加筋土挡土墙-毕业设计

1 目目 录录 第 1 章 绪论 1 1 1 挡土墙介绍 1 1 2 挡土墙分类与加筋土挡土墙概述 2 1 2 1 重力式挡土墙 2 1 2 2 悬臂式挡土墙 2 1 2 3 扶壁式挡土墙 3 1 2 4 锚定板及锚杆式挡土墙 3 1 2 5 土钉墙 3 1 2 6 加筋土挡土墙 3 1 3 加筋土挡土墙设计内容 5 第 2 章 设计基本资料 7 2 1 设计计算内容 7 2 2 基本参考资料 8 2 3 工程设计资料 9 第 3 章 设计计算内容 10 3 1 填料 10 3 2 拉筋 10 3 3 墙面板 11 3 4 沉降缝 11 3 5 结构尺寸设计 12 3 6 基础设计及整体稳定性分析 12 3 6 1 挡土墙基础设计 12 3 6 2 挡土墙基础计算 13 3 6 3 水平土压力计算 16 3 6 4 垂直土压力计算 17 3 6 5 内部稳定性验算 18 3 6 6 外部稳定性验算 25 3 6 7 轴向力偏心距 28 3 7 设计计算内容 28 3 7 1 筋带受力计算 28 2 3 7 2 内部稳定计算 30 3 7 2 外部稳定计算 34 第 4 章 加筋土挡土墙施工 40 4 1 加筋土挡土墙施工特征 40 4 2 施工准备及原材料选择 41 4 3 加筋土挡土墙基础施工 42 4 4 砂砾石垫层施工 42 4 5 加筋土工格栅的铺设 43 4 6 锚杆施工 43 4 7 泄水孔施工 43 4 8 填料填筑 44 4 9 加筋土挡土墙面板施工 45 4 10 帽石 栏杆施工 46 4 11 施工关键环节 46 第 5 章 设计总结 48 参考文献 51 结束语 52 致 谢 53 附录 A 外文翻译 54 A 1 相关外文资料 54 A 2 对应中文翻译 58 附录 B 有关图纸 61 B 1 墙面板图 61 B 2 挡土墙横断面图 62 石家庄铁道大学毕业设计 1 第 1 章 绪论 1 1 挡土墙介绍 挡土墙是公路工程中广泛采用的一种构造物 是一种支承路堤土或山坡土体 防止填土或土体变形失稳 承受侧向土压力的建筑物 随着我国高等级公路建设的 飞速发展 特别是高等级公路建设向中西部地区的推进 路基挡土墙越来越显得重 要 应用越来越多 而且其结构形式日新月异 设计理论也在不断发展 挡土墙的类型很多 根据墙体的自身刚度可将其分为柔性挡土墙和刚性挡土墙 根据挡土墙的结构形式可将其分为重力式挡土墙和轻型挡土墙 根据挡土墙在路基 横断面上的位置可分为路堑挡土墙 路肩挡土墙 路堤挡土墙 山坡挡土墙 抗滑 挡土墙 站台挡土墙等 根据建筑材料可分为石 混凝土及钢筋混泥土挡土墙等 根据所处的环境条件可氛围一般地区挡土墙 浸水地区挡土墙与地震地区挡土墙等 等 目前世界上最常用的一种挡土墙形式即为重力式挡土墙 这是世界上最古老的 的挡土墙结构形式 其形式简单 施工方便 可就地取材 适用性强 因而广泛使 用 为适应不同地区的条件和发展新技术的需要 各种形式的挡土墙也应运而生 悬臂式 扶壁式 板桩式 加筋土式挡土墙等 现代加筋土的概念和设计理论是 20 世纪 60 年代由法国工程师 Henri Vidal 首创 的 作为仅次于钢筋混凝土 预应力钢筋混凝土的又一次发明 加筋土技术在世界 范围内发展开来 根据他的设计理论于 1965 年在法国普拉聂尔斯成功修建了一座公 路加筋土挡土墙 该项工程立刻引起了世界工程界的浓厚兴趣 引起了世界各国的 重视 得到很高评价 国外誉之为仅次于钢筋混凝土 预应力钢筋混凝土的又一次 发明 以后 世界各国普遍开展了加筋挡土墙的实验和设计工作 加筋土挡土墙既安全又经济 因此这种新技术立即引起了世界各地的土木界工 程师们的关注 从而不仅在欧洲而且在美国 澳大利亚 加拿大 印度 泰国 日 本等地被广泛地应用于铁路 公路 港口码头和工业与民用建筑中 据 1977 年的统 计 世界上就修建了 1500 余座加筋土结构 并投入使用 其中有 700 余座加筋土桥 台 上世纪仅仅在美国就修建了 2 万多座加筋土结构 在西班牙 1971 年建造了第一座加筋土挡墙 随后的发展和推广应用也相当快 美国 1972 年修 建加州 39 号公路时开始使用 联邦公路局专门有班子从事有关研究 和应用工作 其推广应用和研究开发也相当快 其它许多国家也先后使用和推广了 石家庄铁道大学毕业设计 2 加筋土技术 加筋土工程已从加筋土挡墙发展应用到桥台 护岸 堤坝 建筑物基 础 铁路路堤 码头 防波堤 水库 尾矿坝 储仓及核设施 军用设施等多个领 域 1978 年我国才在云南建成第一座加筋土挡土墙 该挡土墙采用链接的钢筋混凝 土筋条 直到 20 世纪 80 年代中叶 我国才开始研究和开发土工织物 之后 加筋 土理论与技术都得到了较大较快的发展 现在 加筋土已用来加固建筑地基 形成 公路 铁路路堤 构筑加筋土挡土墙等等 但罕用之于桥台 据估计 在我国大陆 已建筑并投入使用 10000 个以上的加筋土工程 我国加筋土主要用之于加筋土挡土墙 上世纪 90 年代初出台了加筋土挡墙设计 规范 世纪末建设部 交通部以及水利部分别颁布了土工合成材料加筋土挡墙设计 规范或标准 