挡土墙形式及地基处理方法.doc

第1章 绪论1.1 路基挡土结构概述路基挡土结构是用于支挡路堑边坡或路堤填土的侧面，承受土体的侧向土压力以防止坍塌的构筑物。在铁路、公路工程中，挡土结构是支承路基或路堑边坡、隧道洞口、支撑桥台台后填土，以减少土石方量和占地面积，防止流水冲刷路基的常用建筑，并经常用于整治坍方、滑坡等路基病害。挡土结构是岩土工程中一个重要组成部分，随着我国国民经济水平的提高与基本建设的不断发展，以及支挡结构技术水平的提高和减少环境破坏、节约用地观念的加强等，挡土结构在岩土工程中的使用越来越广泛，特别是在铁路、公路路基工程中所占的比重也越来越大。1.2 挡土墙的用途 挡土墙用来支撑陡坡以保持土体稳定，承受的主要荷载是土压力。在挡土墙横断面中，与被支承土体直接接触的部位称为墙背；与墙背相对的、临空的部位称为墙面；与地基直接接触的部位称为基底；与基底相对的、墙的顶面称为墙顶；基底的前端称为墙趾；基底的后端称为墙踵。挡土墙用途简要归纳如下：(1) 降低挖方边坡高度，减少挖方数量，避免山体失稳滑塌(2) 收缩路堤坡脚，减少填方数量和占地面积，保证路堤稳定(3) 避免沿河路基挤缩河床，防止水流冲刷路基(4) 防止山坡覆盖层下滑和整治滑坡1.3 挡土墙形式根据在路基横断面上的位置，挡土墙可以分为路肩墙、路堤墙及路堑墙。当墙顶置于路肩时，称为路肩式挡土墙。若挡土墙支撑路堤边坡，墙顶以上尚有一定的填土高度，则称为路堤式挡土墙，又称为坡脚式挡土墙。如果挡土墙用于稳定路堑边坡，称为路堑式挡土墙。设置在山坡上用于防止山坡覆盖层下滑的挡土墙称为山坡挡土墙。根据所处环境和作用可分为一般地区挡土墙、浸水地区挡土墙、地震地区挡土墙，还有用于整治滑坡的抗滑挡土墙。挡土墙的类型一般以结构形式划分为主，常见的挡土墙形式有重力式、半重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚杆式、锚定板式和桩板式。此外，还有垛式、竖向预应力锚杆式以及土钉式等。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、施工方法、技术经济条件及当地的施工经验等因素。1.3.1 重力式挡土墙重力式挡土墙，指的是依靠墙身自重抵抗土体侧压力的挡土墙。重力式挡土墙可用块石、片石、混凝土预制块作为砌体，或采用片石混凝土、混凝土进行整体浇筑。半重力式挡土墙可采用混凝土或少筋混凝土浇筑。重力式挡土墙可用石砌或混凝土建成，一般都做成简单的梯形。它的优点是就地取材，施工方便，经济效果好。所以，重力式挡土墙在我国铁路、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。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。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。1.3.2 半重力式挡土墙半重力式挡土墙一般采用混凝土建造，由立壁和底板组成，与重力式比较，有以下两个特点，其一是墙身断面较小，自重较轻，圬工数量较少；其二是强度满足要求处，一般不配置钢筋或配置少量构造钢筋；强度不满足要求处，配置少量受力钢筋。半重力式挡土墙断面一般比重力式挡土墙断面小40%50%。因而可充分利用混凝土的抗拉强度。与重力式挡土墙相比，同样高度的半重力式挡土墙其地基应力小，且分布均匀，因此在同样地基条件下其建筑高度可大于重力式挡土墙。使用范围与重力式挡土墙相似，常用于不宜采用重力式挡土墙的地下水位较高或软弱地基上，或者缺乏石料的地区，一般多用于低墙（38m）1.3.3衡重式挡土墙利用衡重台上的填土重量及墙体的自重共同抵抗土压力以增加墙身的稳定性。由于墙胸陡坡、下墙背仰斜，在陡坡地区可降低墙高，减少基坑开挖面积。主要用于横坡较陡的路肩墙和路堤墙，也可用于拦挡落石的路堑墙。1.3.4 悬臂式挡土墙悬臂式挡土墙指的是由立壁、趾板、踵板三个钢筋混凝土悬臂构件组成的挡土墙。面坡常用1：0.021：0.05，背坡可直立。顶宽0.15m，路肩墙0.2m，踵板采用等厚,趾板端部厚度可减薄,但不小于0.30m。扶壁式挡土墙的立壁,常为等厚,间距常取墙高的1/31/2,厚度约为间距的1/81/6,但不小于0.3m 。悬臂式挡土墙构造简单，施工方便，能适应较松软的地基，墙高一般在6m-9m之间。1.3.5 扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙指的是沿悬臂式挡土墙的立臂，每隔一定距离加一道扶壁，将立壁与踵板连接起来的挡土墙。一般为钢筋混凝土结构。扶壁式挡土墙是一种钢筋混凝土薄壁式挡土墙，其主要特点是构造简单、施工方便，墙身断面较小，自身质量轻，可以较好的发挥材料的强度性能，能适应承载力较低的地基。