挡土墙设计2.doc

目录 第 1 章 绪论1 1.1 毕业设计的目的和意义1 1.2 毕业设计课题挡土墙的概述1 1.3 挡土墙的类型及适用范围2 1.3.1 重力式挡土墙2 1.3.2 悬臂式挡土墙2 1.3.3 扶壁式挡土墙3 1.3.4 锚定板及锚杆式挡土墙3 1.3.5 加筋土挡土墙3 1.3.6 土钉墙3 1.4 挡土墙的构造与布置3 1.4.1 挡土墙的构造3 1.4.2 挡土墙的布置8 1.5 设计的主要内容10 第 2 章 挡土墙设计总则12 2.1 挡土墙设计一般规定12 2.2 设计资料13 2.3 墙址地形和地质平面图13 2.4 地质横断面图13 2.5 设计原则14 2.6 设计方案14 2.6.1 设置挡土墙的理由14 2.6.2 挡土墙类型和形式14 第 3 章 挡土墙设计15 3.1 俯斜式挡土墙计算15 3.1.1 截面尺寸拟定15 3.1.2 车辆荷载换算15 3.1.3 主动土压力计算16 3.1.4 稳定性验算18 3.1.5 基底应力与偏心距验算19 3.1.6 墙身截面强度验算20 3.2 衡重式挡土墙计算21 3.2.1 截面尺寸拟定21 3.2.2 车辆荷载换算21 3.2.3 上墙土压力计算22 3.2.4 下墙土压力计算24 3.2.5 墙身截面计算26 3.2.6 稳定性验算27 3.2.7 偏心距及基底应力验算28 3.2.8 截面应力验算28 3.2.9 斜截面剪应力验算30 第 4 章 挡土墙的施工工艺32 4.1 施工流程32 4.1.1 施工准备32 4.1.2 基础开挖及施工33 4.1.3 墙身施工34 4.1.4 养护36 4.2 主要机具设备36 4.3 劳动力组织36 4.4 质量控制措施37 4.5 安全环保措施37 4.6 文明施工措施37 第 5 章 结论与展望39 5.1 结论39 5.2 展望39 参考文献41 致谢42 附录43 附录 a 外文翻译.43 附录 b cad 制图 .43 第 1 章 绪论 1.1 毕业设计的目的和意义 毕业设计是大学教学计划最后一个重要的教学环节，是培养学生综合应用所学 的土木工程基础理论、基本概念和基本技能，进行工程设计或科学研究的综合训练， 是前面各个教学环节的继续、深化和拓展，是培养我们综合素质和工程实践能力的 重要阶段。通过毕业设计能更好的掌握已学知识，拓展相关知识面。毕业设计是在 学完培养计划所规定的基础课、技术基础课及各类必修和选修专业课程之后，较为 集中和专一地培养我们综合运用所学基础理论、基本理论和基本技能，分析和解决 实际问题的能力。和以往的理论教学不同，毕业设计要求我们在教师指导下，独立 地、系统地完成一个工程设计，以及能掌握一个工程设计的全过程，学会考虑问题， 分析问题和解决问题，并可以继续学习到一些新的专业知识，有所创新。 1.2 毕业设计课题挡土墙的概述 公路挡土墙是用来支承路基填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的一种 构造物。在路基工程中，挡土墙可用以稳定路堤和路堑边坡，减少土石方工程量和 占地面积，防止水流冲刷路基，并经常用于整治坍方、滑坡等路基病害。在山区公 路中，挡土墙的应用更为广泛。 路基在遇到下列情况时可考虑修建挡土墙： (1)陡坡地段； (2)岩石风化的路堑边坡地段； (3)需要降低路基边坡高度以减少大量填方、挖方的路段； (4)增加不良地质路段边坡稳定，以防止产生滑塌； (5)防止沿河路段水流冲刷； (6)桥梁或隧道与路基的连接地段； (7)节约道路用地、减少拆迁或少占农田； (8)保护重要建筑、生态环境或其他需要特殊保护的地段。 在考虑挡土墙的设计方案时，应与其他方案进行技术经济比较。例如，采用路 堤或路肩挡土墙时，常与栈桥或填方等进行方案比较；采用路堑或山坡挡土墙时， 常与隧道、明洞或刷缓边坡等方案进行比较，以求工程技术经济合理。 1.3 挡土墙的类型及适用范围 挡土墙类型的划分： (1)按挡土墙的位置不同分为：路堑挡墙、路堤挡墙、路肩挡墙、和山坡挡墙等； (2)按挡土墙的墙体材料不同分为：石砌挡墙、混凝土挡墙、钢筋混凝土挡墙、 砖砌挡墙、木质挡墙和钢板墙； (3)按挡土墙的结构形式不同分为：重力式、半重力式、衡重式、悬臂式、扶壁 式、锚杆式、拱式、锚定板式、桩板式和垛式。 各类挡土墙的适用范围取决于所支挡土体的稳定平衡条件，考虑荷载的大小和 方向、地形、地质状况、冲刷深度、基础的埋深、基底的承载力设计值和不均匀沉 降、可能的地震作用、与其他构造物的衔接、墙面的外观美感、施工难易、造价高 低、环境特点等因素。综合比较后确定挡土墙的类型。 1.3.1 重力式挡土墙 重力式挡土墙，指的是依靠墙身自重抵抗土体侧压力的挡土墙。重力式挡土墙 可用块石、片石、混凝土预制块作为砌体，或采用片石混凝土、混凝土进行整体浇 筑。