重力式挡土墙设计任务书

1、重力式挡土墙设计任务书一、目的 本课程设计任务是路基工程重要内容，通过系统地完成挡土墙的课程设计 掌握工程设计的基本方法、步骤，巩固和深化所学知识，为进一步掌握本 课程打下基础。二、涉及内容（一）题目：重力式挡土墙设计（二）设计资料：某新建公路 K2+310 K2+420 路段拟采用浆砌片石重力式路肩墙，具 体设计资料列于下：1、路线技术标准：一般三级公路，设计速度 40Km/h;路基宽 8.5m;2、横断面原地面实测值及路基设计标高如表 1 所示；表 1 实测横断面左侧桩号右侧中桩标高路基设计标 高-0.8、-1.0K2+3101.6.、2.0623.45630.57866-1.0、-1.6

2、K2+3301.8、1.6624.08630.628668-1、2.0K2+3500.4、0.8624.62630.6886410-1.0、-0.8K2+3700.8、1.0624.51630.7310468-1.0、-2.0K2+3901.0、1.2624.30630.798659-1.0、-1.2K2+4001.4、0625.08630.857768-0.4、-1.2K2+4200.4 、0.2625.03630.91862123、 K2+370 挡土墙横断面布置及挡土墙形式如图 1 所示（参考）；4、填料为砂性土， 其密度 =18KN/m3，计算内摩擦角 =35°，填料与 墙背

3、间的摩擦角 = /2；5、地基为密实的砂砾石地基， 其容许承载力 =450Kpa，基底摩擦系数 =0.456、墙身材料采用 5 号片石，砌体密度 =22 KN/m3，砌体容许压应力 =600 Kpa ，容许剪应力 =100 Kpa；三、具体要求： 挡土墙设计包括挡土墙的平面、立面、横断面设计，其中挡土墙横断面 设计以 K2+370 横断面为例。大致步骤如下：1、挡土墙平面、立面布置；2、挡土墙横断面布置，并拟定断面尺寸；3、计算主动土压力；4、验算挡土墙抗滑、抗倾覆稳定性；5、验算基底应力及偏心距；6、挡土墙的伸缩缝与沉降缝，以及排水设计；7、绘制挡土墙立面、横断面；8、编制设计说明书。四、设

4、计完成后应提交的文件：1、挡土墙平面、立面与横断面图；2、设计计算说明书；3、写出设计小结五、要求文字整洁，全部完成设计图表后，应按一定顺序装订成册，所 有图表格式应符合工程设计要求；学生应独立完成设计，发挥独立思考能 力，主动查找有关资料。五、 主要参考资料1、俞高明，金仲秋编著 .公路工程 .北京：人民交通出版社出版.2005年 10月。2、姚祖康编著 .道路路基和路面工程 .上海：同济大学出版社.1994年 7月。3、夏连学，赵卫平编著 .路基路面工程 .北京：人民交通出版 社出版.1997年 9月。4、邓学钧主编 . 路基路面工程. 北京：人民交通出版社出版 .2002 年 2 月。5

5、、中华人民共和国行业标准公路工程技术标准（ JTGB01-2003），北京：人民交通出版社出版6、中华人民共和国行业标准公路路基设计规范JTGD30-2004），北京：人民交通出版社出版（执笔：郑丹燕 ）方案一 拟定挡土墙尺寸如图所示1. 坏棱体长度 L,由设计资料知 =35° = /2 ； =11.30993247 滑动面与水平面的夹角为 ，设 = + +因为墙顶水平，所以由公式 ctg=-tg( )+ ctg tg tg tg 代入数据后得 ctg =0.028755709 即 =88.35287314o ，由公式L=H(tg +ctg ) 可计算得 L=2.058711381m

6、(因为 H=9m)2. 求挡土墙的计算长度 B,由设计资料知该路是一般三级公路，计算荷载为汽车 20，挂 100。本设计取挡土墙的分段长度为 15m，公路桥涵通用设计 规范(JTG D60-2004)规定挡土墙的计算长度按公式 B=13+Htg30但不超过挡土墙得分段长度，经计算取计算 长度 B=15m，则破裂面宽度方向上可布置 一列车的半轴重，在分段长度方向上只能布置一辆重车， 如图所示： G=( 60+120+120)/2=150KN换算成等代均 布土层厚度 h e=G/BL0 =0.269857m。3. 求主动土压力 A由公式 A= H(H+2he )K a/2 ，由课本 土质学与土力学

