高速公路擋土墻畢業(yè)設計設計書

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文檔簡介

1、　　目錄　　第1章緒論1　　1.1 擋土墻的發(fā)展1　　1.2 加筋土擋土墻的介紹1　　1.3 設計的內容2

2、第2章設計基本資料3　　2.1 工程概況3　　2.2 設計范圍3　　2.3 基本資料3　　第3章計算內容5　　3.1 設計資料5　　3.2 設計計算理論5&

3、lt;/p>　　3.2.1 荷載組合5　　3.2.2 基礎設計及整體穩(wěn)定性驗算6　　3.2.3 軸向力偏心距11　　3.2.4 內部穩(wěn)定性驗算12　　3.3 設計計算18　　3.3.

4、1 筋帶受力計算18　　3.3.2 內部穩(wěn)定計算19　　3.3.3 外部穩(wěn)定計算21　　第4章地基處理26　　4.1 石灰樁的原理及分類26　　4.2 加固機理26

5、;　　4.2.1 樁間土加固機理27　　4.2.2 樁身加固機理28　　4.2.3 復合地基29　　4.3 理論設計29　　4.4 設計過程31　　4.5 施工工藝31<p&g

6、t;　　4.5.1 施工準備31　　4.5.2 施工順序32　　4.5.3 成樁32　　第5章理正驗算33　　5.1 理正軟件介紹33　　5.2 計算結果33

7、5.2.1 墻身尺寸及筋帶資料33　　5.2.2 物理參數(shù)34　　5.2.3 一般情況墻體驗算35　　5.2.4 各組合最不利結果37　　第6章擋土墻施工38　　6.1 施工準備38

8、　　6.2 擋土墻基礎38　　6.3 排水40　　6.4 沉降縫與伸縮縫40　　6.5 墻背填料40　　6.6 加筋土擋土墻41　　第7章結論與展望44<

9、p>　　7.1 結論44　　7.2 展望44　　參考文獻46　　致謝47　　附錄A 外文資料翻譯55　　附錄B 有關圖紙

10、60　　B.1 墻面板圖60　　B.2 擋土墻橫斷面圖60　　B.3 基底樁位圖60　　第1章緒論　　1.1 擋土墻的發(fā)展　　擋土墻

11、是公路工程中廣泛采用的一種構造物。隨著我國高等級公路建設的飛速發(fā)展，特別是高等級公路建設向中西部地區(qū)的推進，路基擋土墻越來越顯得重要，應用越來越多，而且其結構形式日新月異，設計理論也在不斷發(fā)展。　　重力式擋土墻是最古老的結構形式，因其料源豐富、取材方便、形式簡單、施工簡便，所以仍然是目前應用最廣泛的結構形式。為了適應不同的使用要求如：建筑高度穩(wěn)定性等，以及不同地區(qū)的建筑條件如：地基、料源、地形等

12、。研究開發(fā)了各種形式的擋土墻如懸臂式、扶壁式、加筋土式、錨桿式和錨定板式等這些形式都是鋼筋混凝土結構。懸臂式和扶壁式擋土墻在國外應用十分廣泛但在我國應用尚未普及不過隨著高等級公路向中西部地區(qū)推進，其應用會越來越多。懸臂式和扶壁式擋土墻適用于缺乏石料的地區(qū)。它通過墻趾板和墻踵板寬度來調節(jié)控制基底應力[1]。　　從實際使用來看，在我國，加筋土技術的應用范圍已由單一的擋墻發(fā)展到橋臺、護岸、貨場站臺、水

13、運碼頭等方面。開展這項研究工作的也已擴展到公路、鐵路、煤炭、林業(yè)、城市建設、高等學校等各個部門。從理論研究來看。既有作用機理的研究，這就是進行實驗室模型試驗和現(xiàn)場原型試驗、分析，又有基本設計參數(shù)試驗和拉筋材質的試驗。所有這些反映了我國在加筋土技術的研究和應用上已出見成效?？梢灶A計加筋土技術在我國是有很大發(fā)展前途的。　　1.2 加筋土擋土墻的介紹　　加筋

14、土擋土墻指的是由填土、拉帶和鑲面砌塊組成的加筋土承受土體側壓力的擋土墻。　　加筋土擋土墻是在土中加入拉筋，利用拉筋與土之間的摩擦作用，改善土體的變形條件和提高土體的工程特性，從而達到穩(wěn)定土體的目的。加筋土擋土墻由填料、在填料中布置的拉筋以及墻面板三部分組成。一般應用于地形較為平坦且寬敞的填方路段上，在挖方路段或地形陡峭的山坡，由于不利于布置拉筋，一般不宜使用[2]。<

15、;p>　　加筋土是柔性結構物，能夠適應地基輕微的變形，填土引起的地基變形對加筋土擋土墻的穩(wěn)定性影響比對其他結構物小，地基的處理也較簡便；它是一種很好的抗震結構物；節(jié)約占地，造型美觀；造價比較低，具有良好的經濟效益。加筋土擋土墻指的是由填土、拉帶和鑲面砌塊組成的加筋土承受土體側壓力的擋土墻。　　加筋土擋土墻是在土中加入拉筋，利用拉筋與土之間的摩擦作用，改善土體的變形條件和提高土體的工程特性，

16、從而達到穩(wěn)定土體的目的。加筋土擋土墻由填料、在填料中布置的拉筋以及墻面板三部分組成。一般應用于地形較為平坦且寬敞的填方路段上，在挖方路段或地形陡峭的山坡，由于不利于布置拉筋，一般不宜使用。　　加筋土是柔性結構物，能夠適應地基輕微的變形，填土引起的地基變形對加筋土擋土墻的穩(wěn)定性影響比對其他結構物小，地基的處理也較簡便；它是一種很好的抗震結構物；節(jié)約占地，造型美觀；造價比較低，具有良好的經濟效益[3