国内使用的加筋包括有钢筋混凝土条 土工带 PP 土工格栅 双向钢 塑土工格栅等 而加筋膜在我国还很少用 面板主要还是非延性的预制钢筋混凝土 板 近年来由于我国国民经济稳定高速发展 交通运输业发展很猛 从而带动加筋 土技术在公路 铁路 港口码头建设中的发展与应用 推进了新型挡土墙的发展与 研究 期间 建成了一些多级超高加筋土挡土墙 如三峡移民工程巫山新城的 57m 高加筋土挡土墙等等 并引发了相关的研究 1 2 挡土墙分类与加筋土挡土墙概述 1 2 1 重力式挡土墙 重力式挡土墙一般由块石或混凝土材料砌筑 重力式挡土墙是靠墙身自重保证 墙身稳定的 因此 墙身截面较大 适用于小型工程 通常墙高小于 8 米 但结构 简单 施工方便 能就地取材 因此广泛应用于实际工程中 1 2 2 悬臂式挡土墙 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 石家庄铁道大学毕业设计 3 1 2 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 2 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 2 5 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 2 6 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 加筋土挡土墙是利用加筋土技术修建的一种轻型支挡结构物 是由墙面板 拉 筋 填料和基础组成的柔性复合结构物 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 加筋土是柔性结构物 能够适应地基轻微的变 形 填土引起的地基变形对加筋土挡土墙的稳定性影响比对其他结构物小 地基的 石家庄铁道大学毕业设计 4 处理也较简便 它是一种很好的抗震结构物 节约占地 造型美观 造价比较低 具有良好的经济效益 加筋土挡墙 与传统的重力式挡土墙 混凝土挡土墙相比较 是有经济优势的 挡土墙愈高 加筋土挡土墙的经济优势就愈大 对加筋土挡墙的分析与比较认为 加筋土挡墙可以节约 20 50 工程造价 便宜但耐久的拉筋激发潜在滑面后的稳定 土体来协助保持结构的稳定 因而不需要大量的圬工 造价就得以降低 在公路与 铁路路堤的建设中 援用加筋土技术尚可以节省大量的用地 加筋土本身就是一种组合材料 由于加筋与土的相互作用 加筋土加强了土颗 粒间的联系 从而增加了土的抗剪强度 减少了沉降变形 使用土工织物或土工合 成材料来做加筋材料的挡土结构是柔性的 地震时 这样的加筋土结构可以比传统 的圬工挡土墙吸收更多的能量而不产生功能上的破坏 模型实验与已发生的地震业 已证明加筋土结构是抗震性能优良的结构 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 加筋土是柔性结构物 能够适应地基轻微的变形 填土引起的地基变形对加筋 土挡土墙的稳定性影响比对其他结构物小 地基的处理也较简便 它是一种很好的 抗震结构物 节约占地 造型美观 造价比较低 具有良好的经济效益 加筋土挡土墙施工简便 快速 并且节省劳力和缩短工期 一般包括下列工序 基槽 坑 开挖 地基处理 排水设施 基础浇 砌 筑 构件预制与安装 筋带铺设 填料填筑与压实 墙顶封闭等 其中现场墙面板拼装 筋带铺设 填料填筑与压实 等工序是交叉进行的 同时加筋挡土墙的使用也存在很多的问题 受到一定条件的 限制 挡墙背后需要充足的空间 以获得足够的墙宽来保证内部和外部稳定性 对 于钢材加筋的锈蚀 用作暴露面层的土工合成材料在紫外线照射下的变质 以及填 土中聚酯类加筋材料的老化等问题 需要制定合适的设计标准 前加筋土系统的设 计和施工经验仍不成熟 故规范尚需进一步完善 石家庄铁道大学毕业设计 5 1 3 加筋土挡土墙设计内容 工点位于九度地震区 上层覆土 5 15cm 下伏基岩为砂岩夹页岩 泥岩 灰 岩和花岗斑岩 覆盖层承载力 0 25 0 30MPa 基岩承载力为 0 3 0 6 MPa 拟在该 处修建一座高速公路路堤式加筋挡土墙 挡土墙所处位置及纵横断面由图纸给定 主要设计内容包括 一 挡土墙材料选择及构件设计 1 确定挡土墙墙面板类型 2 拉筋材料选取 3 基础设计 4 挡土墙横断面形式 二 挡土墙内部稳定性分析 1 拉筋拉力计算 1 加筋体自重产生的拉力 2 加筋体上路堤土对拉筋产生的拉力 3 车辆荷载产生的拉力 4 拉筋拉力 2 拉筋断面计算与抗拉强度验算 1 拉筋断面积计算 2 螺栓连接处筋带强度验算 3 连接螺栓抗剪强度验算 4 土工合成带穿孔处筋带强度计算 3 拉筋抗拔稳定性验算与拉筋长度计算 包括锚固长度和活动区长度 1 拉筋抗拔稳定系数 2 活动区长度计算 3 锚固长度计算 4 加筋土设计中土压力系数和似摩擦系数确定 1 土压力系数 2 似摩擦系数 三 外部稳定性分析 1 抗滑稳定性分析 2 抗倾覆稳定性分析 石家庄铁道大学毕业设计 6 3 地基承载力分析 4 整体抗滑稳定性分析 