擋土墻結(jié)構(gòu)算例

1、4.3重力式擋土墻4.3.1適用條件及設(shè)計(jì)原則為防止土體坍滑，路線沿線應(yīng)設(shè)置擋土墻，本例形式為重力式仰斜路肩墻，具體尺寸如下：擬采用漿砌片石重力式路肩墻，如上圖所示，墻高H=6m(未計(jì)傾斜基底）。墻后填土容重為，內(nèi)摩擦角，砌體容重4.3.2構(gòu)造設(shè)計(jì)重力式擋土墻擬定計(jì)算圖示如下：圖4.1 重力式擋土墻擬定計(jì)算示意圖4.3.3計(jì)算方法及步驟1) 按墻高確定的附加荷載強(qiáng)度進(jìn)行換算： ，q插求得q=15KPa所以2) 土壓力計(jì)算： 3) 擋土墻截面驗(yàn)算 如設(shè)計(jì)圖，墻頂寬1.0m。1 計(jì)算墻身重及其力臂，計(jì)算結(jié)果如下：傾斜基底，土壓力對(duì)墻趾O的力臂為： 2 抗滑穩(wěn)定性 所以抗滑穩(wěn)定性滿足要求3 抗傾覆穩(wěn)

2、定性驗(yàn)算： 所以抗傾覆穩(wěn)定性亦滿足要求。4 基底應(yīng)力驗(yàn)算： 其中 其中5 截面應(yīng)力計(jì)算：截面最大應(yīng)力出現(xiàn)在接近基底處，由基底應(yīng)力驗(yàn)算可知偏心距及基底應(yīng)力均滿足要求，故墻身截面應(yīng)力也能滿足要求，故不做驗(yàn)算。通過上述計(jì)算及驗(yàn)算，所擬截面滿足各項(xiàng)要求，故決定采用該截面。4.4扶臂式擋土墻設(shè)計(jì)扶壁式擋土墻的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括墻身構(gòu)造設(shè)計(jì)、墻身截面尺寸的擬定，墻身穩(wěn)定性和基底應(yīng)力及合力偏心距驗(yàn)算、墻身配筋設(shè)計(jì)和裂縫開展寬度等。4.4.1適用條件及設(shè)計(jì)原則扶壁式擋土墻墻高不宜超過15m，一般在910m左右，段長(zhǎng)度不宜大于20m，扶肋間距應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)性要求確定，一般為1/41/2墻高，每段中宜設(shè)置三個(gè)或三個(gè)以上

3、的扶肋，扶肋厚度一般為扶肋間距的1/101/4，但不應(yīng)該小于0.3m。采用隨高度逐漸向后加厚的變截面，也可以采用等厚式，以便于施工。墻面板寬度和墻底板的厚度與扶肋間距成正比，墻面板頂寬不得小于0.2m，可采用等厚的垂直面板。墻踵板寬一般為墻高的1/41/2，且不小于0.5m。墻趾板寬宜為墻高的1/201/5，墻底板板端厚度不小于0.3m。如圖4.2所示。200020o.41LL(1/10-1/4)LH1HB1B2B330B1=(1/20-1/5)HB3=(1/4-1/2)Ha)平面圖； b)橫斷面圖圖4.2扶壁式擋土墻構(gòu)造（單位cm）4.4.2構(gòu)造設(shè)計(jì)根據(jù)建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范及工程地質(zhì)條件，此

4、扶壁式擋土墻墻高擬定為H=10m,分段長(zhǎng)度為20m,扶肋間距L=4m,扶肋寬度0.6m。墻面板頂寬b=0.30m,為了利于施工，采用等厚垂直面板，墻底板板端厚度0.4m,墻踵板寬度B1=1m。4.4.3計(jì)算及步驟4.4.3.1土壓力計(jì)算圖4.3 主動(dòng)土壓力計(jì)算圖（其中，）如圖4.3所示，扶壁式擋土墻墻背垂直，BC為開挖后的土坡坡面，作為第一破裂面，BC與垂直方向的夾角為25度，ADBC即為破裂棱體。這個(gè)棱體作用著三個(gè)力，即破裂棱體的自重W，主動(dòng)土壓力的反力Ea，破裂面的反力R。其中Ea的方向與墻背成角，由工程地質(zhì)條件所給得，且偏于阻止棱體下滑的方向。R的方向與破裂面法線成角，同樣偏于阻止棱體下

