课程设计-挡土墙设计解析

1、土木工程学院课程综合设计第一章绪论1.1 重力式挡土墙定义重力式挡土墙，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。1.2 重力式挡土墙构造重力式挡土墙的尺寸随墙型和墙高而变。重力式挡土墙墙面胸坡和墙背的背 坡一般选用1: 0.21: 0.3,仰斜墙背坡度愈缓，土压力愈小。但为避免施工困 难及本身的稳定，墙背坡不小于1: 0.25,墙面尽量与墙背平行。对于垂直墙，如地面坡度较陡时，墙面坡度可有 1: 0.0

2、51: 0.2,对于中、 高挡土墙，地形平坦时，墙面坡度可较缓，但不宜缓于1: 0.4。采用混凝土块和石砌体的挡土墙，墙顶宽不宜小于0.4m；整体灌注的混凝土挡土墙，墙顶宽不应小于 0.2m；钢筋混凝土挡土墙，墙顶不应小于 0.2m。通 常顶宽约为h/12,而墙底宽约为（0.50.7） h,应根据计算最后决定墙底宽。 当墙身高度超过一定限度时，基底压应力往往是控制截面尺寸的重要因素。为了 使地基压应力不超过地基承载力，可在墙底加设墙趾台阶。加设墙趾台阶时挡土 墙抗倾覆稳定也有利。墙趾的高度与宽度比，应按土亏工（砌体）的刚性角确定， 要求墙趾台阶连线与竖直线之间的夹角9,对于石砌土f工不大于35

3、。，对于混凝土土亏工不大于45。一般墙趾的宽度不大于墙高的二十分之一， 也不应小于0.1m。 墙趾高应按刚性角定，但不宜小于 0.4m。墙体材料：挡土墙墙身及基础，采用混凝土不低于 c15,采用砌石、石料的 抗压强度一般不小于 mu30,寒冷及地震区，石料的重度不小于 20kn/m3,经 25次冻融循环，应无明显破损。挡土墙高小于 6m砂浆采用m5 ;超过6m高时 宜采用m7.5,在寒冷及地震地区应选用 m10o1.3 重力式挡土墙特点重力式挡土墙优点是就地取材，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。重力式挡土墙靠自重维持平衡稳定，

4、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。12第二章挡土墙地质条件概述2.1 地形平原山地过渡地带，为一系列呈带状延伸的平行岭谷分布区，以丘陵、台地为主。2.2 工程地质条件工程地质条件如表2-1表2-1各层土特性图层编号土的名称层厚地基容许承载力1人工填土0.72含沙粉质黏土2.12503中风化泥岩未揭露2502.3

5、 墙身及墙后填土材料参数7k =22kn/m 3 , 5=中/2截面容许应力：仃a =600kpa,4=50kpa填料容重：=18kn/m3,中=35 +基底摩擦系数：f =0.4填土边坡：1：1.52.4 荷载参数车辆荷载换算等代土层厚度为0.84m,布置在7.5m全宽路基上。2.5 水文地质条件本次勘探未见地下水，可不考虑地下水的影响。2.6 设计参数和墙身高度参数表2-2重力式路堤墙参数组号挡土墙高度墙后填土高度45.22.5第三章重力式挡土墙设计3.1 初步设计确定墙身尺寸如图3-1:墙顶宽 1.0m,墙身分挡土墙高5.2m,墙背仰斜1:03墙面为平行墙背的直线,段长10m,为增大墙身

6、抗滑稳定性，设置基底按坡度0.2:1内倾墙背仰斜角：二三-16 42bli 4口口图3-1挡土墙示意图ttttm3.2 主动土压力计算3.2.1 破裂角假设破裂面交于荷载内，则a ab 2h0(b d) -h (h 2a 2h0)tan : a(h a)(h a 2h0)(31)2.5 3.75 2 0.84 3.75 5.2 (5.2 2 2.5 2 0.84) 0.3(5.2 2.5) (5.2 2.5 2 0.84)=0.4763中=中+0( +5 =35。一16z2+17030 =3528e 90。(32)tan9 =tan5 + v(cot:+tan5)kanw + a =0.881

7、(33)则,1-41 223.2.2 验核破裂面位置堤顶破裂面距墙踵距离为：(h a)tani -(5.2 2.5) 0.881 =6.7837m荷载内边缘距墙踵距离为：b -h tan： =3.75 5.2 0.3 = 5.31m荷载外边缘距墙踵距离为：b -h tan ：b0 =5.31 7.5=12.81m(34)(35)(36)5.316.783712.81,故破裂面交于荷载内，鱼设计相符，可采用所选用的公式3.2.3 求主动土压力系数 k和k1cos(u:)k =-(tantan 二)=0.1405sin(二 )hab-atam 3.75-2.5 0.881 =2.664 mtan