5 沉降分析 石家庄铁道大学毕业设计 7 第 2 章 设计基本资料 2 1 设计计算内容 加筋土挡土墙设计计算内容主要有 1 内部稳定计算 即加筋材料抗拉强度计算和抗拔稳定计算 2 外不稳定计算 即加筋体抗倾覆稳定 抗滑动稳定 软弱地基尚应进行整体 滑动稳定性及地基沉降计算 3 构件设计 即确定各种构件 如墙面板 拉筋 在外力作用下 保证具有足够 强度和稳定性的具体尺寸 具体计算内容包括以下 1 墙身尺寸拟定及参数确定 拉筋长度及结构设计 2 内部稳定性验算 3 外部稳定性验算 滑动稳定性验算 倾覆稳定性验算 基底应力及合力偏心距验算 整体稳定性验算 4 加筋土挡土墙施工 石家庄铁道大学毕业设计 8 2 2 基本参考资料 表表 2 12 1 挡土墙基本资料挡土墙基本资料 墙身及基础填料及地基 挡土墙类型加筋土挡土墙填料种类沙性填土 墙高 H m 7重度 kN m3 19 筋带类型CAT30020B填料内摩擦角 30 筋带长度 m 8基础埋深 m 2 0 筋带宽度 mm 30 筋带厚度 mm 2 地基土黄土 公路等级及荷载强度筋带强度设计值 公路等级 级 极限断裂强度标准值 MPa 150 汽车荷载公路 级筋带容许拉应力 MPa 100 墙顶护栏荷载强度 kN m 7 填料与筋带的似摩擦 系数 0 4 按一次建成双向 4 车道高速公路的标准设计 路基宽度为 24 5m 计算行车速 度为 100km h 公路一级 标准横断面尺寸如下表 2 2 所示 表表 2 22 2 公路宽度尺寸表公路宽度尺寸表 中央分隔带宽度 m 两侧行车道宽度 m 两侧路缘带宽度 m 两侧硬路肩宽度 m 两侧土路肩宽度 m 22 3 750 52 50 75 表表 2 32 3 地基土层参数地基土层参数 天然含水量 18 天然重度 kN m3 0 22 地基承载力特征值 kPa 600 地基内摩擦角 30 粘聚力 kPa 55孔隙比0 7 石家庄铁道大学毕业设计 9 2 3 工程设计资料 工点位于九度地震区 上层覆土 5 15cm 下伏基岩为砂岩夹页岩 泥岩 灰 岩和花岗斑岩 覆盖层承载力 0 25 0 30MPa 基岩承载力为 0 3 0 6 MPa 拟在该处某高速公路上修建一座加筋土挡土墙 挡土墙所处位置及纵断面图由 图纸给定 根据图纸所给的挡土墙位置桩号为 K77 730 K77 760 右侧路堤墙 该高速公路采用整体式路基宽 24 5m 其中 行车道宽 2 7 5m 硬路肩宽 2 2 50m 中间带宽 3 0m 中央分隔带 2 0m 左侧路缘带宽 2 0 50m 土路肩宽 2 0 75m 填料为砂性土 容重为 19 内摩擦角为 30 计算内摩擦角为 3 35 地基为黄土 容重为 22 内摩擦角为 30 粘聚力 c 55kpa 地基容许 3 承载力 600kpa 基底摩擦系数 0 4 设计荷载为高速公路 级标准载荷 设计 速度 100km h 石家庄铁道大学毕业设计 10 第 3 章 设计计算内容 3 1 填料 填料是加筋体的主体材料 不仅影响土压力的大小 而且直接影响拉筋的摩擦 力 因此宜用粗粒土填筑 填料中最大粒径不应大于 10cm 而且不宜大于单层填料 压实厚度的 1 3 基本要求是 1 易于填筑与压实 2 能与拉筋产生足够的摩擦力 3 满足化学和电化学标准 4 水稳定性好 为了使拉筋与填料之间能发挥较大的摩擦力 以确保结构的稳定 通常填料优 先选择 通常填料优先选择具有一定级配 透水性好的砂类土 粉砂 黏砂除外 砾石类土 碎石类土 也可选用 C 组细粒土填料 但不得采用块石类土 因为块石 类土填筑时易砸坏拉筋 而且块石与拉筋受力不均匀影响拉筋应力 危及挡土墙的 稳定性 另外 粗粒料中不得含有尖锐的棱角 以免在压实过程中压坏拉筋 3 2 拉筋 拉筋材料必须具有以下特性 1 抗拉强度大 延伸率小和蠕变变形小 不易产生脆性破坏 2 筋土截面之间具有足够的摩擦力 3 有较好的耐腐蚀性和抗老化性 4 具有一定的柔性和韧性 加工容易 接长及与墙面板连接简单 5 使用寿命长 施工简便 拉筋材料宜采用土工格栅 复合土工带或钢筋混凝土板条 筋材之间的连接或 筋材与墙面板连接时 连接强度不得低于设计强度 金属连接件及金属拉筋应做防 锈处理 受力钢构件应预留 2mm 的防锈蚀厚度 所有连接部分应采用沥青砂浆封闭 拉筋长度在满足稳定的条件下按下列原则确定 1 墙高小于 3m 时 拉筋长度不应小于 4 0m 且应采用等长拉筋 石家庄铁道大学毕业设计 11 2 土工格栅的拉筋长度不应小于 0 6 倍墙高 且不应小于 4 0m 3 钢筋混凝土板条拉筋长度不应小于 0 8 倍墙高 且不应小于 5 0m 4 当采用不等长的拉筋时 同等长度拉筋的墙段高度不应小于 3m 且同长度 拉筋的截面也应该相同 相邻不等长拉筋的长度差不宜小于 1 0m 5 包裹式加筋土挡土墙拉筋应采用统一的水平回折包裹长度 其长度应大于计 算值 且不宜小于 2m 加筋土体最上部 1 2 层拉筋的回折长度应适当加强 3 3 墙面板 墙面板的作用是承受土压力 防止填土侧向挤出 便于拉筋固定布设 并保证 填料 拉筋和墙面板构成具有一定形状的整体 