17、]。　　1.3 設計的內容　　青銀高速公路(或G035，035國道，青銀線)，是橫貫中國大陸北部一條國道主干線，為中國高速公路規(guī)劃五縱七橫的一條橫向線。起點為山東青島市，終點為寧夏回族自治區(qū)銀川市，全長1610km，是中國“十五”在建投資最大、線路最長的國家級高速動脈。該路雙向四車道，設計時速100km。途經山東、河北、山西、陜西、寧夏5個省區(qū)，是中國

18、能源東送及出口的主要通道，對于加強西北內陸和東部沿海之間的資源互通，促進沿線地區(qū)的經濟發(fā)展發(fā)揮著巨大作用。目前有部分建成高速公路，其它為一級或二級公路。　　根據青銀高速公路的路況，設計一段路堤式加筋土擋土墻。主要內容包括；墻體選型，內部穩(wěn)定性驗算及外部穩(wěn)定性驗算，地基處理，理正驗算，施工方法，外文翻譯等。　　第2章設計基本資料

19、　　2.1 工程概況　　青銀高速公路(或G035，035國道，青銀線)，是橫貫中國大陸北部一條國道主干線，為中國高速公路規(guī)劃五縱七橫的一條橫向線。起點為山東青島市，終點為寧夏回族自治區(qū)銀川市，全長1610km，是中國“十五”在建投資最大、線路最長的國家級高速動脈。該路雙向六車道，設計時速120km。途經山東、河北、山西、陜西、寧夏5個省區(qū)

20、，是中國能源東送及出口的主要通道，對于加強西北內陸和東部沿海之間的資源互通，促進沿線地區(qū)的經濟發(fā)展發(fā)揮著巨大作用。目前有部分建成高速公路，其它為一級或二級公路。　　青銀線河北段，全長181.859km，主線以石家莊為中心，西接太原，東達濟南，是冀中平原的經濟大動脈和運輸主。該路段東起冀魯交界的清河縣，西至石太高速公路鹿泉立交橋，途徑邢臺、石家莊兩個市的清河、南宮、威縣、新河、寧晉縣、趙縣、欒城縣

21、、元氏縣、鹿泉9個縣。　　2.2 設計范圍　　本設計是以青銀高速公路(K46+099.06)巖土工程勘察報告為基礎，設計一座擋土墻。隨著經濟的快速發(fā)展，交通量勢必快速增長，早期修建的高速公路勢必將不能滿足交通量快速增長的要求。根據國家政治、經濟發(fā)展的需要高速公路在當今社會發(fā)揮著重要的作用，隨著社會經濟的發(fā)展，生產建

22、設項目逐年增加，由此帶來的生態(tài)環(huán)境破壞、安全生產隱患等逐漸增多，而擋土墻在其中發(fā)揮了重要作用。　　2.3 基本資料　　按一次建成雙向4車道高速公路的標準設計，路基寬度為28m，計算行車速度為100km/h，公路一級。標準橫斷面尺寸如下表所示：　　第3章

23、計算內容　　3.1 設計資料　　(1)擋土墻不受浸水影響，墻高m，頂部填土0.6m　　(2)路基寬28m，路面寬19.5m　　(3)荷載標準：公路一級　　(4)面板規(guī)格：

24、0.8m0.56m十字型混凝土板。板厚300mm ,混凝土強度等級C30；　　(5)筋帶：采用聚乙烯土工帶，帶寬為18mm，厚1.0mm，斷裂極限強度標準值MPa，抗拉容許應力=50MPa，摩擦系數(shù)；　　(6)筋帶節(jié)點間距：，；　　(7)填料：礫碎石類土，重度，內摩擦角；

25、　　(8)地基：黃土，重度，內摩擦角，黏聚力，地基承載力特征值；　　(9)墻體采用矩形斷面，加筋體寬為10.0m；　　(10)墻頂填料與加筋土填料相同。　　3.2 設計計算理論　　3.2.1 荷載組合　　加筋土擋土墻所承受的作

26、用(或荷載)及其組合如表3-1所示，本設計采用荷載組合Ⅱ。　　表3-1 常用作用(或荷載)　　3.2.2 基礎設計及整體穩(wěn)定性驗算　　3.2.2.1 基礎設計　　(1)擋土墻的基礎類型，除特殊地基情況需采用樁基礎外，宜采用明挖基礎。明挖基礎宜設置在地質情況較好的地基上

27、，當?shù)鼗鶠樗绍浲翆訒r，可采用換填、砂樁、攪拌樁等方法處理地基。擋土墻采用剛性基礎時，基礎底部的擴展部分不應超過材料的剛性角。對于混凝土基礎，剛性角不應大于40°；對于片石、塊石、粗料石砌體基礎，當用M5以上砂漿砌筑時，剛性角不應大于35°，當用M5及低于M5砂漿砌筑時，剛性角不應大于30°。擋土墻的基礎采用鋼筋混凝土條形擴展基礎時，應按照《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62-2004

28、)的規(guī)定進行設計[4]。　　(2)基礎的埋置深度應符合下列規(guī)定：　　當凍結深度小于或等于1.00m時，基底應在凍結線以下不小于0.25m，并應符合基礎最小埋置深度不小于1.00m。　　當凍結深度超過1.00m時，基底最小埋置深度不小于1.25m，還應將基底至凍結線0.25m深度范圍的地基土換填為弱凍脹材料。<

29、;/p>　　受水流沖刷時，應按路基設計洪水頻率計算沖刷深度，基底置于局部沖刷線以下不小于1.00m。　　路塹式擋土墻的基礎頂面應低于路塹邊溝底面不小于0.50m。　　在風化層不厚的硬質巖石地基上，基底宜置于基巖表面風化層以下；在軟質巖石地基上，基底最小埋置深度不小于1.00m。　　(3