半重力式挡土墙可采用混凝土或少筋混凝土浇筑。重力式挡土墙可用石砌或混 凝土建成，一般都做成简单的梯形。它的优点是就地取材，施工方便，经济效果 好。 所以，重力式挡土墙在我国铁路、公路、水利、港湾、矿山等工程中得到广泛的应 用。 由于重力式挡土墙靠自重维持平衡稳定，因此，体积、重量都大，在软弱地基 上修建往往受到承载力的限制。如果墙太高，它耗费材料多，也不经济。当地基较 好，挡土墙高度不大，本地又有可用石料时，应当首先选用重力式挡土墙。 重力式挡土墙一般不配钢筋或只在局部范围内配以少量的钢筋，墙高在 6m 以 下，地层稳定、开挖土石方时不会危及相邻建筑物安全的地段，其经济效益明显。 1.3.2 悬臂式挡土墙 悬臂式挡土墙是由立壁、趾板、踵板三个钢筋混凝土悬臂构件组成的挡土墙。 面坡常用 1:0.021:0.05，背坡可直立。顶宽0.15m，路肩墙0.2m，踵板采用等厚, 趾板端部厚度可减薄,但不小于 0.30m。悬臂式挡土墙构造简单，施工方便，能适应 较松软的地基，墙高一般在 6m9m 之间。 当地基土质较差或缺少石料而墙又较高时，通常采用悬臂式挡土墙，一般设计 成 l 型，由钢筋混凝土建造，墙的稳定性主要依靠墙踵悬臂以上土重来维持。墙体 内设置钢筋以承受拉应力，故墙身截面较小。 1.3.3 扶壁式挡土墙 由墙面板、墙趾板、墙踵板和扶肋组成，即沿悬臂式挡土墙的墙长方向，每隔 一定距离增设一道扶肋，把墙面板和墙踵板连接起来。适用于缺乏石料的地区或地 基承载力较差的地段。当墙高较高时，比悬臂式挡土墙更为经济。 1.3.4 锚定板及锚杆式挡土墙 锚定板挡土墙是由预制的钢筋混凝土立柱、墙面、钢拉杆和埋置在填土中的锚 定板在现场拼装而成，依靠填土与结构的相互作用力维持其自身稳定。与重力式挡 土墙相比，具有结构轻、柔性大、工程量少、造价低、施工方便等优点，特别适合 用于地基承载力不大的地区。设计时，为了维持锚定板挡土墙结构的内力平衡，必 须保证锚定板结构周围的整体稳定和土的摩阻力大于由土自重和荷载产生的土压力。 锚杆式挡土墙是利用嵌入坚实岩层的灌浆锚杆作为拉杆的一种挡土结构。 1.3.5 加筋土挡土墙 由墙面板、拉筋和填土三部分组成，借助于拉筋于填土间的摩擦作用，把土的 侧压力传给拉筋，从而稳定土体。即是柔性结构，可承受地基较大的变形；又是重 力式结构，可承受荷载的冲击、振动作用。施工简便、外形美观、占地面积小、而 且对地基的适应性强。适用于缺乏石料的地区和大型填方工程。 1.3.6 土钉墙 土钉墙是有面板、土钉与边坡相互作用形成的支挡结构。它适用于一般地区土 质及破碎软岩质地段，也可置于桩板挡土墙之间支挡岩土以保证边坡稳定。 土钉墙面层为喷射混凝土中间夹钢筋网，土钉要和面板有效连接，外端设钢垫 板或加强钢筋通过螺丝端杆锚具或焊接进行连接。 1.4 挡土墙的构造与布置 1.4.1 挡土墙的构造 常用的重力式挡土墙，一般由墙身、基础、排水设施和沉降、伸缩缝等几部分 组成。 1.4.1.1 墙身 (1)墙背 根据墙背倾斜方向的不同，墙身断面形式可分为仰斜、垂直、俯斜、凸形折线 式和衡重式等几种如图 1-1 所示。 图 1-1 重力式挡土墙的断面形式 a)仰斜；b)垂直；c)俯斜；d)凸形折线式；e)衡重式 以仰斜、垂直和俯斜式三种不同的墙背所受的土压力分析，在墙高和墙后填料 等条件相同时，仰斜墙背所受的土压力为最小，垂直墙背次之，俯斜墙背较大；因 此仰斜式的墙身断面较经济。用于路堑墙时，墙背与开挖的临时边坡较贴合，开挖 量与回填量均较小。但当墙趾处地面横坡较陡时，采用仰斜式墙背会增加墙高，断 面增大。故仰斜墙背适用于路堑墙及墙趾处地面平坦的路肩墙或路堤墙。仰斜墙背 的坡度愈缓，所受的土压力愈小，但施工愈困难，故仰斜墙背的坡度不宜缓于 1:0.3。 俯斜墙背所受的土压力较大，相对而言，俯斜墙背的断面比仰斜式要大。但当 地面横坡较陡时，俯斜式挡土墙可采用陡直的墙面，从而减小墙高。俯斜墙背的坡 度缓些固然对施工有利，但所受的土压力亦随之增加，致使断面增大，因此墙背坡 度不宜过缓，通常控制 a2148(即 1:0.4)。 垂直墙背的持点介于仰斜和俯斜墙背之间。 凸形折线墙背系将仰斜式挡土墙的上部墙背改为俯斜，以减小上部断面尺寸， 故其断面较为经济，多用于路堑墙，也可用于路肩墙。 衡重式墙背可视为在凸形折线式的上下墙之间设一衡重台，并采用陡直的墙面。 上墙俯斜墙背的坡度通常为 1:0.251:0.45，下墙仰斜墙背的坡度一般在 1:0.25 左右， 上下墙的墙高比一般为 2:3。适用于山区地形陡峻处的路肩墙和路堤墙，也可用于路 堑墙。 (2)墙面 墙面一般为平面，墙面坡度除应与墙背的坡度相协调外，还应考虑到墙趾处地 面的横坡度(影响挡土墙的高度)。当地面横坡度较陡时，墙面可直立或外斜 1:0.051:0.20，以减少墙高；当地面横坡平缓时，一般采用 1:0.201:0.35 较为经济。 (3)墙顶 重力式挡土墙可采用浆砌或干砌圬工。墙顶最小宽度，浆砌时边不小于 50cm； 干砌时应不小于 60cm。干砌挡土墙的高度一般不宜大于 6m。浆砌挡土墙墙顶应用 5 号砂浆抹平，或用较大石块砌筑，并勾缝。浆砌路肩墙墙顶宜采用粗料石或混凝 土做成顶帽，厚度取 40cm。干砌挡土墙顶部 50cm 厚度内，宜用 5 号砂浆砌筑，以 求稳定。 (4)护栏 为增加驾驶员心理上的安全感，保证行车安全，在地形险峻地段的路肩墙，或 墙顶高出地面 6m 以上且连续长度大于 20m 的路肩墙，或弯道处的路肩墙的墙顶应 设置护栏等防护设施。护栏分墙式和柱式两种，所采用的材料，护拦高度、宽度， 视实际需要而定。护栏内侧边缘距路面边缘的距离，应满足路肩最小宽度的要求。 1.4.1.2 基础 地基不良和基础处理不当，往往引起挡土墙的破坏，因此，应重视挡土墙的基 础设计。基础设计的程序是：首先应对地基的地质条件作详细调查，必要时须做挖 探或钻探，然后再来确定基础类型与埋置深度。 (1)基础类型 当地基承载力不足且墙趾处地形平坦时，挡土墙大多数都是直接砌筑在天然地 基上的浅基础。为减少基底应力和增加抗倾覆稳定性，常常采用扩大基础，如图 1- 2a)所示，将墙趾部分加宽成台阶，或墙趾墙踵同时加宽，以加大承压面积。加宽宽 度视基底应力需要减少的程度和加宽后的合力偏心距的大小而定，一船不小于 20cm。台阶高度按基础材料的刚性角的要求确定，对于砖、片石、块石、粗料石砌 体，当用低于 5 号的砂浆砌筑时，刚性角应不大于 35；对混凝土砌体，应不大于 40。 当地基压应力超过地基承载力过高时，需要的加宽值较大，为避免加宽部分的 台阶过高，可采用钢筋混凝土底板基础，如图 1-2b)所示，其厚度由剪力和主拉应力 控制 当挡土墙修筑在陡坡上，而地基又为稳定、坚硬的岩石时，为节省圬工和基坑 开挖数量，可采用台阶形基础，如图 1-2c)所示。台阶的高宽比应不大于 2:1台阶 宽度不宜小于 50cm。最下一个台阶的宽度应满足偏心距的有关规定，并不宜小于 1.52.0m。 如地基有短段缺口(如深沟等)或挖基因难(如局部地段地基软弱等)，可采用拱 形基础，如图 1-2d)所示，以石砌拱圈跨过，再在其上砌筑墙身。但应注意土压力不 宜过大。以免横向推力导致拱圈开裂。设计时应对拱圈予以验算。 当地基为软弱土层，如淤泥、软粘土等，可采用砂砾、碎石、矿渣或石灰土等 材料予以换填，以扩散基底压应力，使之均匀地传递到下卧软弱土层中。 图 1-2 挡土墙基础形式 a)扩大基础；b)钢筋混凝土底板；c)台阶形基础；d)拱形基础(纵断面) (2)基础埋置深度 挡土墙基础，应视地形、地质条件埋置足够的深度，以保证挡土墙的稳定性。 设置在土质地基上的挡土墙，基底埋置深度应符合下列要求： 无冲刷时，一般应在天然地面下不小于 1.0m； 有冲刷时，应在冲刷线下不小于 1.0m； 受冻胀影响时，应在冰陈线以下不小于 0.25m。非冰胀土层中的基础，例如 岩石、卵石、砾石、中砂或粗砂等，埋置深度可不受冻深的限制。 挡土墙基础设置在岩石上时，应清除表面风化层；当风化层较厚难以全部清除 时，可根据地基的风化程度及其相应的容许承载力将基底埋在风化层中。当墙趾前 地面横坡较大时，基础埋置深度用墙趾前的安全襟边宽度来控制，以防地基剪切破 坏。 1.4.1.3 排水设施 挡土墙的排水处理是否得当，直接影响到挡土墙的安全及使用效果。因此，挡 土墙应设置排水设施，以疏干墙后坡料中的水分，防止地表水下渗造成墙后积水， 从而使墙身免受额外的静水压力；消除粘性土填料因含水量增加产生的膨胀压力； 减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力。挡土墙的排水设施通常内地面排水和墙身排 水两部分组成。 地面排水可设置地面排水沟，引排地面水；夯实回填土顶面和地面松土，防止 雨水和地面水下渗，必要时可加设铺砌；对路堑挡土墙墙趾前的边沟应予以铺砌加 固，以防止边沟水渗入基础。墙身排水主要是为了迅速排除墙后积水。浆砌挡土墙 应根据渗水量在墙身的适当高度处布置泄水孔。如图 1-3 所示。 图 1-3 泄水孔及排水层 泄水孔尺寸可视泄水量大小分别采用 5cm10cm、10cm10cm、15cm20cm 的 方孔，或直径 510cm 的圆孔。泄水孔间距一般为 23m，上下交错设置。最下排泄 水孔的底部应高出墙趾前地面 0.3m；当为路堑墙时，出水口应高出边沟水位 0.3m： 若为浸水挡土墙则应高出常水位以上 0.3m，以避免墙外水流倒灌。为防止水分渗 入地基，在最下一排泄水孔的底部应设置 30cm 厚的粘土隔水层。在泄水孔进口处 应设置粗粒料反滤层，以避免堵塞孔道。当墙背填土透水性不良或有冻胀可能时， 应在墙后最低一排泄水孔到墙顶 0.5m 之间设置厚度不小于 0.3m 的砂、卵石排水层 或采用土工布。干砌挡土墙围墙身透水可不设泄水孔。 