方向产生回弹变形和大致平行于山坡的卸荷裂隙,形成一定深度的松弛卸荷带,并使此带岩土体强度降低、渗透性增大，各种风化营力更易侵入。继在重力作用下，使岩土体向临空面产生弯曲或弯折，以至倾倒、松动等缓慢蠕动变形现象。蠕动变形往往是破坏的先兆，可导致急剧崩塌或滑坡。 (2) 崩塌:陡崖上部被高倾角裂隙切割的岩土体，突然滚落堆积于坡脚的现象。规模大的又称山崩。崩塌还可发生于:陡坡下部存在软弱岩层并产生塑性蠕变，导致上部沉陷、滑移以至崩塌;坡体下部有洞穴或采掘空间，使岩体塌陷并将临空一侧的岩体挤出而溃散崩塌。崩塌冲击力强，往往造成交通断绝、河道堵塞以及人员伤亡、财产损失等灾害。 10 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 (3) 滑坡:边坡部分岩、土体沿着先前存在的地质界面，或新形成的剪切破坏面向下滑动的过程和现象。在边坡破坏中，滑破是最常见，危害最严重的一类。 2.1.2 影响边坡稳定性因素 边坡稳定性本身受工程地质条件、水文地质条件、岩性、地形地貌和新构造运动影响，又受到人类的工程活动等因素影响和控制，边坡的稳定性与这些因素综合作用有关，具有相当的复杂性、规模性或不确定性，但总体来说，边坡滑体产生的原因主要有以下几个方面: (1) 坡高与坡形。高陡山坡一般比低缓的易于变形破坏;凸形坡的稳定性比凹形坡要差。 (2) 岩土体的强度与结构。当土体的内摩擦角小于斜坡坡角时即不稳定;当岩体存在顺坡向的软弱结构面,其倾角小于斜坡坡角并在坡面出露时,易产生顺层滑动。 (3) 地下水作用对山坡稳定影响很大而且复杂。当地下水位抬升时，坡体内孔隙水或裂隙水的水压力增强，有效应力随之降低;还可使岩土体性状恶化，抗剪强度削弱，导致山坡变形破坏。 (4) 人为因素，如施工爆破、削断坡脚、增加坡体上部荷载、施工方法不当以及天然植被遭受破坏等，均可促使边坡失稳。 2.1.3 边坡加固措施 对边坡加固一般多采用钢轨抗滑移、预应力锚杆和挡墙等。重力式挡土墙依靠强身自重支撑土压力来维持其稳定。一般多用片(块)石砌筑，在缺乏石料的地区有时也用混凝土修建。重力式挡土墙是通过挡土墙自身重力来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，但其形式简单，施工方便，可就地取材，适应性较强，故被广泛采用。 2.2 挡土墙的概述 挡土墙是用来支承路基填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的一种构造物。在路基工程中，挡土墙可用以稳定路堤和路堑边坡，减少土石方工程量和占地面积，防止水流冲刷路基，并经常用于整治坍方、滑坡等路基病害。在山区、丘陵地带铁路的修建，挡土墙的应用更为广泛。 路基在遇到下列情况时可考虑修建挡土墙: (1) 陡坡地段; (2) 岩石风化的路堑边坡地段; 11 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 (3) 为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑地段; (4) 可能产生塌方、滑坡的不良地质地段; (5) 高填方地段; (6) 水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路基地段; (7) 为节约用地、减少拆迁或少占农田的地段。 在考虑挡土墙的设计方案时，应与其他方案进行技术经济比较。例如，采用路堤或路肩挡土墙时，常与栈桥或填方等进行方案比较;采用路堑或山坡挡土墙时，常与隧道、明洞或刷缓边坡等方案进行比较，以求工程技术经济合理。 2.2.1 挡土墙的类型及适用条件 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。 (1) 重力式挡土墙 重力式挡土墙一般由块石或混凝土材料砌筑。重力式挡土墙是靠墙身自重保证墙身稳定的，因此，墙身截面较大，但结构简单，施工方便，能就地取材，因此广泛应用于实际工程中。 (2) 悬臂式挡土墙 当地基土质较差或缺少石料而墙又较高时，通常采用悬臂式挡土墙，一般设计成L型，由钢筋混凝土建造，墙的稳定性主要依靠墙踵悬臂以上土重来维持。墙体内设置钢筋以承受拉应力，故墙身截面较小。 (3) 扶壁式挡土墙 由墙面板、墙趾板、墙踵板和扶肋组成，即沿悬臂式挡土墙的墙长方向，每隔一定距离增设一道扶肋，把墙面板和墙踵板连接起来。适用于缺乏石料的地区或地基承载力较差的地段。当墙高较高时，比悬臂式挡土墙更为经济。 (4) 锚定板及锚杆式挡土墙 锚定板挡土墙是由预制的钢筋混凝土立柱、墙面、钢拉杆和埋置在填土中的锚定板在现场拼装而成，依靠填土与结构的相互作用力维持其自身稳定。与重力式挡土墙相比，具有结构轻、柔性大、工程量少、造价低、施工方便等优点，特别适合用于地基承载力不大的地区。设计时，为了维持锚定板挡土墙结构的内力平衡，必须保证锚定板结构周围的整体稳定和土的摩阻力大于由土自重和荷载产生的土压力。锚杆式挡土墙是利用嵌入坚实岩层的灌浆锚杆作为拉杆的一种挡土结构。 12 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 (5) 加筋土挡土墙 由墙面板、拉筋和填土三部分组成，借助于拉筋于填土间的摩擦作用，把土的侧压力传给拉筋，从而稳定土体。即是柔性结构，可承受地基较大的变形;又是重力式结构，可承受荷载的冲击、振动作用。施工简便、外形美观、占地面积小、而且对地基的适应性强。适用于缺乏石料的地区和大型填方工程。 (6) 土钉墙 土钉墙是有面板、土钉与边坡相互作用形成的支挡结构。它适用于一般地区土质及破碎软岩质地段，也可置于桩板挡土墙之间支挡岩土以保证边坡稳定。 土钉墙面层为喷射混凝土中间夹钢筋网，土钉要和面板有效连接，外端设钢垫板或加强钢筋通过螺丝端杆锚具或焊接进行连接。 2.2.2 挡土墙的布置 1 平面位置 主要考虑:路堑墙，大多设在边沟旁。山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处，墙在的高度应保证在设置墙后墙顶以上边坡的稳定。 2 纵向布置 在墙趾纵断面图上进行，并绘成挡土墙的正面图，布置的内容为: (1) 确定挡土墙的起讫点或墙长、选择土墙与路基或其他构造物连接方式。 (2) 按地基及地形情况进行分段，确定沉降缝及伸缩缝的位置。 (3) 布置各段挡土墙的基础。 (4) 确定泄水孔的位置，包括数量、间距和尺寸等。 3 横向布置 宜选择在墙高最大处、墙身断面或者基础形式有变异处以及其他必须桩号处的横断面图上进行，确定墙身断面，基础形式和埋置深度，布置排水设施等，并绘制挡土墙横断面图。 2.2.3 挡土墙的设置原则 (1) 陡坡路堤，地面横坡较陡，填土不稳定，经与其它支挡建筑物比较后，认为设置挡土墙经济合理时; (2) 当路堑设计边坡与原地面坡接近，且边坡过高，形成剥山皮情况，用挡土墙较其它支挡建筑物可显著降低路堑边坡高度，减少石方数量时; (3) 地质不良地段，按一般路堑开挖后，可能引起坍滑，设挡土墙可稳定边坡时; (4) 滨河路堤，为收回路堤坡脚时; 13 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 (5) 线路靠近既有建筑物，按一般路基设计拆迁有困难时，或需要与桥头或隧通的附属建筑连接时。 2.3 挡土墙破坏形式 (1) 倾覆式破坏，由于施工不当或者环境侵蚀等原因，例如渗水后冻融，化学物质粉化混凝土等等。造成的自身结构开裂、粉化等等导致无法继续承受侧向土压力，而发生倾覆式破坏。 (2) 基础滑移式破坏，由于地基不良或者持力层土体结构变化，例如浸水，塌陷等。导致挡土墙基础产生滑移，无法继续保证使用功能的破坏。 (3) 设计不良导致的无法承受侧向土压力而被荷载破坏。 (4) 由于外部荷载改变，例如挡墙内侧通过超重车辆，或建筑施工有超大振动，导致荷载与设计不符，挡土墙本身无法抵抗，而发生位移或者崩裂等形式的破坏。 (5) 临界正常使用年限，整个墙体处于疲劳极限，最终破坏。 (6) 由于地震、洪水、山体滑坡等自然力的破坏。 2.4 重力式挡土墙 2.4.1 重力式挡土墙概述 重力式挡土墙是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，它是我国目前最常用的一种挡土墙形式。重力式挡土墙多用浆砌片石砌筑，缺乏石料地区有时可用混凝土预制块作为砌体，也可直接用混凝土浇筑，一般不配钢筋。半重力式挡土墙可采用混凝土或少筋混凝土浇筑。它的优点就是形式简单，施工方便，可就地取材，适用性强，因而在我国铁路、公路、水利、港湾、矿山等工程中得到广泛的应用。 由于重力式挡土墙靠自重维持平衡稳定，因此，体积、重量都大，在软弱地基上修建往往受到承载力的限制。如果墙太高，它耗费材料多，也不经济。当地基较好，挡土墙高度不大，本地又有可用石料时，应当首先选用重力式挡土墙。 重力式挡土墙一般不配钢筋或只在局部范围内配以少量的钢筋，墙高在6m以下，地层稳定、开挖土石方时不会危及相邻建筑物安全的地段，其经济效益明显。 2.4.2 重力式挡土墙类型 重力式挡土墙类型重力式挡土墙可根据其墙背的坡度分为仰斜、俯斜、直立三种类型。 14 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 (1) 按土压力理论，仰斜墙背的主动土压力最小，而俯斜墙背的主动土压力最大，垂直墙背位于两者之间。 (2) 如挡土墙修建时需要开挖，因仰斜墙背可与开挖的临时边坡相结合，而俯斜墙背后需要回填土，因此，对于支挡挖方工程的边坡，以仰斜墙背为好。反之，如果是填方工程，则宜用俯斜墙背或垂直墙背，以便填土易夯实。在个别情况下，为减小土压力，采用仰斜墙也是可行的，但应注意墙背附近的回填土质量。 (3) 当墙前原有地形比较平坦，用仰斜墙比较合理;若原有地形较陡，用仰斜墙会使墙身增高很多，此时宜采用垂直墙或俯斜墙。 