悬臂式挡土墙设计.docx
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悬臂式挡土墙设计
课程设计
课程名称:
_设计题目:
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-日期—
《岩土锚固与支挡工程》课程设计书
题F~(悬臂式挡土墙设计)
1.滑坡概况
1.1地形地貌
该滑坡位于成都地区某河左岸某村,海拔高程位于189~335m之间,相对高差146m,坡度变化较大,约5〜30°,呈阶梯状,前缘、后缘及台地之间交接部位较陡,发育多条“V”型冲沟,深度riOmo滑坡区纵向长约200m,横向宽约300m,面积约2.8X104m2,平均厚度约10m,体积约28X104m3o设计基本地震加速度为0.10g(抗震设防烈度为7度)。
1.2气象水文
该区域属亚热带季风气候区,春早、夏热、秋雨绵、冬暖而多雾,无霜期长,气候温暖湿润,雨量充沛。
多年平均气温16.6°C〜18・7°C,极端最低气温-4・5°C(1961年1月17日),极端最高温42°C(1961年7月24日),相对湿度80%左右;年降雨量1149.3〜1213.5mm,其中5〜9月降雨量占全年降雨量的70%,9月份出现高峰值,占全年降雨量的15.6%,冬季(12月至次年2月)降雨量最少,仅占全年降雨量的4.2%,日最大雨量220.5mm(1982年7月11H),三日最大雨357.7mm。
根据当地水文资料,设计暴雨强度为0.153mm/min。
1.3地层岩性
勘察区地层由坡积物、滑坡堆积物及侏罗系上统沙溪庙组(J2s)组成。
坡积物(Q4dl):
厚约1〜3m,为紫红色粉质粘土夹块碎石,块碎石直径0.1〜
0.5m,含量约15%〜20%,主要分布于山间凹地、平台及斜坡坡脚地带。
滑坡堆积(Q4del):
粘性土夹碎石或碎块石夹粘性土,厚度不均,约8~30m。
侏罗系中统上沙溪庙组(J2S)砂岩:
青灰-灰绿色、灰白色、黄灰色,主要矿物成分为长石、石英,及少量白云母,细-中粒结构,中厚层-厚层状构造,较坚硬,产状:
330°Z5°。
1.4滑坡边界特征
滑坡后缘以处于陡坡上部的平缓台地与田坎交界处为界,陡坡上部平缓处可见地面裂缝;前缘直至坡脚;两侧以冲沟为界。
滑坡范围内,田地里可见长度约50m,宽约3-5cm裂缝,走向185°;某居民住宅地坪可见裂缝长7.0m,宽宽l-3cm,走向175。
,地面下沉约2~10cm,该裂缝于2004年9月出现,以后逐年加宽;某居民房屋可见拉张裂缝、地面裂缝等现象,裂缝走向约195°o
1.5滑体物质组成
含碎块石粉质粘土:
表层为耕植土,含少量碎石及植物根系,褐黄色~褐红色,硬塑〜~可塑状,结构略显松散,韧性干强度中等,刀切面稍有光泽,碎石主要成分为强风化砂岩,棱角状,粒径0.2~0.5cm,块石主要成分为砂岩,棱角
状,直径0.3~3m不等。
该层土石比一般8:
2~7:
3,大重度平均值为19.68kN/m3o
块碎石土:
紫红色、褐色、灰色,块石主要成分为砂岩,偶见中风化泥岩,碎石主要成分为强风化砂岩,块碎石间充填有褐黄色~红棕色,粉质粘土呈可塑~硬塑状,结构较密实。
该层土石比一般4:
6~2:
8,大重度平均值为20.80kN/m5o
1.6滑带特征
滑带土为含碎石角砾粉质粘土,呈紫红色、褐黄色,褐灰色,厚0.ro.3mo粉质粘土以可塑状为主,局部呈软塑状,干强度中等,韧性中等,手捻滑感明显。
分布在滑体底部与基岩接触面之间。
其主要物理力学指标如下:
表1-1土体设计参数表
序号
项目
单位
滑带土
滑体土
1
重
度
夭然
kN/m3
■
19
饱和
kN/m3
■
20
2
抗
剪
强度
天
然
C
kPa
15(剖面1)
14(剖面2)
32
9
度
13(剖面1)
12(剖面2)
20
饱
和
C
kPa
13.5(剖面1)
13(剖面2)
24
9
度
11.5(剖面1)
10.5(剖面2)
13
3
地基承载力
kPa
■
300
4
基底摩擦系数
0.30
天然含水量在18.广22.8%之间,平均值为19.96%;天然重度19.6^21.2kN/m5,平均值为20.47kN/m5;饱和重度20.4^21.3kN/m5,平均值为20.81kN/m3;天然孔隙比在0.51广0.665之间,塑性指数10.3^16.8,液限指数0.12~0.48。