30、)建筑在斜坡地面的擋土墻，基礎前趾埋入地面的深度和距地表的水平距離應符合表3-2。　　表3-2 斜坡地面基礎埋置條件　　(4)明挖基礎的基坑面，應設置不小于4%的排水橫坡。在濕陷性黃土地區(qū)，應采取消除濕陷或防止水流下滲的措施。　　3.2.2.2 地基計算　　(1)擋土墻

31、地基承載力計算時，傳至基礎底面上的作用(或荷載)效應，宜按正常使用極限狀態(tài)下作用(或荷載)效應標準組合，相應的抗力采用地基承載力特征值。計算擋土墻及地基穩(wěn)定時，荷載效應應按承載能力極限狀態(tài)下的作用(或荷載)效應組合。計算基礎結構的作用(或荷載)效應、配置鋼筋、驗算材料強度時，作用(或荷載)效應應按承載能力極限狀態(tài)下的作用(或荷載)效應組合。　　(2)擋土墻明挖基礎底面的壓應力可按下列公式計算：&

32、lt;/p>　　(3-1)　　(3-2)　　(3-3)　　公式(3-1)及公式(3-2)的使用條件為：　　(3-

33、4)　　式中：——采用作用(或荷載)效應標準組合的基底邊緣最大壓應力值(kPa)；　　——采用作用(或荷載)效應標準組合的基底邊緣最小壓應力值(kPa)；　　——采用作用(或荷載)效應標準組合時，作用于基底上的垂直力(kN/m)；　　——基礎地面每延米

34、的面積，即基礎寬度；　　——基礎底面寬度，對于傾斜地基為其斜寬(m)；　　——基底合力的偏心距(m)；　　——采用作用(或荷載)效應標準組合時，作用于基底形心的彎矩(MPa)。　　(3)設置在巖石地基上的擋土墻明挖基礎，當時，不計基底承受拉應力，僅按受壓區(qū)計算最大壓應力，

35、可按下列公式計算：　　(3-5)　　(3-6)　　垂直于基底面的合力對受壓邊緣的力臂，可按下式計算：　　(3-7)

36、　(4)垂直于基礎底面的合力偏心距應符合表3-3的規(guī)定。　　表3-3 垂直于基礎底面的合力的偏心距限制　　注：巖石地基上的擋土墻，在荷載組合Ⅰ作用下，當滿足地基承載力特征值與穩(wěn)定性要求時，合力的偏心不受限制。　　(5)擋土墻地基的承載力特征值，應根據地質勘測、原位測試、荷載試驗，調查、對比鄰近已建構造物的地基承載

37、力資料及經驗、理論公式的計算數(shù)據，綜合分析后確定。　　(6)擋土墻基礎底面置于軟土地基上時，可按下式計算基底最大壓應力值：　　(3-8)　　式中：h——基底埋置深度(m)，當受水流沖刷時，由一般從沖刷線算起；　　z——基底到軟土層頂面

38、的距離(m)；　　p——基底平均壓應力(kPa)；　　——土中附加壓力系數(shù)；　　——深度(h+z)之間各土層的換算重度(kN/m³)；　　——基底以上土的重度(kN/m³)，地下水位以下為浮重度；　　P——基礎

39、寬度(m)。　　(7)地基承載力特征值提高系數(shù)k，可按表3-4的規(guī)定確定。　　表3-4 地基承載力特征值的提高系數(shù)　　注：地基承載力特征值小于150kPa的地基，對于序號第二項情況，k=1.0；對于序號第三項情況k=1.25。　　(8)基礎底面最大壓應力值，應符合下式要求

40、：　　(3-9)　　式中：——經基礎埋深修正后的地基承載力特征值(kPa)；　　k——地基承載力特征值提高系數(shù)。　　3.2.2.3 穩(wěn)定性驗算　　(1)擋土墻的滑動穩(wěn)定方程與抗滑動穩(wěn)定系數(shù)可

41、按下列公式計算：　?、倩瑒臃€(wěn)定方程：　　(3-10)　　式中：G——墻身重力、基礎重力、基礎上填土的重力及作用于墻頂?shù)钠渌Q向荷載的標準值(kN)，浸水擋土墻的浸水部分應計入浮力；　　Ey——墻后

42、主動土壓力標準值的豎向分量(kN)；　　——墻后主動土壓力標準值的水平分量(kN)；　　——墻前被動土壓力標準值的水平分量(kN)，當為浸水擋土墻時，0；　　——基底傾斜角(°)，基底水平時；　　——基底與地面間摩擦系數(shù)，當缺乏可靠試驗資料時，可按表3-5的規(guī)定

43、采用；　　、——主動土壓力分項系數(shù)、墻前被動土壓力分項系數(shù)。　　②抗滑動穩(wěn)定系數(shù)計算公式：　　(3-11)　　式中：N——基底上作用力的合力標準值的豎向分量(kN)，浸水擋土墻應計入浸水部分的浮力；<p&

44、gt;　　——墻前被動土壓力標準值水平分量的0.3倍(kN)。　　表3-5 基底與基底土間的摩擦系數(shù)　　(2)采用傾斜基底的擋土墻，還需驗算沿墻踵處地基土水平面滑動的穩(wěn)定性，其滑動穩(wěn)定方程與抗滑動穩(wěn)定系數(shù)可按下列公式計算：　?、倩瑒臃€(wěn)定方程：<p

45、>　　(3-12)　　式中：——擋土墻基底水平投影寬度(m)；　　——地基土的內摩擦系數(shù)，；　　——地基土的內摩擦角；　　c——地基土的粘聚力(kN/m)；　　G——作用于基底水平滑動面

46、上的墻身重力、基礎重力、基礎上填土的重力、作用于墻頂?shù)钠渌Q向荷載及傾斜基底與滑動面間的土楔的重力(kN)的標準值，浸水擋土墻的浸水部分應計入浮力。　?、诳够瑒臃€(wěn)定系數(shù)計算公式：　　(3-13)　　傾斜基底與水平滑動面間的土楔重力標準值可按下式計算：&