15 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 第3章 重力式挡土墙设计 3.1 重力式挡土墙的构造 挡土墙的构造必须满足强度要求与稳定性的要求，同时还应该考虑就地取材、经济合理，施工养护方便与安全。 3.1.1 墙身构造 如图3-1;重力式挡土墙由墙身、基础和墙帽三部分组成，墙身靠近填土的一面称为墙背，另一面大部分露在外面称为墙胸。墙背与基底的交线称为墙踵，基底的另 [6]一端即前端称为墙趾。 图3-1 重力式挡土墙构造 属于重力式挡土墙范畴的另一种形式是衡重力式重力挡土，它由上墙和下墙组成(图3-2)，上下墙间有一平台，称为衡重台，它除墙身自重外，还增加了衡重台以上的填土重量来维持墙身的稳定性，能节省一部分墙身圬工。由于墙胸胸坡较陡(一般为1:0.05)，因而在地面横坡较陡时，可减小墙的高度。同时由于墙背坡度为仰斜， 16 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 基础宽度较重力式挡土墙要小，因而减小了施工开挖的土石方量。 图3-2 衡重式挡土墙构造 重力式挡土墙的墙背坡度一般采用1:0.25的仰斜;衡重式挡土墙多采用1:0.25~1:0.30仰斜，上墙墙背坡度受墙身强度控制，根据上墙高度，采用1:025~1:0.45俯斜。在地面横向倾斜时，胸坡坡度影响挡土墙的高度，横向坡度越大影响越大，如图3-3所示，由于重力式挡土墙胸坡一般与背坡一致，采用1:0.25仰斜，衡重式挡土墙胸坡采用1:0.05后仰，所以在横向坡度较大的山区，采用衡重式挡土墙较为经济。衡重式挡土墙上墙与下墙高度之比，采用4:6较为经济合理。对一处挡土墙而言，其断面形式不宜变化过多，以免造成施工困难，并且应当注意不要影响挡土墙的外观。 图3-3 墙高与地面横坡的关系 17 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 浆砌片石挡土墙的墙顶宽度一般不应小于0.5m，路肩挡土墙墙顶应以粗料石或C15混凝土做帽石，其厚度通常为0.4m，宽度不小于0.6m,突出墙顶外的帽橹宽为0.1m。路堤墙及路堑墙可不做帽石，选用大块片石置于墙顶并用砂浆抹平即可。 在有石料的地区，重力式挡土墙应尽可能采用浆砌片石。 片石的极限抗压强度不得低于30MPa,在一般地区及寒冷地区，采用M7.5水泥砂浆;在浸水地区及严寒地区，采用M10水泥砂浆。在缺乏石料的地区，重力式挡土墙可用C15混凝土或片石混凝土建造;在寒冷地区采用C20号混凝土或片石混凝土。此时墙顶宽度不应小于0.4m。 为保证列车正常运行，线路养护及行人的安全，路肩挡土墙在一定条件下，应设置防护栏杆。 为了避免因地基不均匀沉降而引起墙身开裂，应根据地基地质条件的变异和墙高、墙身断面的变化设置沉降缝。为了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，一般在设计时将沉降缝和伸缩合并设置，沿线路方向每隔10~25m设置一道，缝宽采用2~3m。缝内沿墙的内、外顶三边填塞沥青麻筋或沥青木板，塞入深度不得小于0.2m。 3.1.2 路基与基础 挡土墙基底宜采用明挖基础。当基坑开挖较深且边坡稳定性较差时，采用临时支护措施;当地基为松软土层时，可采用加宽基础、换填土或地基处理等措施。水下基坑开挖困难时，也可采用桩基础或沉降基础。 挡土墙基础置于土质地基时，其基础深度应符合下列要求: 基础埋置深度不小于1m。当有冻结时，应在冻结线下0.25m处，当冻结深度超过1m时，可在冻结线下0.25m内换填渗水土，但埋置深度不小于1.25m。 受水流冲刷时，基础应埋置在冲刷线以下不小于1m。 路堑挡土墙基础底面应在路肩以下不小于1m，并应低于侧沟砌体底面不小于0.2m。 挡土墙基础置于硬质岩地基上时，应置于风化层以下，置于软质岩石地基上时，埋置深度不小于1m。挡土墙基础置于斜坡地面时，其趾部埋入深度和距离地面的水平距离应符合表3-3的要求。 表3-3 墙趾埋入斜坡地面的最小尺寸(m) 岩层类别 埋入深度(m) 距地表水平距离(m) 较完整的坚硬岩层 0.25 0.25~0.5 一般坚硬岩层 0.60 0.6~1.5 18 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 续表3-3 岩层类别 埋入深度(m) 距地表水平距离(m) 软质岩层 1.00 1.0~2.0 ? ?1.00 1.5~2.5 3.2 挡土墙的排水措施 挡土墙排水设施的作用在于疏通墙后土体的水，以免墙后积水使墙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，清除填料浸水后的膨胀压力挡土墙的排水措施通过由地面和墙身排水两部分组成，地面排水主要是防止地表水渗入墙后土或地基，地面排水措施有: (1) 设置地面排水沟，截引地表水。 (2) 夯实回填土顶面和地表水松土，防止雨水和地面水下渗，必要时可铺砌层。 (3) 路堑挡土墙趾前的边沟应予以铺砌加固，以防止边沟水渗入基础。 墙身排水主要是为了排除墙后积水，在墙身上应设置向墙外坡度不应小于4%的泄水孔，泄水孔应采用管型材料，其进水侧应设反滤层。 对于墙后排水不定式填料有冻胀膨胀性时，应在墙后最低排水泄水孔至墙顶下0.5m之间全部设置土工合成材料或厚度不小于0.5m的砂加卵石反滤层，既可减轻冻胀或膨胀力对墙的影响，又可防止墙后产生静水压力，同时起反滤作用，在靠近路肩或地面的最底排水孔的进水口下部应设置隔水层。 3.3 墙后回填土的选择 根据土压力理论分析可知，不同的土质对应的土压力是不同的。挡土墙设计中希望土压力越小越好，这样可以减小墙的断面，节省土石方量，从而降低造价。 (1) 理想的回填土。卵石、砾砂、粗砂、中砂的内摩擦角较大，主动土压力系数小，则作用在挡土墙上的土压力就小，从而节省工程量，保持稳定性。因此上述粗颗粒土为挡土墙后理想的回填土。本设计采用此类型的填土，且回填土粘聚力等于零，墙后填土分层夯实，以提高填土质量。 (2) 可用的回填土。细砂、粉砂、含水量接近最佳含水量的的粉土、粉质粘土和低塑性粘土为可用的回填土，如当地无粗颗粒，外运不经济。 (3) 不宜采用的回填土。凡软粘土、成块的硬粘土、膨胀土和耕植土，因性质不稳定，在冬季冰冻时或雨季吸水膨胀将产生额外的土压力，导致墙体外移，甚至失去稳定，故不能用作墙的回填土。 19 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 第4章 重力式挡土墙的传统结构设计计算 4.1 概述 重力式挡土墙一种依靠墙身自重来平衡墙后土体产生的土压力的挡土结构，由于其石料来源广泛，就地取材，施工方便，所以在石砌挡土墙中在过去的很长一段时间内也是我国岩土工程主要的结构形式，且被铁路工程广泛采用。随着技术的进步现在按规范规定大部分采用混凝土灌注，重力式挡土墙是依靠墙身自重来平衡土的侧压力，其设计一般采用库伦土压力理论。当墙后土体向外变形达到主动土压力状态时，假定土中主动土压动面为平面并按滑动土楔的极限平衡条件来求算主动土压力，并适用于一般地区、浸水地区、地震地区的边坡工程，当地基承载力较低时或地质条件较复杂时应适应控制墙高。 重力式支挡结构的设计国内外的公路、铁路行业中采用不同的设计思路和方法[7-9]。在我国的铁路行业中支挡结构的设计至今采用极限状态设计法，而在公路行业中目前已经把可靠度的设计方法作为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。在设计理论上，国内外的铁路行业一般采用库伦土压力理论计算法，但在荷载的计算形式上又各有不同。在我国，采用换算土柱法，把路基面以上的静、动力荷载统一换算为土柱来计算。在日本铁路行业中，挡土墙的设计根据荷载距离的不同荷载形式分为满铺和局部铺设等形式。德国铁路把准静力荷载定义为铁路运输荷载产生的土压力，在正常情况下容许使用简化荷载图式，应用时应同时考虑离心力和侧向冲击。 4.2 重力式挡土墙的稳定性验算 4.2.1 设计荷载 根据《铁路路基设计规范》规定，作用在挡土墙上的力系，一般只计主力系的作用。在浸水和地震等特殊条件下，应考虑附加力和特殊力的组合，应对材料的容许应力和地基的容许承载力乘以不同的提高系数。 作用与挡土墙上的主力系包括:墙身重力及位于挡土墙顶面上的恒载、墙背主动土压力、基底的法向反力及摩擦力、轨道和列车荷载及其产生的侧压力、常水位时静水压力和浮力。轨道和列车荷载按规范的换算土柱高度及分布宽度进行计算。挡土墙前部的被动土压力，一般可不予考虑，当基础埋置较深，且地层稳定、不受水流冲刷 20 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 和扰动破坏时，结合墙身的位移条件，可采用三分之一的被动土压力值。作用于墙背 的主动土压力，按库仑土压力理论计算。 4.2.2 一般地区重力式挡土墙稳定性验算 [10]重力式挡土墙的整体稳定性验算按国家《铁路路基设计规范》(TB 10001-2005) [11]和《铁路路基支挡结构设计规范》(TB 10025-2006)给出相应的计算公式，结合各 种具体情况，再进行计算。 (1) 抗滑稳定验算 为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其他外力作用下，基底摩阻力抵抗 Kc挡土墙滑移的能力，用抗滑稳定系数表示，即抗滑力与滑动力之比应满足下式: 非浸水 ,(N，E,tan),f,,x0Kc, (4-1) E,N,tan,,,xo 浸水 ,(N,N，E,tan),f,,,wXoKc,(4-2) E,(N,N),tan,,,,xwo N式中， 作用基底上总垂直力(kN); , E墙后主动土压力的总水平分力(kN); ,X N墙前总浮力(kN); ,w o,基底倾斜角(); o 基底与底层间的摩擦系数。 f Kc挡土墙的抗滑动稳定系数不应小于1.3。 (2) 抗倾覆稳定性验算 为保证挡土墙抗倾覆稳定性，应验算在土压力及其他外力作用下，墙体的抗倾覆 Ko能力，用抗倾覆稳定性系数表示，即抗倾覆力矩与倾覆力矩之比应满足下式: M,Y,K(4-3) oM,O M式中，稳定力系对墙趾的总力矩(kN.m); ,y M倾覆力系对墙趾的总力矩(kN.m); ,o 21 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 Ko 挡土墙的抗倾覆力系不应小于1.6 (3) 挡土墙基底合力偏心距及地基承载力验算 e基底合力偏心距按下式计算: M,MBB,,yo(4-4) e,,C,,22N, 式中，B基底宽度，对倾斜基底为其斜宽(m); C作用于基底上的垂直分力对墙趾的力臂(m); 作用于基底上的总垂直力(kN); N, 当为倾斜基底时，作用于基底总垂直力: ,N,(N，E,tan,),cos,(4-5) ,,,xoo 基底合力偏心距，应符合下列要求: e Be, 土质地基 6 Be, 岩石地基 4 基底压应力按下列公式计算: , Be,时 6 N6e,,,(1,) (4-6a)1,2BB Be,时 6 2N,,,， (4-7b) ,,0123C Be,时 6 2N,,,0，,(4-7c) ,12 3(B,C) ,式中，挡土墙趾部的压应力(kPa); 1 ,挡土墙踵部的压应力(kPa); 2 22 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 C作用于基底上的垂直分力对墙趾的力臂(kPa); 基底压应力不应大于基底的容许承载力。 ,,, 4.2.3 挡土墙截面强度验算 1 墙身截面强度应做下列检算: ,e2 墙身检算截面合力的偏心距应符合下列要求: ,,,(1) 主力时: ， B墙身检算截面宽度(m)。 e,0.3B ,,,(2) 主力加附加力时: B，墙身检算截面宽度(m)。 e,0.35B 3 墙身检算截面的法向应力，不得大于所用材料的容许应力值，计算主力和附加力组合时，混凝土和石砌体的容许应力(纯剪应力除外)可提高30%。 当计算的最小应力为负值时，应小于容许抗弯拉应力值，并检算不计石砌体承受拉力时受拉区应力重分布的最大应力，其值不得大于容许应力值。 4 必要时墙身截面还应作剪应力检算。 4.3 设计实例计算 4.3.1 设计资料 (1) 建设地点:铁路局某线DK46+415.00~DK46+475.00。 (2) 建设要求:线路经过此处路线是丘陵地区，石材比较丰富，在设计过程中应就地取材，节省工程费用，挡土墙结合当地的地形条件。 (3) 地形条件:当地主要以山地丘陵为主，有小型山体。 4.3.2 设计说明 (1) 设计依据 ? 《铁路路基设计规范》(TB 10001-2005) ? 《铁路路基支挡结构设计规范》(TB 10025-2006) ? 《铁路路基施工规范》(TB 10202-2002) ? 《铁路工程设计技术手册—路基》(铁道部第一勘测设计院) ? 铁三院工程实例设计资料 (2) 设计原则 23 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 ? 挡土墙的设计采用允许应力法，考虑有列车荷载及无列车荷载的组合。 ? 挡土墙力系主要包括填料主动土压力、轨道恒载及列车活载产生的侧压力、墙身重力、地基对墙底的法向反力及摩擦力。 ? 作用于挡土墙的土压力按库仑土压力理论进行计算，不考虑墙趾处土的被动土压力。 ? 未考虑列车冲击力、离心力、摇摆力及墙趾的被动土压力，未考虑地震力、施工临时荷载等力系。 ? 抗滑动稳定系数、抗倾覆稳定系数、基底合力偏心距、截面合力偏心KKco 距的验算应满足以下要求: 抗滑稳定系数 K,1.3c 抗倾覆稳定系数 K,1.6o ,,,,B基底合力偏心距，岩石地基应，对于土质地基应，墙底宽度(m);46 ,0.3,B截面合力偏心距，墙身截面宽度(m); ? 墙趾、墙锺处的压应力不得超过地基容许承载力。当地基偏心距为负值时，墙锺处的压应力不得超过地基容许承载力的30%。 (3) 常用设计参数 挡土墙背后填料的物理力学指标，最好根据试验确定。无试验指标时，可参照表4-1的数据选用。 表4-1 填料的物理力学指标 3, 内摩擦角综合内摩擦角, 填料种类 重度(kN/m) 0 粉土 墙高H?6m 35? —— 粘土18、19 12m?墙高H?6m 30?~35? —— 类 砂类土 —— 35? 19、20 碎石类土 —— 40? 20、21 不易风化的碎石 —— 45? 21、22 注:1.计算水位以下的填料重度采用浮重度。 2.填料的重度可根据填料性质进而压实等情况，作适当修正。 3.全风化岩石、特殊土的,、C值应根据实验资料确定。 土与墙背的摩擦角应根据墙背的粗糙程度和排水条件确定，可按表4-2所列数值采用。 24 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 表4-2 土与墙背间的摩擦角δ 墙背 巨粒土及粗粒土 细粒土(有机土除外) 墙身材料 ,2,2混凝土或片石混凝土 0 ,,第二破裂面或假想墙背土体 0 注:1.为土体的内摩擦角，为土体的综合内摩擦角; ,,0 002.当按表计算的时，采用; ,,30,,30 建筑材料的容重按表4-3中数值采用。 3 表4-3 建筑材料的容重kN/m材料 片 石 钢 筋 浆 砌 浆砌 浆砌 混凝土 钢 材 名称 混凝土 混凝土 粗料石 块石 片石 容 重 23 23 25 25 23 22 78.5 基底摩擦系数，依基底粗糙程度、排水条件和土质而定，无试验资料时，可采用 表4-4所列数值。 表4-4 基底与地基间的摩擦系数f f地基类别 硬塑粘土 0.25~0.30 粉质粘土、粉土、半干硬粘土 0.30~0.40 砂类土 0.30~0.40 碎石类土 0.40~0.50 软质岩 0.40~0.60 硬质岩 0.60~0.70 (4) 设计主要参数 ? 挡土墙的顶宽取1.2m; ? 墙面坡和墙背坡均取1:0.25; ? 挡土墙的最大设计高度H=8.5m; ? 墙后填土与墙背的摩擦角取填料综合内摩擦角的1/2; ? 挡土墙基底采用坡度为0.2:1的倾斜基底加设二级台阶。 ? 基底与地基土之间的摩擦系数采用0.45; ? 挡土墙采用水泥沙浆砌片石，容重23kN/m?,强度等级M10; 25 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 3? 墙后填土重度18kN/m,内摩擦角30?，综合内摩擦角取36?; ? 轨道恒载和列车活载的换算土柱高度查阅规范采用，分布宽度 3.6m，高度 3.3m，重度18kN/m?; (5) 符号说明 填料的内摩擦角、综合内摩擦角(?)。 ,,、0 填料重度(kN/m?)。 , 基底摩擦系数。 f 基底倾斜度(x:1)。 x 墙面、墙背坡度(n:1)。 n ,破裂角(?)。 主动土压力系数。 ,a 全墙水平土压力(kN)。 ,x ,全墙垂直土压力(kN)。 y Kc抗滑动稳定系数。 Ko抗倾覆稳定系数。 基底合力偏心距(m)。 e 墙趾处的基底应力(kPa)。 ,1 墙踵处的基底应力(kPa)。 ,2 4.3.3 算例 (1) 计算数据(DK46+415.00) 033,,35,,23kNm ,,18kNm砌0 H,6m,,,,300kpf,0.46 a b,0.92ml,1.8mh,3.2m 00 26 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 b,0.35mb,0.62mh,0.87m121 k,0.6mD,0.4m h,1.3m 2 n,0.25x,0.2 (2) 有活载时土压力、倾覆力矩及稳定力矩的计算 图4-1 有活载计算示意图 0 ,,arctanx,arctan0.2,11.3099320 0,,arctann,arctan0.25,14.036243 0,3500,,,17.5 ,22 0000,,,，,,,,35，17.5,14.036243,38.463757 0 B,b，b,0.35，0.62,0.97m112 H,h，h,0.92，1.3,2.22m112 27 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 B,B，b,0.97，0.92,1.89m1 B1.89 B,,,1.8m2(1，0.25x)(1，0.25，0.2) B,B,B,1.89,1.8,0.09m32 22 ,B,B1，x,1.8，1，0.2,1.836m2 , h,Bx,1.8，0.2,0.36m2 P[12]347假设破裂面交于第一个荷载内，采用“路基设计技术手册”公式得: A,0.5H(H，2h),0.5，6，(6，2，3.2),37.200 B,Atan,，(k，D)h,37.2，0.25，(0.6，0.4)，3.2,12.5000 tan,,tan，(tan，cot)(tan，BA),,,,,000 0000,,tan38.463757，(tan35，cot38.46375)(tan38.463757，12.5,37.2) ,0.787793 验证: Htan,,6，0.787793,4.726758m Htan,，k,6，0.25，0.6,2.1m Htan,，k，l,6，0.25，0.6，3.4,5.5m0 Htan,，k,Htan,,Htan,，k，l0 0,,38.230792故破裂面交于第一个荷载内， (tan,tan)cos，,,,,，，0,,,sin(，),, 000.787793,0.25，cos(38.230793，35)，，, 00sin38.230793，38.463757，， ,0.159442 (Atan,B),,,,00E,Xtan,tan，，,, 18，0.159442，37.2，0.787793,12.5，，,(0.787793,0.25) ,89.685422kN 00，，，，E,Etan,,,,89.685442，tan17.5,14.036243,5.428455kN yx k0.6h,,,1.115671m 3，，,,tan,tan(0.787793,0.25) 28 