滑带土天然抗剪峰值强度:
内聚力C=24~66kPa,内摩擦角4>=11.2^16.5°;天然抗剪残余强度:
内聚力C=15"36kPa,内摩擦角•广11.9。
;饱和快剪峰值强度:
内聚力C=ir36kPa,内摩擦角4>=6.7^10.8°;饱和快剪残余强度:
内聚力C=ir28kPa,内摩擦角4>=4.0~7.0。
。
1.7滑床特征
滑床为侏罗系中统上沙溪庙组中风化砂岩,较完整,强风化层基本不可见。
砂岩天然重度23.23-25.19kN/m\
表1-2岩石设计参数表
序号
项目
单位
中风化砂岩
1
重度
天然
kN/m3
24
饱和
kN/m3
25
2
抗压强度
天然
MPa
17
饱和
MPa
13
3
锚固体与砂岩粘结强度
kPa
1000
4
地基承载力
MPa
2.0()
5
锚杆与砂浆粘结强度
kPa
砂浆标准抗压强度10%
6
地基系数(K)
MN/m3
150
7
岩石侧应力容许值⑹
kPa
3000
8
基底摩擦系数
0.40
1.8滑坡潜在危害
危害人数为1200人,可能直接经济损失约1100万元。
2.治理工程总体设计
2.1等级划分、工况及安全系数
本工程是针对于位于成都地区某河左岸某村的一个滑坡体而言,该滑坡体呈阶梯状,前缘、后缘及台地之间交接部位较陡,发育多条“V”型冲沟,深度riOmo釆用悬臂式挡土墙进行支护处理。
表2-1一般滑坡防治工程分级表
级别
I
n
m
危害对象
县级和
县级以
上城市
主要集镇。
或大型工
矿企业、貳要桥梁、
国道专项设施
一般集镇。
县级或中型
工矿企业、省道及一般
专项工程
受
灾程度
危害人数/人
>1000
1000-500
<500
直接经济损失彷元
>100()
1000-500
<500
潜在经济损失彷元
>1000()
10000-5000
<5000
施工难度
一般
简单
工程投资
>1000
100-500
<500
根据上表,危害等级为I级。
表2-2防治工程等级及安全系数说明表
工程等级
I级
II级
m级
工况I
1.35
1.25
1.15
工况H
1.25
1.20
1-10
工52JII
1.15
1.10
1.05
所以釆用工程等级为I级,工况1:
1.35,工况2:
1.25,工况3:
1.15o
2.2设计依据规范及相关教材及参考书
(1)《滑坡防治工程勘査规范》(DZ/T0218-2006);
(2)《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T0219-2006);
(3)《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001);
(4)《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002);
(5)《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002);
(6)《公路路基设计规范》(JTGD30-2004);
(7)《铁路路基支挡结构设计规范》(TB10025-2006);
(8)《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010);
(9)《岩土支挡与锚固工程》(教材)
2.3设计标准
荷载强度标准在1级滑坡在第二种工况下,暴雨强度重现期为50年,安全系数为1.25。
2.4设计参数
对于该滑坡而言,挡土墙位于滑坡体的前缘,挡土墙的墙高为H=5.4m,在墙背后将坡面填平,使滑坡表面与水平面之间水平,可假定墙背与滑坡体之间的摩擦角6=0,土体内摩擦角4>因滑坡土所处的状态以及剖面的位置而不同,又因为参考的是滑体2的工况II最危险,所以4>=1O.5°o挡土墙在主动土压力作用下向前移动。
滑体的重度为20kN/m9,滑坡体表面没有上部荷载,地基承载力为300MPa,基地摩擦系数取0.3。
2.5稳定性计算
2.5.1剖面计算
针对于剖面1,按条分法对滑坡体进行分块,具体分为16个竖直条块,具体
分块情况如
图27
针对于剖面2,按条分法对滑坡体进行分块,具体分为15个竖直条块,具体分块情况如
图2-2:
某Oi程地质剖面图(2-2‘)
2.5.2计算模型
一般的利用地质勘探的方法来确定滑面的位置后,即可进行稳定性评价和滑坡推力计算。