47、lt;p>　　(3-14)　　式中：N——基底上作用力的合力標準值的豎向分量(kN)，浸水擋土墻應計入浸水部分的浮力；　　——地基土(巖)的重度，透水性的水下地基土為浮重(kN/m3)。　　(3)擋土墻的傾覆穩(wěn)定方程與抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)可按下列公式計算：

48、　?、賰A覆穩(wěn)定方程：　　(3-15)　　式中：——墻身重力、基礎重力、基礎上填土的重力及作用于墻頂?shù)钠渌Q向荷載的合力重心到墻趾的距離(m)；　　——墻后主動土壓力的豎向分量到墻趾的距離(m)；

49、　　Zy——墻后主動土壓力的水平分量到墻趾的距離(m)；　　——墻前被動土壓力的水平分量到墻趾的距離(m)。　?、诳箖A覆穩(wěn)定系數(shù)計算公式：　　(3-16)　　(4)驗算擋土墻的抗滑動和抗傾覆穩(wěn)定時，穩(wěn)定系數(shù)不應小于

50、表3-6的規(guī)定。　　表3-6 抗滑動和抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)　　注：①大于適宜墻高時，穩(wěn)定系數(shù)宜大于表中所列值，相同填料下，穩(wěn)定系數(shù)宜隨墻高增大而增大；　?、诖笥谶m宜墻高時，相同墻高下，穩(wěn)定系數(shù)宜根據填料的粘聚力c取值：粘聚力小者取較小值；粘聚力大者取較大值。　　(5)適宜于不良

51、土質地基、表土下為傾斜基巖地基及斜坡上的擋土墻，應對擋土墻地基及填土的整體穩(wěn)定性進行驗算，其穩(wěn)定系數(shù)不應小于1.25。　　(6)擋土墻設計為滑動穩(wěn)定控制時，可采取下列增加抗滑動穩(wěn)定性措施：　?、俨捎脙A斜基底；　?、诓捎猛够祝箲O置在堅實地基上；&l

52、t;p>　　③可計入墻前被動土壓力；　?、懿捎脴痘A。　　(7)擋土墻設計為傾覆穩(wěn)定控制時，可采用下列增加抗傾覆穩(wěn)定措施：　?、贁U展擋土墻基礎的前趾，當剛性基礎的前趾擴展受到剛性角限制時，可采用配筋擴展基礎；　?、谡{整墻面、墻背

53、坡度；　?、鄹淖儔ι硇问剑刹捎煤庵厥?、扶壁式等抗傾覆穩(wěn)定性較強的擋土墻形式。　　3.2.3 軸向力偏心距　　(1)擋土墻墻身或基礎為圬工構件時，偏心受壓構件計算截面上的軸向力偏心距e0(m)，應符合表3-7的規(guī)定：　　(3-17)

54、　　式中：Md——在某一類作用(或荷載)組合下，作用(或荷載)對計算截面形心的總力矩設計值(kN·m)；　　Nd——在某一類作用(或荷載)組合下，作用于計算截面上的軸向力合力的設計值(kN)。　　表3-7 圬工擋土墻截面上軸向力合力偏心距的限值　　注：B為沿力矩

55、轉動方向的矩形計算截面寬度(m)。　　(2)在巖土地基上，垂直于擋土墻墻長方向的基礎為臺階形布置，可按臺階基礎底面的水平投影計算基底應力及作用于基底上軸向合力的偏心距。　　3.2.4 內部穩(wěn)定性驗算　　(1)加筋體頂面上填土的計算分界面，應為通過加筋體墻面頂端的水平面(如圖3-1)，該面以上的填土自重應作為加筋

56、體上的填土重力，其大小可按下式換算成等待均布土層厚度計算：　　(3-18)　　式中：——墻頂填土重力換算等代均布土層厚度(m)，當時，應取；　　——加筋體頂面填土的邊坡坡率；　　——加筋體墻高；&

57、lt;/p>　　——邊坡坡腳至面板的水平距離()；　　——加筋體以上路堤的高度()。　　(2)車輛荷載作用在擋土墻墻后填土上所引起的附加土體側壓力，可按下式換算成等代均布土層厚度計算：　　(3-19)　　式

58、中：——車輛荷載換算等代均布土層厚度(m);　　——墻后填料的重度()；　　——車輛附加荷載標準值()，可按表3-8的規(guī)定采用；　　(3)浸水加筋土擋土墻設計時，應按下列規(guī)定計入水的浮力：　?、俳顜嗝嬖O計采用低水位時的浮力。

59、②地基應力驗算采用低水位時的浮力或不考慮浮力；加筋體的滑動穩(wěn)定驗算、傾覆穩(wěn)定驗算，采用設計水位時的浮力。　?、燮渌闆r采用最不利水位時的浮力。　　(4)加筋體活動區(qū)與穩(wěn)定區(qū)的分界面可采用簡化破裂面。簡化破裂面上部的豎直部分與墻面板背面的距離為；簡化破裂面下部的傾斜面部分與水平面的夾角β為，簡化破裂面上、下兩部分的高度、,可按下式計算：

60、　　(3-20)　　(3-21)　　式中：——簡化破裂面前的破棱體頂面寬度；　　——加筋體填料的內摩擦角(°)，當填料為細粒土時，采用綜合內摩擦角；　　H——加筋體

61、高度(m)。　　(5)加筋體頂面有水平荷載作用時，深度處，面板后的水平向壓應力及水平荷載影響深度，可按下式計算：　　式中：——水平荷載作用下，深度處的水平向的壓應力(kPa)，時，；　　——單位墻長頂面的水平荷載(kN/m)；　　——水平荷載影響深度(m)；</p&

62、gt;　　——第i單元結點至加筋體頂面的豎直距離(m)。　　(6)加筋體內部穩(wěn)定驗算時，土壓力系數(shù)可按下式計算：　　式中：——加筋體內，深度處土壓力系數(shù)；　　——靜止土壓力系數(shù)；　　——主動土壓力系數(shù)；　　—