对于土工合成材料还应具有防止紫 外线辐射功能 因此墙面板不仅要有一定的强度以保证拉筋端部土体的稳定 而且 要求具有足够的强度 以抵抗预期的冲击和震动作用 又应有足够的柔性 以适应 加筋体在何在作用下产生的容许沉降所带来的变形 还要满足美观以及运输与安装 方便等要求 3 4 沉降缝 沉降缝是指在工程结构中 为避免因地基沉降不均导致结构沉降裂缝而设置的 永久性的变形缝 沉降缝主要控制剪切裂缝的产生和发展 通过设置沉降缝消除因 地基承载力不均而导致结构产生的附加内力 自由释放结构变形 达到消除沉降缝 的目的 实际上它将建筑物划分为两个相对独立的结构承重体系 沉降缝的设置部位 1 建筑平面的转折部位 2 高度差异或荷载差异处 3 长高比过大的砌体承重结构或钢筋砼框架的适当部位 4 地基土的压缩性有显著差异处 5 建筑结构或基础类型不同处 6 分期建造房屋的交界处 沉降缝的做法与伸缩缝不同 它要求在沉降缝处将基础连同上部结构完全断开 自成独立单元 必须注意 在沉降缝内不能填塞材料 以免妨碍建筑物两侧各单元的自由移动 不少工程 虽然设置了沉降缝 但由于施工时不慎缝内被砖块或砂浆等杂物堵塞 石家庄铁道大学毕业设计 12 往往失去沉降缝的作用 在寒冷地区 因保暖需要 可在缝的侧面充填保温材料 但必须保证墙体能自由沉降 3 5 结构尺寸设计 设计各项计算资料汇列如下 1 挡土墙不受浸水影响 墙高 H 8m 顶部填土 0 6m 2 路基宽 24 5m 路面宽 18m 3 荷载标准 公路一级 4 面板规格 1 5m0 8m 十字形混凝土板 板厚 20cm 混凝土强度等级 C20 5 筋带采用聚丙烯土工带 带宽为 18mm 厚 2 0mm 容许拉应力 50MPa 摩擦系数 f 0 4 6 筋带节点间距 0 42m 0 40m 7 填料 砂性土 重度 19 kN 内摩擦角 30 黏聚力 c 6kPa 3 8 地基 黄土 重度 22kN 内摩擦角 30 黏聚力 c 55kPa 地基承 3 载力特征值 600kPa 9 墙体采用矩形断面 加筋体宽为 10 0m 10 墙顶填料与加筋土填料相同 3 6 基础设计及整体稳定性分析 加筋土挡土墙所承受的作用 或荷载 及其组合如表 3 1 所示 本设计采用荷载组 合 表 3 1 常用作用 或荷载 组合作用 或荷载 名称 挡土墙结构重力 墙顶上的有效永久荷载 填土重力 填土侧压力及其他永久作 用 或荷载 相组合 组合 与基本可变作用 或荷载 相组合 组合 与其他可变作用 或荷载 相组合 石家庄铁道大学毕业设计 13 3 6 1 挡土墙基础设计 1 挡土墙的基础类型 除特殊地基情况需采用桩基础外 宜采用明挖基础 明 挖基础宜设置在地质情况较好的地基上 当地基为松软土层时 可采用换填 砂桩 搅拌桩等方法处理地基 挡土墙采用刚性基础时 基础底部的扩展部分不应超过材 料的刚性角 对于混凝土基础 刚性角不应大于 40 对于片石 块石 粗料石砌 体基础 当用 M5 以上砂浆砌筑时 刚性角不应大于 35 当用 M5 及低于 M5 砂 浆砌筑时 刚性角不应大于 30 挡土墙的基础采用钢筋混凝土条形扩展基础时 应按照 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 的规定进 行设计 4 2 基础的埋置深度应符合下列规定 当冻结深度小于或等于 1 00m 时 基底应在冻结线以下不小于 0 25m 并应符 合基础最小埋置深度不小于 1 00m 当冻结深度超过 1 00m 时 基底最小埋置深度不小于 1 25m 还应将基底至冻 结线 0 25m 深度范围的地基土换填为弱冻胀材料 受水流冲刷时 应按路基设计洪水频率计算冲刷深度 基底置于局部冲刷线以 下不小于 1 00m 路堑式挡土墙的基础顶面应低于路堑边沟底面不小于 0 50m 在风化层不厚的硬质岩石地基上 基底宜置于基岩表面风化层以下 在软质岩 石地基上 基底最小埋置深度不小于 1 00m 3 建筑在斜坡地面的挡土墙 基础前趾埋入地面的深度和距地表的水平距离应 符合表 3 2 表 3 2 斜坡地面基础埋置条件 土层类别最小埋入深度 h m 距地表水平距离 l m 较完整的硬质岩石0 250 25 0 50 一般硬质岩石0 600 60 1 50 软质岩石1 001 00 2 00 土层 1 001 50 2 50 4 明挖基础的基坑面 应设置不小于 4 的排水横坡 在湿陷性黄土地区 应 采取消除湿陷或防止水流下渗的措施 石家庄铁道大学毕业设计 14 3 6 2 挡土墙基础计算 1 挡土墙地基承载力计算时 传至基础底面上的作用 或荷载 效应 宜按正常 使用极限状态下作用 或荷载 效应标准组合 相应的抗力采用地基承载力特征值 计算挡土墙及地基稳定时 荷载效应应按承载能力极限状态下的作用 或荷载 效应 组合 计算基础结构的作用 或荷载 效应 配置钢筋 验算材料强度时 作用 或荷 载 效应应按承载能力极限状态下的作用 或荷载 效应组合 2 挡土墙明挖基础底面的压应力可按下列公式计算 1 6 0 3 1 1 6 0 3 2 0 3 3 使用条件为 0 6 式中 采用作用 或荷载 效应标准组合的基底边缘最大压应力值 