重力式擋土墻設(shè)計講解

1、2010級路基匚程課程設(shè)計£目錄第1章重力式擋土墻設(shè)計資料1第2章?lián)跬翂Φ臉?gòu)造22.1 擋土墻的結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)形式及斷面尺寸22.2 排水設(shè)施22.3 3沉降縫與伸縮縫3第3章按墻高確定的附加荷載強(qiáng)度進(jìn)行換算4第4章 確定破裂面交于路基的位置5第5章計算土壓力6第6章穩(wěn)定性驗算76.1抗滑穩(wěn)定性驗算76. 2抗傾覆穩(wěn)定性驗算8第7章基底應(yīng)力及合力偏心距驗算9第8章 墻身截面強(qiáng)度驗算118.1 截面1一1 土壓力計算118.2 截面11強(qiáng)度計算128.3 截面1一1穩(wěn)定計算138.4 截面1-1直接受剪時驗算13參考文獻(xiàn)14I2010級路基匚程課程設(shè)計重力式擋土墻設(shè)計計算書擋土墻按照結(jié)構(gòu)形

2、式的不同可分為：重力式、半重力式、衡重式、懸臂式。 本設(shè)計沿線有豐富的片石，就地取材容易，施工方便，采用重力式擋土墻經(jīng)濟(jì)效 果好，所以，本段路線采用重力式擋土墻。第1章重力式擋土墻設(shè)計資料現(xiàn)對路堤段的最高擋土墻進(jìn)行驗算，其所在樁號K0+280。該重力式擋土墻 設(shè)計的基本資料如下：本設(shè)計為三級公路，路基寬7. 5m,行車道寬度3. 25m, 土路肩寬度0.5m。 擋土墻荷載效應(yīng)組合采用荷載組合I、H ,結(jié)構(gòu)重要系數(shù)為1.0。山坡基礎(chǔ)為中密礫沙土，重度為y = 20kN/m3,地基承載應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值 A = 3OOkPa,基底摩擦系數(shù) =0.5。墻背填土的重度為/ = 18kN/nf,計算內(nèi)摩 擦角8

3、 = 35°。墻身材料采用漿砌片石，采用MU50片石，M10砂漿，其重度為 Z1=22kN/m3,極限抗壓強(qiáng)度為900kPa,極限抗拉強(qiáng)度為102kPa,極限抗剪強(qiáng) 度為170kPa。填料與墻背之間的摩擦角3 =夕/2 = 17.5°。為增加擋土墻的抗滑穩(wěn)定性，設(shè)置傾斜基底，基底傾斜度4 = 11。擋土墻 的高度設(shè)為H=8.53m,基礎(chǔ)埋置深度h=1.5m,墻頂寬設(shè)為1. 2m,墻背傾斜其坡 度設(shè)為。= 14。，墻面仰斜，其坡度設(shè)為a = 10.57。，為路肩擋墻。擋土墻縱向分 段長度取10mo1第2章?lián)跬翂Φ臉?gòu)造2.1 擋土墻的結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)形式及斷面尺寸擋土墻橫斷面形式應(yīng)采

4、用墻背傾斜，墻面仰式的結(jié)構(gòu)形式，擋土墻高度為 8. 53m,埋深1.5m。墻面坡度為a = 14°。墻頂?shù)膶挾葹?.2m,墻頂設(shè)置護(hù)欄。 設(shè)基底傾斜且基底傾斜角=擋土墻的基礎(chǔ)直接設(shè)置在天然地基上，如圖2.1所示。2. 2排水設(shè)施本段路線沿著墻高和墻長設(shè)置泄水孔，泄水孔尺寸采用5cmX10cm的矩形 孔，泄水孔有向墻外傾斜的坡度，間距為2.5m,上下交錯設(shè)置。路堤擋土墻最 下排泄水孔的底部高出地面0.3m,路塹擋土墻最下排泄水孔的底部高出邊溝水 位0.3m,下排泄水孔進(jìn)水口的底部應(yīng)鋪設(shè)厚30cm,寬50cm的粘土隔水層，泄水 孔的進(jìn)水側(cè)設(shè)反濾層厚度為0.3m,如圖2. 2所示。2. 3

5、沉降縫與伸縮縫本段路線把沉降縫與伸縮縫結(jié)合在一起，沿墻長10m或與其他建筑物連接處 設(shè)置。沉降縫與伸縮縫全高設(shè)置，寬度為0.03m,縫內(nèi)沿墻內(nèi)、外、頂三邊填塞圖2.3重力式擋土墻正面圖3隹寸2010級路基工程課程設(shè)計第3章 按墻高確定的附加荷載強(qiáng)度進(jìn)行換算車輛荷教作用在擋土墻墻背填土上所引起的附加土體側(cè)壓力，將其換算為重 度與墻后填土相同的均布土層，擋土墻設(shè)計中，換算均布土層厚度%（?）可直接 由擋土墻高度確定的附加荷載強(qiáng)度計算，即% =2/（3. 1）式中：/墻后填土的重度（AN。/）；q附加荷載強(qiáng)度（攵尸a），按表3. 1取值。附加荷載強(qiáng)度表3. 1墻高q(kPd)墻高 (?)q(kPci

