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.docx
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重力式挡土墙课程设计
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。
1.1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:
0.35。
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γ=17.8kN/m3,计算内摩擦角Φ=42°,填土与墙背间的内摩擦角δ=Φ/2=21°。
4.地基为砂类土,容许承载力[σ]=810kPa,基底摩擦系数μ=0.43。
5.墙身材料采用5号砂浆砌30号片石,砌体=22kN/m3,砌体容许压应力为kPa,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:
,填土与墙背间的摩擦角;墙背与竖直平面的夹角。
墙背填土容重17.8kN/m3,地基土容重:
17.7kN/m3。
挡土墙尺寸具体见图1.1。
图1.1挡土墙尺寸
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;计算棱体参数、:
;
则:
计算车辆荷载作用时破裂棱体宽度值B:
由于路肩宽度d=1.5m>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:
Ea=γA0tanθ-B0cosθ+φsinθ+ψ
=17.8×18×0.715-7×cos33.69°+42°sin33.69°+48.964°
=26.04kN
土压力的水平和垂直分力为:
Ex=Eacosα+δ
=26.04×cos-14.036°+21°
=25.85kN
Ey=Easinα+δ
=26.04×sin-14.036°+21°
=3.16kN
主动土压力系数及作用位置:
作用位置:
1.3.2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:
(1.1)
式中:
──挡土墙自重;
,──墙背主动土压力的水平与垂直分力;
──基底倾斜角(°);
──基底摩擦系数,此处根据已知资料,;
──主动土压力分项系数,当组合为Ⅰ、Ⅱ时,=1.4;当组合为Ⅲ时,=。
0.9G+γQ1Eyμ+0.9Gtanα0
=0.9×91.3+1.4×3.16×0.43+0.9×91.3×0=37.24kN≥γQ1Ex=1.4×25.85=36.19kN
因此,该挡土墙抗滑稳定性满足要求。
1.3.3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,
(1.2)
式中:
──墙身、基础及其上的土重合力重心到墙趾的水平距离(m);
──土压力垂直分力作用点到墙趾的水平距离(m);
──土压力水平分力作用点到墙趾的垂直距离(m)。
ZG1=0.5ld-0.5lh×0.25=0.5×0.3-0.5×0.5×0.25=0.09m
ZG2=0.5b1+0.5H×0.25=0.5×1+0.5×4×0.25=1.0m
G1=V1γα=0.3×0.5×22=3.3kN/m
G2=V2γα=1×4×22=88kN/m
ZG=G1ZG1+G2ZG2G=3.3×0.09+88×1.091.3=0.967
1.3.4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,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
(1.3)
式中:
──基底平均压应力(kPa);
──基础底面每延米的面积,即基础宽度,B1.0();
──每延米作用于基底的总竖向力设计值(kN);
(1.4)
其中:
──墙背主动土压力(含附加荷载引起)的垂直分力(kN);
──墙背主动土压力(含附加荷载引起)的水平分力(kN);
──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
(1.5)
式中:
──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:
(1.6)
其中:
B=1+0.3=1.3m
C=GZG+EyZx-ExZyG+Ey
=91.3×0.967+3.16×0.64-25.85×1.3991.3+3.16
=0.576m
则
pmax=G+EyB1+6eB=91.3+3.161.31+6×0.071.3=96.14kPa
<σ=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
e0≤B/6
软土、松砂、一般黏土
e0≤B/6
较差的岩石地基
e0≤B/5
紧密细砂、黏土
e0≤B/5
坚密的岩石地基
e0≤B/4
中密砂、砾石、中砂
e0≤B/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
(1.7)
式中:
──基底平均压应力;
──地基承载力抗力值(kpa)。
②当偏心荷载作用时
(1.8)
p=NA=GγG+γQ1Ey-Wcosα0+γQ1Exsinα0B
=91.3×1.2+1.4×3.16-0cos0+1.4×0.64×sin01.3
=87.68kPa≤1.2f=1.2×810=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)
按每延米墙长计算:
(1.10)
式中:
──设计轴向力(kN);
──重要性系数,取为1.0;
、──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;
──主动土压力引起的轴向力(kN);
──主动土压力引起的轴向力的分项系数;
NG=1×4×22=88kN
NQ1=3.16kN
Nj=1.0×1.2×88+1.4×3.16=110.024kN
──抗力分项系数,取为2.31;
──材料极限抗压强度(kpa),RK=1275kPa;
──挡土墙构件的计算截面积(m2),A=1;
──轴向力偏心影响系数。
αK=1-256e0B81+12e0B2=1-2560.071.381+120.071.32=0.966
Nj=110.024kN≤αKARKγK=0.966×1×12752.31=533.18kN
故强度满足要求。
(2)稳定计算
(1.11)
式中:
、、、意义同式(3.10);
──弯曲平面内的纵向翘曲系数,按下式计算:
(1.12)
──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=1,即不考虑纵向稳定。
此处H/B=4/1=4<10,故=1
Nj=110.024kN≤ψKαKARKγK=1×0.966×1×12752.31=533.18kN
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。
7
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