适用于缺乏石料及地震地区。一般在较高的填方路段采用来稳定路堤，以减少土石方工程量和占地面积。扶壁式挡土墙，断面尺寸较小，踵板上的土体重力可有效地抵抗倾覆和滑移，竖板和扶壁共同承受土压力产生的弯矩和剪力，相对悬臂式挡土墙受力好。适用612m高的填方边坡，可有效地防止填方边坡的滑动。扶壁式挡土墙是路肩挡土墙的一种，是将预制的挡墙板焊接在预埋于基础混凝土中的钢板上，然后在其内倒填土的一种挡墙形式与其它几种形式的挡墙比较，扶壁式挡土墙具有节省占地空间、缩短施工工期、美化城市环境、较易施工等优点，是城市公路工程立交桥引道中常用的一种挡墙形式。扶壁式挡土墙由墙面板（立壁）、墙趾板、墙踵板及扶肋（扶壁）组成。扶肋把立壁同墙踵板连接起来，起加劲的作用，以改善立壁和墙踵板的受力条件，提高结构的刚度和整体性，减小立壁的变形。它适用于缺乏石料的地区。由于墙踵板的施工条件，一般用于填方路段做路肩墙或路堤墙使用。悬臂式挡土墙高度不宜大于6m，当墙高大于4m时，宜在墙面板前加肋。扶壁式挡土墙宜整体灌注，也可采用拼装，但拼装式扶壁挡土墙不宜在地质不良地段和地震烈度大于或等于八度的地区使用。悬臂式和扶壁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，而且墙趾板的设置也显著地增大了挡土墙的抗倾覆稳定性并大大减小了基底接触应力。它的主要特点是构造简单、施工方便，墙身断面较小，自身质量轻，可以较好地发挥材料的强度性能，能适应承载力较低的地基。但是需耗用一定数量的钢材和水泥，特别是墙高较大时，钢材用量急剧增加，影响其经济性能。1.3.6加筋土挡土挡加筋土挡土墙指的是由填土、拉带和镶面砌块组成的加筋土承受土体侧压力的挡土墙。加筋土挡土墙是在土中加入拉筋，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特性，从而达到稳定土体的目的。加筋土挡土墙由填料、在填料中布置的拉筋以及墙面板三部分组成。一般应用于地形较为平坦且宽敞的填方路段上，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。加筋土是柔性结构物，能够适应地基轻微的变形，填土引起的地基变形对加筋土挡土墙的稳定性影响比对其他结构物小，地基的处理也较简便；它是一种很好的抗震结构物；节约占地，造型美观；造价比较低，具有良好的经济效益。加筋土挡土墙施工简便、快速，并且节省劳力和缩短工期，一般包括下列工序：基槽（坑）开挖、地基处理、排水设施、基础浇（砌）筑、构件预制与安装、筋带铺设、填料填筑与压实、墙顶封闭等，其中现场墙面板拼装、筋带铺设、填料填筑与压实等工序是交叉进行的。1.3.6 锚杆式挡土墙锚杆式挡土墙指的是由钢筋混凝土板和锚杆组成，依靠锚固在岩土层内的锚杆的水平拉力以承受土体侧压力的挡土墙。为便于立柱和挡板安装，大多采用竖直墙面。立柱间距2.53.5m，每根立柱视其高布置23根锚杆，锚杆的位置应尽量使立柱受弯分布均匀。锚杆一般水平向下倾斜1045;，并使锚杆长度尽可能短。锚杆的有效锚固长度在岩层中一般不小于4 m,在稳定土层内，应有910m。锚孔内灌以膨胀水泥砂浆；锚孔口与墙面间一段锚杆采用沥青包扎防锈。挡墙分级设置时，每级高度不大于6m,两级之间留有12m的平台，以利施工操作和安全。1.3.7 锚定板式挡土墙锚定板挡土墙是由钢筋混凝土墙面板和锚杆及锚定板共同组成，靠固定在稳定区的锚定板提供的抗拔力来维持墙体的稳定。根据地质和工程的具体情况，也可采用无肋柱式锚定板挡土墙。锚定板挡土墙一般适用于一般地区墙高不大于10m路肩墙或路堤墙，设计时可采用单级或双级，在双级墙的上下级之间应设平台，单级墙高不宜大于6m，双级墙总高度宜控制在10m以内。1.3.8 桩板式挡土墙桩板式挡土墙是一种在桩之间设挡板或土钉等其他结构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，也可用于滑坡等特殊路基的支挡工程；桩的自由臂长度不宜大于15m，桩间距宜为78m。当桩的地面以上长度大于15m或桩侧土压力较大时，可在桩上部加设锚索（杆）组成预应力锚索桩。1.3.9竖向预应力锚杆挡土墙竖向预应力锚杆挡土墙：竖向顶应力锚杆挡土墙是由圬工砌体和竖向预应力锚杆构成。砌体一般是由浆砌片(块)石或素混凝土筑成，竖向预应力锚杆竖向设置，它的一端锚固在岩质地基中，另一端砌筑于墙身内，并设锚具与污工砌体联系，最后对锚杆进行张拉。竖向预应力锚杆挡土墙就是利用锚杆的弹性回缩对墙身施加竖向预应力，以提高挡土墙的稳定性，从而代替部分挡土墙圬工的重力，减少挡土墙的圬工断面，达到节省圬工、降低造价的目的。1.3.10 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。