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 l1.80h,,,3.347012m4 ,,tan,tan0.787793,0.25 D0.4h,,,0.743781m 5,,tan,tan0.787793,0.25 h,H,h,h,h,6,1.115671,3.347012,0.743781,0.793536m6345 23,,，，H，3hhh，h，2h，h044566Z,x2,,，，3H，2hh，h046 32,,，，6，3，3.2，3.347012，3.347012，0.743781，2，0.793536，0.793536, 2,,，，3，6，2，3.2，3.347012，0.793536 ,2.157256m Z,B，Ztan,,1.89，2.157256，0.25,2.429314myx M,EZ,5.428455，2.429314,13.19kN,my1yy M,EZ,89.685422，2.157256,193.474kN,m0XX ,,,h,,18，3.2，0.159442,9.183859kN,m 00x ,,,H,,18，6，0.159442,17.219736kN,m0x (3) 墙身自重及其产生的稳定力矩的计算 N,bh,,0.62，1.3，23,18.538kN 122砌 l,0.5(b，nh),0.5，(0.62，0.25，1.3),0.4725m122 M,Nl,18.538，0.4725,8.759kN,m111 N,bH,,0.35，2.22，23,17.871kN 211砌 ，，，，l,b，0.5b，nH,0.62，0.5，0.35，0.25，2.22,1.0725m 2211 M,Nl,17.871，1.0725,19.167kN,m 222 N,bH,,0.92，6，23,126.96kN 3砌 ，，，，l,B，0.5b，nH,0.97，0.5，0.92，0.25，6,2.18m 31 M,Nl,126.96，2.18,276.7728kN,m 333 29 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 , N,0.5Bh,,0.5，1.8，0.36，23,7.452kN42砌 l,2B3,2，1.8,3,1.2m42 M,Nl,7.452，1.2,8.9424kN,m444 , N,0.5Bh,,0.5，0.09，0.36，23,0.3726kN53砌 l,B，B3,1.8，0.093,1.83m523 M,Nl,0.3726，1.83,0.682kN,m555 M,M，M，M，M，My212345 ,8.759，19.167，276.7728，8.9424，0.682 ,314.359kN,m M,M，M,13.19，314.359,327.549kN,myy1y2 ,N,N，N，N，N，N,12345 ,18.538，17.871，126.96，7.452，0.3726 ,171.1936kN ,N,N，E,171.1936，5.428,176.622kN ,,y ,，，,N,N，E,xcos,x0 0，，,176.622，89.685422，0.2，cos11.3 ,190.787kN (4) 稳定性、基底偏心距、基底压应力检算 挡土墙基底的抗滑动稳定系数: ，，NExf，,,，，176.622，89.685422，0.2，0.46,XK,,,1.646,1.3c，，，，ENx,,89.685422,176.622，0.2,x 满足设计要求。 挡土墙抗倾覆稳定系数: M327.549yK,,,1.693,1.60M193.4740 满足设计要求。 挡土墙基底偏心距及基底压应力: 30 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 ，，M,M327.549,193.474，，y0 C,,,0.703m,N190.787 ,B,e,0.5B,C,0.5，1.836,0.703,0.215,,0.306m 6 ,N1，6eB，，176.622，1，6，0.2151.836，，,,,,,163.79kP,,,,,300kP1aa,B1.836 满足设计要求。 ,N1,6eB，，176.622，1,6，0.215,1.836，，,,,,,28.61kP,,,,,300kP2aa,B1.836 满足设计要求。 (5) 无荷载检算 压力、墙身自重、倾覆力矩及稳定力矩的计算 P349对于无铁路活载的情况，根据“路基设计技术手册”公式: 图4-2 无活载计算示意图 31 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 22 A,0.5H,0.5，6,180 B,Atan,,18，0.25,4.500 0000 ,,,，,,,,35，17.5,14.036243,38.4637570 tan,,tan，(tan，cot)(tan，BA),,,,,000 0000,,tan38.463757，tan38.463757，cot35，tan38.463757，0.25 ，，，，,0.762617 0,,37.329751 (tan,tan),,,,Xtan，，tan,,,，，，，,,,,0 0.762617,0.25，， ,0000tan37.329751，35，tan17.5,14.036243,,，，，， ,0.160214 (Atan,B),,,x00E,xtan,tan，，,, 18，0.160214，18，0.762617,4.5，， ,(0.762617,0.25),51.909336kN 00 ，，，，E,Etan,,,,51.909336，tan17.5,14.036243,3.141954kNyx H6 Z,,,2mx33 Z,B，Ztan,,1.89，2，0.25,2.39m yx M,EZ,51.909336，2,103.818672kN,m0xx ,,,H,,18，6，0.160214,17.3kN,m 0x M,EZ,3.141954，2.39,7.51kN,m y1yy ,N,171.1936kN(见墙身自重及其产生的稳定力矩的计算) , M,314.359kN,m (见墙身自重及其产生的稳定力矩的计算) y2 ,N,N，E,171.1936，3.141954,174.336kN ,,y 32 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 0, ，，，，N,N，E,xcos,,174.336，51.909336，0.2，cos35,151.312kN,x0 M,M，M,7.51，314.359,321.869kN,myy1y2 稳定性、基底偏心距、基底压应力及墙身截面检算 挡土墙基底的抗滑动稳定系数: ，，NExf，,,，，174.336，51.909336，0.2，0.46,XK,,,4.986,1.3c，，ENx,,(51.909336,174.336，0.2),x 满足设计要求。 挡土墙抗倾覆稳定系数: M321.869yK,,,3.1,1.60M103.8186720 满足设计要求。 挡土墙基底偏心距及基底压应力: ，，M,M321.869,103.819，，y0C,,,1.44m ,N151.312 ,B,e,0.5B,C,0.5，1.836,1.44,,0.522,,0.306m 6 ,Be,0.522,,0.306m 6 ,,02 2N2，174.336,,,,,,,293.49kp,,,300kp1aa,，，，，3B,C3，1.836,1.44 以上验算全部满足设计要求。 (6) 其他截面设计计算 由于其他截面的设计计算过程与上面算例相似，属于重复计算，因此本设计用理 正岩土软件进行其他截面的设计计算。(见附录B) 33 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 第5章 重力式挡土墙施工组织与病害防治 5.1 重力式挡土墙施工工艺 1 基础测量放线 根据设计图纸，按围墙中线、高程点测放挡土墙的平面位置和纵断高程。精确测定出挡土墙基座主轴线和起讫点，伸缩缝位置，每端的衔接是否顺直，并按施工放样的实际需要增补挡土墙各点的地面高程，并设置施工水准点，在基础表面上弹出轴线及墙身线。 2 基坑开挖 (1) 挡土墙基坑采用挖掘机开挖，人工配合挖掘机刷底。基础的部位尺寸、形状埋置深度均按设计要求进行施工。当基础开挖后若发现与设计情况有出入时，应按实际情况调整设计。并向有关部门汇报。 (2) 基础开挖为明挖基坑，在松软地层或陡坡基层地段开挖时，基坑不宜全段贯通，而应采用跳槽办法开挖，以防止上部失稳。当基底土质为碎石土、砂砾土、砂性土、黏性土等时，将其整平夯实。 (3) 基坑用挖掘机开挖时，应有专人指挥，在开挖过程中不得超挖，避免扰动基底原状土。 (4) 基坑刷底时要预留10%的反坡(即内低外高)预留坡底的作用是防止墙内土的挤压力引起挡土墙向外滑动。 (5) 开挖基坑的土方，在场地有条件堆放时，一定要留足回填需用的好土;多余的土方应一次运走，避免二次倒运。 (6) 在基槽边弃土时，应保证边坡稳定。当土质好时，槽边的堆土应距基槽上口边缘1.2m以外，高度不得超过1.5m。 (7) 任何土质基坑挖至标高后不得长时间暴露，扰动或浸泡，而削弱基底承载能力。基底尽量避免超挖，如有超挖或松动应将其夯实，基坑开挖完成后，应放线复验，确认位置无误并经监理工程师签认后，方可进行基础施工。 3 砂浆拌制 (1) 砂浆采用机械搅拌，投料顺序应先倒砂、水泥，最后加水。搅拌时间宜为3~5min，不得少于90s。砂浆稠度应控制在50mm~70mm。 (2) 砂浆配制应采用质量比，砂浆应随拌随用，保持适宜的稠度，一般宜在3~4h 34 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 内使用完毕，气温超过30?时，宜在2~3h内使用完毕。发生离析、泌水的砂浆，砌筑前应重新拌和，已凝结的砂浆不得使用。 (3) 为改善水泥砂将的和易性，可掺入无机塑化剂或以皂化松香为主要成份的微沫剂等有机塑化剂，其掺量可通过试验确定。 (4) 砂浆试块:每工作台班需制作立方体试块2组(6块)，如砂浆配合比变化时，应相应制作试块。 4 扩展基础浇筑 (1) 开挖基槽及处理后，检查基底尺寸及标高，报请监理工程师验收，浇注前要检查基坑底预留坡度是否为10%(即内低外高)，预留坡度的作用是防止墙内土的挤压力引起墙体向外滑动。验收合格后浇注垫层 (2) 进行放线扩展基础，支模前放出基础底边线和顶边线之间挂线控制挡土墙的坡度。 (3) 支模:模板采用15mm厚覆膜光面多层木板，50×100木枋背楞。要求模板拼缝整齐，做到横平竖直，施工过程必须横向、竖向均拉通直线检查。竖向拼缝需错缝，错缝位置为模板长度的一半。操作时按从下到上顺序边拼校正边加固，保证施工位置平整不漏浆。 (4) 浇注:浇注时用振动棒振捣，防止出现蜂窝、麻面等影响质量及观感的现象。每隔10~20m设置一道变形缝，变形缝用30mm厚的聚苯乙烯板隔离，要求隔离必须完整彻底不得有缝隙，以保证挡土墙各段完全分离。 5 片石墙身砌筑 (1) 放线:基础施工完进行墙身测量放样，用全站仪找出挡土墙的控制线，并根据基础测量放样控制点测定出墙身内外边线，以及各伸缩沉降缝的位置，检查每端的衔接是否顺直。 (2) 基础转角和交接处应同时砌筑，对不能同时砌筑而又必须留置的临时间断处，应留成斜槎。 (3) 基础砌筑时，石块间较大的空隙应先填塞砂浆，后用碎石块嵌塞，不得采用先摆碎石块，后塞砂浆或干填碎石块方法。 (4) 基础灰缝厚度20mm~30mm，砂浆应饱满，石块间不得有相互接触现象。 (5) 砌筑前应将石料表面泥垢清扫干净，并用水湿润。砌筑时必须两面立杆挂线或样板挂线，外面线应顺直整齐、逐层收坡，内面线可大致适顺以保证砌体各部尺寸符合设计要求，浆砌石底面应卧浆铺砌，立缝填浆补实，不得有空隙和立缝贯通现象。砌筑工作中断时，可将砌好的石层孔隙用砂浆填满，再砌时表面要仔细清扫干净、洒水湿润。工作段的分段位置宜在伸缩缝和沉降缝处，各段水平缝应一致。 35 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 (6) 当基础完成后立即回填，以小型机械进行分层夯实，并以表层稍留向外斜坡，以免积水渗入浸泡基底。 6 墙体砌筑规定及要求 (1) 一般规定: ? 为了控制好墙身内外侧的坡度，在砌筑前，首先用松木板钉好坡度架，其坡度按各段设计图纸进行控制。坡度架制作好后立于砌筑段的两端，并拉小线进行砌筑。 ? 砌筑顺序以分层进行为原则。底层极为重要，它是以上各层的基石，若底层质量不符合要求，则要影响以上各层。分层砌筑时，应先角石，后边石或面石，最后才填腹石。 ? 因此段挡土墙较长，砌体除分层外，还要按图纸设计要求分段砌筑。分段砌筑时，分段位置应设在变形缝或伸缩缝处，各段水平砌缝应一致。相邻砌筑高差不宜超过1.2m。缝板安装应位置准确、牢固，缝板材料应符合设计规定。 ? 相邻挡土墙设计高差较大时应先砌筑高墙段。挡土墙每天连续砌筑高度不宜超过1.2m。砌筑中墙体不得移位变形。 ? 砌筑挡土墙应保证砌体宽(厚)度符合设计要求，砌筑中应经常校正挂线位置。 ? 砌石底面应卧浆铺砌，立缝填浆捣实，不得有空缝和贯通立缝。砌筑中断时，应将砌筑好的石层空隙用砂浆填满。再砌筑时石层表面应清扫干净，洒水湿润。工作缝应留斜茬。 ? 挡土墙外露面应留深10mm~20mm的勾缝槽，按设计要求勾缝。 ? 片石分层砌筑以2~3层石块组成一工作层，每工作层的水平缝大致平齐，竖缝应错开，不能贯通。 ? 外圈定位行列和转角石选择形状方正、尺寸相对较大的片石，并长短相间地与里层砌块立交接成一体， 上下层石块也应交错排列，避免竖缝重合，砌缝宽度一般不应大于4cm。 ? 较大的砌块应使用于下层，石块宽面朝下，石块之间均要有砂浆隔开，不得直接接触，竖缝较宽时可在砂浆中塞以碎石块，但不得在砌块下面用小石子支垫。 ? 砌体中的石块应大小搭配、相互错叠、咬接密实并备有各种小石块，作挤浆填缝之用，挤浆时可用小锤将小石子敲入缝中。 ? 预埋泄水管应位置准确。泄水孔每隔2~3m设一个，渗水处适当加密，上下排泄水孔应交错设置。 ? 泄水孔向外横坡为4%，最底层泄水管距地面高度为30cm。进水口填级配碎石反滤层进行处理。 36 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 (2) 砌筑要求: ? 宜2~3层石块组成一工作层，每工作层的水平缝应大致找平。立缝应相互错开，不得贯通;应选择大尺寸的片石砌筑砌体下部;转角外边缘处应用较大及较方正的片石长短交替与内层砌块咬砌。 ? 墙体外圈定位行列与转角石应先选择表面较平、尺寸较大的石块，浆砌时，长短相间并与里层石块咬紧，上下层竖缝错开，缝宽不大于4cm，分层砌筑应将大块石料用于下层，每处石块形状及尺寸应合适。竖缝较宽者可塞以小石子，但不能在石下用高于砂浆层的小石支垫。排列时，应将石块交错，坐实挤紧，尖锐凸出部分应敲除。 ? 砌筑处露面应选择有平面的石块。使砌体表面整齐，不得使用小石块镶垫。 ? 砌体中的石块应大小搭配、相互错叠、咬接牢固，较大及较方正的片石应宽面朝下，石块之间应用砂浆填灌密实，不得干砌。 ? 勾缝:勾缝具有防止有害气体和风、雨等侵蚀砌体内部，延长构筑物使用年限及装饰外形美观等作用。本分项工程挡土墙勾缝采用凹缝进行施工。勾缝宜采用1:1.5~1:2的水泥砂浆，并应嵌入砌缝内约2cm。勾缝前，应先清理缝槽，用水冲洗湿润，再在缝内抹适量水泥净浆。 勾缝应保持砌后自然缝，不应有瞎缝、丢缝、裂纹和粘结不牢等现象。成活的灰缝水平缝与竖直缝应深浅一致、交圈对口、密实光滑，搭接处平整，阳角方正，阴角处不能上下直通，不能有丢缝、瞎缝现象。灰缝应整齐、拐角圆滑、宽度一致、不出毛刺，不得空鼓、脱落。 7 墙背填料 (1) 墙背填料需待砌体砂浆强度达到70%以上时，方可回填墙背填料。并应优先选择渗水性较好的砂砾土填筑。如确有困难采用不透水性土时，必须做好反滤层及泄水孔，并与砌体同步进行，浸水挡土墙背应全部用水稳性和透水性较好的材料填筑。 (2) 墙背回填要均匀摊铺平整，并设不小于3%的横坡逐层填筑。逐层夯实，严禁使用膨胀土和高塑性土，每层压实厚度不宜超过20cm，根据碾压机具和填料性质应进行压实试验，确定填料分层厚度及碾压遍数，以正确地指导施工。 (3) 压实时应注意勿使墙身受到较大的冲击影响，临近墙背1.0m的范围内，应采用蛙式打夯机、内燃打夯机、手扶式振动压路机、振动平板夯等小型压实机具碾压。 5.2 挡土墙几种常见病害分析原因 近几年，在新线建设中，病害出现最多的是陡坡路堤地段浆砌片石高挡土墙。挡土墙压力的大小及其分布规律受到墙体可能的运动方向、墙后填土的种类、填土面的 37 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 形式、墙的截面刚度和地基的变形等一系列因素的影响。从一般情况来看，浆砌片石挡土墙在施工时，质量不容易控制是形成病害的重要原因，有时是主要原因。但是，通过对几个工程实例分析发现，挡土墙形成较大规模的严重开裂、变形、甚至倾倒等病害，都与不良地质因素有关，主要是地质因素造成。初步分析，主要引起挡土墙病害的原因有以下几个因素: 1 施工操作不规范，造成工程质量下降，从而形成病害 施工不规范是造成工程质量下降的重要原因，有许多病害的形成就是因为 工程施工 建筑工程施工承包1园林工程施工准备消防工程安全技术交底水电安装文明施工建筑工程施工成本控制 质量不符合《铁路路基施工规范》、《铁路混凝土与砌体工程施工及验收规范》等相关规定造成的。 综合起来，挡土墙施工中常见的质量通常有以下几种: (1) 挡土墙墙体材料本身不合格。重力式挡土墙由片石和砂浆砌筑而成，由于石材和砂浆等材质的原因，使得砌体的抗压强度、轴心抗拉、弯曲抗拉、抗剪强度降低，导致砌体强度降低，从而使墙身强度降低。 (2) 施工过程操作部规范。由于施工过程中不符合操作规范和设计要求，造成工程质量下降，从而影响了砌体的整体作用，导致砌体强度降低。 (3) 排水措施施做不到位。挡墙和护墙为按设计要求认真做隔水层、反滤层和墙顶封闭层;未留泄水孔，或泄水孔不通畅，泛水坡度不够;从而使得挡土墙所在地段排水不良，大量雨水经墙后填土下渗，造成挡土墙内长期积水，结构使墙后土体的抗剪强度降低，容重增大，土压力增大，从而造成挡土墙破坏。 (4) 填土质量不符合要求。填土时没有分层夯实;挡土墙的回填土料使用了透水较差的粘性土，填料中有杂物;对于重要的、高度较大的挡土墙，用粘性土做回填土料石不合适的，因为粘性土的性能不稳定，在干燥室体积收缩，而在雨季时膨胀，由于回填土交叉收缩与膨胀可在挡土墙上产生较大的侧压力，是挡土墙外移，甚至使挡土墙失去作用。 2 基础不均匀沉降，造成结构局部或整体失稳，形成深层次破坏。 (1) 高度较大的路肩挡土墙，特别是浆砌片石挡土墙，对基础的不均匀沉降反应非常敏感，基础不均匀沉降是造成挡土墙开裂、变形、局部或整体结构失稳甚至倾倒的重要地质原因。 (2) 土石分界处易引起不均匀沉降。土石分界处，挡土墙基础有一部分置于基岩上，一部分置于松软土上。由于山区山坡部位土石界面深部变化很大，勘察难度大，完全查明土石界面的位置和承载力变化很困难。因此，设计只是按照地形或极小量地质资料查表确定地基承载力，一旦与实际地质情况有较大出入，又不能及时变更设计，就有可能造成挡土墙基础不均匀下沉，这种情况在山区铁路中多有发生。 38 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 (3) 基础位于基岩发育断层破碎带造成基底软硬不均匀。有时挡土墙基础设计完全置于基岩之上，但是一旦开完后发现有一定规模的断层破碎带、节理密集带，特别是软质岩性的泥岩、页岩等，易风化成土状、遇水软化，造成基础存在软弱夹层，承载力交完整基岩下降很多，也是造成挡土墙病害常见的原因。 (4) 岩溶空洞坍塌造成基础下沉。