5、滑的方向。由于棱體處于平衡狀態(tài)，因此力的三角形閉合。從力的三角形中可得： 式中根據(jù)前面計(jì)算得的穩(wěn)定坡角，此處的擋墻后填土坡度擬定為25度，填土的重度為,則：其中。所以，算得。 主動(dòng)土壓力：4.4.3.2墻面板設(shè)計(jì)計(jì)算1) 計(jì)算模型與計(jì)算荷載墻面板計(jì)算通常取扶肋中到扶肋中或跨中到跨中的一段為計(jì)算單元(如圖4.4所示)，視為固支于扶肋及墻踵板上的三向固支板，屬于超靜定結(jié)構(gòu)，一般作簡(jiǎn)化近似計(jì)算。計(jì)算時(shí)，將其沿墻高或墻長(zhǎng)劃分為若干單位寬度的水平板條與豎向板條，假設(shè)每一個(gè)單位條上作用均布荷載，其大小為該條單位位置處的平均值，近似按支承于扶肋的連續(xù)板來計(jì)算水平板條的彎矩和剪力，按固支于墻底板上的剛架梁來計(jì)

6、算豎向板條的彎矩。墻面板的荷載僅考慮墻后主動(dòng)土壓力的水平分力，而墻自重、土壓力豎向分力及被動(dòng)土壓力等均不考慮。其中土壓應(yīng)力為：圖4.4墻面板簡(jiǎn)化土應(yīng)壓力圖2) 水平內(nèi)力根據(jù)墻面板計(jì)算模型，水平內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4.5所示。各內(nèi)力分別為：支點(diǎn)負(fù)彎矩：支點(diǎn)剪力：跨中正彎矩：邊跨自由端彎矩：其中，為扶肋間凈距。a)計(jì)算模型；b)荷載的作用圖；c)設(shè)計(jì)彎矩圖圖4.5墻面板的水平內(nèi)力計(jì)算墻面板承受的最大水平正彎矩及最大水平負(fù)彎矩在豎直方向上分別發(fā)生在扶肋跨中的1/2H1處和扶肋固支處的第三個(gè)H1/4處，如圖4.6所示。設(shè)計(jì)采用的彎矩值和實(shí)際彎矩值相比是安全的，如圖4.5-c)所示。例如，對(duì)于固端梁而言，當(dāng)

7、它承受均布荷載時(shí)，其跨中彎矩應(yīng)為，但是，考慮到墻面板雖然按連續(xù)梁計(jì)算，然而它們的固支程度并不充分，為安全起見，故設(shè)計(jì)值按式確定。3) 豎直彎矩墻面板在土壓力的作用下，除了上述的水平彎矩外，將同時(shí)產(chǎn)生沿墻高方向的豎直彎矩。其扶肋跨中的豎直彎矩沿墻高的分布如圖4.7所示。負(fù)彎矩出現(xiàn)在墻杯一側(cè)底部H1/4范圍內(nèi)，正彎矩出現(xiàn)在墻面一側(cè)，最大值在第三個(gè)H1/4段內(nèi)，其最大值可近似按下列公式計(jì)算：豎直負(fù)彎矩：a)跨中彎矩 b)扶肋處彎矩圖4.6墻面板跨中及扶肋處的彎矩圖豎直正彎矩：沿墻長(zhǎng)方向（縱向），豎直彎矩的分布如圖4.6所示，呈拋物線形分布。設(shè)計(jì)時(shí)，可采用中部2l/3范圍內(nèi)的豎直彎矩不變，兩端各l/6

