重力式擋土墻設(shè)計

1、華中科技大學(xué) 道橋?qū)I(yè) 路基路面工程課程設(shè)計 重力式擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計目錄1. 設(shè)計資料 11設(shè)計資料某新建公路 K2+345K2+379 路段采用漿砌片石重力式路堤墻，具體設(shè)計資料 列于下：1路線技術(shù)標(biāo)準，山嶺重丘區(qū)一般二級公路，路基寬 8.5m，路面寬 7.0m。2車輛荷載，計算荷載為汽車-20 級，驗算荷載為掛車-100。3橫斷面原地面實測值及路基設(shè)計標(biāo)高如表 1 所示。32. 擋土墻平面、立面布置 14填料為砂性土，其密度 g的摩擦角 d = f / 2 。= 18KN/m ，計算內(nèi)摩擦角 f =35，填料與墻背間3. 擋土墻橫斷面布置 24. 計算主動土壓力 25. 重力式擋土墻計算要求

2、 46. 擋土墻抗滑驗算 47. 擋土墻抗傾覆驗算 58. 擋土墻偏心距及基底應(yīng)力驗算 59. 墻身截面強度驗算 510. 擋土墻伸縮沉降縫及排水設(shè)施設(shè)計 8附圖：重力式擋土墻平面圖、重力式擋土墻立面圖、重力式擋土墻橫斷面圖5地基為整體性較好的石灰?guī)r，其允許承載力 s 0 =450Kpa，基地摩擦系數(shù)為f=0.45。a6墻身材料采用 5 號砂漿砌 30 號片石，砌體 g =22KN/m3，砌體容許壓應(yīng)力為 s a = 600 Kpa，容許剪應(yīng)力t =100Kpa，容許拉應(yīng)力 s wl =60 Kpa。橫斷面原地面實測值及路基設(shè)計標(biāo)高表 1左側(cè)樁號右側(cè)中樁標(biāo)高（m）路基設(shè)計標(biāo)高（m8(-2.6)

3、4(-3.0)K2+3454(2.0)6(4.5)631.45630.576(-2.4)6(-3.6)K2+3504(2.1)6(2.4)631.08630.627(-3.0)6(-3.0)K2+3564(2.2)6(2.8)629.62630.686(-3.0)6(-1.0)K2+3614(1.2)6(2.4)628.51630.736(-2.0)6(-2.6)K2+3675(2.0)5(1.5)630.30630.795(-1.6)7(-3.0)K2+3734(2.0)6(2.0)629.08630.856(-1.2)6(-1.8)K2+3792(1.0)8(1.0)629.03630.9

4、1）2擋土墻平面、立面布置2.1 擋土墻平面布置已知路基寬 8.5m，假設(shè)擋土墻為路堤墻，墻頂與路基設(shè)計標(biāo)高的高差為 2m， 墻上方土質(zhì)邊坡坡度為 1:1.5，據(jù)此求出擋土墻墻頂內(nèi)邊緣到路基邊緣的水平距離 為 3m。又已知路線為直線，再將不同高度的擋土墻投影到水平面，可完成擋土墻 的平面布置。1華中科技大學(xué) 道橋?qū)I(yè) 路基路面工程課程設(shè)計 重力式擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計平面布置圖詳見重力式擋土墻平面圖。2.2 擋土墻立面布置假設(shè)擋土墻為仰斜式，墻身傾斜度為 1:0.25。根據(jù)已知的幾個斷面的已知數(shù) 據(jù)，可求出擋土墻外側(cè)與地基土的交點到墻頂?shù)木嚯x hl ，列表如下：樁號K2+345K2+350K2+356

5、K2+361K2+367K2+373K2+379hl (m)1.782.443.582.912.153.582.33繪出路基設(shè)計標(biāo)高線、擋土墻墻頂線、擋土墻外邊緣與地基土交點線。根據(jù) 地形布置擋土墻高度。從圖中分析可知，地形變化點主要有 3 個點，故可以考慮 分四段布置擋土墻。擋土墻最大高度處應(yīng)設(shè)在 K2+356 和 K2+373 處，為了保證最小 1m 的埋深， 此處擋土墻可設(shè)為 6m，另外兩塊高度略小，可設(shè)為 5m。立面布置圖詳見重力式擋土墻立面圖。3擋土墻橫斷面布置樁號K2+345K2+350K2+356K2+361K2+367K2+373K2+379H(m)3.934.425.004.

