挡土墙设计与验算.doc

第三章 挡土墙设计与验算挡土墙（简称挡墙）是支挡路基填土或山坡坡体的墙式结构物。它是支挡土体而承受其侧压力的墙体。它具有阻挡墙后土体下滑，保护路基和收缩坡脚等功能。在路基工程中，挡土墙用来克服地形或地物的限制和干扰，减少土石方、拆迁和占地数量，防止填土挤压河床和水流冲陶岸边，整治坡体下滑等病害。挡土墙的适用范围：（1）路堑开挖深度较大，山坡陡峻，用以降低边坡高度，减少山坡开挖，避免破坏山体平衡。（2）地质条件不良，用以支挡可能坍滑的山坡土体或破碎岩层。（3）为了避免与其它建筑物(如房屋、铁路、水渠等)干扰或防止多占农田。（4）为防止沿河路堤受水流冲刷和淘刷。（5）防止陡坡路堤下滑。（6）路堤填筑高度较大或是陡坡路堤，为减少土石方、拆迁和占地数量，必须约束坡脚。3.1 设计资料 3.1.1 墙身构造以本设计段中K23+660桩号的横断面为例，填方高11.88米图3-1 挡土墙几何尺寸图拟在本段设置重力式路肩挡土墙，墙高H=8米，底宽3.84米；墙背1:0.1, 墙面1:0.2；基底倾斜度10，墙身分段长度为11米，设计荷载为公路级。采用7.5号砂浆砌25号片石，砌体容重=22kN/m。挡土墙如图3-1所示。3.1.2 车辆荷载根据路基设计规范(JTG 2004)，车辆荷载为计算的方便，可简化换算为路基填土的均布土层，并采用全断面布载。当墙高Hm时，q取20.0；当墙高H 10.0m时，q取10;墙高在2-10米之间时，附加荷载强度用直线内插法计算。，因此这里内插得q=11.25kN/m3，为墙后填土容重所以：，为墙后填土容重18kN/m3。3.1.3 土壤地质情况路基填土的粘聚力C=20Kpa，内摩擦角=30，则土的内摩擦系数f=tan30=0.577。根据土力学课本由土的孔隙比和液限指数查表得土的地基容许承载力=380Kpa，基底与基底土间的摩擦系数=0.36，偏安全考虑取地基容许承载力=250Kpa，基底与基底土间的摩擦系数=0.30。粘性土地基，容许承载力为，基底摩擦系数取0.38。3.1.4 墙身材料采用7.5号砂浆，25号片石,砌体容重为3；按规范:砌体容许压应力为，容许剪应力为，容许拉应力为。3.2 墙背土压力计算 对于墙趾前土体的被动土压力，在挡土墙基础一般埋深的情况下，考虑到各种自然力和人畜活动的作用，以偏于安全，一般均不计被动土压力,只计算主动土压力。采用库伦土压力理论来进行土压力的计算，而库伦土压力理论只考虑不具有粘聚力的砂性土。当填料为粘性土时，土的粘聚力对主动土压力的影响很大，因此应考虑粘聚力的影响，而采用等效内摩擦角法来求主动土压力，考虑到墙高与填土的性质，取填土的综合内摩擦角=35(取值范围为3540)，则墙背摩擦角=1730，填土的容重=18 KN/m。边坡坡度为其计算如下：3.2.1 破裂面计算图3-2 边坡破裂面图由图3-3可验证破裂面交于荷载中部的假设成立，破裂面交于荷载中部的主动土压力计算公式。假设破裂面交于荷载中部，则: = (3.876+8+20.694) (3.876+8)/2 =78.762=+ (5.814+0.75)0.694-0.58(8+23.876+20.694) 0.1=8.625 =0.6765其中：破裂角： 3.2.2 验算破裂面是否交于荷载内：破裂面至墙踵(H+a)tg=(8+3.876)tg=8.035m荷载内缘至墙踵：-Htan+b+d=-80.1+5.814+0.75=5.726m荷载外缘至墙踵：-Htan+b+d +lo=-80.1+5.814+0.75+7.5=13.226m5.7268.0350将数据代入方程后计算，满足要求。 N= G + =467.015+122.538=589.553 KN 所以抗滑稳定性满足要求。3.4.2 抗倾覆稳定性验算验算采用“极限状态分项系数法”。倾覆稳定方程：=0.8467.0152.11 +1.0(122.5383.543-281.8272.824)+0.30 = 426.4990 将数据代入方程后计算，满足要求，所以抗倾覆稳定性满足要求 所以抗倾覆稳定性满足要求3.4.3 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。基础地面压应力 轴心荷载作用时： = (467.0150.9+1.0122.538-0) cos+1.0281.827sin=721.518kN所以=152.361 KPa=350KPa故基础地面压应力满足要求。偏心荷载作用时主动土压力作用点对基底形心的力臂为=1.658m，=0.786m。则作用效应组合式中：由填土及汽车荷载引起的弯矩；由强身及基础和基础上的土重引起的弯矩；M按荷载组合II进行作用效应组合。作用于基底的合力偏心距基底边缘最大应力和最小应力验算 故偏心距与基础地面压应力均满足要求。3.4.4 墙身截面强度计算取墙身墙底截面进行强身截面强度验算(1)强度计算，要求： =0.742 为轴向力偏心影响系数，按每延米长计算：= =1.051.0467.015+1.4122.538=561.335kN=1475.97kN式中：Nj设计轴向力（KN）；0结构重要性系数，取1.05；NQ1主动土压力引起的轴向力（KN）ci荷载组合系数，取1.0；NG恒载引起的轴向力（KN）NQi（i=26），被动土压力、水浮力、静水压力、动水压力、地震力引起的轴向力（KN）；Qi（i=16），以上各种轴向力的分项系数；k抗力分项系数，取2.31；k轴向力偏心影响系数。Rk材料极限抗压强度，取1200Kpa