西南地区广泛发育岩溶洞穴，挡土墙基础之下发育有未经处理的溶洞，一旦坍塌可能挡土墙病害，这种情况在岩溶发育的可熔岩地区也多有发生。 3 挡土墙承受过大侧向水平推力，造成结构偏压失稳。 在山坡地段修建的高路堤挡土墙，如果有形成滑坡体的条件，就会对墙体产生较大侧向水平推力，是挡土墙剪断、开裂，甚至垮塌。这种病害产生的地质条件，可能有以下两种: (1) 山坡开挖激活古滑坡体产生测压。 由于人工开挖路堑或填筑高路堤，有可能破坏原已存在的古滑坡体平衡造成新的滑动，从而使挡土墙开裂、变形。 (2) 山坡土石界面陡倾形成测压 当山坡土层有一定的覆盖厚度、土石界面向外侧倾角较大时，同时山坡又有汇集地表水的条件时，在这样的地质条件下修建的高挡土墙可能会承受较大侧向水平推力。如果设计为考虑这个因素或施工质量也存在一些问题，则挡土墙可能在侧向推力作用下开裂、变形，甚至垮塌。 5.3 挡土墙病害的防治方法 (1) 加大地质勘探力度，从源头防治挡土墙病害 加大勘测设计力度，加深对地质情况的了解和分析，及时掌握和处理可能出现的不良地质条件是防止病害的有效手段。无论是新建铁路项目还是有铁路整治工程，都应首先立足于查清挡土墙基础所在位置的地质条件。 (2) 挡土墙设计谨慎采用浆砌片石材质 对于浆砌片石挡土墙这种材质结构，应特别注意结合地质条件谨慎采用。凡是有可能产生不均匀沉降和侧向滑移变形的地段，特别是需设高大挡土墙的地段，不宜采用浆砌片石挡土墙材质结构。 (3) 注意加强挡土墙施工过程中的地质核查工作 挡土墙基础的地质情况千变万化，勘察设计阶段不可能完全查清。因此，挡土墙施工过程中加强地质核查工作非常重要，设计单位应加强配合施工人员中的地质专业力量，对施工单位反映的工程地质情况变化及时作出判断、确认，不能久拖不决。此 39 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 外，还应对重点地段和特殊形式的挡土墙进行主动核查，防止因地质原因引发工程病害。 (4) 提高质量意识，加强施工管理，确保路基支挡工程质量 浆砌片石挡土墙屡屡出现病害与施工质量存在的问题有很大关系。由于价格偏低等因素，许多工地不得不大量使用技术能力较低的协作队伍，而这些队伍施工水平低、管理能力差、质量意识弱等先天不足的因素，在开工前就在一定程度上决定了其工程质量不可能优良。因此，提高浆砌片石挡土墙的施工质量和加强施工质量的监控工作非常迫切，成为施工单位、监理单位和建设单位的重要提议。 40 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 第6章 总 结 经过2个多月紧张有序的奋战，我的毕业设计终于完成了，现在回想起来做毕业设计的整个过程，感慨万千，其中更是充满了酸甜苦辣，回味无穷啊～在没有做设计以前，听说一篇毕业设计得要好几十页，当时心中就有点胆怯，觉得自己有点吃不消，怕写不出来。后来进行设计的时候才知道，并不是自己想的那么难，也不是那么容易。毕业设计不单纯是对所学知识的检验，还是对知识的扩充，需要自己不断的摸索和自学，收集查阅各种资料，培养自己的独立工作能力和学习能力，从而提升自己的知识和综合素质。在设计的过程中我们需要回顾以前学过的知识，并且要灵活运用，使毕业设计能够按时按量的完成，同时我们也要注意再设计中的每一个细小的环节，防止自己出现差错和漏洞。 本课题是铁路重力式挡墙设计。在挡土墙的设计过程中，查阅相关设计规范，运用合理正确的土压力计算方法，计算过程中要领会贯通的运用一些公式，对规范上给出的一些公式要充分理解其含义，这样才能灵活的运用，然后进行挡土墙验算，确保挡土墙的设计尺寸符合要求，同时施工过程中要严格控制质量、规范施工，杜绝质量和安全是故。 通过本设计我从整体上把握了完整的设计流程。首先对边坡的稳定性有了比较深入的了解，对重力式挡土墙设计的计算方法和计算模型有了更透彻的理解。再次，知 应该注意的细节问题，以及如何从根源道了铁路重力式挡土墙施工中易出现的问题和 防止问题的发生。此外我还学会了使用理正岩土软件，它是很实用的设计软件，大大的降低了我们的设计难度，使我们的设计更加简单精确，在国内设计院也有众多忠实的用户，对中国的现代化建设的有着很大的贡献。 41 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 参考文献 [1] 王松龄，丰明海.滑坡区岩土工程勘察与整治[M].北京:中国铁道出版社，2001. [2] Terzaghi，K. Record earth pressure testing machine [J].Engineering News record，1932， 109(29):365-369. [3] Fang，Y S，Ishibashi，I. Static earth pressures with various well movements [J].Journal of Geotechnical Engineering，1986，112(3):317-333. [4] Fang，Y S，Chen，T J And Wu， B F. Passive earth pressures with various well movements [J]. Journal of Geotechnical Engineering，1994，120(8):1307-1323. [5] 周应英，任美龙.刚性挡土墙主动土压力的试验研究[J].岩土工程学报，1990，(2):19-26. [6] 郝瀛.铁道工程[M].北京:中国铁道出版社，2000. [7] 刘成宇.土力学[M].北京:中国铁道出版社，2001. [8] Harmut Freystein.德国铁路基础设施设计手册[M].北京:中国铁道出版社，2007. [9] 刘晓立，严驰，吕宝柱，陈宝珠.柔性挡墙在砂性挡土墙填土中的土压力试验研究[J].岩土 工程学报，1999，Vol.21，No.4:505-508. [10] 中华人民共和国行业标准，铁路路基设计规范(TB10001-2005)[S].北京:中国铁道出版 社，2005. [11] 中华人民共和国行业标准，铁路路基支挡结构设计规范(TB10025-2006)[S].北京:中国 铁道出版社，2006. [12] 铁道部第一设计院.铁路工程设计技术手册—路基[M].北京:中国铁道出版社，1992. 42 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 致 谢 本设计是在刘桂兵老师和吕鹏老师的悉心关切和指导下完成的，值此毕业设计完成之际，对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行设计的修改和改进,给我提了很多宝贵意见，为我指明了研究的方向，使我的设计得以完善和顺利完成。我要真诚的向尊敬的老师说:“老师，您辛苦了～谢谢你们给予我在学习上的关心和孜孜不倦的教诲～” 虽然本次设计只是短短的2个来月时间，但是我却觉得这是我大学生活中最为重要，最为充实的日子。因为在这段时间里，我学会了将所学知识与实践结合在一起，虽然尝试过很多的失败，但却享受着猛然间觉悟的那种喜悦，而且设计上的每一次失败都能从老师那里收获宝贵的知识。在整个毕业设计过程中，指导老师不仅是我们良师，还是我们的益友。他们给予我们的教导不仅仅适用于现在，在以后工作道路中，也将是一个正确的引导。 同时在大学四年的生涯里，得到众多老师的关心、支持和帮助，在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意～在大学四年生活中，不断得到同学们的关心与帮助，无论是在学习上还是生活中得到友谊的温暖与关怀，最重要的是一种精神上的激励，让我非常感动～感谢培养教育我的四方学院，学院浓厚的学术氛围，舒适的学习环境我将终生难忘～祝母校蒸蒸日上，永创辉煌～祝校长仕途顺利～ 在此，我还要感谢我的组员，每当我遇到问题你们都会积极响应帮助我，也许这就是缘分，缘分让我们一起分享这次毕业设计的乐趣～最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人毕业设计答辩的各位师长表示感谢～ 43 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 附 录 附录A 44 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 45 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 46 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 47 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 48 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 关于塌落港口边坡重建的安全评估 1112YAN Shuwang, WANG Cui, LIU Run & WANG M C (1 School of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 2 Department of Civil and Environmental Engineering, Pennsylvania State University, Pennsylvania 16802, USA) 摘要:现有一个历史案例呈现关于边坡塌落，是为了天津新港建设复原的。边坡稳定性的细节分析确定了其塌落的可能原因。塌落边坡的地面使用vibro-sand-piles 和碎石一起在地基层将其巩固。得出边坡塌落的主要原因是切口处以及低潮汐水准。与此同时，为了加强和巩固使用了沙桩，这也是一个有效的科学技术来恢复塌落边坡。 关键字:安全评估 塌落边坡 重建 地基加固 1 引言 在新天津港，准备一个运输码头建设地水前缘斜坡非金属物品倒塌。边坡塌落，大约开始于1997年9月16日上午10点，历时约40min。