重力式挡土墙设计指导书

济南铁道职业技术学院2023级铁道工程专业毕业设计指导书题目：重力式挡土墙土木系铁道工程教研室20231025日1第一局部：设计的过程与治理一、设计过程为切实地提高毕业设计的质量，具体的设计过程如下：第一阶段，自202312月开头，至11/12第一学期开学初第四周完成。要求学生依据设计要求，调查及收集设计资料，进展平纵断面设计。其次阶段，学生依据指导教师对初稿的评阅意见，认真修改设计，绘制全部设计图，整理计算书。填写封面，装订成册。计算书可打印，也可手写，但字体确定要工整、标准，全部资料按封面、设计任务书、设计指导书、名目、计算书、参考文献、平面图、纵断面图的挨次装订成册。201２年5月中下旬，在毕业辩论前一周，设计资料必需全部上交，作为毕业设计成绩评定的依据。二、设计过程把握阶段每阶段主要完成的设计任务阶段每阶段主要完成的设计任务参考完成时间第一阶段收集设计资料，进展方案设计，确定方3周其次阶段挡土墙截面设计及试算3周第三阶段挡土墙的优化设计3周第四阶段修改设计2周第五阶段修改、整理计算书，装订毕业设计1周确认后，方可进展下一阶段的毕业设计工作。其次局部：设计的内容和方法一、重力式挡土墙的设计1、选择挡土墙的位置应依据路基横断面来确定挡土墙的位置路堑挡土墙的位置应设在侧沟外侧，并满足抽换轨枕的要求，即路堑中心线沿轨枕底部至墙胸的水平距离一般不小于3.5路肩挡土墙的位置，在直线地段按路基宽度确定。2、拟定挡土墙的断面尺寸和外形〔1〕.拟定挡土墙的胸坡当地面横坡较陡时，挡土墙胸坡直接影响墙的高度,胸坡较陡的挡土墙高度较小，胸坡较缓的挡土墙高度较大。重力式挡土墙的墙胸坡度，一般在地形陡峻的山区，承受1:0.05-1:0.20。对于路肩和路堤式挡土墙,应尽可能承受较陡的胸坡。在地形平缓的地区，一1:0.20-1:0.35。〔2〕.挡土墙的墙背坡度及形式挡土墙墙背坡度及形式,应力求使墙身构造经济合理,施工开挖量小，回填工程量少，施工便,保证安全，同时还应满足土压力计算理论的适用范围,回填前挡土墙必需稳定等要求。墙背的形式与坡度也影响墙的高度，仰斜的墙最高,竖直的次之，俯斜墙背的最低。由来，对于较低的挡土墙,应优先考虑仰斜及竖直墙背；对于较高的挡土墙，应优先考虑俯斜及折线形墙背。折线形墙背上部俯斜下部仰斜，综合了二者的优点，但其外形简洁,施工不便，一般只在墙身较高时才承受。选择墙背形式时，必需考虑施工的要求。例如,路堑挡土墙，由于仰斜墙背可与开挖的堤、路肩挡土墙，仰斜墙背填土穷实比较困难，所以承受竖直与俯斜墙背比较合理。总之，挡土墙的墙背形式必需综合考虑上述各方面的因素,经过试算、比较后才能确定。在同一工点的挡土墙，其断面形式不宜过多，以免造成施工困难和影响墙的美观。〔3〕.挡土墙的尺寸在挡土墙的位置、胸坡、背坡和根底埋深确定后便可确定挡土墙的高度。挡土墙的宽度应在满足构造要求的根底上初拟一个尺寸并经检算又经济合理的尺寸。按构造要求,浆砌片石挡土墙的墙顶宽度一般不应小于0.5m；混凝土挡0.4m0.2m。3．挡土墙的根底埋深挡土墙置于土质地基时,其埋置深度应符合以下要求:〔1〕.根底埋深不小于1m，如为路堑墙，应在侧沟下至少0.6m。〔2〕.有冲刷时，应在冲刷线下至少1m。0.25m；当冻结深度超过1m0.25m内换填渗水土，但埋置深度不小于1.25m。〔4〕小于1.Om。