如果沿着潜在滑面上的滑体的滑动力大于滑面上的抗滑力,就会发生滑坡。
这时推力的计算结果可为所需设置的支挡结构提供设计荷载。
稳定性分析和滑坡推力计算的简便实用的方法就是条分法。
在该法中,将滑裂面以上土体分成若干垂直土条,对作用在各土条上进行力与力矩的平衡分析。
传递系数法基本假定:
1、滑坡体不可压缩并整体下滑,不考虑条块之间挤压变形;
2、条块时间只传递推力不传递拉力,不出现条块之间的拉裂
3、块间作用力以集中力表示,它的作用线平行于前一块的滑面方向,作用
在分解面的中点;
4、垂直滑坡主轴单位长度(一般为lm)宽的岩土体作计算的基本断面,不
考虑滑块两侧摩擦力。
对于传递系数的分析:
在滑坡横断面图中,将滑坡体依据滑块倾角等原则将滑体进行划分,并确定出各条块的倾角大小,并记录数值,然后依据传递系数的计算公式:
肖=COS0LI-0”)一sin(0,T-0”)(an0”
式中:
A-i>0”分别为第n-1、第n块条块的倾角;
仇为第n块滑体沿滑动面土的内摩擦角标准值。
通过该公式就可以得出各条块的传递系数。
对于剩余下滑力的分析:
条块下滑力:
YtGnsinpn+屮F—i
条块抗滑力:
-GncosPntan(pn-cnln
每延米剩余下滑力:
&=ytGnsinpn+"F—i-Gncospntan(pn-cnl
式中,J,Fn_i——第口块、n-1块滑体的剩余下滑力;
W—一传递系数;
久——第n块滑块的自重力;
%——第n块滑块沿滑动面土的内摩擦角标准值;
5一一第n块滑块沿滑动面土的粘聚力标准值;
ln——第n块滑块沿滑动面的长度。
2.5.3计算结果
剖面1、剖面2关于不同工况的剩余下滑力计算结果如下表:
表2-3剖面剩余下滑力
剖面1
剖面2
工况I
工况II
工况III
工况I
工况II
工况III
剩余滑坡推力
•524.32
46.40
-687.60
•438.78
85.03
-615.44
由上表可知,对于剖面2的分块分析处理,在工况II的剩余下滑力最大,
也就在该种情况最危险,在滑坡体的最前缘,剩余下滑力为85.03RN。
2.6治理工程总体布置
本次设计采用挡土墙来治理该滑坡,挡土墙设置在滑坡前端,埋置深度为1.5m,墙后填土为水平,具体布置详见附图。
2.7治理工程分项设计
2.7.1分项工程设计
对于该滑坡,其滑坡前缘为响水村6组,有大量民用建筑,有大量人群居住,对于广大人民的生命财产安全有这种大威胁。
综合考虑滑坡体的滑坡推力大小、滑坡体的地形条件以及安全经济方面等的影响,在滑坡体前缘的适宜位置修建一挡土墙,其位于滑坡体前缘位置,大部分挡土墙位于民用建筑之后。
详细布图见附图之工程地质平面图。
挡土墙的剖面结构选择参考《岩土支挡与锚固工程》及《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)等规范,其挡土墙高为5.4m,其为悬臂式挡土墙,相应的结构尺寸见附图之工程地质剖面图。
由支挡结构计算书可知,其抗倾覆稳定验算、抗滑稳定验算以及地基承载力验算据满足要求,其相应的计算可从设计计算书中得到。
挡土墙施工不当回应其滑坡体的活动加剧或者局部复活。
因此,为确保施工安全,达到预期的治理效果,应该特别注意挡土墙施工操作机相关安全要求。
1、施工现场准备
(1)复查和了解响水村6组周边地形、地质、文化、气象、水源、电源、料源或料场、交通运输、通讯联络以及农田水利设施、森林生态、环境保护有关情况;
(2)根据挡土墙工程地质平面图和施工临时设施的需要确定用地范围,设立标志;
(3)对施工现场内的障碍物清除,以利于施工的全面展开;
(4)按照施工平面位置修建临时房屋,安装供水管道、架设供电线路,设置料场及混凝土搅拌场,修建临时排水设施等;
(5)根据施工设备的配置情况,确定进出现场的施工通道,修建临时施工便道,保证大型机械设备、车辆的安全通行,同时选择适当的场地作为材料临时堆放场。
2、基础工程
采用人工配合挖掘机开挖基槽。
开挖时,根据设计要求,10m〜15m为一个施工段,先进行基槽开挖,挖槽时注意轴线、标高及基底尺寸,当挖至设计标高后,对基底进行碾压,然后进行地基承载力试验,试验结果不符合设计要求,则由业主、监理、设计及施工方共同现场确认该不合格部位的处理方案(换填或继
续开挖),按确认的方案处理以后用压路机碾压,并进行地基承载力试验,直至符合设计要求为止。
达到设计承载力后尽快封底,进行下一道工序。
3、模板工程
