重力式挡土墙验算

1、重力式挡土墙验算(一)设计基本资料墙身及基础填料及地基挡土类型仰斜式路堤墙填料种类重度 y (kN/m 3)砂类土18墙高H(m)11填料内摩擦角cp ( °)35墙囱坡度1:0.25填料与墙背摩擦角d% 1墙背坡度-1:0.25基础顶囱埋深(m1. 06砌筑材料M7.5 浆砌MU5Q>t 石地基土类别重度* (kN/m3)业砂土、业粘土18砌筑材料的重度% (kN/m3)23地基土承载力特征值fa (kN)350地基坡度tan a00.32基底与地基土摩擦系数改0.35坊工砌体间的摩 擦系数k0.70地基土内摩擦系数0.7公路等级及荷载强度片石砂浆砌体强度设计值公路等级高速公

2、路抗压 fed (MPa )0.71汽车何载标准公路I-级轴心抗拉ftd (MPa )0.059弯曲抗拉ftmd (MPa )0.089直接抗男履(MPa )0.147已建挡土墙的截面尺寸见图1,试按本细则的规定对其进行验算:图1(二) 挡土墙自重及重心计算：取单位墙长(1m),如图2虚线所示，将挡土墙截面划分为三部分，截面各部分对应的墙体重量为:G1 =叫 2.91 10.21 =683 .36 (KN )G2 = i 3.3 1.0 =75 .90 (KN )G3 = 10.63 3.3 / 2 = 23 .91( KN )10.0m1.0m0.63G3Z。1Z1O2G1G2,Z 20.3

3、0ZG0.30GOO0.63Z截面各部分的重心至墙趾（5）的距离:Z1 = 3.30(m)Z2 =2.15(m)Z3 F .77(m)单位墙长的自重重力为单位墙长的自重重力为:3.0mG0 = G1 G2 G3 = 783 .17 (kN )全截面重心至墙趾的距离：Z0 = (Z1 G1 Z2 G2 Z3 G3)/G0 =3.14 (m)（三）后踵点界面处，墙后填土和车辆荷载所引起的主动土压力计算按本 细则表4.2.5的规定，当墙身高度为10m时，附加荷载标准值：q =10 (kN / m换算等代均布土层厚度为：h。= q =10 =0.56(m)18因基础埋置较浅，不计墙前被动土压力。当采用

4、库仑土压力理论计算墙后填土和车辆荷载引起的主动土压力时候，计算图式如图3所示：iiiiiiimiiuuiimuiiiii图3假设破裂面交丁荷载中部，破裂棱体的断面面积S为121IS = a H I itan n tan ： -一 b a tan 上 a . a H tan , H tan 工 b - d 小 2211+ 2h0(a + H tan 8- ab-(b+d)h0+ H(H 十 2a + 2h0*artx1A。弓 a . H 2h0 a H1=一 3.0 11 .632 0.563.0 11 .63 = 115 .21Bea =3mH=11.63m1=ab - b d21h°

5、;H H 2a 2f tan :1= X3X4.5 +(4.5+0.5 )X0.56 -X11 .63 x(11 .63 + 2X3.0 + 2X0.56 界(- 0.25)=36 .81b=4.5m墙背： =-0.25d=0.5m则 s = A°tan 8 -b°，:-=arc tan(0.25) = -14 .04平=<P+Ot+S=35 14 .04 ° + 35 / 2 = 38 .46因此，破裂棱体的重力为 G= Aotanu-Bo将G代入下式Ecos 二 f I=Ao tanBo A0B° sin=0 ，12tan 日 2tan'

6、;-tan I - cot tan'- - B0 cot ' tan =0A0故 tan - -tan、二，.cot ' tan B°tan'-A036 .81.o=-tan 38.46 - . (cot 35 tan 38 .46 ) (tan 38 .46 ：) =0.78广-37 95115 .21.验算破裂面是否交丁荷载内:堤顶破裂面至墙踵:(H+a)tg 9 如.63+3 )an 37.95 = 11.41m荷载内缘至墙踵： 荷载外缘至墙踵： 故破裂面交丁荷载外b-Htga +d= 4.5 11 .63 0.25 0.5 = 7.91m b-