63、—第i單元結點至加筋體頂面的垂直距離(m)。　　(7)加筋土填料作用于墻面板上的水平土壓應力，可按下式計算：　　墻后非浸水加筋體時：　　(3-25)　　墻后為浸水加筋體時：

64、　(3-26)　　式中：——第i層筋帶距墻頂?shù)母叨?m)；　　——加筋體填料重度()；　　——加筋體填料飽和重度()；　　——深度處的水平土壓應力(kPa)；　　——計算土壓力系數(shù)。&l

65、t;p>　　(8)加筋體頂面以上，填土重力換算均布土層厚度所引起的墻面板上的水平土壓應力(kPa)，可按下式計算：　　(3-27)　　式中：——墻頂填料重度換算等代均布土層厚度(m)；　　——墻頂填土的重度(kN/m³)。<p&g

66、t;　　(9)永久荷載重力作用下，拉筋所在位置的豎直壓應力可按下式計算：　　(3-28)　　式中：——在層深度處，作用于筋帶上的豎直壓應力(kPa)；　　——加筋體的重度()，當為浸水擋土墻時，應按最不利水位上下的不同重度分別計入。

67、　(10)車輛(或人群)附加荷載作用下，墻面板上的附加水平土壓應力(kPa)，可按下式計算：　　(3-29)　　附加荷載作用下，加筋體深度處的附加豎直壓應力(kPa)，可按下式計算。　　附加荷載邊緣在填土內的擴散線與加筋體深度處的水平線的交點為D點。當D點進入加筋體活動區(qū)時：

68、　　(3-30)　　當D點未進入加筋體活動區(qū)時：　　(3-31)　　加筋體深度處，附加豎直壓應力的擴散寬度(m)，可按下式計算：　　式中：——車輛(或人群

69、)附加荷載換算等代均布土層厚度(m)；　　——加筋體計算時，附加荷載的布置寬度(m)，可取路基全寬；　　——面板背面至路基邊緣的水平距離(m)。　　(11)計算筋帶抗拔力時，不計基本可變荷載的作用效應。一個筋帶結點的抗拔穩(wěn)定性，可按下列公式驗算：　　式中：——結構重要性系

70、數(shù)；　　——層深度處，筋帶所承受的水平拉力設計值(kN)；　　——層深度處，筋帶所承受的水平拉力(kN)；　　——層深度處，面板上的水平土壓力(kPa)及水平壓應力，包括和，墻頂有水平荷載作用時，還包括；　　——加筋體及墻頂填土主動土壓力或附加荷載土壓力的分項系數(shù)；<

71、;/p>　　——永久荷載重力作用下，層深度處，筋帶有效長度所提供的抗拔力(kN)；　　——筋帶抗拔力計算調節(jié)系數(shù)，可按下表3-9的規(guī)定采用；　　——筋帶結點水平間距(m)；　　——筋帶結點垂直間距(m)；　　——填料與筋帶間的似摩擦系數(shù)，由實驗

72、確定；　　——結點上的筋帶總寬度(m)；　　——筋帶在穩(wěn)定區(qū)內的有效錨固長度(m)。　　表3-9 筋帶抗拔力計算調節(jié)系數(shù)表　　(12)筋帶長度可按下式計算：　　(3-34)

73、　　活動區(qū)的筋帶長度可按下式計算：　　(3-35)　　式中：——第i層筋帶總長度；　　——第i層筋帶在加筋體活動區(qū)內的長度(m)；　　——簡化破裂面的上段高度(m)；&l

74、t;b>　　——加筋體高度；　　——填料內摩擦角(°)。　　(13)筋帶截面的抗拉承載力驗算宜符合下式：　　(3-36)　　式中：A——筋帶截面的有效凈截面積()；<p

75、>　　——筋帶材料抗拉強度標準值(MPa)；　　——各類筋帶材料的抗拉性能分項系數(shù)，均取等于1.25；　　——筋帶材料抗拉計算調節(jié)系數(shù)，當為鋼筋混凝土帶時，受拉鋼筋的含筋率應小于2.0%。　　(14)墻面板設計宜符合下列規(guī)定：　　①作用于單塊墻面板上的土壓力，可按

76、均布分布；　?、趬γ姘蹇勺鳛閮啥送馍斓暮喼О?，應沿豎直方向和水平方向分別計算作用效應；　?、蹓γ姘迮c筋帶聯(lián)結部分的鋼筋布置或構建強度宜適當加強；　?、茕摻罨炷撩姘宓呐浣钣嬎悖瑧聪嚓P規(guī)定執(zhí)行。　　(15)全墻抗拔穩(wěn)定性驗算宜按以下規(guī)定執(zhí)行：<

77、;p>　?、佼攭Ω咝∮诨虻扔?2m時，應符合下式的規(guī)定：　　(3-37)　　式中：——全強抗拔穩(wěn)定系數(shù)；　　——各層拉筋所產生的摩擦力總和；　　——各層拉筋承擔的水平拉力總和。　　本計算

78、公式的作用(或荷載)分項系數(shù)，均取等于1.0。　?、诋攭Ω叽笥?2m時，除應符合上式的規(guī)定，還應符合下式的規(guī)定：　　(3-38)　　加筋體破裂鍥體及其上荷載作用下的水平滑力(kN)，按下式計算：　　(3-39)<

79、;/b>　　被潛在破裂面所截割的第j層筋帶的抗拔力容許值(kN)，按下式計算：　　(3-40)　　被潛在破裂面所截割的第j層筋帶容許拉力(kN),按下式計算：　　(3-41)</p&g

80、t;　　式中：——被潛在破裂面所截割的第j層筋帶的有效拉力，應取與中的較小者(kN)；　　——加筋體上的附加荷載(kN/m)；　　——加筋體破裂楔體重力(kN/m)；　　——破裂面與墻角的夾角(°)；　　——加筋體內深度處的豎直壓應力(kP