kPa max 采用作用 或荷载 效应标准组合的基底边缘最小压应力值 kPa 采用作用 或荷载 效应标准组合时 作用于基底上的垂直力 kN m A 基础地面每延米的面积 即基础宽度 B 1 m B 基础底面宽度 对于倾斜地基为其斜宽 m 基底合力的偏心距 m 0 采用作用 或荷载 效应标准组合时 作用于基底形心的弯矩 MPa 3 设置在岩石地基上的挡土墙明挖基础 当时 不计基底承受拉应力 0 6 仅按受压区计算最大压应力 可按下列公式计算 max 2 3 1 3 4 0 3 5 垂直于基底面的合力对受压边缘的力臂 可按下式计算 1 1 2 0 3 6 石家庄铁道大学毕业设计 15 4 垂直于基础底面的合力偏心距应符合表 3 3 的规定 0 表 3 3 垂直于基础底面的合力的偏心距限制 作用 或荷载 组合地基条件合力偏心距 作用 或荷载 组合 非岩石地基 0 8 作用 或荷载 组合 施工荷载非岩石地基 0 6 作用 或荷载 组合 施工荷载较差的岩石地基 0 5 作用 或荷载 组合 施工荷载坚密的岩石地基 0 4 注 岩石地基上的挡土墙 在荷载组合 作用下 当满足地基承载力特征值与稳定性要求时 合力的偏心 不受限制 5 挡土墙地基的承载力特征值 应根据地质勘测 原位测试 荷载试验 调 查 对比邻近已建构造物的地基承载力资料及经验 理论公式的计算数据 综合分 析后确定 6 挡土墙基础底面置于软土地基上时 可按下式计算基底最大压应力值 max 1 h 2h 3 7 式中 h 基底埋置深度 m 当受水流冲刷时 由一般从冲刷线算起 z 基底到软土层顶面的距离 m p 基底平均压应力 kPa 土中附加压力系数 深度 h z 之间各土层的换算重度 kN m 1 基底以上土的重度 kN m 地下水位以下为浮重度 2 P 基础宽度 m 7 地基承载力特征值提高系数 k 可按表 3 4 的规定确定 表 3 4 地基承载力特征值的提高系数 作用 或荷载 与使用情况 提高 系数 k 作用 或荷载 与使用情况 提高 系数 k 作用 或荷载 组合 1 00 作用 或荷载 组合 施工荷载 1 25 经多年压实未受破坏的 旧基础 1 50 注 地基承载力特征值小于 150kPa 的地基 对于序号第二项情况 k 1 0 对于序号第三项情况 k 1 25 8 基础底面最大压应力值 应符合下式要求 石家庄铁道大学毕业设计 16 max 式中 经基础埋深修正后的地基承载力特征值 kPa k 地基承载力特征值提高系数 3 6 3 水平土压力计算 U d Uc Uw 图 3 1 主动土压力计算图式 由于墙后填土产生的水平土压力 当 6m 时 0 1 sin 0 2 45 0 2 3 9 式中 填料产生的水平土压应力 kPa 填料重度 kN 3 石家庄铁道大学毕业设计 17 墙顶添土距第i层拉筋的高度 m 加筋土挡墙内深度处 的土压力系数 1 静止土压力系数 0 主动土压力系数 填料综合内摩擦角 0 由荷载产生的水平土压力 2 0 2 2 0 2 0 2 1 0 1 3 10 式中 荷载产生的水平土压应力 kPa 2 b 荷载内边缘至墙背的距离 m 荷载换算土柱高 m 0 荷载换算宽度 m 0 作用在墙背的水平土压力 1 2 3 11 式中 墙背的水平土压力 填料产生的水平土压应力 kPa 1 荷载产生的水平土压应力 kPa 2 拉筋水平拉力计算是通过下式计算 3 12 式中 第i层拉筋计算拉力 kN K 拉筋拉力峰值附加系数 可采用 1 5 2 0 本设计采用 2 0 拉筋之间水平及垂直间距 m 3 6 4 垂直土压力计算 垂直土压力计算包括两部分的计算 1 由墙后填料的自重产生的垂直土压力 1 h 3 13 2 由荷载产生作用于拉筋上的垂直压力 石家庄铁道大学毕业设计 18 2 h 1 1 1 2 1 1 2 1 2 1 2 2 3 14 式中 的计算式为 1 1 1 2 0 2h 3 15 的计算式为 2 2 2 2 0 2 3 16 X 计算点M到荷载中线的距离 由式 4 7 计算出的竖向土压力 沿拉筋长度的分布是不同的 在实际计算 2 时可取线路中心线下 拉筋末端和墙背三点的应力的平均值作为计算值 作用在拉筋上的垂直压力 1 2 3 6 5 内部稳定性验算 1 加筋体顶面上填土的计算分界面 应为通过加筋体墙面顶端的水平面 如图 3 1 该面以上的填土自重应作为加筋体上的填土重力 其大小可按下式换算成等待 均布土层厚度计算 h1 1 2 3 17 式中 墙顶填土重力换算等代均布土层厚度 m 当时 应取 1 1 1 加筋体顶面填土的边坡坡率 加筋体墙高 边坡坡脚至面板的水平距离 m 石家庄铁道大学毕业设计 19 图 3 2 等代土层厚度计算图式 2 车辆荷载作用在挡土墙墙后填土上所引起的附加土体侧压力 可按下式换算 成等代均布土层厚度计算 0 3 18 式中 车辆荷载换算等代均布土层厚度 m 0 墙后填料的重度 2 车辆附加荷载标准值 可按表 3 8 的规定采用 2 表 3 8 车辆附加荷载标准值表 墙高 m 附加荷载标准值 q 2 2 020 10 010 3 浸水加筋土挡土墙设计时 