7、Htga +d+b0= 4.5 11.63 0.25 - 0.5 - 5.50 = 13.41m墙顶至后踵点(。2)的墙背高度为：H =11.63(m).00cos.cos 37.95 35,0K ='(tan 8 +tana ) =0 (tan 37 .95 - 0.25 ) = 0.16sin (8 +平)sin (37 .95 +38 .46 )hid0.50.94 mtan ：F Han -0.78 -0.25h3b- a tan 4.5-3 0.78一 tan F ： tan ： 一 0.78 - 0.25=4.08 mh4 = H h 1 - h 3 =11 .63 - 0

8、.94 - 4.08 =6.61 m2aiz =1十1 -K1Hh32H J2hh42 3=1 =1.48后踵点土压力为:12E =2 H K K单位墙长(1m)4.082 0.56 6.611 -11 .63 I 2 X11 .63 ；211 .631 产2 18 11上土压力的水平分量:63七 0.16 X1.48 =288 .26( KN/ )Ex =Ecos(仅，时 1 =288.26 cos( -14.04 17.5 ) 1 =245 .68 (kN)单位墙长(1m)上土压力的竖直分量：Ey =E sin( :：£，') 1 =288.26 sin( -14.041

9、7.5 ) 1 =17.40 (kN)土压力水平分量的作用点至墙趾的距离：2h a H - h3 h° h43 h2HZy = 一 233H K1211 .633.0 (11 .63 4.08 ) + 0.56 x 6.61 x (3 x 6.61 2 x 11 .63 )=+ 一一2， 一33 11.631.48= 4.14(m)土压力竖直分量的作用点至墙趾的距离：Zx = b 4 -Z y tan a =3.14 +4 .14 x 0.25 = 4.18 (m )B4=3.14m(四) 按基础宽、深作修正的地基承载力特征值f基础最小深(算至墙趾点)：h 埋=1.06 +1.0 =

10、2.16( m) >1.0(m),符合基础最小埋深的规定；但且基础宽度B1 =3.14 A 3.0( m),所以修正后的地基承载力特征值f a=f a+kJB _2）+k2丫 2（h-3）=500（ kPa）。按本细则表5.2.8的规定，当采用荷载组合II时，地基承载力特征值提高系数 K=1.0,故 f /=1.0乂500=500 （kPa）基底合力的偏心距验算：Zy图4挡土墙基地应力验算力系图计算墙体重 w及其相对于 O1点的力臂z W倾斜丁基底合力的偏心距为：e=乎-W Zw EyZyExZ3.142783 .173.1417.4 4.14 - 245.68783 .1717.44

11、18口=-0.31m<Bj =63.14=0.52 m6偏心距验算符合本细则表5.2.4及公式（5.2.2-4）的规定（五）地基承载力验算：有本细则公式（5.2.2）可算得：P maxP minW EyB4W EyB46eo 1 -B41-竺B4783 .17 17.43.14-0.311- 6 = 405 .99 (kPa )3.14783 .17 +17.4 x 1+6 x3.14-0.31 = 103 .93 (kPa)3.14基底最大压应力与地基承载力特征值比较:Pmax = 405 .99 (kPa ) ： f ： =500 (kpa)地基承载力验算通过。(六) 挡土墙及基础沿

12、基底平面、墙踵处地基水平面的滑动稳定验算：按本细则5.2.1条规定：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效应组合。(1) 沿基地平面滑动的稳定性验算不计墙前填土的被动土压力，即 E p =0p抗滑动稳定系数：KcW N En J _ (Wcos ：. 0 Esin f 0 JEt WtEcosi成 _，§沱0 Wsin : 0(783 .17 0.95 245 .68 0.93) 0.35 245 .68 0.34 -783 .17 0.3 = -2.1本细则表5.4.3-3规定，荷载组合II时，抗滑动稳定系数Kc1.3,故本例沿倾斜基底的抗滑动稳定系数，符

13、合本细则的规定。(2) 沿过墙踵点水平面滑动稳定性验算计入倾斜基底与水平滑动面之间的土楔的重力AN ,业粘土，业砂土粘聚力c=20kpa。抗滑动稳定系数：N =G0 Ey = 783 .17 17 .4 = 800 .57 (kN )(N +AN)' +cB (800.57 +73.63)0.7 +20 x3.14K c = = =2.751 .3Ex245 .68符合本细则抗滑动稳定系数的规定。(七) 挡土墙绕墙趾点的倾覆稳定验算不计墙前填土的被动土压力:_GZ° EyZx(1)抗倾覆稳定系数：= 2.49783 .17 3.14 17.4 4.18245 .68 4.14