图 1-4 挡墙排水孔 1.4.1.4 沉降缝和仲缩缝 为了防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，应根据地基的地质条件及墙高、 墙身断面的变化情况设置沉降缝；为了防止圬工砌体因砂浆硬化收缩和温度变化而 产生裂缝，须设置伸缩缝。通常把沉降缝与伸缩缝合并在一起，统称为沉降伸缩缝 或变形缝。沉降伸缩缝的间距按实际情况面定，对于非岩石地基，宜每隔 1015m 设置一道沉降伸缩缝；对于岩石地基，其沉降伸缩缝间距可适当增大。沉降伸缩缝 的缝宽般为 23cm。浆砌挡土墙的沉降伸缩缝内可用胶泥填塞，但在渗水量大、 冻害严重的地区，宜用沥青麻筋或沥青木板等材料，沿墙内、外顶三边填塞，填深 不宜小于 15m；当墙背为填石且冻害不严重时，可仅留空隙，不嵌填料。 对于干砌挡土墙，沉降伸缩缝两侧应选平整石料砌筑，使具形成垂直通缝。 图 1-5 沉降缝 1.4.2 挡土墙的布置 挡土墙的布置是挡土墙设计的一个重要内容，通常是在路基横断面图和墙趾纵 断面图上进行，个别复杂的挡土墙尚应作平面布置。 1.4.2.1 横向布置 横向布置主要是在路基横断面图上进行，其内容有：选择挡土墙的位置、确定 断面形式、绘制挡土墙横断面图等。 (1)挡土墙的位置选择 路堑挡土墙，大多设置在边沟的外侧。路肩墙应保让路基宽度布设。路堤墙应与路肩墙进 行技术经济比较，以确定墙的合理位置。当路堤墙与路肩墙的墙高或圬工数量相近， 其基础情况亦相仿时，宜做路肩，因为采用路肩墙可减少填方和占地；但当路堤墙 的墙高或圬工数量比路肩墙显著降低，且基础可靠时，则宜做路堤墙。浸水挡土墒 应结合河流情况布置，以保持水流顺畅，不致挤压河道而引起局部冲刷。山坡挡土 墙应考虑设在基础可靠处，墙的高度应保证墙后墙顶以上边坡的稳定性。 (2)确定断面形式，绘制挡土墙横断面图 不论是路堤墙，还是路肩墙当地形陡峻时，可采用俯斜式或衡重式；地形平 坦时，则可采用仰斜式。对路堑墙来说，宜采用仰斜式或折线式。 挡土墙横断面图的绘制，选择在起讫点、墙高最大处、墙身断面或基础形式变 异处，以及其他必须桩号处的横断面图上进行。根据墙身形式、墙高和地基与填料 的物理力学指标等设计资料，进行设计或套用标准图，确定墙身断面尺寸，基础形 式和埋置深度，布置排水设施，指定墙背填料的类型等。 1.4.2.2 纵向布置 纵向布置主要在墙趾纵断面图上进行，布置后绘制挡土墙正面图，如图 1-6 所 示。 图 1-6 挡土墙正面图 (1)确定挡土墙的起讫点和墙长，选择挡土墙与路基或其他结构物的连接方式。 路肩墙与路堑连接应嵌入路堑中 23m；与路堤连接采用锥坡和路堤衔接；与桥 台连接时为了防止墙后回填土从桥台尾端与挡土墙连接处的空隙中溜出，应在台 尾与挡土墙之间设置隔墙及接头墙。 路堑挡土墙在隧道洞口比结合隧道洞门、翼墙的设置情况平顺衔接；与路堑边 坡衔接时，一般将墙顶逐渐降低到 2m 以下，使边坡坡脚不致于伸人边沟内，有时 也可用横向端墙连接。 (2)按地基及地形情况进行分段，布置沉降伸缩缝的位置。 (3)布置各段挡土墙的基础。 (4)沿挡土墙长度方向有纵坡时，挡土墙的纵向基底宜做成不大于 5的纵坡。 当墙址地面纵坡不超过 5时基底可按此纵坡市置；若大于 5时，应在纵向挖成 台阶，台阶的尺寸随地形而变化，但其高宽比不宜大于 1:2。地基为岩石时，纵坡虽 不大于 5，为减少开挖，也可在纵向做成台阶。 (5)布置泄水孔和护栏(护桩或护墙)的位置，包括数量、尺寸和间距。 (6)标注各特征断面的桩号，及墙顶、基础、基底、冲刷线、冰冻线相设计洪水 位的标高等。 1.4.2.3 平面布置 对于个别复杂的挡土墙，如高的、长的沿河挡土墙和曲线路段的挡上墙除了 横、纵向布置外，还应作平面布置，并绘制平面布置图。 在平面图上，应标示挡土墙与路线平面位置的关系，与挡土墙有关的地物、地 貌等情况，沿河挡土墙还应标示河道及水流方向，以及其他防护、加固工程等。 在挡土墙设计图纸上，应附有简要说明，说明选用挡土墙设计参数的依据，主 要工程数量，对材料和施工的要求及注意事项等以利指导施工。 1.5 设计的主要内容 公路挡土墙是用来支承路基填土或山坡土体, 防止填土或土体变形失稳的一种 构造物。在路基工程中, 挡土墙可用以稳定路堤和路堑边坡,减少土石方工程量和占 地面积,防止水流冲刷路基,并经常用于整治坍方、滑坡等路基病害。各类挡土墙的 使用范围取决于墙趾地形、工程地质、水文地质、建筑材料、墙的用途、施工方法、 技术经济条件及当地的经验等因素，研究荷载的大小和方向、基础埋置的深度、地 形地质条件、与既有构造物平顺衔接、容许的不均匀沉降、可能的地震作用、墙壁 的外观、环保的特殊要求、施工的难易和工程造价，综合比较后确定最合适的墙型。 本文就是通过这种探讨，选择一段合适的挡土墙。 挡土墙的类型有很多种，选择经济合理的挡土墙，才是设计的目的，既能保证 强度要求，又要经济。