挡土墙设计详解

加筋土支挡结构课程设计加筋土支挡结构课程设计 班级 班级 姓名 姓名 学号 学号 指导老师 指导老师 时间 时间 20162016 年年 1212 月月 第一章第一章 加筋土挡土墙加筋土挡土墙 一 一 概述概述 加筋土挡土墙指的是由填土 拉带和镶面砌块组成的加筋土承受土体侧力 的挡土墙 加筋土挡土墙是在土中加入拉筋 利用拉筋与土之间的摩擦作用 改善土 体的变形条件和提高土体的工程特性 从而达到稳定土体的目的 加筋土挡土 墙由填料 在填料中布置的拉筋以及墙面板三部分组成 一般应用于地形较为 平坦且宽敞的填方路段上 在挖方路段或地形陡峭的山坡 由于不利于布置拉 筋 一般不宜使用 挡土墙是公路工程中应用中最广泛的一种构筑物 是一种支撑路堤土和山 体土坡 防止填土和土体变形失稳 承受侧向土压力的建筑物 随着时代的发 展和对出行的需要 高速公路建设要求也日益增高 挡土墙也显着越来越重要 其结构形式也向着多样化发展 设计理念也不断创新 可谓是与时俱进 加筋 土挡土墙是在土中加入拉筋 利用拉筋与土之间的摩擦作用 改善土体的变形 条件和提高土体的工程特性 从而达到稳定土体的目的 二 二 加筋土挡土墙特点加筋土挡土墙特点 加筋土实质上是填土 拉筋 面板三者的结合体 土和拉筋之间的摩擦改 善了土的物理力学性质 使土与拉筋结合成为一个整体 在这个整体中起控制 作用的是填土与拉筋间的摩擦力 面板的作用是阻挡填土或填砂的坍塌挤出 迫使填料与拉筋结合为整体 加筋土挡墙就是利用填土与拉筋的摩擦力去平衡 填土的侧压力 这样就使得加筋土挡墙更加轻型化和简单化 近年来加筋土技 术广泛应用于土木工程 其优越性愈来愈明显 经归纳 其特点概括如下 1 组成加筋土的面板和筋带可以预先制作 在现场用机械 或人工 分层 填筑 这种装配式的方法 施工简便 快速 并且节省劳力和缩短工期 2 加筋土是柔性结构物 能适应地基轻微的变形 3 加筋土挡土墙抗振动性强 因此它也是一种良好的抗震结构物 4 加筋土挡土墙节约占地 造型美观 加筋土挡土墙的墙面板可以垂直 砌筑 可大量减少占地 挡土墙的总体布设和面板的型式图案可根据周围环境 特点和需要进行设计 5 加筋土挡土墙造价比较低 加筋土挡土墙与钢筋混凝土挡土墙相比 可减少造价一半 与石砌重力式挡土墙比较 也可节约20 以上 同时 加筋土 挡土墙的造价随墙高的增加而节省效果愈显著 因此它具有良好的经济效益 三 工作原理三 工作原理 加筋土的工作原理是拉筋与填土 通常是颗粒材料 之间的摩擦作用 可以 解释为 加筋土看作是由拉筋和土组成的一种复合材料 三轴试验表明 对干 燥的砂土试样施加竖向压力 试样会产生侧向膨胀 如果土中水平放置不易延 伸的拉筋后 由于筋土的摩擦作用 使拉筋受到拉力 而给予土料的侧向位移 以约束力 这就好象在试样上又施加一个侧向压力 当竖向压力增加时 侧向 约束力随之增大 直到土与拉筋之间出现滑移或拉筋断裂 试样才破坏 因而 加筋土的强度相应获得提高 为使侧向约束力较大 一方面要设法增加土粒和拉筋接触面上的摩擦力 也就是采用料径较大的填料和表面粗糙的扁形拉筋 另一方面 应使用延展性 较差的材料做拉筋 材料的延展性过大 拉筋将随土料侧向位移一起变形 而 起不到侧向约束使用 就不能提高土的强度 拉筋一般应水平布设并垂直于墙 面 拉筋在稳定区内必须有足够的长度 以防止拉筋被拔出 五 加筋土挡墙的形式五 加筋土挡墙的形式 常见的加筋土挡土墙形式有下列几种 1 单面式加筋土挡土墙 2 双面式加筋土挡土墙 双面式中又分为分离式 交错式以及对拉式加 筋土挡土墙 3 台阶式加筋土挡土墙 4 无面板加筋墙 第二章第二章 挡土墙设计资料挡土墙设计资料 一 一 基本资料基本资料 某地区高速公路上拟设计一座路堤式加筋土挡土墙 据调查 挡土墙不 受浸水影响 已确定挡土墙全长为260m 沉降缝间距离采用15m 缝宽2 3m 缝内填塞沥青麻布或沥青木板 典型计算断面见图示 挡土墙墙高9 75m 填 土高度0 7m 墙顶边为1 0 3坡率 设计计算基本资料按下列要求选取 1 