6、734.425.004.54先將擋土墻設(shè)計為頂寬 b1 = 1.4m ，墻身傾角 1:0.25，墻趾長度 ld = 0.4m ，墻 趾高度 hd = 0.6m ，墻底坡度 i = 1: 5 ，墻身最大高度設(shè)在 K2+356 和 K2+373 處，墻 身最大高度為 6m。其余樁號擋土墻高度，可按基底傾角算出，列表如下：4計算主動土壓力對擋土墻的設(shè)計計算，墻高最高的擋土墻最不利，故此處只對墻高最高為 5m的截面進行計算，計算圖示如下（取中樁左邊部分）：4.1 計算汽車荷載換算土柱高 h0按公路設(shè)計手冊中車帶寬均攤的方法計算：汽車20h0 =109.09g 5.6 + 0.577(H + 2a)=

7、0.53m擋土墻橫斷面布置詳見重力式擋土墻橫斷面圖。車輛荷載作用寬度： b0 = 2 ´1.8 +1.3 + 0.6 = 5.5m載荷邊緣到路邊的寬度： d = (B - b0 ) / 2 = (8.5 - 5.5) / 2 = 1.5m2華中科技大學(xué) 道橋?qū)I(yè) 路基路面工程課程設(shè)計 重力式擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計掛車100tanq = - tany +(cot j + tany )(tany + A) = -0.794 +2.22 ´1.339 = 1.0927h0 =312.50g 6.6 + 0.577(H + 2a)= 1.40m則破裂角q = 47o32 '下面驗算

8、破裂面是否交于載荷內(nèi)： 堤頂破裂面距墻踵： (H + a) tanq = 8.74m載荷內(nèi)邊緣距墻踵： -H tan a + b + d = 7.15m查路基設(shè)計手冊， b0 = 3.2m載荷邊緣到路邊的寬度： d = (B - b0 ) / 2 = (8.5 - 3.2) / 2 = 2.65m4.2 計算破裂角假設(shè)破裂面交于載荷內(nèi)，按公路設(shè)計手冊中相關(guān)公式計算。載荷外邊緣距墻踵： -H tan a + b + d + b0 = 10.35m因為 7.15 < 8.74 < 10.35 ，故破裂面交于載荷內(nèi)，假設(shè)成立。4.3 計算主動土壓力系數(shù) K汽車20y = j + a +

9、d = 38o 28 'A = ab + 2h0 (b + d ) - H (H + 2a + 2h0 ) tan a = 6 + 4.77 +16.59 = 0.401m2(H + a)(H + a + h0 ) 8 ´ 8.53汽車20掛車100K = cos(q + j ) (tan q + tan a ) = 0.267 ´ 0.5848 = 0.156 sin(q +y )tanq = - tany +(cot j + tany )(tany + A) = -0.794 +2.22 ´1.195 = 0.8348則破裂角q = 41o13'

10、;下面驗算破裂面是否交于載荷內(nèi)： 堤頂破裂面距墻踵： (H + a) tanq = 6.68mK = cos(q + j )sin(q +y )(tan q + tan a ) = 0.130 ´ 0.8427 = 0.110載荷內(nèi)邊緣距墻踵： -H tan a + b + d = 6.00m載荷外邊緣距墻踵： -H tan a + b + d + b0 = 11.50m因為 6.00 < 6.68 < 11.50 ，故破裂面交于載荷內(nèi)，假設(shè)成立。掛車1004.4 計算主動土壓力 E根據(jù)公路設(shè)計手冊中相關(guān)公式計算。 車20y = j + a + d = 38o 28 &#

11、39;d b - a tan qA = ab + 2h0 (b + d ) - H (H + 2a + 2h0 ) tan a = 6 +15.82 +19.2 = 0.545m2(H + a)(H + a + h0 ) 8 ´ 9.4h1 = = 2.56m ； h3 = = 2.27m ； h4 = H - h1 - h3 = 1.17mtan q + tan a tan q + tan a3要求指標(biāo)不產(chǎn)生墻身沿基底滑移破壞滑動穩(wěn)定系數(shù) Kc1.3不產(chǎn)生墻身繞墻趾傾覆傾覆穩(wěn)定系數(shù) K01.5不出現(xiàn)基底過度不均勻沉降引起的墻身傾斜作用于基底的合力偏心距 eB/6（土質(zhì)地基）；eB/

12、5（巖石地基）地基不出現(xiàn)過大下沉基底最大壓應(yīng)力小于地基允許應(yīng)力，即s £ s 墻身截面不開裂、破壞墻身截面上的壓應(yīng)力、剪應(yīng)力、拉應(yīng)力小于材 料的容許應(yīng)力，作用于截面上的合力偏心距e1 £ 0.25B1華中科技大學(xué) 道橋?qū)I(yè) 路基路面工程課程設(shè)計 重力式擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計K = 1+ 2a (1+h3 ) + 2h0 h4 = 1+ 0.79 + 0.03 = 1.821 H 2H H 2土壓力合力： E = 1 g H 2 K gK= 91.99KN / m2 1土壓力水平分力： Ex = E cos(a + d ) = 91.82KN / m土壓力豎直分力： Ey = E s