根据给定材料，结合山区公路的特殊地质条件，决定采用重 力式挡土墙。重力式挡土墙有普通重力式、衡重式、折线式。本人认为衡重式比折 线式能更好的承受墙后土压力，所以选择普通重力式和衡重式挡土墙。通过初选截 面，计算土压力，计算挡土墙的稳定性，进而检验所选挡土墙是否符合，写出挡土 墙计算书，确定出挡土墙最终截面。挡土墙还有一个重要环节就是施工工艺，挡土 墙由于条件位置的不同施工工艺也有很大区别，本文专门就山区重力式挡土墙施工 进行一些探讨。本文按以下步骤进行设计工作： (1)分析给定资料，初步拟定墙型； (2)确定设计方案：阐述设挡土墙的理由；选定挡墙类型(路堤，路肩，路 堑)，要有比较；选定挡墙形式(仰斜，俯斜，衡重)。 (3)初拟断面尺寸：确定分段长及与路堤的衔接方式；确定埋深、墙高及墙 背倾角，以上步骤后即可绘出挡土墙的纵断面图；初拟其他部位的尺寸(按各部分 对尺寸的基本要求拟定)。 (4)土压力计算： (5)稳定性验算(5 个项目均要分别对计算荷载和验算荷载进行计算)； (6)确定挡土墙的最终截面尺寸； (7)挡土墙的其他构造和施工。 第 2 章 挡土墙设计总则 2.1 挡土墙设计一般规定 (1)挡土墙类型应综合考虑工程地质、水文地质、冲刷程度、荷载作用情况、环 境条件、施工条件、工程造价等因素； (2)应根据墙背渗水合理布置排水沟造物。合理设置伸缩缝和沉降缝； (3)挡土墙墙背填料宜采用渗水性强的砂性土、砂砾、粉煤灰等材料，严谨采用 淤泥、膨胀土等； (4)挡土墙的顶面不宜占据硬路肩、行车道及路缘带的路基宽度范围； (5)墙身构造 重力式挡土墙的墙背坡度一股采用 1:0.25 仰斜，仰斜墙背坡度不宜缓于 1:0.3,俯 斜墙背坡度一般为 1:0.251:0.4； 衡重式或凸折式挡土墙下墙墙背坡度多采用 1:0.251:0.30 仰斜，上墙墙背坡度 受墙身强度控制，根据上墙高度，采用 1:0.251:0.45 俯斜。 (6)排水措施 挡土墙排水的作用在于疏干墙后土体和防止地表水下渗后积水，以免墙后积水 致使墙身承受额外的静水压力；减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力；消除粘性土 填料浸水后的膨胀压力。 设置地面排水沟，截引地表水； 夯实回填土顶面和地表松土，防止雨水和地面水下渗，必要时可设铺砌层； 路堑挡土墙趾前边沟应予以铺砌加固，以防边沟水渗入基础。 (7)基础埋置深度 基础埋置深度应按地基的性质、承载力的要求、冻胀的影响、地形和水文地质 等条件确定。挡土墙基础置于土质地基时，其基础深度应符合下列要求： 基础埋置深度不小于 lm； 受水流冲刷时，基础应埋置在冲刷线以下不小于 lm； 路堑挡土墙基础顶面应低于边沟底面不小于 0.5m； 挡土墙基础置于斜坡地面时，其趾部埋人深度和距地面的水平距离应符合下 表的要求。 2.2 设计资料 (1)设计路线 k58070k58130，傍山路线，设计高程均为 1654.50，山坡 为砾石地层，附近有开挖石方路堑的石灰岩片石供作挡土墙材料； (2)设计路段为直线段，横断面资料如横断面地形资料表； (3)山坡基础为中密砾石土，摩阻系数，基本载力；0.4f 520kpa (4)填土边坡为，路基宽度为。1:1:1.5m 7.0m (5)墙背填料为就地开挖砾石土，容重为，计算内摩阻角。18.6kn m35 (6)墙体用 50 号砂浆砌片石，容重为，容许压应力, 22.5kn m2450kpa 容许剪应力，外摩阻角。862.4kpa217.5 (7)设计荷载用汽15，验算荷载用挂80。 (8)稳定系数：滑动稳定系数，。1.3 c k 0 1.5k 2.3 墙址地形和地质平面图 一般挡土墙布置简单，不必专门施测大比例尺。对于下列情况宜有 1：5001：200 的工程地质平面图： (1)需要在纸上研究布置挡土墙的平面位置地段； (2)需要选取不同方向的地形、地质断面，而现场勘测又不易掌握选准的地段； (3)挡土墙设计牵涉有关改河、改沟、改移公路、拆迁建筑物等需用平面图反映 的地段； (4)根据总体防渗排水要求确定挡土墙需满足的侧向防渗排水要求。 2.4 地质横断面图 一般采用 1:200 比例尺。测绘时应考虑以下问题： (1)断面间距视地形、地质变化情况而定，以能满足设计、施工的要求为准。在 复杂情况下横断面间距采用 5l0m；基础标高变化不大的可采用 1025m。在墙的两 端应适当加密，以便确定挡土墙起讫位置。 (2)横断面宽度、精度除满足路基设计要求外，要考虑计算土压力的需要，因此， 代表性横断面应较一般断面宽些。 2.5 设计原则 按“极限状态分项系数法”进行设计，其设计的极限状态分构件承载力极限状态 和正常使用极限状态。 (1)承载力极限状态：整个挡土墙或挡土墙的一部分失去刚体平衡；挡土墙 构件或连接部件因材料承受的强度超过极限而破坏，或因超过塑性变形而不适于继 续承载；挡土墙结构变为机动体系或局部失去平衡。 