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

重力式挡土墙课程设计

1路基设计

挡土墙是用來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。

I.1挡土墙设计资料

1•浆砌片石重力式路堤墙，填土边坡1：

1・5,墙背仰斜，坡度1：

0.15-1：

0.35o

2.公路等级二级，车辆荷载等级为公路一11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7二17.8kN/m3,计算内摩擦角。

=42°，填土与墙背间的内摩擦角

<5=0/2=21°o

4•地基为砂类土，容许承载力[<7]=810kPa,基底摩擦系数“=0.43。

5•墙身材料采用5号砂浆砌30号片石，砌体ya=22kN/m3砌体容许压应力为

[aa]=600kPa,容许剪应力]=100kPa,容许拉应力[]=60kPa。

1.2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:

1.5,墙背仰斜，坡度

1:

0.25。

填土内摩擦角：

0=42。

，填土与墙背间的摩擦角5=02=21。

；墙背与竖直平面的夹角a=-aictaii0.25=-14.036°□墙背填土容重17・8kN/n?

地基土容重:

17.7kN/m3o挡土墙尺寸具体见图1・1。

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1.3车辆荷载换算

1.3.1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iio=o：

计算棱体参数4、％：

4=L（a+H+21）o）（a+H）=-（a+H）2=1（2+4）2=18

222

Bq=一abH（H+2a）tana二丄x2x3■丄x4x（4+2x2）tan（-14.036）=7

2222

A=—=—=0.389

A）18

屮=g2+$=42。

一14.036°+21。

二48.964°;

taii8=-1any/±J（cot0+tanp）（tanp+刃

=-tan48.964°+7（cot42°+tan48.964°）x（tan48.964°+0.389）=0.715

则：

6二arctail0.715=35.57°>arctanZV—P=33.59°

2+4

计算车辆荷载作用时破裂棱体宽度值B：

B=（H+a）xtanO+Htana-b

=（4+2）x0.715+4xtan（-14.03A）-3=0.29m

由于路肩宽度d=l・5m>B=0・29m,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（0+（P）Ea=yUotanA-Ao）sin（,+o）cos（33.69#+42,）=17.8x（18x0.715-7）x

sin（33.69+48.964）

=26.04kN

土用力的水平和垂直分力为：

Ex=Eacos（a+6）

=26.04Xcos（-14.036°+21°）

=25.85kN

Ey=Easin（a+6）

=26.04xsin（-14.036°十21*）

=3.16kN

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主动土圧力系数及作用位置:

d_1.5

tail<9+tai-0.715-0.25

b-atai_3-2x0.715

1】3=tail&+tana0.715一0.25=3.376m

作用位置:

Ha（H-h3）2+A4（3A+2H）

_i3HM

=1.39in

_42x（4-3.376）2+0

-33x42X0.312

Zx=B-Zytana=0.29-1-39tan（-14.037°）=0.64m

132抗滑稳定性验算

为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土床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：

（0.9G+沧Ey）/z+0.9GtanqA沧Ex（口）

式中：

G—挡土墙自重；

氏，Ey—墙背主动土压力的水平与垂直分力；

/——基底倾斜角（°）：

“一一基底摩擦系数，此处根据己知资料」=0.43：

%]——主动土压力分项系数，当组合为I、II时，A=1.4；当组合为III时,

/qi=1.3

O

G=（1x4+0.3x0.5）x22=91.3kN/ill

（0.9G+YQ）Ey）〃+0・9Gtana。

=（0.9X91.3+1.4X3.16）X0.43+0.9X91.3xO=37.24kN

>yQjEx（=1.4X25.85=36.19kN）

因此，该挡土墙抗滑稳定性满足要求。

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133抗倾覆稳定性验算

为保证挡土墙抗倾覆稳定性，需验算它抵抗墙功绕墙趾向外转动倾覆的能力,

式中：

ZG—墙身、基础及其上的土重合力重心到墙趾的水半距离（m）：

J——土压力垂直分力作用点到墙趾的水平距离（m）：

J——土圧力水半分力作用点到墙趾的垂直距离（m）o

Zqi=0.50.5*X0.25=0.5X0.3—0.5X0.5X0.25=0.09m

Zg2=0.5W+0.5//X0.25=0.5X1+0.5X4X0.25=1.0m

Gi=VxYa=0.3X0.5X22=3.3kN/m

0.9x91.3x0.967+1.4x（3.16x0.64-25.85x1.39）=40.82kN>0

13.4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，免挡为了避土墙不均匀沉陷，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

式中：

P——底平均压应力（kPa）：

A——基础底面每延米的面积，即基础宽度，Bxi.0（m2）：

N—每延米作用于基底的总竖向力设计值（炽）：

Ni=（g/g+/Qpy-W）cos兔+/qExsin%

（1.4）

其中：

Ey—墙背主动土压加含附加荷载引起）的垂直分力（kN）：

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②偏心荷载作用时

作用于基底的合力偏心距e为

作用于基底的合力偏心距c为：

（16）

其中：

B=1403=13111

GZo+EyZ&一

G+Ey

91.3X0.967+3.16X0.64-25.85X1.39

91.3+3.16

=0.576m

贝lje=—0.576=0.074<—==0.22

6X0.07\

_9614kPa

266G+Ev/6e\91.3+3.16（

叽=—（Ay）=“3—（1+

<[a]=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1・1各地基条件卜•的合力偏心距

地基条件

合力偏心距

地基条件

合力偏心距

非岩石土也棊

e0WB/6

软土、松砂、一般黏土

eoWB/6

较差的岩石地基

eoWB/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，基底合力偏心典满足要求。

（3）地基承载力抗力值

①当轴向荷载作用时

（1.7）

式中：

P——基底平均压应力:

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……地基承载力抗力値（kpa）°

②当偏心荷载作用时

p<1.2f（]

N（Gw+/Q1E）,-IV）cosao+YqieXsinao

p=A=;B

（91.3X1.2+1.4X3.16—0）cosO+1.4X0.64XsinO=13=87.68kPa<1.2/（=1.2X810=972kPa）

所以满足地基承载力要求。

1.3.5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1~2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

（1.9）

（1.10）

叫5%唱/农

按每延米墙长计算：

Nj=%（冷Ng+人]NqJ

式中：

叫——设计轴向力（kN）；

兀一一車耍性系数，取为1.0；

%、B—恒载（口重及襟边以上土重）引起的轴向力（kN）和相应的分项系数:

NQ]——主动土圧力引起的轴向力（kN）：

沧主动土压力引起的轴向力的分项系数：

血二1X4X22=88kN

N0\=3・16kN

TV,=1.0X（1.2X88+1.4X3.16）=110.024kN

«——抗力分项系数，取为231；忑一一材料极限抗圧强度（kpa）?

=1275kPa：

A——挡土墙构件的计算截面积（nW）,A=1m2:

比——轴向力偏心影响系数。

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-256（眇-256（響*

uk=丁=7^=0.966

1+12（讐）1+12（鬱

Nj=110.024WS0皿心=0966xix=533,i8kNJYk2.31

故强度满足要求。

（2）稳定计算

（111）

式中：

叫、％、A、《意义同式（3.10）；

%——弯曲平面内的纵向翘曲系数，按下式计算:

1

（112）

Q——2H/B,H为墙有效高度，E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。

对于矮墙可取农=1,即不考虑纵向稳定。

此处

H/B=4/l=4<10,故％=1

110・024kTVv0K^#=ixO・966XlX=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。