13、in(a + d ) = 5.56KN / mHa(H - h )2 + h h (3h- 2H )27.83 - 5.26土壓力作用點位置：Z= + 3 0 4 4 = 2 + = 2.11m1y 33H 2 K196.56掛車1006擋土墻抗滑驗算h = d= m ； h =b - a tan q= 0.97m； h =H - h - h1= . 8 9 m1 tan q + tan a3.143 tan q + tan a4 1 3為了防止地基土的剪切破壞，規(guī)范要求巖石地基基底斜坡不得陡于 0.3:1，此K = 1 + 2a (1 +h3 ) + 2h0 h4 = 1 + 0.72 +

14、0.15 = 1.87處，基底斜坡 0.2:1(1:5)，滿足規(guī)范要求，可不進行土體抗剪強度驗算。根據(jù)擋土1 H 2H H 2墻受力情況，畫出受力分析圖，如下：土壓力合力： E = 1 g H 2 K gK= 66.65KN / m2 1土壓力水平分力： Ex = E cos(a + d ) = 66.53KN / m土壓力豎直分力： Ey = E sin(a + d ) = 4.03KN / mHa(H - h )2 + h h (3h- 2H )50.6 -16.75土壓力作用點位置：Z= + 3 0 4 4 = 2 + = 2.17m1y 33H 2 K201.965重力式擋土墻計算要求

15、根據(jù)路基設(shè)計手冊，將重力式擋土墻計算要求列表如下：4華中科技大學(xué) 道橋?qū)I(yè) 路基路面工程課程設(shè)計 重力式擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計用 AutoCAD 計算出擋土墻的面積為 8.41m2 ，則可求出擋土墻重力W ：W gZ+ E gZ297.88 + 8.500抗傾覆系數(shù)K = w y x = = 2.48 > 1.5 汽車20W = 8.41´ g a = 8.41´ 22 = 185.02KN / mEx gZ y經(jīng)驗算，該擋土墻抗傾覆能力滿足要求。123.75抗滑動系數(shù) Kc= W cosa0 + E sin(a + d + a0 ) fE cos(a + d + a0 )

16、- W sin a0= 181.42 + 23.47´ 0.45 = 1.75 > 1.352.648擋土墻偏心距及基底應(yīng)力驗算因此，該擋土墻滿足抗滑要求。汽車20掛車100e = B - W gZw + Ey gZ x - Ex gZ y= 0.8 - 144.28 = 0.04m2W + Ey190.58抗滑動系數(shù) Kc= W cosa0 + E sin(a + d + a0 ) fE cos(a + d + a0 ) - W sin a0= 181.42 +17.01´ 0.45 = 1.74 > 1.351.36由于 e £ B /6 ，故基底

17、只會出現(xiàn)壓應(yīng)力，計算如下：經(jīng)掛車100 驗算，該擋土墻滿足抗滑要求。大壓應(yīng)力：s1 =W + Ey(1+6e) = 118.16 ´1.15 = 135.88KPa < 450KPa = s 0 B B7擋土墻抗傾覆驗算故，基底應(yīng)力滿足要求。掛車100汽車20B W gZw + Ey gZ x - Ex gZ y182.64e = - = 0.8 - = -0.17m2W + Ey189.05由 AutoCAD 計算出 Zw = 1.61m ， Zx = 2.10m ， Z y = 1.80m由于 e £ B /6 ，故基底只會出現(xiàn)壓應(yīng)力，計算如下：W gZw + E

18、y gZ x297.88 +11.68抗傾覆系數(shù)K0 = = = 1.87 > 1.5大壓應(yīng)力：sW + E 6e= y (1 - ) = 118.17 ´1.6375 = 193.50KPa < 450KPa = s Ex gZ y165.281 B B 0故，該擋土墻抗傾覆能力滿足要求。掛車100由 AutoCAD 計算出 Zw = 1.61m ， Zx = 2.11m ， Z y = 1.86m經(jīng)驗算，基底應(yīng)力滿足要求。9墻身截面強度驗算假設(shè)最危險破裂面在墻趾的在高處截面，采用容許應(yīng)力法進行驗算，畫出計算圖5華中科技大學(xué) 道橋?qū)I(yè) 路基路面工程課程設(shè)計 重力式擋土墻

19、結(jié)構(gòu)設(shè)計示，如下圖：載荷內(nèi)邊緣距墻踵： -H tan a + b + d = 5.77m載荷外邊緣距墻踵： -H tan a + b + d + b0 = 11.27m因為 5.77 < 6.12 < 11.27 ，故破裂面交于載荷內(nèi)，假設(shè)成立。主動土壓力系數(shù)： K = cos(q + j ) (tan q + tan a ) = 0.229 ´ 0.6135 = 0.140 sin(q +y )h =d= m ； h =b - a tan q= 2.07m； h = H - h - h= 0.58m1tan q + tan a2.443 tan q + tan a4 1

