预制钢筋混凝土块拼装式绿色挡土墙设计与计算-工点1毕业设计论文(编辑修改稿)

预制钢筋混凝土块拼装式绿色挡土墙设计与计算-工点1毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

护等工程中的作用越来越重要，其应用范围也越来越广泛。 挡土墙类型多式多样，分类方式也很多，按其作用性质不同分可分为：路肩墙、路堤墙、路堑墙、山坡墙、隧道及明洞口挡土墙、桥梁两端挡墙等；按其结构性质不同可分为：重力式挡土墙、锚定式挡土墙、薄壁式挡土墙、加筋土挡土墙、其它挡土墙（柱板式挡土墙、桩板式挡土墙、垛式挡土墙）等 [2]。 拼装式预制钢筋混凝土块挡土墙是最近一些年新兴的一种挡土墙形式，其与传统的现浇挡土 墙相比具有很多优点：第一是其施工速度快，施工工期可提前；二是，由于其不产生大量的废渣，故对环境影响很小，基本不污染环境；三是其外表美观简洁，容易进行美化设计；四是其工程造价并不昂贵，性价比很高。 同时，其施工工艺与结构形式与传统挡土墙也有很大区别，主要表现在其无需现场浇筑，只需简单的进行拼装，其工程量较小。 但是相比较于部分拼装的挡土墙而言，预制钢筋混凝土拼装式挡土墙虽然还没有在国内大量的使用，但是其发展前景也相当可观。 因为其完全是拼装的，所以在施工过程中不会用到大量的人力，且施工简单方便。 但是由于结构形式的选 择面较小所以有时候不会将其作为优先考虑。 但是其优点还是比较明显的，设计计算也较方便。 挡土墙发展史介绍 在古代人民反复不断的实践中，人们渐渐总结出了有关于挡土墙设计的丰富的经验并世代相传下来，从中国的具有悠久历史的古长城、古代望星台、古墓及古墓周边的古驿道、古栈道的两侧，都可以发现前人进行边坡防护而修筑挡土墙的痕迹。 在近代，挡土墙的作用越发明显，其更是被广泛应用于各种各样土木及建筑工程中，西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 2页 特别是铁道与公路的路基工程、建筑工程、市政园林工程、水利水电工程、水土保持工程中。 挡土墙可以说是随着现代工业与科学 技术的发展而迅速发展起来的。 重力式挡土墙是从古至今历史最悠久的一种挡土墙结构形式，因为其材料资源丰富、结构形式容易理解、取材方便无需大范围搬运、施工简便快捷，所以其仍然是目前各国应用的最为广泛的结构形式。 为了适应各式各样不同地形条件和不同地基承载力的复杂要求，在重力式挡土墙的基础上，渐渐发展形成了半重力式挡土墙与衡重式挡土墙。 为了适应不同地区的建筑条件（如地基、料源、地形等）和不同的使用要求（如建筑高度、稳定性等），研究开发了多种形式的挡土墙，如悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚定板式、锚杆式、土钉式及卸荷板 式等，这些形式都是钢筋混凝土结构 [3]。 扶臂式和悬臂式挡土墙在国外各个国家中应用非常广泛，但在我国尚未大范围的进行普及，相信随着高等级高要求的公路工程向中西部地区的大力推进，其在建筑工程中的应用将越来越广。 加筋土式挡土墙的结构设计运用了先进的加筋土技术，这是在上个世纪 60 年代由法国的一个著名工程师亨利一维达尔 (Hneri 一 Vidal)在实验中进行多次试验发现的，试验结果表明当土中掺有纤维材料时，挡土墙的强度能够提高到原来挡土墙强度的几倍以上。 同时，他还通过三轴压缩试验的试验结果首次提出了加筋土的概念，并且将其研究成果撰写成论文，分析了挡土墙内力计算分析的方法，为现代加筋土技术具有的广阔的应用前景奠定了坚实的基础。 