按极限状态分项系数法进行设计，其设计的极限状态分构件承载力极限状态和 正常使用极限状态。 (2)正常使用极限状态：影响正常使用或外观变形；影响正常使用的耐久性 局部破坏；影响正常使用的其他待定状态。 极限状态的分项荷载系数除 ep 取 0.5 外，其余均取 1.0 (3)合力偏心距计算时的极限状态：分项荷载系数取值同正常使用极限状态。 2.6 设计方案 2.6.1 设置挡土墙的理由 该地段地形复杂，山坡较陡，大多数路基属于半填半挖式，且填方量较大；为 了防止填方路基沿边坡向下滑动，并且减少填方的数量，需要设置路肩墙或路堤墙。 同时，由于该处路基挖方量相对较少，边坡能够在开挖后比较稳定，所以不用设置 路堑墙，只需对坡面采取植物防护即可。 2.6.2 挡土墙类型和形式 选择路肩墙，因为通过试算判断，路堤墙的墙高比路肩墙要高，又因其所处地 形横坡陡峻，墙背采用俯斜式，可以利用陡直墙面减小墙高、减少占地。若采用仰 斜式，虽然墙后压力较俯斜式小，但其较小的墙体自重不能提供足够的抗倾覆能力。 因此在 k58+80 和 k58+120 处采用俯斜式路肩墙。而在 k58+90k58+110 处，地形 较陡，通过初步试算，采用俯斜式路肩墙比用衡重式圬工量多，且较难通过验算， 所以在此段内用衡重式路肩墙。 第 3 章 挡土墙设计 3.1 俯斜式挡土墙计算 k58+80 和 k58+120 处采用俯斜式挡土墙 3.1.1 截面尺寸拟定 由已知设计资料和工程地质条件,所设的俯斜式挡土墙墙高， 5.5mh ，底宽,墙身分段长度为 7.8m。如20 1 0.8mb 0.85.5 tan202.802mb 图 3-1 所示。 图 3-1 俯斜式挡土墙的截面尺寸图 3.1.2 车辆荷载换算 对于设计荷载：汽15 求破裂面棱体宽度 0 b 假设破裂面交于荷载内侧 352017.572.5 00 0 2(2)tan2 0.5 0.46 0.3640.351 (2)5.5 (5.52 0.46) dhh hh a h hh tantan(tancot )(tan)0.43a 23.28 (,所以破裂 0 tantan5.5 0.435.5 0.364=4.367mbhh5.50.56m 面交在荷载内)。 汽车15 作用时，l 取挡土墙的分段长度 7.8m 车轮中心距路基边缘 0.5m， 0 72 0.56mb 所以重车在破裂棱体内能布置两辆。400kng 00 400 7.8 6 18.60.46mhg b l 对于验算荷载：挂80 挂车80 作用时，l 取挡土墙分段长度和车辆扩散长度两者较大值 6.45.5 tan309.575ml 车轮中心距路基边缘 1m， 0 72 15mb 所以800kng 00 800 9.575 5 18.60.898mhg b l 3.1.3 主动土压力计算 对于设计荷载：汽15 cos() (tantan) sin() k cos 23.2835tan23.28tan20sin 23.2872.50.42 1 0.5tan23.28tan200.63m tantan d h 01 1 22 0.460.63 1(1)1(1)1.148 5.55.5 hh k hh 2 1 1 0.5 18.6 30.25 0.42 1.148135.64kn/ m 2 eh kk cos()107.61kn/ m x ee sin()82.57kn/ m y ee 土压力作用点： 22 010 1 2 1 22 2 (2 ) 32 5.50.46 (5.52 0.63)0.46 0.63 1.95m 32 5.51.148 h hhh hh zx h k tan2.802 1.95 0.3642.092m yx zbz 对于验算荷载：挂80 假设破裂面交于荷载中部 00 0 2(2)tan2 1 0.898 0.3640.319 (2)5.5 (5.52 0.898) dhh hh a h hh 24.26 破裂棱体宽度 (7m，与假设相符)。 0 tantan5.5 0.451 5.5 0.364=4.482mbhh cos()0.511 (tantan)0.8150.419 sin()0.993 k 1 1 tan24.26tan201.227m tantan d h 01 1 22 0.8981.227 1(1)111.254 5.55.5 hh k hh 2 1 1 0.5 18.6 30.25 0.419 1.254147.815kn/ m 2 eh kk cos()117.27kn/ m x ee sin()89.98kn/ m y ee 土压力作用点： 2222 010 1 22 1 (2 )5.50.898 (5.52 1.227)0.898 1.227 2.339m 3232 5.51.254 h hhh hh zx h k tan2.8022.339 0.3641.95m yx zbz 比较设计荷载与验算荷载计算结果可知，验算荷载时的土压力较大，而且主动 土压力的作用点与设计荷载时相近，故墙身断面尺寸应由验算荷载(挂车80)控 制。 