20、 3K = 1+ 2a (1+h3 ) + 2h0 h4 = 1+ 0.95 + 0.03 = 1.981 H 2H H 2土壓力合力： E= 1 g H 2 K gK= 64.64KN / m1 2 19.1 主動土壓力計算土壓力水平分力： E1x = E cos(a + d ) = 64.52KN / m土壓力豎直分力： E1 y = E sin(a + d ) = 3.91KN / m土壓力作用點位置：汽車20Ha(H - h )2 + h h (3h- 2H )18.24 - 2.74Z = + 3 0 4 4 = 1.70 + = 1.80m1y33H 2 K153.89假設(shè)破裂面交

21、于載荷內(nèi)h0= 109.09g 5.6 + 0.577(H + 2a)= 0.56m掛車100假設(shè)破裂面交于載荷內(nèi)車輛荷載作用寬度： b0 = 2 ´1.8 +1.3 + 0.6 = 5.5m載荷邊緣到路邊的寬度： d = (B - b0 ) / 2 = (8.5 - 5.5) / 2 = 1.5my = j + a + d = 38o 28 'h0 =312.50g 6.6 + 0.577(H + 2a)= 1.47mA = ab + 2h0 (b + d ) - H (H + 2a + 2h0 ) tan a = 6 + 5.04 +12.99 = 0.443m2(H +

22、 a)(H + a + h0 ) 7.09 ´ 7.65查路基設(shè)計手冊， b0 = 3.2m載荷邊緣到路邊的寬度： d = (B - b0 ) / 2 = (8.5 - 3.2) / 2 = 2.65motanq = - tany +(cot j + tany )(tany + A) = -0.794 +2.22 ´1.237 = 0.8635y = j + a + d = 38 28 '則破裂角q = 40o 49 '下面驗算破裂面是否交于載荷內(nèi)：A = ab + 2h0 (b + d ) - H (H + 2a + 2h0 ) tan a = 6 +16

23、.61 +15.31 = 0.625m2(H + a)(H + a + h0 ) 7.09 ´ 8.56堤頂破裂面距墻踵： (H + a) tanq = 6.12mtanq = - tany +(cot j + tany )(tany + A) = -0.794 +2.22 ´1.419 = 0.98126華中科技大學(xué) 道橋?qū)I(yè) 路基路面工程課程設(shè)計 重力式擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計則破裂角q = 44o 27 '下面驗算破裂面是否交于載荷內(nèi)： 堤頂破裂面距墻踵： (H + a) tanq = 6.96m 載荷內(nèi)邊緣距墻踵： -H tan a + b + d = 6.92m 載

24、荷外邊緣距墻踵： -H tan a + b + d + b0 = 10.12m因為 6.92 < 6.96 < 10.12 ，故破裂面交于載荷內(nèi)，假設(shè)成立。主動土壓力系數(shù)： K = cos(q + j ) (tan q + tan a ) = 0.185 ´ 0.7312 = 0.135 sin(q +y )h1 =dtan q + tan a= 3.62m ；h3 =b - a tan qtan q + tan a= 1.42m ；h4 =H - h1- h3=0 . 0 5 mK = 1+ 2a (1+h3 ) + 2h0 h4 = 1+ 0.90 + 0.01 =

25、1.911 H 2H H 2土壓力合力： E= 1 g H 2 K gK= 60.12KN / m1 2 1土壓力水平分力： E1x = E cos(a + d ) = 60.01KN / m土壓力豎直分力： E1 y = E sin(a + d ) = 3.64KN / m土壓力作用點位置：汽車20由 AutoCAD 計算出 W1 = 1 5 6 . 6 4K N ， B1 = 1.4m ， Z1w = 1.34m ， Z1x = 1.85m ，Z1 y = 1.80mZ = H +3 0 4 4a(H - h )2 + h h (3h- 2H ) = 1.70 + 26.94 - 0.74 = 1.88m偏心距： e1= B1 - W1 gZ1W + E1 y gZ1 y - E1x gZ1x = 0.7 - 209.9 + 7.04 -119.36 = 0.09m1y 33H 2 K148.452 W1 + E1 y160.55由于 e1 £ B1 / 6 ，故基底只會出現(xiàn)壓應(yīng)力，計算如下：9.2 法向應(yīng)力驗算大壓應(yīng)力：s1 =W1 + E1 yB(1 +6e1B) = 114.68 ´1.3857 = 158.91KPa < 600KPa = s a 1 1繪出計算圖