从而，工程师亨利一维达尔 (Hneri 一Vidal)荣获了加筋土技术创始人的称号。 我国对于加筋土技术的研究与进行应用 20世纪 70 年代的中期才渐渐开始， 1978 年在云南的田坝贮煤场首次建成了我国第一座加筋土挡土墙进行试验， 1980 年在山西晋城 — 陵川公路上修建了第一座公路加筋土挡土墙。 加筋土挡土墙已在铁路、建筑、水利、公路和各种矿产部门得到广泛的应用。 锚杆技术在土木工程中的应用已经具有非常悠久与辉煌的 历史。 最早于 1890 年北威尔士的一个煤矿加固工程中，由于结构需要最先出现运用钢筋加固岩层，美国于 1912 年在阿伯施来辛德的大型煤矿中使用锚杆来进行顶板的支付工作。 从 20 世纪四、五十年代开始，法国、英国、美国、德国等国家就渐渐的开始运用锚杆的特殊作用来对隧道及其洞口的边坡、各种建筑物的边坡进行加固工作。 到 20 世纪 50西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3页 年代开始，由于工程建筑的需要，我国开始从国外引进锚杆技术，最初是将其运用于煤炭系统中的加固与防护。 从 20 世纪 60 年代之后，锚杆技术在各个领域中的应用迅猛发展并且越来越广泛的应用于土木工程建设过程中 的大量领域中。 锚杆挡土墙作为一种轻型的支挡结构，由于其大量的有点被认可，其开始逐渐取代早期的笨重的重力式挡土墙，并广泛应用于铁路、公路路、煤矿及水利等工程的支挡结构当中。 锚定板挡土墙是由我国铁道部门在不断实践与总结中发明而出的，它在 20 世纪70 年代的初期开始得到迅猛的发展， 1974 年首次运用于太焦铁路上，目前由于其独特的性能，在铁路部门各类工程中的应用非常广泛，其在铁路、公路、煤矿、水利等部门的立交桥台的防护、边坡的支撑、坡脚的防护等大量工程中也有非常广泛的应用。 从 20 世纪 70 年代开始，法国、美国、英国 以及原德意志联邦共和国这几个国家均各自独立的发明了一种用于边坡稳定和土坑开挖的的一种称为土钉支护的新型挡土墙支护技术，并在法国、德国两国中得到了迅猛的大范围推广运用。 尤其在是20 世纪 70 年代和其后面的一段短的时间内，土钉支护结构先后在德国的法兰克福地铁工程与纽伦堡地铁工程的基坑土体开挖工程中的应用获得巨大成功，这次的成功应用对于土钉墙的技术出现与推广发展产生了重大的积极影响。 我国于 1980 年第一次将土钉墙支护技术在山西柳湾煤矿的边坡稳定工程中应用，其后，土钉墙技术在我国也得到发展。 近年来，一些高等教育院校 、建筑设计院和科研院等部门在土钉墙技术的研究与开发应用方面也进行了大量的试验与研究工作。 卸荷板挡土墙结构在外国建筑工程中的应用比较早，小的日本、前苏联等这些国家在港口一些工程建筑物中对这种新型结构的应用与研究比较多。 印度于 20 世纪70 年代对在建筑物边坡工程中设置卸荷板的悬臂式挡土墙进行了大量的研究，通过理论上的分析与在现实中的试验对其结构形式做了一些讨论。 我国国内对于卸荷板挡土墙在港口工程建筑物中的运用也相对较早，主要在重力式码头与岸壁结构中对其进行大量的运用。 原德意志联邦共和国还进行了长达 10 年的工程观 测，获得了许多有价值的数据。 随着现代科学技术的发展，我国对新型结构的研究也更加广泛，诞生了大量复合式挡土墙结构，如下图所示的重力式锚杆复合挡土墙与竖向预应力锚杆挡土墙等。