81、a)；　　——第j單元筋帶的有效截面積()；　　——筋帶寬度(m)；　　——第j單元筋帶的有效錨固長度(m)。　　(16)加筋土擋土墻的抗滑動整體穩(wěn)定系數(shù)，可按下式計算：　　(3-42)<

82、;/p>　　式中：——第i土條的黏結力(kPa)；　　——第i土條弧長(m)；　　——第i土條重力(kN)；　　——第i土條滑動弧的法線與豎直線的夾角(°)；　　——第i土條滑動面處的內摩擦角(°)。

83、　　作用(或荷載)組合Ⅰ~Ⅲ時，加筋土擋土墻的整體滑動穩(wěn)定系數(shù)均應符合下式規(guī)定：　　(3-43)　　3.3 設計計算　　本例加筋土擋土墻墻高不大于12m，內部穩(wěn)定性可采用應力分析法計算。<

84、p>　　3.3.1 筋帶受力計算　　(1)加筋體上填土重力換算為等代均布土層厚度的計算　　由圖可知：m，m，，m，則等代均布土層厚度按公式(3-18)計算：　　因，故取。　　(2)車輛荷載換算為等代均布土層厚度按公式(3-19

85、)計算：　　當墻高時，;當墻高時，；當墻高，由內插法可得，則。　　(3)筋帶所受拉力計算　　本設計中，筋帶所受拉力包括三部分，即車輛荷載、墻頂路堤填土和墻后填料引起的筋帶拉力(如圖3-2)，計算結果見表3-10：　　3.3.2 內部穩(wěn)定計算<

86、;p>　　3.3.2.1 筋帶設計斷面計算　　已知筋帶斷裂強度標準值為220MPa，筋帶厚度為1mm，則取筋帶抗拉計算　　調節(jié)系數(shù)，筋帶抗拉性能分項系數(shù)，計算結果見表3-11：　　(2)筋帶長度計算　　按公式(3-20)、(3

87、-21)計算各層筋帶在活動區(qū)、錨固區(qū)的長度及總長。本例設加筋體為矩形斷面，各層筋帶長度均為10m。　　簡化破裂面的垂直部分距面板背部的水平距離為：；　　簡化破裂面下段高度：(m)；　　簡化破裂面上段高度：(m)。　　(3)抗拔穩(wěn)定性計算<p&

88、gt;　　由表3-12可知，各層筋帶的作用效應組合值均小于抗力值，滿足筋帶抗拔穩(wěn)定的需要。　　表3-12 抗拔穩(wěn)定性計算　　由于墻高等于8m<12m，故取分項系數(shù)均為1，按公式(3-37)計算全墻抗拔穩(wěn)定系數(shù)：　　滿足對全墻抗拔穩(wěn)定性的規(guī)定。　　3.3.3 外部穩(wěn)

89、定計算 　　3.3.3.1 基礎底面地基應力驗算　　路堤式擋土墻上的車輛附加荷載的布置范圍為路堤全寬度，地基應力驗算時的作用力系(如圖3-3)。　　地基應力驗算時，地基上的作用效應采用正常使用極限狀態(tài)下的標準組合，地基承載力采用特征值[6]。　　作用于地基的力系計算如下

90、：　?、倩酌嫔洗怪绷　　由圖3-3算出各填土分塊的重量：　　(kN/m)　　(kN/m)　　(

91、kN/m)　　基底面上垂直力為：　　(kN/m)　?、趬Ρ矨B上的水平土壓力E　　路基頂面A處的水平土壓力：　　(k

92、Pa)　　基底面B點處水平土壓應力：　　(kPa)　　水平土壓力：　　(kN/m)<b&g

93、t;　　水平土壓力作用點：　　(m)　　③求各力對基地重心O點的力矩　?、芑缀狭ζ木嗉暗鼗鶓Π垂?3-1)、(3-2)計算：　　地基承載力特征值的提高系數(shù)在組合I時取1.0，故修正后黃土的地基承載力特征值為

94、：。因為，所以故地基承載力不滿足要求，必須對地基進行處理。　　3.3.3.2 基底滑動穩(wěn)定驗算　　荷載組合II時抗滑穩(wěn)定系數(shù)；加筋體與地基的摩擦系數(shù)；不計墻前被動土壓力。　?、倩瑒臃€(wěn)定方程按公式(3-10)計算：　?、诳够瑒臃€(wěn)定系數(shù)按公式(3-11)計算：</p&

95、gt;　　由上①、②驗算結果知：加筋體基底滑動穩(wěn)定驗算滿足要求。　　3.3.3.3 傾覆穩(wěn)定驗算　　作用于墻體的力系與基底滑動驗算時相同。當為荷載組合II時，要求的傾覆穩(wěn)定系數(shù);不計墻前被動土壓力(如圖3-4)。　?、偾蟾髁χ狐c的力矩　?、趦A覆

96、穩(wěn)定方程按公式(3-15)計算：　?、蹆A覆穩(wěn)定系數(shù)按公式(3-16)計算：　　由上②、③驗算結果知：加筋體的抗傾覆穩(wěn)定性驗算滿足要求。　　3.3.3.4 整體滑動穩(wěn)定驗算　　最危險滑動面的位置，由經驗得知，設定圓弧滑動面時，最不利圓心位置常位于如圖所示區(qū)域內，但比較精確

97、的位置需試算確定。一般采用網格法，逐步逼近最不利圓心位置，求出其整體穩(wěn)定系數(shù)，即滿足整體滑動穩(wěn)定性。對于本設計，任取一點作為假定最危險滑動面的圓心如圖3-4。計算結果如表3-13所示。　　整體滑動穩(wěn)定系數(shù)按公式(3-43)計算：　　整體滑動穩(wěn)定性滿足要求。　　第4章地基處理