14、本细则表5.3.5规定，荷载组合II时，抗倾覆稳定系数K° A.50,故抗倾覆的稳定系数符合本规定。(九)挡土墙身正截面强度和稳定验算取基顶截面为验算截面：(1 )基顶截面压力计算由墙踵点土压力的计算结果：K =0.16 , h0 =0.56( m );基顶截面宽度：Bs = B2 =3.0(m)；基顶截面处的计算墙高为：H =10 (m)按:Ki=12h°+H2 0.56=110= 1.111 1基顶处的土压力为：E= KK1H 2 =18 0.16 1.11 10 2 = 159 .84 (kN /m)2 2单位墙长(1m)上土压力的水平分量：Ex = E Xcos (

15、ot+6) =159 .84 x cos ( 14.04+17 .5 ) = 159 .55( kN )单位墙长(1m)上土压力的竖直分量：Ey = E xsin ( a +6) =159 .84 x sin ( 14.04 '+17.5 ) =9.65( kN)土压力水平分量的作用点至基顶截面前缘的力臂长度：Hh0100.56Zx = = = 3.50( m)3 3K133 1 .11土压力竖直分量的作用点至基顶截面前缘的力臂长度：Zy=BSZxtan: -34.18 tan( -14.04 ) = 4.05 (m)(2)基顶截面偏心距验算：截面克度：Bs = B 2 =3(m)取单

16、位墙长(1m),基顶截面以上墙身自重：Ns =G1 = 683 .36 (kN ) 墙身重心至验算截面前缘力臂长度：Zs = (Bs - H tan ： ) / 2 = 3 -10 tan( -14.04 )】/ 2 = 2.75 (m)N G = N S = 683 .36 (kN ), NQ1 = Ey = 9.65(kN )按本细则公式(6.3.5)计算，查表6.3.5-1取综合数应组合系数甲zc =1。并按表4.1.7的规定，取荷载分项系数 L =1.2,*1 =1.4，截面形心上的竖向 力组合设计值为：N d =' zc ( G NG , Q1 N Q1) = 1.0 (1

17、.2 683 .36 - 1 .4 9.65 )= 833 .54 (kN )基底截面形心处，墙身自重作用的弯矩：Bs M g = Ns(Zs -)2= 683 .36 « 2.75 1.5) =8 5 42 kN ，m)基底截面形心处，土压力作用的弯矩：(Bs 'M E = Ey Zx iExZy =9.65 x (3.5 1.5)159.55 x 4.05 = 626 .88(kN -m) <2 )按本细则表4.1.7的规定，分别取作用分项系数：=1.2，幻1 =1.4根据本细则表6.3.5-1的规定，取综合效应组合系数 平ZC =1.0截面形心上的总力矩组合设计值

18、：Md=ZC(GMG qiMe )= 1.0(1 .2854 .21 .4(626 .88 ) =147 .41 (kN )查本细则表6.3.6得合力偏心距容许限值为：ej - 1/ 6 Bs =0.50 (m)截面上的轴向力合力偏心距：e。=丛 =|兰7到=0.18(m) <0.71(m) N d |833 .541符合偏心距验算要求，应按本细则公式(6.3.8-1)验算受压构件墙身承载力。(3) 截面承载力验算：由前计算结果知，作用丁截面形心上的竖向力组合设计值为：Nd = 833 .54 (kN )按本细则表3.1.5的规定，本挡土墙之结构重要性系数为：丫0 =1.05查本细则表6.3.8得长细比修正系数：吓=1.3由本细则公式(6.3.8-3)计算构件的长细比：:s = 2 H / Bs = 2 1 .3 10 / 3 = 8.67按本细贝U 6.3.8条规定：o(s =0.002，色=些 =0.06Bs 3由公式(6.3.8-1)得构件轴向力的偏心距e°和长细比为对受压构件承载力 的影响系数：1 - 256e°Bs81 - 2560.061 12e°Bs/、21+16eo1 ： s L( L -3)21 - 120.060.0027.