构造要求如下：（1）2012版基坑支护技术规程规定土钉墙墙面坡度不宜大于1:0.2（2）土钉必须和面层有效连接，应设置承压板或加强钢筋等构造措施，承压板或加强钢筋应与土钉螺栓连接或钢筋焊接连接；（3）土钉的长度宜为开挖深度的0.51.2倍，间距宜为12m，与水平面夹角宜为5度20度；（4）土钉钢筋宜采用HRB335、HRB400级钢筋，钢筋直径宜为1632mm，钻孔直径宜为70120mm；（5）土钉墙注浆材料宜采用水泥浆或水泥砂浆，其强度等级不宜低于M10；（6）土钉墙喷射混凝土面层宜配置钢筋网，钢筋直径宜为610mm，间距宜为150300mm，喷射混凝土强度等级不宜低于C20，面层厚度不宜小于80mm；（7）土钉墙坡面上下段钢筋网搭接长度应大于300mm。土钉墙基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地，基坑深度一般是在15米以内；当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施；土钉墙墙顶应采用砂浆或混凝土护面，坡顶和坡脚应设排水措施，坡面上可根据具体情况设置泄水孔。土钉墙围护结构 结构特征：由土钉与喷锚混凝土面板两部分组成； 支撑材料：由土钉及钢筋混凝土面板构成支撑； 受力特征：由土钉构成支撑体系，喷锚混凝土面板构成挡土体系； 适用条件：地下水位以上或降水后的粘土、粉土、杂填土及非松散砂土、碎石土。1.4 1.4 地基处理概述地基处理一般是指用于改善支承建筑物的地基（土或岩石）的承载能力或抗渗能力所采取的工程技术措施。地基处理主要分为基础工程措施和岩土加固措施。有的工程，不改变地基的工程性质，而只采取基础工程措施；有的工程还同时对地基的土和岩石加固,以改善其工程性质。选定适当的基础形式,不需改变地基的工程性质就可满足要求的地基称为天然地基；反之，已进行加固后的地基称为人工地基。地基处理工程的设计和施工质量直接关系到建筑物的安全，如处理不当，往往发生工程质量事故，且事后补救大多比较困难。因此，对地基处理要求实行严格的质量控制和验收制度，以确保工程质量。1.4.1 地基常用处理方法常用的地基处理方法有：换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法和碱液法等。1、换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。其主要作用是提高地基承载力，减少沉降量，加速软弱土层的排水固结，防止冻胀和消除膨胀土的胀缩。2、强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土，软-流塑的粘性土等地基上对变形控制不严的工程，在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。强夯法和强夯置换法主要用来提高土的强度，减少压缩性，改善土体抵抗振动液化能力和消除土的湿陷性。对饱和粘性土宜结合堆载预压法和垂直排水法使用。3、砂石桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基，提高地基的承载力和降低压缩性，也可用于处理可液化地基。对饱和粘土地基上变形控制不严的工程也可采用砂石桩置换处理，使砂石桩与软粘土构成复合地基，加速软土的排水固结，提高地基承载力。4、振冲法分加填料和不加填料两种。加填料的通常称为振冲碎石桩法。振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的粘性土和饱和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性。不加填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于10%的中、粗砂地基。振冲碎石桩主要用来提高地基承载力，减少地基沉降量，还可用来提高土坡的抗滑稳定性或提高土体的抗剪强度。5、水泥土搅拌法分为浆液深层搅拌法（简称湿法）和粉体喷搅法（简称干法）。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粘性土、粉土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。不宜用于处理泥炭土、塑性指数大于25的粘土、地下水具有腐蚀性以及有机质含量较高的地基。若需采用时必须通过试验确定其适用性。当地基的天然含水量小于30%（黄土含水量小于25%）、大于70%或地下水的pH值小于4时不宜采用于法。连续搭接的水泥搅拌桩可作为基坑的止水帷幕，受其搅拌能力的限制，该法在地基承载力大于140kPa的粘性土和粉土地基中的应用有一定难度。