6、)<2.020.0> 10.010.0注：H = 2.0 - 10.0/7, q由線性內(nèi)插法確定。q W.?AkPa hO=r = 0.658/z2/ T8kN/W#2010級路基匚程課程設(shè)計第4章確定破裂面交于路基的位置(1)假設(shè)破裂面交于荷載中部令A(yù))= ! 3 + H + 2%)m + H) = -x(2 + 8.53 + 2 x 0,658) x (2 + 8.53) = 61.39/n222= «/? + (£> +J)/?0 - - /(/ + 2« + 2/?u) tan a22=x 2x3.46 +(3.46 + 0.5)x0.6

7、58- - x8.53x(8.53 +2x 2 +2x0.658)x tan 14°22= -8.654n/2因 =8 + & + 3 = 35° + 14°+17.5° =66.5°IBqtan。= -tan 獷 + (cos?+tan(/)( + tan(/) 4= 0.537則 6> = arctanO.537 = 28.24(2)破裂棱體范圍內(nèi)的路基寬度=(H +a)tan0 + H tana-b=(8.53 + 2)x tan 28.24° + 8.53x tan 140 -3.46 = 7.7Sin荷載內(nèi)邊緣

8、距墻背頂點：+” = 3.46+0.5 = 3.96帆荷載外邊緣距墻背頂點：。+ " + /° =3.46 + 0.5 + 7.5 = 11.46？3.96“< B°= 7,78 < 11.46/;/破裂面交于路基面的荷載內(nèi)與假設(shè)一致.第5章計算土壓力G = 7(A tan6-Bo) = 18x(61.39 x tan 28.24° -(8.654) = 749.17kNcos(28.24o+35°)sin(28.24°+66.5°)圖5.1 土壓力圖cos(d + 3)sin(6 + 3)= 18x(61.39

9、x tan 28.24° + 8.654) x = 338.19kN土壓力的水平和垂直分力為：Ex = Ecos0 + 6)=338.19xcosQ40 + 17.5*) = 288.35ZNEy=Easin(ct + d)= 338.19x sin(l 4 +17.5*) = 176.70ZN土壓力的反向如圖5.1所示。第6章穩(wěn)定性驗算6.1抗滑穩(wěn)定性驗算單位長度擋土墻的自重G擋土墻面積為A = 25.56/貝 ijG = /gAx 1 = 22 x 25.56x1 = 562.32保證擋土墻抗滑穩(wěn)定性為保證擋土墻抗滑穩(wěn)定性，應(yīng)驗算在上壓力及其他外力作用下，基底摩阻力 抵抗擋土墻滑

10、移的能力。即(0.9G + 均邑) + 0.9G tan 4 >(6. 1)式中：G作用于基底以上的重力(kN),浸水擋土墻的浸水部分應(yīng)計入浮力;Ey墻后的主動土壓力豎向分量(kN)；Ex墻后的主動土壓力水平分量(AN)；Ep墻前的被動土壓力水平分量/N),當(dāng)為浸水擋土墻時，瑪=0；ct0基底的傾斜角(°)»基底為水平時，4=0；yqvyq1主動土壓力的分項系數(shù)、墻前的被動土壓力的分項系數(shù)，可按表6. 1的規(guī)定選用；基底與地基間的摩擦系數(shù)。表6.1承載能力極限狀態(tài)作用(或荷載)分項系數(shù)情況荷載增大對擋土墻結(jié)構(gòu)起有利作用時荷載增大對擋土墻結(jié)構(gòu)起不利作用時組合I, III

11、II【，IIIII垂直恒載幾0. 901.20恒載或車輛荷載、人 群荷載的主動上壓 力弱1.000. 951. 101.30被動上壓力yQ10. 300. 50水浮力y030. 951.10靜水壓力y040. 951.05動水壓力？Q50. 951.20本段路線擋土墻不考慮墻前被動土壓力。(0.9G + 4) + 0.9G tan % > 7QXEx=(0.9 x 562.32 +176.70)x 0.5 + 0.9 x 562.32 x0.2>1.4x 288.35=443.06 > 403.69因此該擋墻抗滑穩(wěn)定性滿足要求。72010級路基匚程課程設(shè)計6. 2抗傾覆穩(wěn)定性

12、驗算傾覆穩(wěn)定方程0.9GZg + /21 (EVZV -EVZV) > 0(6. 2)式中：ZG墻身重力、基礎(chǔ)重力、基礎(chǔ)上填土的重力及作用于墻頂?shù)钠渌?載的豎向力合力重心到墻趾的距離(m)；ZT墻后主動土壓力的豎向分量到墻趾的距離(m)；Z墻后主動土壓力的水平分量到墻趾的距離(m)；Z,墻前被動土壓力的水平分量到墻趾的距離(m)； 其余符合意義同前。Zv = 3.37mZ = 4.36m %zg = 229m0.9GZg + 功(£VZ、- 紇 Zy)=0.9GZg + yqF,Zx - yqE*z卜=0.9X 562.32x 2.29 + 1x176.70x4.36-1.4