8、范圍內(nèi)的豎直彎矩較跨中減少一半的階梯形分布。 a)豎直彎矩沿墻高分布； b)豎直彎矩沿墻縱向分布圖4.7墻面板豎直彎矩圖4) 扶肋外懸臂長(zhǎng)度l的確定扶肋外外懸臂節(jié)長(zhǎng)l，可按懸臂梁的固端彎矩與設(shè)計(jì)用彎矩相等求得，即：4.4.3.3墻踵板設(shè)計(jì)計(jì)算1) 計(jì)算模型和計(jì)算荷載墻踵板可視為支承于扶肋上的連續(xù)板，不計(jì)墻面板對(duì)它的約束，而視其為鉸支。內(nèi)力計(jì)算時(shí)，可將墻踵板順墻長(zhǎng)方向劃分為若干單位寬度的水平板條，根據(jù)作用于墻踵板上的荷載，對(duì)每一個(gè)連續(xù)板條進(jìn)行彎矩，剪力計(jì)算，并假定豎向荷載在每一連續(xù)板條上的最大值均勻作用在板條上。作用在墻踵板上的力有：計(jì)算墻背間與實(shí)際墻背的土重W1；墻踵板自重W2；作用在墻踵板頂

9、面上的土壓力豎向分力W3；作用在墻踵板端部的土壓力豎向分力W4；由墻趾板固端彎矩M1的作用在墻踵板上引起的等代荷載W5；以及地基反力等，如圖所示。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)W3為中心荷載，W4是懸臂端荷載Ety所引起的，實(shí)際應(yīng)力呈虛線表示二次拋物線分布，簡(jiǎn)化為實(shí)線表示的三角形分布；M1引起的等代荷載的豎向應(yīng)力近似地假設(shè)成圖4.7所示的拋物線形，其重心位于距固支端5/8B3處，以其對(duì)固支端的力矩與M1相平衡，可得墻踵處的應(yīng)力。將上述荷載在墻踵板上的引起的豎向應(yīng)力疊加，即可得到墻踵板的計(jì)算荷載。由于墻面板對(duì)墻踵板的支撐約束作用，在墻踵板與墻面板的銜接處，墻踵板沿墻長(zhǎng)方向板條的彎矩為零，并向墻踵方向變形逐漸

10、增大。故可近似假設(shè)沿墻踵板的計(jì)算荷載為三角形分布，最大值在踵點(diǎn)處。如圖4.8所示。各部分應(yīng)力計(jì)算：所以，墻踵板固端處的計(jì)算彎矩M1： 其中：所以即求得所以 a)墻踵板受力圖；b) 對(duì)墻踵板的作用；c) 對(duì)墻踵板的作用；d)M1對(duì)墻踵板的作用；e)墻踵板法向應(yīng)力總和圖4.8墻踵板計(jì)算荷載圖式上述中：作用在BC面上的土壓力（kN）；作用在CD面上的土壓力（kN）；M1墻趾板固端處的計(jì)算彎矩（kNm）;墻后填土和鋼筋混凝土的容重（Kn/m）;墻踵板厚度（m）；墻踵板端處的地基反力(kPa)。2) 縱向內(nèi)力墻踵板順墻長(zhǎng)方向板條的彎矩和剪力計(jì)算與墻面板相同，各內(nèi)力分別為：支點(diǎn)負(fù)彎矩：支點(diǎn)剪力：跨中正彎矩

11、：邊跨自由端彎矩：3) 橫向彎矩墻踵板沿墻長(zhǎng)方向（橫向）的彎矩由兩部分組成：在圖4.7-e所示的三角形分布荷載作用下產(chǎn)生的橫向彎矩最大值出現(xiàn)在墻踵板的根部。由于墻踵板的寬度通常只有墻高的1/3左右，其值一般較小，對(duì)墻踵板橫向配筋不起控制作用，故不必計(jì)算此橫向彎矩。由于在荷載作用下墻面板與墻踵板有相反方向的移動(dòng)趨勢(shì)，即在墻踵板根部產(chǎn)生與墻面板的豎直彎矩縱向分布的相同。如圖4.7-b)所示。4.4.3.4扶肋設(shè)計(jì)計(jì)算1) 計(jì)算模型與計(jì)算荷載a) b) c)圖4.9扶肋計(jì)算圖式扶肋可視為錨固在墻踵板上的T形變截面懸臂梁，墻面板則作為該T形梁的翼緣板，如圖4.9-a)所示，翼緣板的有效計(jì)算寬度由墻頂向