8、二 tan 二0.881-0.3h4=h -h3 =5.2 -2.664 =2.536 m2aaih3、2hoh4d 2 2.5% 2.664、2 0.84 2.536k1 =1(1)=1 (1)h 2h h25.22 5.25.2 5.2(37)(38)(39)(310)主动土压力系数k和k1计算如下：(311)(312)=1.87283.2.4 求主动土压力e及其作用点位置zy主动土压力e为：1 212e h2kk118 5.22 0.1405 1.8728 = 64.035kn2 2主动土压力的作用点位置zy为：27 h . a(h -h3)2 h0h4(3h4 -2h)z -jy2y

9、33h k15.2 2.5(5.2 -2.664)2 0.84 2.536 (3 2.536 -2 5.2)33 5.2 5.2 1.8728=1.8m3.3设计挡土墙截面由于墙面平行墙背，基底倾斜 0.2:1 (4=1149)。暂且选墙顶墙宽b1=1.0m。3.3.1 计算墙身重g及其力臂zg 墙身重g及其力臂zg计算结果如下：表3-1墙身重g及其力臂zg计算结果体积v自重g (kn)力臂z (m)2v1 =b1h 0.191b：gi =zgi =0.125h +0.476b1=1父 5.2-0.191 父1父1110.1980.125 m 5.2+0.476 x 1=1.126=5.009

10、-2v2 =0.095blzg2 =0.651bl =0.095g2 =2.10.651 父 1=0.651v =v1 +v2 =g = g1 + g2 =5.104112.2983.3.2 滑动稳定性验算抗滑稳定性系数为：_ g cos ： 0 - esinh 一：工0 fkc =-zzecosi；工，：工0 )-g sin 0(313)112.298 cos11 19 64.035 sin -16 42 17 30 11 19 1 0.464.035 cos12 7 -112.298 sin11 19= 1.218 二 1.3不满足要求。故墙顶墙宽 b1=1.0m不合适，选择墙顶墙宽 b1

11、=1.5m3.3.3 计算墙身重g及其力臂zg墙身重g及其力臂zg计算结果如下：表3-2墙身重g及其力臂zg计算结果体积v自重g (kn)力臂z (m)-2v1 =b1h 0.191bl =1.5 父 5.2-0.191 x 1.5 x 1.5=7.37gi =162.14zgi =0.125h +0.476bi =0.125 父 5.2+0.476 父 1.5 =1.364. 2v2 =0.095=0.214g2 =4.708zg2 =0.651bl =0.651 父 1.5=0.9765v =v1 +v2 =7.584g = g1 + g2 =166.848图3-2墙身尺寸示意图3.3.4

12、 滑动稳定性验算抗滑稳定性系数为：gcos 0 esin f r% ifkc =ecos :、： 0 -g sin : 0(3-14)166.848 cosll 19 64.035 sin -16 42 17 30 11 19 10.464.035 cos12 7 -166.848 sin11 19= 2.37 1.3满足滑动稳定性要求3.3.5 倾覆稳定验算ex =ecos(ot +6) = 64.035 mcos(16 22, +1730 )=64.029(315)ey =esin(a +6) =64.0355(-1622, +1730, )=0.894(316)因基底倾斜，土压力对墙趾

13、o的力臂改为zy1 =zy -0.191bl =1.8-0.191父1.5 = 1.5135(317)zx1 =b1 -zvtan =0.952 父 1.5+1.8父 0.3 = 1.968(318)xy则gizgig2zg2eyzxlexzyi(319)64.035 1.5135227.51664.035 1.5135= 2.348 1.3稳定性验算的结果表明，断面尺寸由滑动控制，上述设计符合实际3.3.6基底应力验算e = - -zn 20.952匕 g1zg1 g2zg2-exzw一 2 一g1 g2 ey0.952 1.5 162.14 1.364 4.708 0.9765 0.894

14、 1.968 -64.029 1.51352166.848 0.894= 0.064 且(=0.238)(3620)二法生166.848 + 0.894(1 土 6父0.0646)=149.09kpa e r (二 250kpa)min b b1.431.4385.51(3 21)3.3.7截面应力验算墙面与墙背为平行的直线，截面的最大应力出现于接近基底处。有基底应力验算 可知，偏心距及基地应力均满足低地基的要求， 则截面应力肯定地也满足墙身材 料的要求，故可不做验算。通过上述验算，所拟截面符合各项要求，决定采用此截面，顶宽为 1.5m。3.4图纸设计说明1、墙身为片石砌筑，片石厚度不小于 0