3.1.4 稳定性验算 一般情况下，挡土墙的抗倾覆稳定性较易满足，墙身断面尺寸主要由抗滑动稳 定性和基底承载力来控制。故选择基底倾角。 0 8 计算墙身自重 w 力臂(取墙长 1m 计) w z 墙身重 w 及其力臂计算图示如图 3-2 所示 w z 图 3-2 墙身重 w 及其力臂图 w z 11 () 22 a bbbh wh 2.8020.82.802 0.394 22.5 (5.5)210.454kn/ m 22 由力矩平衡原理得： 1111 11 () 22323 wa bbbbbbhb wzbhhb 求解得： w z0.997m 3.1.4.1 抗滑稳定性验算 00 00 cossin() 1.691.3 cos()sin cc wef kk ew 抗滑稳定性满足要求。 3.1.4.2 抗倾覆稳定性验算 0 1 1.671.5 () wyy c xx wzez kk e zh 抗倾覆稳定性满足要求。 3.1.5 基底应力与偏心距验算 00 cossin()313.835knnwe 1 () 0.5m n wyyxx wzeze zh z n 0 0.9m60.467m 2 n b ezb 偏心距不满足要求。 将墙趾加宽成宽 0.8m，高 0.4m 的台阶后进行验算： 210.454 (0.9970.8)89.98 (1.950.8) 313.835 117.27 (2.3390.3940.88 ) 313.835 1.309m n z tan 0 0.492m60.6m 2 n b ezb 偏心距满足要求。 1 6313.8356 0.492 (1)(1)158.53kpa520kpa 3.6023.602 a ne bb 2 6313.8356 0.492 (1)(1)15.72kpa520kpa 3.6023.602 a ne bb 基底应力满足要求。 3.1.6 墙身截面强度验算 取墙高 3m 处的截面 1 tan1.89mbbh 1 1.890.8 22.5390.79kn/ m 22 a bb gh 111 11 () 223 wa bbbbb gzbhhb 求解得 0.71m g z 22 1 1 0.5 18.6 30.419 1.25443.98kn/ m 2 eh kk cos()34.89kn/ m x ee sin()26.77kn/ m y ee / 2 0.919m 3 x h zk tan1.556 yx zbzm 90.79 0.7126.77 1.55634.89 0.919 0.64m 90.7926.77 n gyyxx gzezez z n 1.89 20.640.305mb 60.315m 2 n b ez 1 690.7926.776 0.305 (1)(1)122.43kpa2450kpa 1.891.89 ne bb () 34.89(90.7926.77) 0.4 6.42kpa 862.4kpa 1.89 xy egef b 经计算，各项指标均符合规定要求。 3.2 衡重式挡土墙计算 k58+90 至 k58+110 处采用衡重式挡土墙(k58+90 和 k58+110 处的挡土墙由 k58+100 处按适当比例缩小)。 3.2.1 截面尺寸拟定 由已知设计资料和工程地质条件，所设衡重式挡土墙，墙高，上墙8.5mh ，墙背俯斜 1:0.33()，衡重台宽，下墙，墙 1 3.2mh 1 1815 1.2md 2 5.3mh 背仰斜 1:0.25()，墙面坡度 1:0.05，墙身分段长度为 12m。 2 14 02 如图 3-2 所示： b h1h2 b1 d1 1:0.33 1:0.25 1:0.05 h0 图 3-2 衡重式挡土墙截面尺寸图 3.2.2 车辆荷载换算 对于设计荷载：汽15 汽车15 作用时，l取挡土墙的分段长度 12m 车轮中心距路基边缘 0.5m， 0 72 0.56mb 所以重车在破裂棱体内能布置两辆。560kng 00 560 12 6 18.60.418mhg b l 对于验算荷载：挂80 挂车80 作用时，l 取挡土墙分段长度和车辆扩散长度两者较大值 6.48.5 tan3011.307m12mll 所以l取挡土墙分段长度 12m 车轮中心距路基边缘 1m， 0 72 15mb 所以 800kng 00 800 12 5 18.60.717mhg b l 3.2.3 上墙土压力计算 3.2.3.1 计算破裂角 判断是否出现第二破裂面？ 