12、下逐漸加寬，如圖4.9-a),b)所示，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，只考慮墻背主動(dòng)土壓力的水平分力，而扶肋和墻面板的自重以及土壓力的豎向分力忽略不計(jì)。2) 剪力和彎矩懸臂梁承受兩相鄰的跨中至跨中長(zhǎng)度lw與墻面板高H1范圍內(nèi)的土壓力。在土壓力中，作用在AB面上的土壓力的水平分力作用下，產(chǎn)生的剪力和彎矩為： 當(dāng)時(shí)的：如圖所示，計(jì)算長(zhǎng)度Lw,按下式計(jì)算，且。（中跨）（懸臂跨）3) 翼緣寬度扶肋的受壓區(qū)有效翼緣寬度bi,墻頂部bi=b,底部b1=Lw,中間為直線變化，如圖4.9所示，即：4.4.3.5容許應(yīng)力驗(yàn)算扶壁式擋土墻的驗(yàn)算內(nèi)容包括抗滑移穩(wěn)定性，抗傾覆穩(wěn)定性，基底應(yīng)力及合力偏心距的驗(yàn)算。其驗(yàn)算方法與重力式擋土

13、墻相同。1) 抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算擋土墻的抗滑移穩(wěn)定性是指在土壓力和其他的荷載作用下，基底摩阻力抵抗擋土墻滑移的能力，用抗滑移穩(wěn)定系數(shù)表示，即作用于擋土墻的抗滑力與實(shí)際下滑力之比。 其中以墻踵板的板端豎直面作為假想墻背，則：所以（查得基底摩擦系數(shù)為0.5）故抗滑移穩(wěn)定性滿足要求。2) 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定性是指它抵抗墻身繞墻趾向外轉(zhuǎn)動(dòng)傾覆的能力，用抗傾覆系數(shù)Ko表示，即對(duì)墻趾的穩(wěn)定力矩之和與傾覆力矩之和的比值。（算得土壓力的水平分力的力臂h=3.0m）則， 所以滿足抗傾覆穩(wěn)定性的要求。3) 地基承載力及偏心距的驗(yàn)算為了保證擋土墻的基底應(yīng)力不超過地基的容許承載力，應(yīng)進(jìn)行基底應(yīng)力驗(yàn)算。為

14、了使擋土墻墻形結(jié)構(gòu)合理和避免發(fā)生不均勻的沉降，還應(yīng)控制作用于擋土墻基底的合力偏心距。底面上的總豎向力合力作用點(diǎn)與墻前趾的距離偏心距 基底邊緣應(yīng)力要求滿足下列公式查得在密實(shí)狀態(tài)下，碎石土承載力標(biāo)準(zhǔn)值為700-900kPa,此處取=800kPa?；灼骄鶓?yīng)力和最大壓力均滿足要求。所以，最初擬定的擋土墻截面尺寸即可作為實(shí)際擋土墻的尺寸。4.4.3.6配筋設(shè)計(jì)1) 墻面板扶壁式擋土墻墻面板，墻趾板按矩形截面受彎構(gòu)件配筋，而扶肋按變截面T形梁配筋。墻面板的水平受拉鋼筋分為內(nèi)外側(cè)鋼筋兩種。1 水平受力鋼筋內(nèi)側(cè)水平受拉鋼筋N2布置在墻面板靠填土一側(cè)，承受水平負(fù)彎矩，以扶肋處支點(diǎn)彎矩設(shè)計(jì)計(jì)算，全墻可分為34段