这天发现高和低潮汐也同时发生。滑坡的覆盖面积约210m长，190m宽造成大量的土体滑动到海湾数千吨。幸运的是，滑坡形成之前的深裂缝的几个小时前给予足够的时间撤离施工人员。最后，滑坡发生只是毁坏了避难场所并无人员伤亡。 边坡失稳逐步发生。它开始与一个比较小的土体，通过一系列的连续滑坡体。每个置换土体形成一个配重在随后的滑脚，从而增加其抗滑稳定。滑动过程一直持续到剩余土体达到极限平衡状态。 边坡的破坏后，地面被平反，码头建设已于十一月完成，1999。本文介绍了边坡破坏过程的细节，边坡失稳的可能原因，与地面的修复技术有关。 2 项目描述 天津是继上海和北京之后的中国第三大城市。它位于北京东南方向大约100km。天津港，位于渤海湾，是中国北方最大的港口。在港口，地质构造主要河口存积。因此，上部土层中含有约20m厚的软粘土，其中前1~2m，是干硬的外壳。软土含水量高，孔隙比大，压缩性高、强度低。存在的在港口的粘土对上覆结构引起的各种工程问题。 码头地基回收沉积矿床上覆水力充填;充填已于九月完成，1995。复垦的土地是由真空预压加固技术手段。真空预压，砂垫层约300~400mm厚的被放置在顶部的水力充填，并巩固过程加速通过塑料排水板。排水板每100mm宽，4.5mm厚，约20~25m长的间隔在800~1 000mm的中心到中心的。预压力为80 kPa。所设计的预压阶段为九月，1996，四月1997。 2该码头是由混凝土桩支撑，每650mm设立一次和25~30m长，中心间隔5m的。 49 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 工作打桩开始于1997年9月5日，和57桩被边坡破坏的时间安装。为了获得桩驾驶船只接近堆场，底部的斜率是陡峭(切割)1(垂直):2.8(水平)来1.0:2.0坡。码头的视图如图1所示;和原始设计的详细尺寸和削弱边坡与高地如图2所示。 3 土质 在现场的土壤囤积是由一个相对较硬的碎石约1m厚的顶部依次通过一个深厚软粘土层，软淤泥质粉质粘土层以及密砂。土壤性质详细描述在表1;指数和剪切力各土层强度性能在表2和3。剪切强度性能的测定采用不固结不排水和固结不排水的三轴压缩，以及无侧限压缩原状土样的试验。也包括在表现场十字板剪切强度值。可以看出，软土与极软土具有较高的水含量低的剪切强度，和高度可压缩的和敏感的。 4 边坡破坏 边坡渐进破坏的经历。一系列连续下滑导致纹波形成在地面，如图4。低潮位的最终削弱边坡的稳定性，采用简化Bishop法分析结合三轴固结不排水抗剪强度参数[1-2]。分析安全因素一起相应的临界滑动面，如图5所示。根据图，第一个滑坡最有可能发生在表1，其安全系数约等于0.96。连续的幻灯片发生沿面2和3的安全因素约0.92和0.90，分别。这些数据证实了所观察到的渐进破坏现象。 滑动面描绘在图是从实地测量获得的数据进行了验证。在地面上，在坡顶和滑动用皮尺测定表面之间的水平距离。以下的地面，这基于现场十字板剪切试验的结果估计的滑动面位置。之前进行的十字板剪切试验在边坡破坏。结果发现，十字板剪切强度的破坏区的干扰大大减少由于2130在图被证明是造成边坡破坏。在叶片减少剪切由于扰动强度可以预期，因为软土具有大于4的灵敏度值。基于图的数据，滑动面有可能在约9m地面以下。 图1墩视图(M) 50 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 图2设计边坡尺寸下 表1 土壤层的描述 土壤地层 高度/ M 描述 约1m厚的硬皮 1 4.4–3.4 砂土口袋软粘土，软流塑状态 2 3.4–- 5 黑色有机质软粘土，中高的可塑性，在软流塑状态 3 5–- 11 软粘土细粉砂层和有机物，可塑性高，软塑状态 4 11–- 14 粉质粘土，中塑性，塑性状态，混合着沙子和贝壳碎片 5 14–- 17 粘土，中高塑性，塑性状态，掺有粉砂和贝壳碎片 6 17–- 20 粘质粉 ，塑性低，硬塑状态，混合粉砂 7 20–- 23 23–下面 密砂 8 标高是根据所谓的大沽高程的确定，这是基于平均潮位和标准在渤海湾地区的设计标高 表2 土壤的物理性质 含水量 重度 空隙率 液限 塑性指数 流动性指标土壤地层 LI ω/% γ/ kN/m? ε LL/% PI 1 28.6 -- -- 43.7 22.4 0.32 2 41.7 17.9 1.15 30.7 14.4 1.73 3 58.2 16.5 1.66 49.3 25.6 1.38 4 46.6 17.5 1.30 42.9 22.0 1.17 5 25.4 19.6 0.75 28.8 12.7 0.73 6 34.7 18.7 0.98 41.0 20.7 0.71 7 21.9 19.5 0.62 25.9 6.1 0.32 51 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 表3 土的力学性能 无侧限抗十字板剪三轴UU 强度 三轴CU 强度 土壤地层 压强度切强度 Φ /(?) Φ/(?) c /kPa c /kPa qu/kPa su/kPa 1 -- -- -- -- -- 12.5 2 0.8 5 17 16 18.5 21.2 3 0.93 11 13 10 16 25.6 4 1.27 16 16.8 12 39.8 36.2 5 4.8 47 21 50 122.6 6 1.8 33 16.5 37 97 图3边坡破坏 图4塌落边坡地基 图5滑动表面的安全系数与分析 52 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 图6现场十字板剪切强度分布 探讨边坡的破坏的可能原因，采用简化Bishop法的稳定性分析也形成四种不同 [3-6]的条件;他们边坡的影响元素，每个高和低潮高地，和最终的边坡切面，每个高和低潮高地。分析安全系数的值列于表4。事件出现，基于这些数据，是边坡破坏的主要原因是价格和高、低差的组合效应高地。 其他因素可能增加边坡的破坏，包括打桩和交通荷载。桩附近的斜坡从1997年9月5到15日，而边坡的破坏发生在9月17日。打桩将不可避免地导致超孔隙水压力，反过来，将减少的粉质粘土不排水抗剪强度。同时，由于扰动桩也可能引起的剪切强度降低。由于交通荷载对顶施工设备和车辆的斜率可能引起额外的剪切应力，以 [7-10]及在边坡的超孔隙水压力。减少的剪切力伴随着增加的剪切应力的结果，安全系数将导致边坡滑动将减少。不幸的是，没有抗剪强度超静孔隙水压力，实地测量，以及施工过程中尤其是在桩后，剪应力导致去证实这些效应 表4 安全因素和塌落边坡设计 设计边坡 失败的斜坡 涨潮 退潮 涨潮 退潮 (+3.5m) (+0.5m) (+3.5m) (+0.5m) 1.10 1.05 0.96 0.92 5 重建 塌落下坡重建于1999。重建涉及5个不同的工作阶段;他们分级是加强，巩固，开挖，桩的安装和上部结构施工。每个阶段的具体内容如下。 (1) 平整地面和加固 首先清除在施工现场的破坏片区和其他碎片。丢失的土地被压实粉质土填充了。重建的地基进行振冲砂桩加固方法。砂桩都是直径为0.3m，中心距在1.0~1.4m。每 m之间的和14m，如表1所示。建筑的细节可在别处一桩扩展到软粘土层底标高11 [11-12]。在桩的砂体内部摩擦不少于35?，并压实，标准贯入击数(标准贯入试验)大 53 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 于18。这阶段是从1998年6月21日开始，于1998年11月6日完成。 (2) 2期–固结 振冲砂桩软粘土层的碎石层合并。碎石层，厚3m，从1998年12月3日到22日放置在地面上。碎石层持续的重压下由于地表定居的软粘土层的固结。地面沉降是使用4沉降计进行监测安装在4个不同的地点相距甚远。沉降监测数据列于表5。数据显示，在大约9个月的整理，地面落在约0.54m。该结算金额对应的平均据估计，主固结沉降85%。换句话说，可压缩地基达到约85%开挖顺序相前固结度。 表5 沉降监测 表1号 表2号 表3号 表4 结算日期/ M 结算日期/ M 结算日期/ M 结算日期/ M 12/17/98 0 12/24/98 0 12/24/98 0 01/05/99 0 05/25/99 0.486 05/25/99 0.372 05/25/99 0.658 05/25/99 0.470 10/01/99 0.513 09/26/99 0.434 08/13/99 0.722 09/25/99 0.506 (3) 3期–开挖 (垂直):3(水平)的进行开挖。开挖做的4综合地面水中正面以形斜率为1 个步骤，即，从地面到4m，从4m~10m，从10m~到11.5m，和从11.5m~到13.8m且每一步的开挖深度是相当随意的土壤因素决定的与卸荷应力水平的性能。每一步开挖后，边坡监测在垂直位移和2~3天的横向方向。垂直和侧向位移分别使用技术水平和监测工程运输。每一步开挖时进行开挖阶段没有诱导位移率过高。根据当地的经验， [13-14]在开挖可接受的位移速率为2cm/天 。 (4) 4期–安装桩 2650mm的混凝土桩是用来支持码头使用双作用式柴油打桩锤安装。什么时候在水上打桩，打桩钻机支承在驳船。以最小化总的过量引起的孔隙水压力桩在粉质粘土进行驱动，不按顺序从第一个到最后桩;他们在每一个指令驱动第四桩代替。通过交替打桩定位，累积的沉桩引起的超孔隙水压力可以减少。由于有限的可用空间，只有2~3驾驶台同时工作。每一台能够驱动10桩一天，取决于天气条件以及桩的位置和深度。 (5) 5期–上部结构施工阶段 上部结构的主要成分是桩头，钢筋混凝土梁或梁，和钢筋混凝土板。这些组件被构造的序列从桩头的梁/梁和板。这一阶段的在约2个月完成建设。图7显示重建码头的一部分。 6 结论 本文介绍了为天津新港口建设的边坡塌落和重建情况的历史。对可能导致边坡破 54 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 坏的原因进行了研究。