应按下列规定计入水的浮力 筋带断面设计采用低水位时的浮力 地基应力验算采用低水位时的浮力或不考虑浮力 加筋体的滑动稳定验算 倾覆稳定验算 采用设计水位时的浮力 石家庄铁道大学毕业设计 20 其他情况采用最不利水位时的浮力 4 加筋体活动区与稳定区的分界面可采用简化破裂面 简化破裂面上部的竖直 部分与墙面板背面的距离为 0 3H 简化破裂面下部的倾斜面部分与水平面的夹角 为 简化破裂面上 下两部分的高度 可按下式计算 45 2 1 2 2 tan 45 2 3 19 1 2 3 20 式中 简化破裂面前的破棱体顶面宽度 加筋体填料的内摩擦角 当填料为细粒土时 采用综合内摩擦角 0 H 加筋体高度 m 5 加筋体顶面有水平荷载作用时 深度处 面板后的水平向压应力及水平 荷载影响深度 可按下式计算 2 1 0 3 tan 45 2 3 21 式中 水平荷载作用下 深度处的水平向的压应力 kPa 时 0 单位墙长顶面的水平荷载 kN m 水平荷载影响深度 m 第 i 单元结点至加筋体顶面的竖直距离 m 6 加筋体内部稳定验算时 土压力系数可按下式计算 1 6 6 6 6 3 22 1 sin 2 45 2 3 23 式中 加筋体内 深度处土压力系数 静止土压力系数 主动土压力系数 石家庄铁道大学毕业设计 21 第 i 单元结点至加筋体顶面的垂直距离 m 7 加筋土填料作用于墙面板上的水平土压应力 可按下式计算 墙后非浸水加筋体时 3 24 墙后为浸水加筋体时 3 25 式中 第 i 层筋带距墙顶的高度 m 加筋体填料重度 kN 3 加筋体填料饱和重度 kN 3 深度处的水平土压应力 kPa 计算土压力系数 8 加筋体顶面以上 填土重力换算均布土层厚度 所引起的墙面板上的水平土 压应力 kPa 可按下式计算 1 1 3 26 式中 墙顶填料重度换算等代均布土层厚度 m 1 墙顶填土的重度 kN m 1 9 永久荷载重力作用下 拉筋所在位置的竖直压应力可按下式计算 1h1 3 27 式中 在层深度处 作用于筋带上的竖直压应力 kPa 加筋体的重度 kN 当为浸水挡土墙时 应按最不利水位上下的 3 不同重度分别计入 10 车辆 或人群 附加荷载作用下 墙面板上的附加水平土压应力 kPa 可 按下式计算 3 28 附加荷载作用下 加筋体深度处的附加竖直压应力 kPa 可按下式计算 附加荷载边缘在填土内的扩散线与加筋体深度处的水平线的交点为 D 点 当 D 点进入加筋体活动区时 1 0 3 29 石家庄铁道大学毕业设计 22 当 D 点未进入加筋体活动区时 0 加筋体深度处 附加竖直压应力的扩散宽度 m 可按下式计算 2 2 2 3 30 式中 车辆 或人群 附加荷载换算等代均布土层厚度 m 0 加筋体计算时 附加荷载的布置宽度 m 可取路基全宽 面板背面至路基边缘的水平距离 m 11 计算筋带抗拔力时 不计基本可变荷载的作用效应 一个筋带结点的抗拔 稳定性 可按下列公式验算 0 0 1 0 1 2 式中 结构重要性系数 0 层深度处 筋带所承受的水平拉力设计值 kN 0 层深度处 筋带所承受的水平拉力 kN 层深度处 面板上的水平土压力 kPa 及水平压应力 包括和 墙顶有水平荷载作用时 还包括 加筋体及墙顶填土主动土压力或附加荷载土压力的分项系数 1 永久荷载重力作用下 层深度处 筋带有效长度所提供的抗拔力 kN 筋带抗拔力计算调节系数 可按下表 3 9 的规定采用 1 筋带结点水平间距 m 石家庄铁道大学毕业设计 23 筋带结点垂直间距 m 填料与筋带间的似摩擦系数 由实验确定 结点上的筋带总宽度 m 筋带在稳定区内的有效锚固长度 m 表 3 9 筋带抗拔力计算调节系数表 1 作用 或荷载 组合 施工荷载 1 1 41 31 2 12 筋带长度可按下式计算 3 31 活动区的筋带长度可按下式计算 0 3 0 tan 45 2 1 1 25 3 6 6 外部稳定性验算 1 挡土墙的滑动稳定方程与抗滑动稳定系数可按下列公式计算 滑动稳定方程 1 1 1 tan 0 2 tan 0 1 1 1 tan 0 1 0 3 40 式中 G 墙身重力 基础重力 基础上填土的重力及作用于墙顶的其他竖向 荷载的标准值 kN 浸水挡土墙的浸水部分应计入浮力 墙后主动土压力标准值的竖向分量 kN 墙后主动土压力标准值的水平分量 kN 墙前被动土压力标准值的水平分量 kN 当为浸水挡土墙时 0 石家庄铁道大学毕业设计 26 基底倾斜角 基底水平时 0 0 0 基底与地面间摩擦系数 当缺乏可靠试验资料时 可按表 3 5 的规定 采用 主动土压力分项系数 墙前被动土压力分项系数 1 2 抗滑动稳定系数计算公式 tan 0 tan 0 3 41 式中 N 基底上作用力的合力标准值的竖向分量 kN 浸水挡土墙应计入浸水 部分的浮力 墙前被动土压力标准值水平分量的 0 3 倍 kN 表 3 5 基底与基底土间的摩擦系数 地基土的分类 地基土的分类 软塑黏土0 25碎石类土0 50 硬塑黏土0 30软质岩石0 40 0 60 砂类土 黏砂土 半干硬的黏土 0 30 0 40硬质岩石0 60 0 70 砂类土0 40 2 采用倾斜基底的挡土墙 