7、 P153 表 7-2 查值内插 求得 Ka=0.334, 则把有关数据带入上 式得 A=258.0874226KN, 因为 A与水平面间的夹角 = +=17.5+11.30993247=28.80993247 o, Ax=Acos=226.1421751KN, A y = Asin =124.3737687KN。4. 挡土墙抗滑验算挡土墙自重 G=22×( 0.8 2.6 )× 9/2=336.6 KN 则抗滑 稳定系数 Kc=(G+ A y)/ A x代入数据得 Kc=0.91729<1.3, 所以该挡土墙稳定性不足，需要重新设 计。方案二 拟定挡土墙尺寸如图所示

8、1. 求破坏棱体长度 L, 由设计资料知 =35° = /2 ； =16.7 o滑动面与水平面的夹角为 ，设 = + +因为墙顶水平，所以由公式 ctg =-tg( )+ ctg tg tg tg 代入数据后得ctg =0.44506519 即 =66.00781834o ，由公 式 L=H(tg +ctg ) 可计算得 L=6.70571611m (因为 H=9m)。2. 求挡土墙的计算长度 B, 由设计资料知该路 是一般三级公路，计算荷载为汽车 20，挂100。本设计取挡土墙的分段长度 为 15m，公路桥涵通用设计规范 ( JTG D60-2004)规定挡土墙的计算长度按公式B=

9、13+Htg30但不超过挡土墙得分段长度，经计算取计算长度 B=15m，则破裂面宽度方向上可布置两列汽 -20 重车，在分段长度方向上只能布置一辆 重车，如图所示，所以在 B×L面积内布置的汽车轴重 G=2×( 60+120+120) =600KN换算成等代均布土层厚度 h e=G/BL0 =0.3668752053m。3. 求主动土压力 A由公式 A= H(H+2he )K a/2 ，由课本土质学与土力学 求得 Ka=0.4003, 则把有关数据带入上式得 平面间的夹角 = + =17.5 o+16.7 o =34.2 o, A x= A cos =261.0349KN,

10、 A y = Asin =177.399KN。4. 挡土墙抗滑验算 挡土墙自重 G=22×（ 14.6 ）×P153 表 7-2 查值内插 A=315.61KN, 因为 A与水9/2=554.4KN 则抗滑稳定系数 Kc=(G+Ay)/ A x代入数据得 Kc =1。26<1.3, 所以该挡土墙稳定性不足，需要 重新设计。方案三 拟定挡土墙尺寸如图所示1. 求破坏棱体长度 L, 由设计资料知 =35° = /2 ； =19.28333o滑动面与水平面的夹角为 ，设= + +因为 墙顶水平，所以由公式 ctg =-tg( )+ ctg tg tg tg 代入数

11、据后得 ctg =0.426926253 即 =66.88109171o ，由 公式 L=H(tg +ctg )可计算得 L=6.9911552697m(因为 H=9m)。2. 求挡土墙的计算长度 B,由设计资料知该路是一般三级公 路，计算荷载为汽车 20，挂 100。本设计取挡土墙的分段长度为 15m，公路桥涵通用设计规范 (JTGD60-2004)规定挡土墙的计算长度按公式 B=13+Htg30 但不超过挡土墙得分段长度，经计算取计算长度 B=15m，则破裂面宽度方向上可布置两列汽 -20 重车和一列重车的 一侧车轮，在分段长度方向上只能布置一辆重 车，如图所示，所以在 B×L

12、面积内布置的汽 车轴重 G=2.5×(60+120+120)=750KN换算 成等代均布土层厚度he =G/BL0 =0.3973274331m。3. 求主动土压力 A由公式 A= H(H+2he )K a/2 ，由课本土质学 与土力学 P153表7-2 查值内插求得 Ka=0.44938333,则把有关数据带入上式 得 A =356.5259242KN, 因为 A与水平面间的夹角 = +=17.5 o +19.2833o=36.7833o, A x= A cos=285.5436042KN, A y = Asin=213.4843899KN。 A x的作用点距墙脚 B点的竖直距离