路基宽度为26m 路面宽18 5m 2 荷载标准为公路 级 3 填土采用粗砂填料 容重 內摩擦角 粘聚力C 18 5 3 33 0kPa 4 地基为硬塑黏土 容重 內摩擦角 粘聚力C 60 18 0 3 26 kPa 5 墙顶填土材料采用与加筋土相同填料 6 设计墙高9 75m 墙顶填土高0 7m 填料內摩擦角32 地基土內摩擦 角25 粘聚力53kPa 二 挡墙的设计二 挡墙的设计 加筋挡土墙的示意图 加筋土挡墙立面示意图 加筋土挡墙断面示意图 三 加筋挡土墙的设计内容三 加筋挡土墙的设计内容 由已知条件可知 H 9 33m bb 0m m 1 5 H 0 5m 由 公路 加筋土工程设计规范 JTJ 015 91 中的公式 2 2 2 可知 11 3 0 2 33 9 5 1 1 2 m 1 bb H m 3 11m H 0 5m 1h H 0 5m 故加筋体上填土重力的土层厚度为 1h 0 5m 因此 加筋体上路堤填土对第 i 层拉筋产生的拉力 i1i 1Kh 2 1 T 计算公路二级重车作用产生的拉力 1 计算荷载布置长度 已知公路二级重车的前后轴距 L 3 1 4 7 1 4 12 8m 车轮接 地长度 a 0 2m 由规范中的公式 2 3 22 可知 18 77mtan308 80 620 2012 8 B 因挡土墙分段长度大于 10m 故取扩散长度 mB2018 77m 2 计算荷载布置宽度 1 按活动区宽度布置汽车荷载来求 已知 3 10 00 18 77 18 48 1 2752 550mKNmBmLKNKNG 由规 范公式 2 3 2 1 可知 mh55 0 00 1848 1 77 18 275 1 2 按路基全宽布置汽车荷载来求 因路面宽为 18 5m 横向可布置四辆重车 3 10 00 18 77 18 26 00 22005504mKNmBmLKNKNG mh25 0 00 1826 0077 18 2200 2 由上可看出 12hh 故取 h 0 55m 在深度 hi 处 拉筋承受的拉力为 viaiiSKT 2 其中 路堤式挡土墙在车辆荷载作用下 深度 i z 处的垂直应力按下 式计算 ci c ai L L h11 式中 ai 车辆荷载作用下 加筋体内深度 i z 处的垂直应力 cL 结构计算时采用的荷载布置宽度 ciL 深度 i Z 处应力扩散宽度 按照下式计算 当 c i bHz2 时 i ccizHLL 当 c i bHz2 时 2 b i ccci zH LL c b 面板背面至路基边缘距离 计算加筋体自重产生的拉力 根据应力分析法的基本假定和基本原理 加筋体自重第 i 层拉 筋产生的拉力 3iT 为 vii3iSzKT 上式中 iK 水平土压力系数 320 0 2 45 tana 2 K 当 mz6 1 时 66 1 11 0 z K z KK ai 当 mz6 1 时 ai KK 0 K 静止土压力系数 sin1 0 K a K 主动土压力系数 i Z 第 i 单元结点至加筋体顶面垂直距离 m 四 筋带所受拉力计算 筋带所受拉力可按照下式计算 iiiviaiTTTSKhT321121Zii 2 1 式中 1 加筋体填料容重 3 mkN 2 加筋体上填土容重 3 mkN vS 筋材之间的垂直距离 m 1iT 加筋体路堤填土产生的拉力 2iT 车辆荷载产生的拉力 3iT 加筋自重产生的拉力 计算列表进行如下所示 加筋体上填土及其上车辆荷载作用下垂直应力计算图 筋带层号Zi m kiLi m ai T1T2T3Ti 10 00 0 48 19 00 9 01 2 22 3 67 6 22 12 11 20 70 0 44 19 70 8 69 2 04 3 26 5 72 11 03 31 40 0 40 20 20 8 47 1 87 2 91 5 23 10 01 42 10 0 37 20 55 8 33 1 69 2 59 4 74 9 02 52 80 0 33 20 90 8 19 1 52 2 28 4 24 8 04 