二、重力式挡土墙的检算挡土墙是用来承受土压力的建筑物,它应具有足够的强度和稳定性。挡土墙的设计应保证在自重和外力作用下不发生全墙的滑动和倾覆,并使墙身每一截面和基底的应力与偏心距均不超过容许值。这就要求在拟定了墙身断面形式及尺寸后,对上述几方面进展检算。考虑到在相当长的范围内挡土墙的断面是不变的,所以在计算作用在挡土墙上各种力时,按平面问题处理,即截取沿挡墙纵向1延长米的挡土墙作为计算对象。(一)．作用在挡土墙上的力系作用在挡土墙上的力系,依据荷载性质和发生概率分为主要力、附加力和特别力。一般状况下,挡土墙只考虑主要力的影响作用。主要力是常常作用在挡土墙上的力,如图1。它包括以下的一些力:墙背承受的由填料自重及轨道和列车荷载产生的侧压力Ea可分解为水平与垂直的侧压力Ex与Ey1作用在挡土墙上的力系示意图墙身自重G；墙顶上的有效荷载W0法向反力R及摩擦力T。常水位时的静水压力和浮力。退落时的动水压力、波浪压力、冻胀压力等。特别力指临时的或属于灾难性的力，它发生的概率很小，如地震力、临时荷载等。阅历并为安全计，一般取计算被动土压力的1/3作为墙前土体的被动抗力。(二)挡土墙稳定性检算对于重力式挡墙,墙的整体稳定性往往是设计中的把握因素。挡土墙的稳定性包括滑动稳定与倾覆稳定两方面。滑动稳定检算挡土墙的滑动稳定是指在土压力和其他外力作用下Kc般状况下，有: NfK c Ex式中∑N—作用于挡土墙墙底的竖向力，为墙身自重G、墙背主动土压力的竖直分力Ey、墙顶的有效荷载Wo三者之合，即 NGE Wy 0挡土墙的容重γ圬=22.0KN/m3，或可以自己拟定。Ey-墙背主动土压力的水平分力基底摩擦系数，可以通过现场试验确定，如无试验值，如表1。滑动稳定系数K不应小于1.3，考虑附加力时，Kc不应小于1.2。当墙高大12-15m，应留意加大Kc值以保证挡土墙的滑动稳定性。当挡土墙的滑动稳定性不满足要求时，可实行以下措施增加其稳定性:地基地基类别f软塑粘土0.25硬塑粘土0.30砂黏土、黏砂土、半干硬黏土0.30-0.40砂类土0.40碎石质土0.50软质岩0.40-0.60硬质土0.60-0.70土质基底可换填0.3-0.5m的碎石。墙趾前防护加固。墙趾前基坑应回填穷实,如有冲刷或其他损坏可能时,趾前地面应防护和加固。如为路堑墙,可在侧沟顶增设混凝土横撑一道(间距1-2m)。如图２图２趾前支撑示意图承受凸榫根底。凸榫根底就是在根底底面设置一个与根底连成整体的榫状凸块，如图３所示，利用榫前土体的被动抗力来增加挡墙的滑动稳定性。设反斜基底。反斜基底是将挡土墙墙底做成倾向墙踵的斜坡。如图４所示，反斜基底倾斜度在一般地区挡土墙不大于0.2:1。浸水地区挡土墙,基底摩擦系数f<0.5时，不宜设反斜基底；0.5﹤f<0.6时，可设0.1:1的反斜基底；基底摩擦系数f≥0.6时，可设0.2:1的反斜基底。图３凸榫根底示意图 图４反斜基底示意图设反斜基底时抗滑稳定系数Kc的计算设反斜基底后，由于墙踵下降了△h，计算土压力时墙高应增加了△h，即计算墙高H”Hh，如图4所示。Btan0h1tan00 N

tan假设将竖直方向的力 和水平方向的力Ex分别按倾斜基底的法线和切线方向分解，则作用在反斜基底上的法向力N”为：切向力N”为：

N

Ncos0

Exsin0NExcosNsin0 0挡土墙在加设反斜基底后的抗滑稳定系数为：N”f

(NExsin)f倾覆稳定性检算

Kc T”

