重力式挡土墙课程设计计算书.docx
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重力式挡土墙课程设计计算书
1路基设计
挡土墙是用来支撑天然边坡或人工边坡以保持土体稳定的建筑物。
按照墙的形式,挡土墙可以分为重力式挡土墙,加筋挡土墙。
锚定式挡土墙,薄壁式挡土墙等形式。
本设计采用重力式挡土墙。
挡土墙设计资料
1.浆砌片石重力式路堤墙,填土边坡1:
,墙背仰斜,坡度1:
:
2.公路等级二级,车辆荷载等级为公路-II级,挡土墙荷载效应组合采用荷载组合I、II。
3.墙背填土容重Y=/m,计算内摩擦角①二42°,填土与墙背间的内摩擦角S=O/2=21°o
4.地基为砂类土,容许承载力[门=810kPa,基底摩擦系数卩=。
5.墙身材料采用5号砂浆砌30号片石,砌体a=22kN/m,砌体容许压应力为a600kPa,容许剪应力[]=100kPa,容许拉应力[w」=60kPa。
确定计算参数
设计挡墙高度H=4m墙上填土高度a=2m填土边坡坡度为1:
墙背仰斜,坡度1:
。
填土内摩擦角:
420,填土与墙背间的摩擦角/221;
墙背与竖直平面的夹角arctan0.2514.036。
墙背填土容重用,地基土
容重:
m。
挡土墙尺寸具体见图
Mw1j
;—w
—一
J
图挡土墙尺寸
车辆荷载换算
试算不计车辆荷载作用时破裂棱体宽度
(1)假定破裂面交于荷载内侧
不计车辆荷载作用ho0;计算棱体参数Ao、Bo:
1
Ao(a
2
1
H2ho)(aH)2
(aH)
21
2
4)18
11
Bo-ab—H(H
22
2a)tan
丄23
2
14
2
(42
2)tan(14.o36)7
ABo7
Ao18
o.389
4214.o3621
48.964;
tantan
(cot
tan)(tan
A)
tan48.964
•、(cot42
tan48.964
)(tan48.964
o.389)o.715
rtr40253
则:
arctan0.71535.57arctan33.69
计算车辆荷载作用时破裂棱体宽度值B:
B(Ha)tanHtanb
(42)0.7154tan(14.036)30.29m
由于路肩宽度d=>B=所以可以确定破裂面交与荷载内侧
(2)计算主动土压力及其作用位置
最大主动土压力:
cos(9+$)1
E厂Y(A0tan0-十屮
cos(33.69"+42)
「7.8X(18271—7)(琢…48彌)
二26.04kN
土压力的水平和垂直分力为:
Ex=Eacos(a+6)
二26+QAXcos(-14+036+21)
=25.85kN
Ey=E^sinta+6)
二26®Xsin(—14+036+21°)
二3,16kN
主动土压力系数及作用位置:
作用位置:
Zy
Ha(Hh3)2h0h4(3h42H)
33H2K1
1.39m
2(43.376)20
2
3420.312
ZxBZYtan0.291.39tan(14.037)0.64m
抗滑稳定性验算
为保证挡土墙抗滑稳定性,应验算在土压力及其他外力作用下,基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力。
在一般情况下:
(0.9GQ1Ey)0.9Gtan。
Q1Ex
Ey
墙背主动土压力的水平与垂直分力;
式中:
G——挡土墙自重;
0――基底倾斜角(°);
基底摩擦系数,此处根据已知资料,
0.43;
Q1——主动土压力分项系数,当组合为I、H时,Q1=;当组合
为皿时,Q1=1.3。
G(140.30.5)2291.3kN/m
(0.9G+yq[EJ口+0.9Gtana0
=(0,9X9t3+1.4X3.16)X0.43+09X9t3X0
二37.24kNMyq1Ek(二1.4X25.85=36,19kN)
因此,该挡土墙抗滑稳定性满足要求。
抗倾覆稳定性验算
为保证挡土墙抗倾覆稳定性,需验算它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆
的能力,
0.9GZgQl(EyZxExZy)0
式中:
Zg——墙身、基础及其上的土重合力重心到墙趾的水平距离(m);
Zx——土压力垂直分力作用点到墙趾的水平距离(m);
Zy——土压力水平分力作用点到墙趾的垂直距离(m)。
ZG1二CL5ld-0・51杠X0.25二05X0.3-0.5X0,5X0.25=0.09m