63 50 0 29 21 25 8 05 1 34 1 98 3 75 7 07 74 20 0 25 21 60 7 92 1 16 1 69 3 26 6 11 84 90 0 21 21 95 7 80 0 99 1 41 2 76 5 17 95 60 0 18 22 30 7 67 0 81 1 14 2 27 4 23 106 30 0 32 22 65 7 56 1 48 2 06 4 14 7 68 117 00 0 32 23 00 7 44 1 48 2 02 4 14 7 65 127 70 0 32 23 35 7 33 1 48 1 99 4 14 7 62 138 40 0 32 23 70 7 22 1 48 1 96 4 14 7 59 149 10 0 32 24 05 7 12 1 48 1 94 4 14 7 56 五 加筋复合体内部稳定验算 筋材抗拉断验算 筋材长度按下式计算 aeL LL 式中 L 总长度 m aL 筋材在主动区的长度 aL 0 3H 3m eL 筋材有效长度 按照下式计算 m f SK F fh T FL va s v i s10 35m 0 8tan31 7 00 320 1 5 2 1 5 0 2 1 e eL 的取值为 1m 故每层筋材下料长度为 6 04 sin73 3 1 232L v ea S LL m 因而为了安全起见 取L的长度为 7m 钢材抗拔出验算 考虑到筋材上下两面都承受摩擦力 抗拔安全应符合下式要求 s iaiii F fLZTT 1 22i 式中 f 筋材与周围土的摩擦系数 48 0 31tan8 0tan8 0 f sF 要求的安全系数 5 1s F 0 35m 0 8tan31 0 700 32 1 5 2 1 5 0 2 1 e f SK F fh T FL va s v i s 因而实际取为 eL 1m mZiHL88 4 2 31 45tan7 033 9 2 45tana mmmmLaLL788 5 88 400 1 e 由此可见 设计满足抗拉断和抗拔出要求 六 加筋复合体外部稳定性验算 基底底面地基应力验算 1 基底面上垂直力 N KN m 3 78180 50 258 51 W m6 52518 2 1 0 51 452KNW m1175 58189 3373KNW m 901564KNW KN m41 13509058 1751525 6 3 784321 WWWWN 2 墙背上水平土压力 路基顶面 1 点处水平压力 akPP30 3472 3 48 01825 0 48 0 18a 路基顶面 2 点处水平压力 akPP09 8748 033 9 5 025 0 18b 160 8KN m 2 1 624 614 56 E KNE 1 15120cos 8 160cosEax KNEE99 5420sin 8 160sinay 3 求各力对基底重心 o 点的力矩 m1719 73KN 0 6180 5 1 45 2 1 4 07185 80 50 252 77182 9270 518671 M mKNME 12 16057 2 1 15115 499 54 m61 5591160 12 1719 731KNMMME 4 由规范中的公式 5 2 8 可知 akP89 38397 190915 192 7 61 15596 7 41 1350 2 max akP95 1 90 971 915 192 7 61 15596 7 41 1350 2 min 已知地基容许承载力 akP500 3000 0 min0max 地基承载力满足要求 基底滑移稳定验算 查规范表 5 1 3 可知 当荷载组合为 时 要求的基底滑移稳定系 数 3 1c K 查表 5 1 5 取基底摩擦系数 0 3 垂直合力 KN m41 3501 N 水平合力 160 8KN m ET 由规范中的公式 5 2 9 52 2 8 160 41 13503 0 c T N K cKK c 基底滑移稳定性满足要求