调查原状土样进行实验室试验。此外，进行原位十字板剪切试 验。边坡的稳定性是用简化Bishop法结合分析三轴固结不排水抗剪强度参数来对不 同坡度和潮汐的影响。给出了细节边坡的重建。在其他事情上，重建涉及安装振冲砂 ~1.4m的两个方向。一个3m厚的碎石桩，固结，和开挖。砂桩直径0.3m，间隔1.0 层被放置在可压缩地基加固。开挖是分阶段进行，地面速度位移可以控制在允许限度。 图7重建码头 在研究结果的基础上，得出的结论是边坡破坏的主要原因是切削结合下低潮位。 其他因素，如打桩和交通荷载的地基可增强边坡的破坏虽然场没有数据来证实这样的 效果。同时，采用砂桩与碎石层加固巩固软土是一种有效的对失败的斜率重建技术。 参考文献: [1] Bishop W. 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Tianjin: Tianjin Science and Technology Press, 1987. 36-49 (in Chinese) 56 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 附录B 重力式挡土墙验算[执行标准:铁路] 计算项目: 重力式挡土墙2 计算时间:2014-04-26 13:06:59 星期六 原始条件: 无荷载的情况: [土压力计算] 计算高度为 6.360(m)处的库仑主动土压力 按实际墙背计算得到: 第1破裂角: 36.108? Ea=61.881(kN) Ex=61.768(kN) Ey=3.739(kN) 作用点高度 Zy=2.120(m) 2墙身截面积 = 7.426(m) 重量 = 170.791 (kN) (1) 墙底截面强度验算 57 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 2验算截面以上，墙身截面积 = 7.086(m) 重量 = 162.967 (kN) 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 1.866 (m) 相对于验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx = 2.330 (m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 1.760 (m) [容许应力法]: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 =166.705(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=204.158(kN?m) 相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 1.225(m) 截面宽度 B= 1.890 (m) 偏心距 e1 = -0.280(m) 截面上偏心距验算满足: e1= -0.280 ? 0.300*1.890 = 0.567(m) 截面上压应力: 面坡=9.895 背坡=166.513(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 166.513 ? 1300.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -2.600 ? 160.000(kPa) (2) 台顶截面强度验算 [土压力计算] 计算高度为 3.830(m)处的库仑主动土压力 按实际墙背计算得到: 第1破裂角:36.097? Ea=22.441(kN) Ex=22.400(kN) Ey=1.356(kN) 作用点高度 Zy=1.277(m) [强度验算] 2验算截面以上，墙身截面积 = 3.524(m) 重量 = 81.043 (kN) 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 0.939 (m) 相对于验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx = 1.239 (m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 1.277 (m) [容许应力法]: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力=82.399(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=49.162(kN?m) 相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 0.597(m) 截面宽度 B = 0.920 (m) 偏心距 e1 = -0.137(m) 截面上偏心距验算满足: e1= -0.137 ? 0.300*0.920 = 0.276(m) 截面上压应力: 面坡=9.754 背坡=169.373(kPa) 58 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 压应力验算满足: 计算值= 169.373 ? 1300.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -11.478 ? 160.000(kPa) 59 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 有荷载都作用的情况 [土压力计算] 计算高度为 6.360(m)处的库仑主动土压力 按实际墙背计算得到: 第1破裂角:32.101? Ea=104.980(kN) Ex=104.788(kN) Ey=6.343(kN) 作用点高度 Zy=2.234(m) 2 墙身截面积 = 7.426(m) 重量 = 170.791 (kN) (1) 墙底截面强度验算 2 验算截面以上，墙身截面积 = 7.086(m) 重量 = 162.967 (kN) 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 1.866 (m) 相对于验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx = 2.358 (m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 1.874 (m) [容许应力法]: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 169.309(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=122.749(kN?m) 相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 0.725(m) 截面宽度B= 1.890 (m) 偏心距 e1 = 0.220(m) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.220 ? 0.300*1.890 = 0.567(m) 截面上压应力: 面坡=152.147 背坡=27.016(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 152.147 ? 1300.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= 19.611 ? 160.000(kPa) (2) 台顶截面强度验算 [土压力计算] 计算高度为 3.830(m)处的库仑主动土压力 按实际墙背计算得到: 第1破裂角: 38.627? Ea=48.554(kN) Ex=48.465(kN) Ey=2.933(kN) 作用点高度 Zy=1.327(m) [强度验算] 2 验算截面以上，墙身截面积 = 3.524(m) 重量 = 81.043 (kN) 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 0.939 (m) 相对于验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx = 1.252 (m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 1.327 (m) [容许应力法]: 60 石家庄铁道大学四方学院毕业设计 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 83.976(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=15.452(kN?m) 相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 0.184(m) 截面宽度 B = 0.920 (m) 偏心距 e1 = 0.276(m) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.276 ? 0.300*0.920 = 0.276(m) 截面上压应力: 面坡=255.579 背坡=-73.022(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 255.579 ? 1300.000(kPa) 拉应力验算满足: 计算值= 73.022 ? 160.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= 16.168 ? 160.000(kPa) 61