15、.15m,体积不小于0.01m3o石料采用无 风化石材，面石要平整，挡土墙外露面采用1:3水泥砂浆勾凸缝。2、挡土墙采用m10水泥砂浆砌筑，施工前做好配比试验，强度要求达到设计等级，砌筑时砂浆要密实、饱满、不得有空间3、挡土墙分段：每10m设置一条沉降缝，缝宽2cm,外露1cm,缝线竖直美观， 可用c15混凝土角石砌筑，沉降缝内用1.5cm浸沥青软木板分隔。4、应先把挡土墙后原土坡放成 45然后施工挡土墙。基坑开挖应搞好地面 排水，保持基坑干燥，基础施工完毕应及时回填、夯实。墙后回填料的干密度大 于或等于1.65t/m3。回填料应分层夯实。5、挡土墙基槽开挖支持力层下 300mm,而后做c10

16、混凝土垫层厚100mm,宽 度每边基础底边放大50mm。162.14 1.36 4.708 0.9765 0.894 1.968k0 二6混凝土强度大于80%设计强度时，才能回填墙后回填土。（详见图3-3）图3-3挡土墙断面做法示意图第四章挡土墙施工方案4.1 重力式挡土墙测量放样用全站仪放出挡土墙边线，划出开挖范围，钉好桩位，在施工场地附近布置 控制桩。4.2 重力式挡土墙清理基坑及基底处理根据测量放样的基坑施工范围和设计深度进行开挖。墙基应置于可靠的岩层 上，且基础埋入基岩强风化层12m,如基底于设计不符，报请监理工程师变更 施工方案。4.3 重力式挡土墙模板安装4.3.1 模板制作钢模板

17、宜采用标准化的组合模板。组合钢模板的拼装应符合现行国家规范标 准。各种螺栓连接应符合有关标准。钢模板及其配件应按标准的加工图加工， 成 品经检验合格后方可使用。4.3.2 模板安装模板与钢筋安装工作应配合进行，防碍绑扎钢筋的模板应待钢筋安装完毕后 安装。安装侧模板时，应防止模板移位和变形。基础侧模可在模板外设立支撑固 定。浇筑在混凝土中的拉杆，应按拉杆拔出或不拔出的要求，采取相应的措施。 对小型结构物，可使用金属线代替拉杆。模板安装完毕后，应对其平面位置、顶 部标高、节点联系及纵横向稳定性进行检查， 合格后方可浇筑混凝土。浇筑混凝土时，若发现模板有超过允许偏差变形值的可能时，应及时纠正。模板在

18、安装 过程中，必须设置防倾覆设施。4.4 重力式挡土墙混凝土生产及运输4.4.1 混凝土搅拌拌制混凝土配料时，各种衡器应保持准确。对骨料的含水率应经常进行检测， 雨季施工时，应增加测定次数，据此调整骨料和水的用量。混凝土拌和物应拌和 均匀，颜色一致，运至现场不得有离析泌水现象。 混凝土采用罐车进行混凝土的 运输，使浇筑工作不间断。并使混凝土运输到浇筑地点时仍保持均匀性和规定的 坍落度。因运距较远混凝土运至浇筑地点后应在罐车内再次搅拌12分钟后，再进行混凝土施工。严禁使用不合格的混凝土进行施工。4.4.2 混凝土的浇筑凝土浇筑前，应对支架、模板、钢筋、进行检查，并做好记录，符合设计及 施工要求后

19、方可浇筑。浇筑混凝土前模板内的杂物积水应清理干净。模板如有缝 隙，应用海棉条或双面胶填塞严密，模板内应涂刷脱模剂（不得使用废机油等油 料）。混凝土浇筑时，采用插入式振捣器振捣，振捣不能漏振和过振。混凝土浇筑 应按一定的厚度、顺序和方向分层浇筑，应在下层混凝土初凝或能重塑前浇筑完 成上层混凝土。混凝土分层浇筑厚度不宜超过 30 cm。碎施工一层后，人工进行 片石摆放，按规范要求摆放完成后，再进行下一层碎施工。碎从高处直接倾卸时， 其自由倾落高度不宜超过2m,以不发生离析为度。当倾落高度超过 2m时，应 通过用筒、溜管或振动溜管等设施下落；倾落高度超过10m时，应设置减速装置（在用筒的不同高度设多向挡板）。在用筒出料筒下面，碎堆积高度不宜超过 1m.浇筑应连续进行，如因故必须间断时，其间断时间应小于前层混凝土的初凝 时间或能重塑的时间。施工缝的位置应在混凝土浇筑之前确定， 宜留置在结构受 剪力和弯矩较小且便于施工的部位。混凝土浇筑完成后，对混凝土裸露面及时进 行修整、抹平，