(1)模板采用组合钢模板或者木,使用钢模板前进行修理,做到表面除锈工
作;
(2)模板间隙用密封条封闭,模板要安设牢固,上部模板安装时,要用滑轮
提开;
(3)墙体模在一定位置预留洞口,混凝土灌注后,要及时封口;
(4)支模过程中,如需中途停止,应将支撑,搭头,柱头板等钉牢;
(5)拆除模板一般用长撬棍,防止整块模板掉下,以免伤人;
(6)拆除模板从上至下,不得上、下同时作业。
注意事项:
(1)施工人员戴安全帽、安全带,不得赤脚或穿拖鞋;
(2)不得从高处抛掷模板、卡扣、联结零件;
(3)拆模作业区内,严禁闲杂人员逗留。
4、钢筋工程
本工程釆用HR335钢筋。
(1)钢筋按设计长度量测后,用画石笔划印,然后用钢筋切断机切断,按规格分堆码放,做好标识、底部放木方与地面隔离;
(2)钢筋按设计尺寸弯制,弯曲的钢筋要平顺、光滑、无扭曲、翅曲;
(3)钢筋焊接采用单面搭接焊或双面搭接焊;
(4)钢筋骨架组装釆用焊接、绑扎相结合的方法。
注意事项:
(1)钢筋接头在受拉区、同一截面上不得超过25%,同一根钢筋在同一截面上不得有两个以上接头;
(2)同品牌钢筋不能以细代粗,可以以粗代细;
(3)钢筋焊接接头,必须先对焊接试件作拉伸试验,试验合格后方准进行批量焊接;
(4)钢筋弯制需在常温下进行,不得加热弯制;
(5)钢筋骨架与模板间垫脚石块要呈梅花形布置。
材料釆用同保护层等厚的片石或混凝土垫块;
(6)绑制完的钢筋骨架要平顺,位置要正确;
(7)钢筋骨架安置后,不得在其上行走,堆放料具。
5、混凝土工程
(1)混凝土釆用C30商品混凝土,用专用混凝土搅拌运输车;
(2)混凝土采用泵送入模的方式、分层浇筑,每层浇筑高度不大于0.3m;
(3)混凝土采用插入式振捣棒振捣,每个振捣棒配2人,计划用3台振捣棒;
(4)墙体、底板一次浇注成型;
(5)墙体浇注、施工缝设在不同高度;
(6)振捣时,必须保证混凝土震捣密实,不得出现蜂窝、麻面;
(7)随时检查钢筋骨架,确保保护层厚度,确保不露筋;
(8)混凝土入模时的速度要严格控制,避免胀模;
(9)混凝土浇注过程中要随时检查、模板有无变形、离缝现象,一旦出现问
题,要立即停止浇注,加固模板;
(10)混凝土浇注要连续,中间不得停顿,停歇时间超过1.5小时要做施工缝处理;
(11)随时检查混凝土的坍落度。
6、边坡工程
(1)挡土墙混凝土强度达到设计强度的75%后,回填边坡;
(2)靠近墙背1.5m范围内用小型振捣器分层捣填密灾,每层厚度不大于20cm,其它范围内用压路机碾压密实。
(3)墙背后设30cm厚砂夹卵石反滤层,反滤层由15cm厚中砾(粒径4-6mm,平均粒径4.6mm)和15cm厚小卵石(粒径30-40mm,平均粒径34mm)组成,粗
粒径填在靠墙一侧,挡土墙最低排泄水孔的下部设隔水层;
(4)沉降缝缝宽2cm,用沥青麻絮填实或用防水性能好的材料充实,并用40cm土工布沿缝铺一层,以防粉土流失。
2.7.2工程量
本次工程立板与结构均采用C20混凝土和HR335钢筋,挡土墙墙高为5.4m,立板高度为5m,为便于施工,立板内侧做成竖直面,外侧做成有一定角度的斜坡。
底板为4.05m,墙踵板为3m,墙底板为0.65m。
立板选用①16@110,实际配筋面积为As=1828mm2,墙踵板选用①16@70,实际配筋面积为As=2872mm2,其受力钢筋位于墙踵板的顶面。
墙趾板受力钢筋位于墙趾板的底面。
故,总共所需要的钢筋数为:
288.183t;总共混凝土量为:
1503m5,总共需要挖方体积为:
1403m5,填方量:
14525m3o
设计计算书
1.稳定性计算
1.1概述
对于该滑坡,将滑裂面以上土体分成若干垂直土条,对作用在各土条上进行力与力矩的平衡分析。
其中剖面1分成15个条块,而剖面2分成15个条块,每个条块之间相互不影响,只传递推力的作用。
针对于两个剖面的三种不同的工况条件,应用条分法的原则,计算出每种工况条件下的各个条块之间的下滑力和抗滑力,从而得出剩余下滑力的大小。
条块下滑力:
YtGnsinpn+屮
条块抗滑力:
-Gncos(intan(pn-cnln
每延米剩余下滑力:
Fn=YtGnsinpn+阳.1-Gncospntan(pn-cnln
式中,%F-]__第口块、叶1块滑体的剩余下滑力;
2——传递系数;
5——第n块滑块的自重力;
為一一第n块滑块沿滑动面土的内摩擦角标准值;
°——第n块滑块沿滑动面土的粘聚力标准值;