0Ntan0K0表示，其值为对墙趾产生的抗倾覆力矩与倾覆力矩的比值：如图5MyK0M0式中：∑My－对墙趾产生的抗倾覆力距之和∑MO MyGZ EyZyZxM ExGZx0抗倾覆稳定系数不应小于1.5。考虑附加力时不应小于1.30当墙高大于12-15m时，应注意加大K值。以保证挡土墙的倾覆稳定性。0当挡墙的抗倾覆稳定系数不满足要求时，可实行以下措施增加挡墙的抗倾覆稳定性：改缓墙胸和墙背坡，增大抗倾覆力臂Z和Zy；G转变挡墙类型,如将重力式改为衡重式，墙背加卸荷板等；展宽墙趾，如图6，在墙趾前增加△b宽的台阶，台阶一般用与墙身一样的，台阶一3O4O图5倾覆稳定性计算 图6墙趾展宽(三)挡墙基底应力和合力偏心距检算土墙构造合理和避开发生显著的不均匀沉陷，还应把握基底的合力偏心距。如图7所示：作用于基底的合力的法向分力为∑N，它对墙趾的力臂为ZnGZ EyZyExZxGZn NG合力偏心距e为：

图7合力偏心距检算eBZn2在土质地基上，要求e≤B/6，在不易风化的岩石地基上，要求e≤B/4。基底两边缘点，即趾部和踵部的法向压应力 、 分别为：1 21 N M F W2式中∑M—各力对挡墙基底中性轴的力距之和W—挡墙基底抗弯截面模量F—挡墙基底面积 由于沿纵向取1FB1B,W1 M Ne

/6B2

/6。1 N1

(1

6e)B B2σ可提高20%。当按主力计算时,墙踵的基底压应力可超过地基的容许承载力,一般地区最大不得超过30%。当|e|>B/6时,基底的一侧将消灭拉应力,考虑到一般状况下地基与根底间不能承受拉力,故不计拉力而按应力重分布计算基底最大压应力。如图8，基底应力分布图将由虚线图形变为实线图形。由二力平衡定理，实线三角形的形心必在∑N作用线上，基底压应力三角形分3Zn.基底压应力分布图的面积应等于基底合力的竖向分∑N，即：图8 基底应力重分布基底最大压应力

max

2 N3Z

N12

max

3Znn设反斜基底时基底应力及合力偏心距的计算设反斜基底时，基底宽B” 如图9图9设置反斜基底时的计算简图BcosB”cos(0式中： —基底与水平面的夹角0

)—墙背与竖直面的夹角作用在反斜基底上的法向力为：

Ncos0

Exsin0MyM它对墙趾的力臂为

0N”倾斜基底的合力偏心距e”

B”2

Z”n基底的法向应力为：

1 1

6e”e”

B”/6时，2

(1 )B” B”2 N”e”

B”/6时，

max

3Z”n(1)增大根底底宽，如展宽墙趾等；(2)提高地基承载力，如根底换填，将浅根底改为深根底等。挡土墙除应具有足够的稳定性,基底应力和合力偏心距满足要求外，为防止墙身破坏，还应使墙身各截面的法向应力和剪应力不超过墙身材料的容许应力。墙身的分界及1/2墙高处。法向应力及偏心距检算图10墙身截面强度检算示意图如图10墙身所受的土压力E ，E ，Ⅰ—Ⅰ截面宽度为b，则作用在该截面上的力及力距为：xi yi

NGEi yiMyGZ E Zi Gi yi yiM M 0 xi xiM0MZ n NebZ2 n截面两端的法向应力为：1

N(16e)