15、。a.以墻面板中間H1/2的彎矩作為控制進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)算得M=-30.593KNm.選用材料：以HRB335鋼筋作為受拉鋼筋，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)選用C20，查得,。鋼筋保護(hù)層厚度c=30mm,估計(jì)選用鋼筋直徑為16mm。截面尺寸擬定為h=230mm,b取1米寬進(jìn)行設(shè)計(jì)。則截面有效高度h0=h-c-d/2=192mm。將以上的數(shù)據(jù)代入基本公式： 算得：查結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理附表1-6得：選配驗(yàn)算適用條件：驗(yàn)算滿足要求。b.以墻面板頂H1/8處作為控制面進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)M=15.297KN/m.代入基本公式求得：同樣，選用。驗(yàn)算滿足適用條件。由以上的計(jì)算可知，墻面板內(nèi)側(cè)的受拉鋼筋分布為：墻頂H1/8，墻底H1/

16、8,墻面板中間的范圍選配16的鋼筋，間距為333mm。外側(cè)受拉鋼筋N3布置在中間跨墻面板臨空一側(cè)，承受水平正彎矩，該鋼筋沿墻長(zhǎng)方向通長(zhǎng)布置。為方便施工，可在扶肋中心切斷，沿墻高可分為幾個(gè)區(qū)段進(jìn)行配筋，但區(qū)段不宜分得太多。a.以墻面板的中間H1/2處作為控制面進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)M=18.356kNm.同樣代入基本公式得：求得：仍選用。驗(yàn)算滿足適用條件。b.以墻面板墻頂H1/8處作為控制面進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)M=9.178KNm。代入基本公式得：此時(shí)，故至少需按最小配筋率進(jìn)行配筋，即：為安全計(jì)仍選用。驗(yàn)算滿足適用條件。以上配筋計(jì)算可知，墻面板外側(cè)水平受拉鋼筋N2的分布為：全墻采用16的鋼筋，間距為333mm

17、。2 豎向受力鋼筋內(nèi)側(cè)豎向收里鋼筋N4布置在靠填土一側(cè)，承受墻面板的豎直負(fù)彎矩，該筋向下伸入墻踵板不少于一個(gè)鋼筋錨固長(zhǎng)度，向上在距離墻踵板頂高H1/4處加上一個(gè)鋼筋錨固長(zhǎng)度處切斷，每跨中部2L/3范圍內(nèi)按跨中的最大豎直負(fù)彎矩MD配筋，靠近扶肋兩側(cè)各L/6部分按MD/2配筋?？缰?L/3范圍內(nèi)的彎矩M=52.865kNm，代入基本公式得：求得：查表得選配，。驗(yàn)算滿足適用條件?？拷隼邇蓚?cè)L/6部分的彎矩M=MD/2=26.433kNm。同樣代入基本公式求得：。此時(shí)，選配的鋼筋為：，。所以，由上可知，墻面板內(nèi)側(cè)豎向受力鋼筋的分布為：每跨中部2L/3范圍采用18鋼筋，間距為250mm；靠近扶肋兩側(cè)L

18、/6范圍內(nèi)采用14鋼筋，間距為250mm。外側(cè)豎向受力鋼筋N5布置在墻面板的臨空一側(cè)，承受墻面板的豎向正彎矩，該鋼筋通長(zhǎng)布置，兼作墻面板的分布鋼筋用。由于正彎矩較小M=13.216kNm，由上面的計(jì)算可知，需按最小配筋率進(jìn)行配筋，故墻外側(cè)的鋼筋布置為：全墻布置14鋼筋，間距為250mm。3 墻面板與扶肋的U形拉筋連接墻面板與扶肋的U形拉筋N6，其開口向扶肋的背側(cè)，該鋼筋每一支承受高度為拉筋間距水平板條的支點(diǎn)剪力Q，在扶肋水平方向通長(zhǎng)布置。由上面的計(jì)算可知，選配的U形鋼筋為14，承受拉力作用，每個(gè)扶肋上U形鋼筋的個(gè)數(shù)為：根。2) 墻踵板墻踵板頂面橫向水平鋼筋N7,是為了墻面板承受豎直負(fù)彎矩的鋼筋N4得以發(fā)揮作用而設(shè)置的.該鋼筋位于墻踵板頂面,垂直于墻面板方向,其布置與鋼筋N4相同,該鋼筋一端插入墻面板一個(gè)鋼筋錨固長(zhǎng)度,另一端伸至墻踵端,作為墻踵板縱向鋼筋N8的定位鋼筋,如鋼筋N