98、;　　4.1 石灰樁的原理及分類　　石灰樁施工方法是在軟土地基中成孔之后填入適當粒度的生石灰并逐段夯實成為柱狀樁體的一種地基加固方法。由于生石灰與地基中的水、土產生一系列化學、物理作用，使土的結構得到改良，土中水含量大大降低，并伴隨膨脹壓力擠密土體。又由于樁體結硬后強度遠高于樁間土，從而使樁間土與樁體構成的復合地基的承載力提高，沉降減少。因此，石灰樁施

99、工方法是一種較簡易而又經濟的地基加固方法[7]。　　按用料特征和施工工藝分類的方法如下：　　(1)石灰樁法(或叫塊灰灌入法)　　石灰樁法是采用鋼套管成孔，然后在孔中灌入新鮮生石灰塊，或在生石灰塊中摻入適量的水硬性摻合料粉煤灰和火山灰，一般的經驗配合比為8：2或7：3。在拔管的同時進行振密或搗密。利用生石灰吸取樁周

100、土中水分進行水化反應，此時生石灰的吸水、膨脹、發(fā)熱及離子交換作用，使樁四周土體的含水量降低、孔隙比減小，使土體擠密和樁柱體硬化。樁和樁間土共同承受荷載，稱為一種復合地基。　　(2)石灰柱法(也叫粉灰攪拌法)　　石灰柱法是粉體噴射攪拌法的一種。所用的原料是石灰粉，通過特制的攪拌機將石灰粉與原位軟土攪拌均勻，促使軟土硬結，形成石灰柱。

101、　　(3)石灰漿壓力噴注法　　石灰漿壓力噴注法是壓力注漿法的一種，它是采用壓力將石灰漿或石灰——粉煤灰漿噴注于地基土的孔隙內或預先鉆好的鉆孔內，使灰漿在地基中擴散和硬凝，形成不透水的網狀結構層，從而達到加固目的。此法可用于處理膨脹土，借以減少膨脹潛勢和隆起，加固破壞的堤岸岸坡，整治易松動下沉的鐵路路基等。　　本設計采用第一種方法：石灰樁

102、法[8]。　　4.2 加固機理　　石灰樁的加固機理可從樁間土、樁身和復合地基三方面進行分析。　　4.2.1 樁間土加固機理　　石灰樁成孔過程中，對樁間土的擠密及生石灰吸水發(fā)生的消化反應、膠凝反應，均能改善樁間土的結構，提高土體強度

103、。　　(1)成孔擠密　　石灰樁施工時是由振動鋼管下沉而成孔，使樁間土產生擠壓和排土作用，其擠密效果與土質、上覆壓力及地下水狀況等有密切關聯(lián)。一般地基土的滲透性愈大，打樁擠密效果愈好；地下水位以上比地下水位以下吉米效果更好。然而，對靈敏度高的飽和軟弱粘土，成樁過程中非但不能擠密樁間土，而且還會破壞土的結構，促使土的強度

104、降低。室內模擬試驗表明：對于飽和軟粘土，石灰樁成樁后，地面隆起占總灌灰體積的70%~90%，如加上側向擠出，則成樁過程中樁對軟粘土擠密效果更小[9]。　　(2)膨脹擠密　　生石灰樁打入土中，首先發(fā)生消化反應，吸水、發(fā)熱、產生體積膨脹，直到樁內的毛細吸力達到平衡為止，使樁間土產生強大的擠壓力，這對地下水位以下軟粘土的擠

105、密起主導作用。生石灰體積膨脹的主要原因是故體崩解和孔隙體積增大、顆粒比表面積增大，表面附著物增多，使固體顆粒體積也增大。體積膨脹與生石灰磨細度、水灰比、熟化溫度高時體積膨脹也大；有效鈣含量高的石灰體積膨脹大。測試結果表明：根據生石灰質量高低，在自然狀態(tài)下熟化后其體積增到原來的1.5~3.5倍。　　(3)脫水擠密　　軟

106、粘土的含水量一般為40%~80%，即每公斤CaO需要0.64kg水才能使CaO水化完全。同時，由于反應中放出大量熱量提高了地基土的溫度，實測樁間土的溫度在以上，使土產生一定的汽化脫水。從而使土中含水量下降，孔隙比減小，土顆?？繑n擠密，加固區(qū)內的地下水位也有一定的下降。　　(4)膠凝作用　　膠凝作用是生石灰加固土的主要

107、作用，是土和生石灰中的、、CaO反應生成水化物，使生石灰中產生硅酸鹽材料、土產生化學固結現(xiàn)象，石灰樁的長期強度得到增長。　　石灰樁加固地基后，含量與pH值明顯增加，它的礦物組成和有機質含量不變。某些物質與粘土顆粒產生水化硅酸鈣鹽，它使顆粒間膠凝，并使土團粒變得較大，原是顆粒大小為1~4μ，加固后為10μ。這些都說明土的結構得到變化，并隨時間增加而強度增長。

108、;　　(5)離子交換　　生石灰的與土顆粒陽離子之間的交換及吸附現(xiàn)象，使土的物理性能發(fā)生變化，土的力學強度有所增長，產生使土加固[10]。　　4.2.2 樁身加固機理　　對單一的以生石灰作原料的石灰樁，當生石灰水化后，石灰樁的直徑可膨脹到原來所填的生石灰塊屑體積的一倍，如充填

109、密實和純氧化鈣的含量很高，則生石灰密度可達1.1~1.2。　　生石灰吸水膨脹后仍存在著相當多的孔隙，當將脹發(fā)后相當硬的石灰團用手揉捏時，水分就會被擠出來，石灰塊會變成稠糊狀，這現(xiàn)象說明過多地依靠石灰樁本身的強度，但很多試驗證明石灰樁膨脹后的擠密作用使樁周土的孔隙比減少，土的含水量降低，形成一圈類似空心樁的較硬土外殼，它使土的強度提高。所以對這類樁其作用是使土擠密加固，而不是使樁起承重作用[11]