还需验算沿墙踵处地基土水平面滑动的稳定性 其 滑动稳定方程与抗滑动稳定系数可按下列公式计算 滑动稳定方程 1 1 1 0 67 1 1 0 3 42 式中 挡土墙基底水平投影宽度 m 1 地基土的内摩擦系数 tan 地基土的内摩擦角 c 地基土的粘聚力 kN m G 作用于基底水平滑动面上的墙身重力 基础重力 基础上填土的重 力 作用于墙顶的其他竖向荷载及倾斜基底与滑动面间的土楔的重 力 kN 的标准值 浸水挡土墙的浸水部分应计入浮力 石家庄铁道大学毕业设计 27 抗滑动稳定系数计算公式 1 3 43 倾斜基底与水平滑动面间的土楔重力标准值可按下式计算 2 2sin 0cos 0 3 44 式中 N 基底上作用力的合力标准值的竖向分量 kN 浸水挡土墙应计入浸水 部分的浮力 地基土 岩 的重度 透水性的水下地基土为浮重 kN m3 3 挡土墙的倾覆稳定方程与抗倾覆稳定系数可按下列公式计算 倾覆稳定方程 0 8 1 2 0 3 45 式中 墙身重力 基础重力 基础上填土的重力及作用于墙顶的其他竖 向荷载的合力重心到墙趾的距离 m 墙后主动土压力的竖向分量到墙趾的距离 m 墙后主动土压力的水平分量到墙趾的距离 m 墙前被动土压力的水平分量到墙趾的距离 m 抗倾覆稳定系数计算公式 0 0 3 46 4 验算挡土墙的抗滑动和抗倾覆稳定时 稳定系数不应小于表 3 6 的规定 表 3 6 抗滑动和抗倾覆稳定系数 作用 或荷载 情况验算项目稳定系数 抗滑动 1 3 作用 或荷载 抗倾覆 0 1 5 抗滑动 1 2 作用 或荷载 抗倾覆 0 1 3 抗滑动 1 2 施工阶段验算 抗倾覆 0 1 2 注 大于适宜墙高时 稳定系数宜大于表中所列值 相同填料下 稳定系数宜随墙高增大而增大 大于适宜墙高时 相同墙高下 稳定系数宜根据填料的粘聚力 c 取值 粘聚力小者取较小值 粘聚 力大者取较大值 石家庄铁道大学毕业设计 28 5 适宜于不良土质地基 表土下为倾斜基岩地基及斜坡上的挡土墙 应对挡土 墙地基及填土的整体稳定性进行验算 其稳定系数不应小于 1 25 6 挡土墙设计为滑动稳定控制时 可采取下列增加抗滑动稳定性措施 采用倾斜基底 采用凸基底 凸应设置在坚实地基上 可计入墙前被动土压力 采用桩基础 7 挡土墙设计为倾覆稳定控制时 可采用下列增加抗倾覆稳定措施 扩展挡土墙基础的前趾 当刚性基础的前趾扩展受到刚性角限制时 可采用 配筋扩展基础 调整墙面 墙背坡度 改变墙身形式 可采用衡重式 扶壁式等抗倾覆稳定性较强的挡土墙形式 3 6 7 轴向力偏心距 1 挡土墙墙身或基础为圬工构件时 偏心受压构件计算截面上的轴向力偏心距 m 应符合表 3 7 的规定 0 0 3 47 式中 在某一类作用 或荷载 组合下 作用 或荷载 对计算截面形心的总 力矩设计值 kN m 在某一类作用 或荷载 组合下 作用于计算截面上的轴向力合力的 设计值 kN 表 3 7 圬工挡土墙截面上轴向力合力偏心距的限值 0 作用 或荷载 组合 容许偏心距作用 或荷载 组合容许偏心距 0 25B 0 30B 施工荷载0 33B 注 B 为沿力矩转动方向的矩形计算截面宽度 m 2 在岩土地基上 垂直于挡土墙墙长方向的基础为台阶形布置 可按台阶基础 底面的水平投影计算基底应力及作用于基底上轴向合力的偏心距 石家庄铁道大学毕业设计 29 3 7 设计计算内容 本例加筋土挡土墙墙高不大于 12m 内部稳定性可采用应力分析法计算 3 7 1 筋带受力计算 1 计算加筋体上填土重力换算为等代均布土层厚度 1 由图可知 H 8 m 则等代均布土层厚度计 0 5 1 5 0 6 算 h1 1 2 1 1 5 4 0 5 2 33 因 故取 1 2 33 0 6 1 0 6 2 计算车辆荷载换算为等代均布土层厚度 0 当墙高 H时 q 20kN 当墙高 H时 q 10kN 当墙高 2 3 10 3 H 8m 由内插法可得 q 12 50kN 则 3 h0 12 5 19 0 66 3 筋带所受拉力计算 本设计中 筋带所受拉力包括三部分 即车辆荷载 墙顶路堤填土和墙后填料 引起的筋带拉力 如图 3 2 计算结果见表 3 10 石家庄铁道大学毕业设计 30 筋带 层号 m m kPa 1 kPa 2 2 kPa m m kPa 10 200 49411 550 93111 633 8011 040 420 403 27 20 600 48311 950 90011 2411 4011 040 420 404 07 31 000 47212 350 87010 8819 0011 040 420 404 83 41 400 46112 750 84310 5426 6011 040 420 405 55 51 800 45013 150 81710 2234 2011 040 420 406 24 62 200 43913 550 7939 9241 8011 040 420 406 89 72 600 42813 950 7719 6349 4011 040 420 407 49 83 000 41714 350 7499 3657 0011 