13、x 288.35x 3.37 = 568.92AMm> 0 因此該擋墻抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。第7章基底應(yīng)力及合力偏心距驗算為保證擋土墻基底應(yīng)力不超過地基承載力，應(yīng)進(jìn)行基底應(yīng)力驗算。同時.，為 了避免擋土墻不均勻沉陷，控制作用于擋土墻基底的合力偏心距?；A(chǔ)地面的壓應(yīng)力計算擋土墻地基計算時，各類作用(或荷載)組合下，作用效應(yīng)組合設(shè)計值 計算式中的作用分項系數(shù)，除被動土壓力分項系數(shù)42 =0.3外，其余作用(或荷 載)的分項系數(shù)規(guī)定均為1。（1）基底的總豎向力設(shè)計值可用公式（7.1）計算(7. 1)M = （G/g + rQ紇- w） cos 4 + Yqx Exs in a0 一每延米作用于

14、基底的總豎向力設(shè)計值/N）； 一墻背主動土壓力（含附加荷載引起）的垂直分力伙N）; 墻背主動土壓力（含附加荷載引起）的水平分力/N）; 低水位浮力（N）（指常年淹沒水位）。M = (GyG + 一 W)cosa° + %紇 sin %= (562.32xl.2 + 1.0xl76.70-0)cosl 1.3°+ 1,0x288.35xsinl 1.3° =781.19作用于基底形心的彎矩M =1.4M£1+1.2Mg= 1.4x(288.35 x 2.855-176.7 x 1,76)+1.2 x (562.32 x0,31) = 932.38kN m(

15、2)基底合力偏心距(7.2)作用于基底的合力偏心距為e = M式中：M作用于基底的彎矩?；缀狭ζ木鄳?yīng)滿足表7.1的要求。表7.1基底合力偏心距地基條件合力偏心距地基條件合力偏心距非巖石地基e<B/6軟土、松砂、一般黏土e<B/6較差的巖石地基e<B/5緊密細(xì)沙、黏土e<8/5堅密的巖石地基e<B/A中密碎、礫石、中砂eWB/4基底的合力偏心距為<?=M=93238=119/z/ “ 781.19因 0 = 21 = 1 .37 > e = 1 . 19m > = 0.867/7?4466r S /7C = 一一e =-1.19 = 1.41/

16、?/則 Pmax22_2乂 _ 2x781.193C 3x1.41= 369.36kNPmm=UkN地基承載力修正f = fk+ kJ】(- 3) + k2y式h- 0.5)= 300 + 3.0x18x(5.2-3) + 4.4x20x(1.5-0.5) = 506.8攵 N（3）地基承載力抗力值#2010級路基匚程課程設(shè)計地基應(yīng)力的設(shè)計值應(yīng)滿足地基承載力的抗力值要求，即滿足P1mx <L2/ max = 369 36kN < 1.2/= 1.2 x 506.8 = 608.綜上所述，擋土墻滿足地基承載力要求。第8章墻身截面強(qiáng)度驗算8.1截面11 土壓力計算（1）選取一個截面進(jìn)行

17、驗算：截面1-1 （即墻身底部），如圖8.1所示。圖8. 1 1-1驗算斷面圖破裂棱體的斷面面積S為令A(yù))= (6/+ / + 2/?0)(« + /) = x (2 + 4.265 +2x0.658)x(2 + 4.265) = 23.75/22= ah + (b + d)h() - H(H + 2+ 2%) tan 222=x2x3.46 + (3.46 + 0.5) x 0.658- - x 4.265 x (4.265 + 2x2 + 2x 0.658) x tan 14°22=1.287陽 2(2) 土壓力計算Ea = 7(4 tan J - Bo)。詈+?sin

18、(6 + )iq. gqx。1 CQf cos(28.24 + 35y=18x(23.75xtan28.24 -1.287)x7Tsin(28.24+66.5)= 114.20kN土壓力的水平和垂直分力為Ex = Eacos(p! + d)=114.20xcos(14 +17.5 ) = 97.37ANU2010級路基匚程課程設(shè)計Ey = Easin(a+ 3)=114.20xsin(14 +17.5*) = 59.671NZ=l/ =1x4.265 = 1.81/n-33Z,. = 8 Z、tan a = 3.461.81X km(28.24)° = 2.887 基底的平均壓應(yīng)力為M = (G/g + /eiEv)cosa0 + /QEx sin <z0= (212.37xl.0+1.0x 59.67) xl+0 = 272.04KV=1.4M£1+1.2A/g= 1.4x(97.37x1.81)-1.2x59.67 = 146.49/?/作用于基底的合力偏心距為