假象墙背倾角为 111 1 1 1 tan3.2 0.33 1.2 tan0.705 3.2 31.28 hd h 假设破裂面交于荷载内，按公路设计手册 路基中表 322 第一类公式， 1 45/24535 /227.5 i 1 tan0.521 3.2.3.2 验算破裂面位置 第一破裂面距墙顶内缘 对于设计荷载：汽15 ， 1110 (tantan)3.923( 6m)hb 破裂面交于荷载内，与假设相符，采用公式正确。 而，故出现第二破裂面。 1 27.535.18 i 对于验算荷载：挂80 111 (tantan)3.9235mh 同样破裂面交于荷载内，与假设相符。 又由于，也将会出现第二破裂面。 1 27.535.18 i 3.2.3.3 计算主动土压力 1 e 按公路设计手册 路基中表 322 第一类公式计算 对于设计荷载：汽15 2 tan (45/2) 0.586 cos(45/2) k 0 1 1 22 0.418 111.26 3.2 h k h 主动土压力 22 111 11 18.6 3.20.586 1.2670.32kn 22 eh kk 11sin( )70.32 sin(27.535 )62.37kn yi ee 11cos( )70.32 cos(27.535 )32.47kn xi ee 对上墙的力臂： 0 11 1 0.418 /33.2/31.117m 33 1.26 x h zh k 12211 tan0.05 5.3 1.716 1.2 1.117 0.5212.6m yxi znhbdz 对于验算荷载：挂80 2 tan (45/ 2) 0.586 cos(45/ 2) k 0 1 1 22 0.717 111.45 3.2 h k h 主动土压力 22 111 11 18.6 3.20.586 1.4580.92kn 22 eh kk 11sin( )80.92 sin(27.535 )71.78kn yi ee 11cos( )80.92 cos(27.535 )37.36kn xi ee 对上墙的力臂： 0 11 1 0.717 /33.2/31.231m 33 1.45 x h zh k 12211 tan0.05 5.3 1.716 1.2 1.231 0.5212.540m yxi znhbdz 3.2.4 下墙土压力计算 3.2.4.1 求破裂角 对于设计荷载：汽15。 假设破裂角交于荷载外，则 2 3517.514.0438.46 tan0.794 001111 00 221 tantan2.577m 2 0.035 2 bbdhh b h a hhh 2 tantan(cottan)(tan)0.653a 2 33.15 对于验算荷载：挂80 假设破裂角交于荷载外。则 2 3517.514.0438.46 tan0.794 001111 00 221 tantan2.077m 2 0.048 2 bbdhh b h a hhh 2 tantan(cottan)(tan)0.574a 2 29.85 3.2.4.2 验算破裂面位置 对于设计荷载：汽15 222110 tantantan8.5 0.6535.3 0.253.2 0.7056.48( 6 )hhhbm 破裂面交于荷载之外，与原假定相符，采用公式正确。 对于验算荷载：挂80 222110 tantantan8.5 0.5745.3 0.253.2 0.7055.81( 5m)hhhb 破裂面交于荷载之外，与原假定相符，采用公式正确。 3.2.4.3 计算主动土压力 2 e 对于设计荷载：汽15 0 2 22 021 1 2 22 2 22 2 2 221 6.395m tantan 22 12.398 cos tantan0.158 sin 1 98.98kn 2 b h h hh k hh k eh kk 2222 cos()98.98 cos( 14.0417.5 )98.80kn/ m x ee 2222 sin()98.98 sin( 14.0417.5 )5.97kn/ m y ee 0222 21 2 2 121 34 2.221m 333 x h hhhhh z kh k 222 tan2.411m yx zbz 对于验算荷载：挂80 0 2 22 021 1 2 22 2 22 2 2 221 6.41m tantan 22 12.535 cos tantan0.149 sin 1 98.67kn 2 b h h hh k hh k eh kk 2222 cos()98.67 cos( 14.0417.5 )98.49kn/ m x ee 2222 sin()98.67 sin( 14.0417.5 )5.95kn/ m y ee 0222 21 2 2 121 34 2.230m 333 x h hhhhh z kh k 222 tan2.418m yx zbz 3.2.5 墙身截面计算 经试