ZG2=O5b[+0.5HX0.25=0.5X1+0.5X4X0.25=1.0m
Gt=V1yc=0.3X0.5X22=3.3kN/m
G2-V2Y&-1X4X22=88kN/m
G忆賈*G2Zg23.3X0.09+88X1.0
Zr二二二0.967
GG91.3
0.991.30.9671.4(3.160.6425.851.39)40.82kN0
基底应力及合力偏心距验算
为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力,应进行基底应力验算;
同时,为了避免挡土墙不均匀沉陷,控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。
(1)基础底面的压应力
①轴心荷载作用时
pN1a
式中:
p——基底平均压应力(kPa);
A基础底面每延米的面积,即基础宽度,(m2);
N1每延米作用于基底的总竖向力设计值(kN);
N1(GGQ1EyW)cos0Q1ExSin0
其中:
Ey——墙背主动土压力(含附加荷载引起)的垂直分力(kN);
(kN);
Ex――墙背主动土压力(含附加荷载引起)的水平分力
W——低水位浮力(kN)(指常年淹没水位)。
②偏心荷载作用时
作用于基底的合力偏心距e为
式中:
M——作用于基底形心的弯矩,可按下表采用
作用于基底的合力偏心距e为:
其中:
C严+昭-EA
G+Ey
B=1+=
91.3X0.967+3.16X0.64-25.85XV39
91.3+3.16
二0,576m
则e130.5760.074-130.22
266
G+E”6e\91.3+3.16f6X0.07\
p啖=—(1+仁3I1+-7^—)=96.14kPa
<[oI=810kPa
所以基础底面的压应力满足要求。
(2)基底合力偏心距
基底合力偏心距应满足表的要求
表各地基条件下的合力偏心距
地基条件
合力偏心
距
地基条件
合力偏心
距
非岩石地基
eo
软土、松砂、一般黏土
eowB/6
较差的岩石地
基
e°wB/5
紧密细砂、黏土
eowB/5
坚密的岩石地
基
eowB/4
中密砂、砾石、中砂
eowB/4
由以上计算可知,基底合力偏心距满足要求。
(3)地基承载力抗力值
1当轴向荷载作用时
pf
式中:
p——基底平均压应力;
f——地基承载力抗力值(kpa)
2当偏心荷载作用时
p1.2f
N(G¥g+YqiEy
-W)cosaq+yqiEks'nao
13——
PA
B
(9V3X1.2+1.4X3.16-0)cos0+k4X0.64XsinO二1."3
二87.68kPaW1.2f(=1.2X810=972kPa)
所以满足地基承载力要求。
墙身截面强度验算
为了保证墙身具有足够的强度,应根据经验选择仁2个控制断面进行验算,如墙身底部、1/2墙高处、上下墙(凸形及衡重式墙)交界处
此处选择二分之一墙高处进行验算
(1)强度计算
NjKarkk
按每延米墙长计算:
Nj0(GNGQ1Nqi)式中:
Nj——设计轴向力(kN);
0——重要性系数,取为;
Ng、恒载(自重及襟边以上土重)引起的轴向力(kN)和相应的
分项系数;
Nq1主动土压力引起的轴向力(kN);
Q1——主动土压力引起的轴向力的分项系数;
Ng-1X4X22=88kN
N01-3,16kN
Nj-1.0X(1.2X88+1,4X3.16)二110.024kN
K――抗力分项系数,取为;
Rk——材料极限抗压强度(kpa),几=1275kPa
A——挡土墙构件的计算截面积(门),A=1m2;
K轴向力偏心影响系数。
故强度满足要求。
(2)稳定计算
NjKKARk..:
KA
1-256愕
弯曲平面内的纵向翘曲系数,按下式计算:
1
K1ss(s3)116(eoB)
s——2H/B,H为墙有效高度,B为墙的宽度(m);
一般情况下挡土墙尺寸不受稳定控制,但应判断是细高墙或是矮墙。
当H/B小于10时为矮墙,其余则为细高墙。
对于矮墙可取K=1,即不考虑
纵向稳定。
此处H/B=4/1=4<10,故K=1
□kARk1275
N:
二110,024kNW2k=1X0,966X1X——二533.18kN
Yk2.31
故稳定满足要求。
同理,选择墙身底部进行验算,经验算强度与稳定均满足要求。
故所设计的挡土墙满足要求。
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