040 420 408 06 93 400 40614 750 7299 1164 6011 040 420 408 59 103 800 39415 150 7108 8772 2011 040 420 409 08 114 200 38315 550 6918 6479 8011 040 420 409 53 124 600 37215 950 6748 4287 4011 040 420 409 94 135 000 36116 350 6578 2295 0011 040 420 4010 32 145 400 35016 750 6428 02102 6011 040 420 4010 65 155 800 33917 150 6277 84110 2011 040 420 4010 94 石家庄铁道大学毕业设计 31 表 3 10 筋带拉力计算表 3 7 2 内部稳定计算 图 3 3 加筋土挡土墙计算断面 图 3 3 内部稳定性计算图 166 200 33317 550 6137 66117 8011 040 420 4011 36 176 600 33317 950 5997 49125 4011 040 420 4011 98 187 000 33318 350 5867 32133 0011 040 420 4012 60 197 400 33318 750 5737 17140 6011 040 420 4013 22 207 800 33319 150 5617 02148 2011 040 420 4013 84 石家庄铁道大学毕业设计 32 已知筋带断裂强度标准值为 150MPa 抗拉容许应力 50Mpa 拉筋容许应 力提高系数 K 1 筋带厚度为 2mm 利用容许应力法计算结果见表 3 11 表 3 11 筋带设计断面计算表 筋带 层数 kN 筋带面积 2 计算根数初取根数 筋带总 宽度 mm 抗拉强度 安全系 13 27 65 403 634721 47 24 0781 404 5261081 77 34 8396 605 3761081 49 45 55111 006 1781441 73 56 24124 806 9381441 54 66 89137 807 6681441 39 77 49149 808 32101801 60 88 06161 208 96101801 49 98 59171 809 54101801 40 109 08181 6010 09122161 59 119 53190 6010 59122161 51 129 94198 8011 04122161 45 1310 32206 4011 47122161 40 1410 65213 0011 83122161 35 图 3 2 筋带计算图式 m 石家庄铁道大学毕业设计 33 1510 94218 8012 16142521 54 1611 36227 2012 62142521 48 1711 98239 6013 31142521 40 1812 60252 0014 00142521 33 1913 22264 4014 69162881 45 2013 84276 8015 38162881 39 2 筋带长度计算 计算各层筋带在活动区 锚固区的长度及总长 本例设加筋体为矩形断面 各 层筋带长度均为 8m 简化破裂面的垂直部分距面板背部的水平距离为 0 3 8 0 3 2 4 简化破裂面下段高度 2 tan 45 2 2 4 tan 45 15 4 16 简化破裂面上段高度 m 1 2 8 4 16 3 84 3 抗拔稳定性计算 由下表 3 12 可知 各层筋带的作用效应组合值均小于抗力值 满足筋带抗拔稳 定的需要 表 3 12 抗拔稳定性计算 筋带 层数 m kPa m m m mm L m 抗拔稳定系数 10 20 3 272 47 6510 0572112 61 20 60 4 072 44 206 60108114 76 31 00 4 832 43 726 12108115 37 41 40 5 552 42 564 96144117 8 51 80 6 242 42 394 79144118 35 62 20 6 892 42 264 66144118 83 72 60 7 492 41 724 121801111 62 83 00 8 062 41 654 051801112 16 93 40 8 592 41 583 981801112 68 103 80 9 082 41 263 662161115 84 石家庄铁道大学毕业设计 34 筋带 层数 m kPa m m m mm L m 抗拔稳定系数 114 20 9 532 191 213 402161116 47 124 60 9 941 961 173 132161117 11 135 00 10 321 731 132 862161117 76 145 40 10 651 501 082 592161118 44 155 8010 941 270 902 172521122 3