悬壁式挡土墙


悬壁式挡土墙

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悬壁式挡土墙悬壁式挡土墙一般由钢筋混凝土建造,墙身的稳定主要由墙踵悬壁以上的土重来维持,墙内设定钢筋承受拉应力,所以墙身截面较小 。一般适用于墙身5~10m,地基土质较差,当地缺少石料等情况 。
【悬壁式挡土墙】常用挡土墙型式有重力式、悬壁式、扶壁式、锚桿式、锚定板式和加筋土挡墙等 。一般根据工程需要、土质情况、材料供应、施工技术等因素合理选择挡土墙型式 。
基本介绍中文名:悬壁式挡土墙
外文名:cantilever retaining wall
组成:立壁、趾板及踵板等
墙身高度:5~10m
优点:断面简单,施工方便,便于生产
学科:公路交通科学技术
简述由底板和固定在底板上的直墙所组成的挡土结构 。直墙受力状态与悬臂樑相似 。是钢筋混凝土挡土墙中最常用的型式之一 。悬臂式挡土墙的构造型式有丄形及L形两种(见图1) 。墙体的稳定性主要依靠底板上的填土重量维持 。直墙靠填土一侧常做成略为倾斜,外侧做成铅直,当填土高度不大时,也可做成等厚度 。底板一般做成变厚度,即底面成水平,板厚自直墙处向两边减薄 。底板宽度由稳定计算决定,一般为墙高的0.6~0.8倍 。通过调整外底板(直墙以外部分)和内底板(直墙以内部分)的长度,可改善稳定条件和基底的压力分布 。各部分的厚度和配筋根据强度计算确定 。墙后需做排水设备,每隔一定距离设伸缩沉陷缝 。如有防渗要求,缝内应设止水 。墙身不宜过高,超过6~8米往往不经济 。
悬壁式挡土墙

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图1受力分析悬壁式挡墙由于胸坡壁立,常用于码头、站场路肩墙 。其外型呈倒“ T”型,由立壁、趾板和踵板组成 。踵板上回填土的重量有助于增加挡土墙的稳定性;趾板使抗倾覆作用力的力臂加长,力矩增大,也对稳定有利 。只需根据弯矩和剪力计算,对墙身适当配筋,可实现墙身轻型化,并且断面简单,施工方便,而且便于工场化生产,是一种经济合理的结构。在城市铁路设中,常採用悬壁式挡土墙作为路肩墙,以节约用地 。但由于轻型挡土墙的墙身在土压力的作用下会产生较大的变形,因此作用在墙背上的土压力计算更加困难,目前在设计时仍採用朗金理论,或按相同边界条件的库侖公式计算,两种方法所得的土压力相差不大 。但这两种方法都不能考虑挡土墙与地基之间的相互作用,以及墙身变形等因素的影响,得出的土压力与实际情况差别较大 。有限元法可以将挡土墙与墙后填土作为整体来分析,从而可以考虑墙体与填土之间的相互作用,以及由于墙身变形引起的土压力的非线性分布等问题,在理论上更为完善 。计算模型採用有限元法,将悬壁式挡土墙简化为刚性连线的两段梁,填土与挡土墙间採用无厚度的接触面单元来模拟土与挡土墙间的摩擦 。边界条件为:两侧x方向约束,底部xz方向约束 。计算模型如图2所示 。计算宽度为60m,深度为30m;路堤填土高度4m,分4层填筑,每层1m;边坡坡度为1∶1,挡墙埋深1m.挡墙基础为二灰砂砾石,宽6m,深1.7m;挡土墙立壁高5m,宽30cm;趾板宽1m,踵板宽2m,厚度分别取5、10、15、20、30cm进行计算,不考虑挡墙厚度变化引起的重量变化 。採用弹塑性模型、摩尔—库侖屈服準则,採用Anasys5.4进行计算 。计算结果朗金理论计算结果根据朗金理论计算得到作用在立壁上的土压力及基底应力,并考虑趾板和踵板上的土层的自重可得到立壁、趾板和踵板处的弯矩和剪力 。立壁的最大弯矩为27.32kN·m/m,最大剪力为26.87kN/m;趾板的最大弯矩为28.33kN·m/m,最大剪的力为57.92kN/m;踵板的最大弯矩为-9.04kN·m/m,最大剪力为-19.05kN/m 。有限元法计算结果土墙立壁的墙身剪力和墙身弯矩图 。从图4中可见,按朗金理论计算所得的剪力和弯矩远小于有限元计算所得的剪力与弯矩值 。这是由于墙后填土达到主要极限平衡状态所需的位移量较大,墙身的变形较小,墙后填土远不能达到主动极限平衡状态 。从图3中可见,墙身的位移在靠近墙底处是偏向填土方向的,进一步造成了墙身下部的剪力值增大 。图5为趾板和踵板的剪力与弯矩图 。需要注意的是踵板的最大剪力出现在远离立壁一端,而按朗金理论计算所得的最大剪力出现在靠近立壁一端 。两种方法计算结果对比表1为按朗金理论和用有限元法所得的计算结果对比表,取相同位置的数值进行比较 。由表1可见,两种方法所得的结果之间有很大的差别,在挡墙厚度为30cm的情况下,按朗金理论所得的结果普遍偏小,特别是立壁和趾板的剪力和弯矩,相差2倍以上,这就必然造成结构物的安全储备不足 。