♦——第n块滑块沿滑动面的长度。
1・2剖面1的滑坡推力计算
分块图如土1-1:
m工程地质剖面图(1-r)
结算结果如图:
表i-i工况I
安
全
系
数
条
块
号
面积
容重
r
L淆面
Pi
Ct
9
Wi
屮传堆
F下滑
F抗滑
剩余下
滑力Ei
up
kN/m3
m
o
kN/m2
o
kN
kN
kN
kN
1.35
1
9.98
19
6.69
33.76
15
13
189.62
142.26
•136.73
5.53
1.35
2
49.22
19
10.47
21.53
15
13
935.18
0.93
468.45
•357.78
110.67
1.35
3
127.07
19
18.89
18.18
15
13
2414.33
0.98
1125.92
-812.64
313.28
1.35
4
169
19
21.81
16.74
15
13
3211.00
0.99
1559.92
・1036.68
523.24
1.35
5
86.55
19
10.1
15.4
15
13
1644.45
0.99
1109.81
•517.33
592.49
1.35
6
100.09
19
1L18
14.58
15
13
1901.71
1.00
1236.74
•592.38
644.36
1.35
7
197.36
19
20.11
13.94
15
13
3749.84
1.00
1862.19
-1141.43
720.76
1.35
8
171.17
19
15.68
16.29
15
13
3252.23
1.01
1958.51
•955.52
1002.99
1.35
9
190.03
19
18.72
14.02
15
13
3610.57
0.99
2173.88
-1089.11
1084.77
1.35
10
153.6
19
15.32
12.65
15
13
2918.40
0.99
1941-28
-886.87
1054.42
1.35
11
61.13
19
5.77
9.09
15
13
1161.47
0.98
1284.99
-351.19
933.80
1.35
12
116.79
19
11.11
5-97
15
13
2219.01
0.99
1232.26
•675.90
556.36
1.35
13
128.78
19
16.83
4.99
15
13
2446.82
1.00
841-40
-814.91
26.50
1.35
14
57.1
19
12.92
4.81
15
13
1084.90
1.00
149.29
-443.26
・293.97
135
15
30.22
19
8.22
5.88
15
13
574.18
1.00
-215.78
-255.09
-470.87
1.35
16
3.27
19
3.15
9.6
15
13
62.13
1.01
-462.94
•61.39
-524.32
表1-2工况II
安
全
系
数
条
块
号
面积
容重
r
L滑面
Pi
Ci
9
Wi
屮传递
F下滑
F昨
剩余下
滑力Ei
in2
kN/m3
m
o
kN/m2
o
kN
kN
kN
kN
1.25
1
9.98
20
6.69
33.76
13.5
11.5
199.60
138.65
-124.06
14.59
1.25
2
49.22
20
10.47
21.53
13.5
11.5
984.40
0.93
465.21
•327.55
137.66
1.25
3
127.07
20
1&89
18.18
13.5
11.5
2541.40
0.99
1126.95
-746.00
380.94
1.25
4
169
20
21.81
16.74
13.5
11.5
3380.00
0.99
1595.80
-952.62
643.18
1.25
5
86.55
20
10.1
15.4
13.5
11.5
1731.00
0.99
1214-54
475.70
738.84
1.25
6
100.09
20
1L18
14.58
13.5
11.5
2001.80
1.00
1366.51
-544.88
821.63
1.25
7
197.36
20
20.
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