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 4页 竖向预应力锚杆挡土墙是重力式挡土墙与竖向设置的预应力锚杆组合形成的一种新型支挡构造物，如图 11 所示 [4]。 重力式锚杆挡土墙是在原本的重力式挡土墙的结构基础上，添加进锚杆技术而产生的一种新型的支挡结构，如图 12 所示。 图 11 竖向预应力锚杆挡土墙 图 12 重 力式锚杆挡土墙 这些年以来，在熟悉掌握了传统挡土墙结构形式与构造技术的基础上，同时也研究与开发了一些新的结构形式的挡土墙，如常见的 U 形挡土墙和倒 Y 形挡土墙。 倒 Y 形挡土墙这一新型结构是由日本的神户大学的田中博士通过实验首次发现的，倒 Y 形挡土墙它首先是将混凝土通过预制做成 1～ 4m 的不同尺寸的砌体块状物，然后再将预制的砌形块状物通过组合铺筑在碎石类基础之上，最后回填碎石从而构成完整的挡土墙。 倒 Y 形挡土墙在力学性能上具有较高的抗倾覆、抗滑动的重要特点，另外倒 Y 形挡土墙还具有良好的排水性能，避免地下水位对挡土墙造成严 重侵蚀的优点。 U 形挡土墙在结构形式上与传统的悬臂式挡土墙类似，它是通过将底板和侧壁通过钢筋连成一个整体，形成与字母“ U”相似的形状。 在需要采取挖方的地段，需要我们将路基面铺筑在地下水位之下时，很适合采用采用 U 形挡土墙结构进行设计。 在进行 U 形挡土墙的设计时，其与传统的挡土墙相比，主要不同之处在于应该考虑地下水水压力对于路基的影响，同时在进行检算时必须考虑上浮稳定性验算。 U 形挡土墙的底板宽度与传统挡土墙相比更宽，可将其看作一个弹性的地基梁。 当遇到地下水的水位较高的情况时，为保证挡土墙的上浮稳定性也可以将地板进 行加厚设计或者设计成横向悬出。 在现代，进行一些新型结构的研究开发的同时，开发对挡土墙应用新材料、新施工工艺也是挡土墙向前发展的一种新趋势。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5页 加筋土挡土墙当中最为常用的筋材形状是条带式，而通过网状加筋和土工合成材料进行平面加筋能够很大程度上增强填土和加筋材料之间的摩擦力，从而从另一方面提高挡土墙的抗倾覆与抗滑移稳定性。 除此之外，由于挡土墙填土发生的固结沉降，会改变挡土墙中加筋的受力情况，同时使加筋所受拉力与墙面板所受的基础压力增大增强，所以在一些国家中，在墙面板与加筋连接部位之间安装了可以发生上下自由滑动的机构来对墙面板和填土之间发生的不均匀沉降引起的不利因素进行调节。 锚索挡土墙是在锚杆挡土墙的基础上，使用锚索代替传统锚杆从而形成的。 目前锚索在 防护、加固工程中应用非常广泛。 为了能够满足挡土墙所受到的上部荷载的支承力，可以通过减轻墙后填料的重度，从而墙后的填料重度越轻就越能减少墙基所受支承力和墙背所受土压力。 对于修筑于软弱地层地基上的挡土墙，为了防止挡土墙发生滑移，可采用高炉炉渣等轻质且具有良好摩擦的填料，也可以力用空心结构物（如箱型、管形等结构形式）对挡土墙背后进行填充。 伴随着科学技术的迅猛发展与聚合物研究日趋成熟，聚合物的应用更加广泛，泡沫砂浆、泡沫聚苯乙烯等这些具有良好性能的轻质填料也开始得到广泛的应用。 另外，从另一方面来讲，也可以通过 添加水泥或石灰等具有粘性的稳定剂来改善土壤的含水性能，从而降低土壤的含水量，进一步提高墙后填料的强度和稳定性。 通常来讲，由于改善后的填料各方面性质都普片得到了较大程度上的提高，对于减小墙后的土压力作用效果是非常明显的。 关于本课题 在追求效率和质量的今天，传统挡土墙已经越来越不适用。 无论是材料的选用，结构形式的变化，挡土墙已经有了一个较大的发展。 