110、。　　在古老建筑中所挖出來的石灰樁里，曾發(fā)現(xiàn)過樁周呈硬殼而中間呈軟膏狀態(tài)。因此，對形成石灰樁的要求，應能把四周土中的水吸干，而又要防止樁自身的軟化。所以防止石灰樁的軟化，就成為保證石灰樁質量的中心研究課題。　　試驗證明，為保證石灰樁樁身不產生軟化，必須要求石灰樁應具有一定的初始密度，而且吸水過程中有一定的壓力限制其自由脹發(fā)。當填充初始密度為1.17，上覆

111、壓力大于50kPa時，石灰吸水并不軟化。也有采用較大的充盈系數(shù)(如1.6~1.7)，提高石灰含量或縮短樁距來進一步約束樁的脹發(fā)作用，也可以提高樁身的密實度；用砂填充石灰樁的孔隙，使脹發(fā)后的石灰樁本身比脹發(fā)前密實；樁頂采用粘土封頂，可限制由于石灰膨脹而隆起，同樣可起到提高樁身的密實度的作用；采用摻合料(粉煤灰、火山灰、鋼渣或粘性土料)也可防止石灰樁軟心，粉煤灰的摻入量一般占石灰樁重量的15%~30%。<p&g

112、t;　　當樁身由生石灰和粉煤灰組成時，由于生石灰與含有較多的、和的粉煤灰混合后，生石灰吸水膨脹，放熱及離子交換作用，促進化學反應生成具有強度和水硬性的水化硅酸鈣，水化鋁酸鈣和水化鐵酸鈣，埋在土中的強度隨齡期增長。這種方法既利用了工業(yè)廢料，又克服了石灰樁樁心軟化，還解決了石灰樁在地下水位以下的硬化問題。　　試驗分析結果，石灰樁樁體的滲透系數(shù)一般在之間。亦即相當于細沙。由于石灰樁樁距較小(一般為2~

113、3倍樁體直徑)；水平排水路徑很短，具有較好的排水固結作用。從建筑物沉降觀測記錄表明，建筑竣工開始適使用，其沉降已基本穩(wěn)定，沉降速率在0.04mm/d左右[12]。　　4.2.3 復合地基　　由于石灰樁樁體具有較樁間土有更大的強度(抗壓強度約500kPa)，在與樁間土形成復合地基中具有樁體作用。當承受荷載時，樁上將產生應力集中現(xiàn)象。根據國內實測數(shù)據，石灰

114、樁復合地基的樁間土應力為2.5~5.0。　　4.3 理論設計　　(1)樁徑　　石灰樁的樁徑一般在150mm~400mm，具體樁徑取決于成孔機管徑。常有200mm、300mm、350mm、400mm等。<p&

115、gt;　　(2)樁距及布置　　樁距一般為3倍樁徑，樁距太大則約束力太小。平面布置可為梅花形或正方形。一般離樁的3~4倍樁徑外，原狀土得不到加固，故對大面積加固通常至少需要兩排護樁。　　(3)樁長　　樁的長度取決于石灰樁的加固目的和上部結構

116、條件。　　若石灰樁加固只是為了形成一個壓縮性較小的墊層，則樁長可較小，一般可取2~4m。　　若加固目的是為了較少沉降，則就需要較長的樁。如果為了解決深層滑動問題，也需較長的樁，保證樁長穿過滑動面。　　(4)樁數(shù)　　一般按中心受壓樁基礎

117、確定樁數(shù)n，　　(4-1)　　式中：Q——作用于樁基上的垂直荷載；　　G——樁基承臺自重和承土臺的土重；　　——單樁垂直允許承載力。　　(5)承載力計算&

118、lt;/p>　　①單樁垂直允許承載力　　當樁身應力時，　　(4-2)　　(4-3)　　式中：——單樁荷載試驗的允許承載力；<

119、/p>　　——樁端土的允許承載力；　　——膨脹后單樁橫斷面面積；　　——樁周土的允許摩擦強度；　　F——按土層分段的樁周表面積；　　——縱向彎曲系數(shù)，對于中心受壓樁??；　　——樁料在四星期后的軸心抗壓強

120、度；　　——安全系數(shù)，取1.5~2.0。　　試比較與的大小，取兩者較小值為單樁垂直允許承載力。　　對于樁身材料的組成不同，膨脹斷面積不同，且與壓載的大小有關。在4.9~14.7壓載下的膨脹率如下：　　純石灰樁：30%~50%；

121、摻入20%或30%粉煤灰：26%~40%或22%~34%；　　摻入20%或30%火山灰：21.2%~35%或12%~26%；　　當樁身應力時，，單樁垂直允許承載力　　(4-4)　　式中：——綜合系數(shù)，為經驗系數(shù)。

122、　　②復合地基的承載力　　實踐證明，石灰樁加固軟弱地基可按一般復合地基的理論計算。設計時可考慮樁身四周的早期強度，后期強度作為安全儲備。　　石灰樁復合地基的承載力標準值，應通過現(xiàn)場單樁復合地基荷載視線確定。有經驗時也可按下式估算：　　(4

123、-5)　　式中：——石灰樁復合地基承載力標準值；　　——樁間土承載力標準值；　　——石灰樁水化膨脹后的面積置換率；　　——樁體比例界限，可通過單樁靜力荷載試驗求得，也可取kPa。　　也可根據孔隙比和地基加固后的

124、含水量可計算樁間土承載力標準值，通過下式計算：　　(4-6)　　式中：——石灰樁復合地基承載力標準值；　　——成樁中擠壓系數(shù)，通常在 1.3~1.6之間；　　——實際樁徑，通常，d為設計樁徑；

125、　　——布樁的行距和列距；　　——天然地基土的承載力標準值。　　(3)石灰樁水化膨脹后的面積置換率m計算式如下：　　(4-7)　　4.4 設計過程 　　設計樁徑φ400mm，樁距800mm，

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