13、Cx为： Cx =H (H+3he )/3 (H+2he )，Cy =d(d+3d1) /3(d+2d 1), 其中 d=Htg, d1= hetg , 代入数据解得 Cx=3.121697223m, C y =1.092183497m。4. 挡土墙抗滑验算挡土墙自重 G=22×( 14.35+0.9 )× 9/2=618.75KN 则抗滑稳定系数Kc=(G+ A y)/ A x代入数据得 Kc =1.31155>1.3, 所以该挡土墙稳定性 满足要求。1. 验算抗倾覆能力由公式 K0 = My /Mx计算要求抗倾覆系数 K0 1.5(主要荷载组合)My =0.5&#

14、215;0.9×9×1×22×0.9×2/31.1×9×22×(0.9+1.1/2)+0.5×3.15×9×22×(23.15/3)213.4843899×(5.151.092)=2186.732154KN·mMx =285.5436042× 3.121697223=891.3806763 KN·m所以K0 =2186.732154/891.3806763=2.45319672>21.5 即该挡土墙的抗倾覆能力满 足要求。1. 验

15、算基底应力 求图的形心位置，对 y 轴求面积矩 SF1×0.9× 2/3SF×(0.9+1.1/2) SF2 ×(2+3.15/3)=S ·x解得 x=2.134m则基底合力的发向分力对 0点的力臂Zn=(MyMx)/N=G·x+A y ×(5.15 Cy) A x×Cx /( G+ A y ) ，代入数据得 Zn =1.556895848m则偏心距 e=|B/2Zn |=5.15/2 1.557=1.018mB/6=5.15/6=0.8583< e,基底将出现拉应力，现采取展 宽墙趾的措施如图所示 B=6.

16、15m则 e=|B/2 Z n |=1.018m, B/6=6.15/6=1.025m ,e<B/6, 此时基底将 不会出现拉应力。 墙趾和墙踵处的压应力为 1,3= N(1 ±6e/B)/B代入数据得 1,3=269.721 KPa 和0.924Kpa, 符合基底最大压应力小于地基容许承载力=450Kpa，在 e>B/6 情况下应力重分布基底最大压应力max=2 N/3Z n =4N/3(B2e) =356.341Kpa，也满足 max< =450Kpa。1. 验算墙身截面强度 计算墙身底基础顶截面强度，由前计算知该图形的形心位置距墙趾的距离 x=2.134m作用

17、的土压力 A =18×8.25 ×(8.25 2×0.3973) × 0.44938=301.786KN, A x =241.702KN, A y =180.7066KN,墙身自重 G=8.25×22×（1.1 4.813）/2=536.60475KN, C x =2.870806197m,Cy =1.0044m, Zn =1.5324m, e=0.8745m, B/6=0.802m 则 e>B/6，该截面出现 拉应力 l， l =（536.60475+180.7066）（16e/B）/4.813=13.4389Kpa 小 于容

18、许拉应力 l =80Kpa，该截面强度符合要求。因为 e>B/6，压应力重分 布，则该截面最大压应力为 =2（G+ A y）/3Zn =312.0644523Kpa,该截面 的剪应力 1= A x （G+ A y ）×f/B=-9.3959Kpa< =100Kpa，（ 取摩 擦系数 f=0.4） 各项应力均符合要求。课程设计小结1、 根据设计资料确定路面和原地面的高差， 并考虑挡土墙有一定的埋置 深度。初步拟定路肩挡土墙的断面尺寸， 即顶宽为 0.8 米，底宽为 2.6 米墙背采用 1：0.2 的坡度，墙面竖直 ，经计算该挡土墙的抗滑稳定 性不足， Kc =0.917。2、 重新设计挡土墙的断面尺寸顶宽为 1 米，底宽为 4.6 米墙背采用 1： 0.3 的坡度，墙面采用 1：0.1 的坡度，进一步增大挡土墙的自重，经 计算抗滑稳定性抗滑稳定性系数 Kc =1.26 仍达不到要求的 1.3 ，还需 重新设计断面。3、断面顶