但这些还不能适应现代社会对土木工程的要求。 研究预制钢筋混凝土块拼装式挡土墙的目的就在于解决在挡土墙施工时混凝土必须现浇的问题，通过在工厂预制好混凝土块之后， 再将其运到现场进行拼装。 可以节省大量的人力和费用。 并且也不需要在施工的现场堆放大量材料和施工机具，场地大小对其限制不大。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 6页 因此，本文首先对挡土墙背景资料进行了收集并整理，其中包括了挡土墙背景资料的了解、学习，外文文献的翻译与学习，有关专业资料的查找与整理。 然后对各种土压力方法进行了分析与学习，包括了库伦与郎肯土压力计算方法、第二破裂面法、以及建筑地基规范方法计算重力式挡土墙土压力计算方法等的分析与比较。 最后对挡土墙进行了设计与计算，包括土压力的计算，工点资料的研究，路基面和挡土墙结构的设计，挡土墙的检算，以 及在列车动应力作用下的挡土墙的检算，基础的设计与钢筋的配置，理正挡土墙设计软件的应用，施工方法的研究。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 7页 第 2 章 挡土墙土压力计算分析 各类挡土墙介绍 重力式挡土墙 重力式挡土墙可分为三类：普通形式的重力式挡墙、衡重式挡土墙与无衡重台的折线形墙背形式重力挡土墙 [5]。 在这三类挡土墙形式中，衡重式挡土墙由于具有衡重台的这一结构的存在，改善了挡土墙墙体的承受力的性能，增强了挡土墙的抗倾覆能力和抗滑移能力，而使其在土工建筑物中的运用范围更加广泛。 因此，清楚正确地了解衡重式挡土墙的受力及变形特性，同时进行精确的土压力计算和合理的结构设计便具有非常重要的价值与作用。 日前，对于挡土墙所受的土压力计算方法仍然采用经典的库伦土压力理论和朗金土压力理论两大理论。 经典土压力理论计算比较简便，基本能达到工程建设所需的精度要求，但库伦土压力理论中的一些基本假设并不与实际情况完全相符，使其的可 靠性、准确性与使用范围等都受到不同程度的影响。 为了进一步发展和研究挡土墙的土压力计算方法理论，很多专家学者在既有的经典库伦土压力理论的基础上做了很多更深一步的试验工作，对粘性土的土压力计算方法、形成的破裂面的形态、土压力的非线性分布、土压力分布规律及大小及影响土压力变化的因素等问题进行了深入的研究。 衡重式挡土墙的由于具有衡重台这一结构存在，其墙背土压力的分布及大小、土压力的变化规律和一般的重力式挡土墙有一些不同。 目前，对于衡重式挡土墙的土压力计算方法采用的方法是将挡土墙上、下墙段分开进行计算，取其两段受力的 矢量和作为墙背所受总土压力。 由于在分开的计算过程中没有考虑挡土墙上、下墙背土压力之间产生的相互影响，从而使所计算表得出的结果与实际情况相比误差较大。 总的说来，这种计算方法表明现在我们对衡重式挡土墙的认识还不够深入，所得到的研究成果比较少；对衡重式挡土墙墙背土压力分布规律及影响土压力变化的因素、土压力作用机理的研究，还没有形成系统的理论，需要更多的努力。 对挡土墙土压力进行研究的方法，可以通西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 8页 过先进行理论推导与数值计算，然后进行现场监测与室内普通模型试验、立新模型试验一系列有效的途径。 离心模型试验因为其能够在实验 条件下很有效的模拟出在重力作用下构筑物发生的变形与位移的真实性状，展现了很大的优越性，同时由于其具有时间比尺的特殊性使其在模拟。