6、高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土地基。当地基中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或较高的有机质时，应根据现场试验结果确定其适用性。对地下水流速度过大、喷射浆液无法在注浆套管周围凝固等情况不宜采用。高压旋喷桩的处理深度较大，除地基加固外，也可作为深基坑或大坝的止水帷幕，目前最大处理深度已超过30m.7、预压法适用于处理淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和粘性土地基。按预压方法分为堆载预压法及真空预压法。堆载预压分塑料排水带或砂井地基堆载预压和天然地基堆载预压。当软土层厚度小于4m时，可采用天然地基堆载预压法处理，当软土层厚度超过4m时，应采用塑料排水带、砂井等竖向排水预压法处理。对真空预压工程，必须在地基内设置排水竖井。预压法主要用来解决地基的沉降及稳定问题。8、夯实水泥土桩法适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。该法施工周期短、造价低、施工文明、造价容易控制，目前在北京、河北等地的旧城区危改小区工程中得到不少成功的应用。9、水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应根据地区经验或现场试验确定其适用性。基础和桩顶之间需设置一定厚度的褥垫层，保证桩、土共同承担荷载形成复合地基。该法适用于条基、独立基础、箱基、筏基，可用来提高地基承载力和减少变形。对可液化地基，可采用碎石桩和水泥粉煤灰碎石桩多桩型复合地基，达到消除地基土的液化和提高承载力的目的。10、石灰桩法适用于处理饱和粘性土、淤泥、淤泥质土、杂填土和素填土等地基。用于地下水位以上的土层时，可采取减少生石灰用量和增加掺合料含水量的办法提高桩身强度。该法不适用于地下水下的砂类土。11、灰土挤密桩法和土挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，可处理的深度为515m.当用来消除地基土的湿陷性时，宜采用土挤密桩法；当用来提高地基土的承载力或增强其水稳定性时，宜采用灰土挤密桩法；当地基土的含水量大于24%、饱和度大于65%时，不宜采用这种方法。灰土挤密桩法和土挤密桩法在消除土的湿陷性和减少渗透性方面效果基本相同，土挤密桩法地基的承载力和水稳定性不及灰土挤密桩法。12、柱锤冲扩桩法适用于处理杂填土、粉土、粘性土、素填土和黄土等地基，对地下水位以下的饱和松软土层，应通过现场试验确定其适用性。地基处理深度不宜超过6m.13、单液硅化法和碱液法适用于处理地下水位以上渗透系数为0.12m/d的湿陷性黄土等地基。在自重湿陷性黄土场地，对级湿陷性地基，应通过试验确定碱液法的适用性。14、综合比较法在确定地基处理方案时，宜选取不同的多种方法进行比选。对复合地基而言，方案选择是针对不同土性、设计要求的承载力提高幅质、选取适宜的成桩工艺和增强体材料。地基基础其他处理办法还有：砖砌连续墙基础法、混凝土连续墙基础法、单层或多层条石连续墙基础法、浆砌片石连续墙(挡墙)基础法等。1.6 地基处理方案的确定步骤1.搜集详细的工程质量、水文地质及地基基础的设计材料。2.根据结构类型、荷载大小及使用要求，结合地形地貌、土层结构、土质条件、地下水特征、周围环境和相邻建筑物等因素，初步选定集中可供考虑的地基处理方案。另外，在选择地基处理方案时，应同时考虑上部结构、基础和地基的共同作用；也可选用加强结构措施（如设置圈梁和沉降缝等）和处理地基相结合的方案。3.对初步选定的各种地基处理方案，分别从处理效果、材料来源及消耗、机具条件、施工进度、环境影响等方面进行认真的技术经济分析和对比，根据安全可靠、施工方便、即经济合理等原则，从而因地制宜地循着最佳的处理方法。值得注意的是，每一种处理方法都有一定的适用范围、局限性和优缺点。没有一种处理方案是万能的。必要时也可选择两种或多重地基处理方法组成的综合方案。4.对已选定的地基处理方法，应按建筑物重要性和场地复杂程度，可在有代表性的场地上进行相应的现场试验和试验性施工，并进行必要的测试以验算设计参数和检验处理效果。如达不到设计要求时，应查找原因、采取措施或修改设计以达到满足设计的要求为目的。5.地基土层的变化是复杂多变的，因此，确定地基处理方案，一定要有经验的工程技术人员参加，对重大工程的设计一定要请专家们参加。当前有一些重大的工程，由于设计部门的缺乏经验和过分保守，往往使很多方案确定的不合理，浪费也是很严重的，必须引起有关领导的重视。 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