王重力式挡土墙设计

1路基设计挡土墙是用来支撑天然边坡或人工边坡以保持土体稳定的建筑物。按挡土墙的结构形式，可以分为重力式挡土墙，半重挡土墙，衡重挡土墙，扶壁式挡土墙，薄壁式挡土墙等形式。本设计采用重力式挡土墙。1.1挡土墙设计资料新建公路K9+985~K10+025路段采用浆砌片石重力式路堤墙，具体设计资料列于下：1.填土边坡1:1.5，墙背仰斜，坡度1：0.25，1：0.25。2•公路等级二级，车辆荷载等级为公路一I级，挡土墙荷载效应组合采用荷载组合I、II。3.地基为砂类土，墙背填土容重y=18kN/m3,，填土与墙背间的内摩擦角»=02=16°。4.,容许承载力⑹=480kPa,基底摩擦系数f=0.50。5.墙身材料采用5号砂浆砌30号片石，砌体丫=22kN/m3，砌体容许压应力为a[b]=610kPa，容许剪应力W]=110kPa，容许拉应力[q」=65kPa。wl1.2确定计算参数设计挡墙高度H=4m，墙上填土高度a=2m,填土边坡坡度为1:1.5,墙背仰斜，坡度1:0.25。图1.1挡土墙尺寸1.3车辆荷载换算1.3.1试算不计车辆荷载作用时破裂棱体宽度假定破裂面交于荷载内侧不计车辆荷载作用h二0；计算棱体参数A、B:000A=1(a+H+2h)(a+H)=1(a+H)2=1(2+4)2=1802022B=-ab+(b+d)h--H(H+2a+2h)tanq=-x2x3--x4x(4+2x2)tan(—14.036)=70202022B7A=t= =0.39A180,屮二Q+a+6二42+14.036+21二64.036o o o otan0=-tan屮^(cotQ+tan屮)(tan屮+A)=一tan64.036+J(cot42+tan64.036)(tan64.036+0.39)o' o o o=0.73

4x025+3贝lj：0=arctan0.73=36.13>arctan—— ——=33.69。 2+4 。计算车辆荷载作用时破裂棱体宽度值B：B=(H+a)tan0+Htana-b=(4+2)x0.73+4xtan(-14.036)-3=1.06mo由于路肩宽度d=2.25m>B=1.06m，所以可以确定破裂面交与荷载内侧。计算主动土压力及其作用位置最大主动土压力：E=-YH2cos(°+e)(tan0+tana)a2 sin(0+屮)cos(36.13+42)=—x22x42 (tan36.13+tan14.036)sin(36.13+64.036)=36.044kN土压力的水平和垂直分力为：E=Ecos(a+S)=36.04x0.99=35.77kNxaE=Esin(a+8)=36.04x0.01=4.37ya主动土压力系数及作用位置：b-atan0 3-2x0.85h=门 = =1.18mtan0+tana 0.85+0.252a h2x2 1.18K=1+ (1—-^)=1+ (1- )=1.851H 2H 4 2x4作用位置：=1.4mH a(H-h)42x(4=1.4m+ 3—=+3 3H2K 3 3x42x1.851Z=B-Ztana=1.06-1.4tan(-14.036)=1.41mxy1.3.2抗滑稳定性验算为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其他外力作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力。在一般情况下：(0.9G+YE屮+0.9Gtana>yEQ1y0Q1x(1.1)式中：G——挡土墙自重；EEEEx，y墙背主动土压力的水平与垂直分力；基底倾斜角(°)；卩基底摩擦系数，此处根据已知资料;主动土压力分项系数，当组合为1、11时，Y=1.4;当组合为IIIQ1时，7 =1.3oQ1G二(2x4+0.3x4)x18二165.6kN/m(0.9G+7E)卩+0.9GtanaQ1y0=(0.9x165.6+1.4x4.37)0.5=77.58kN>1.4x35.77=50.08kN因此，该挡土墙抗滑稳定性满足要求。1.3.3抗倾覆稳定性验算为保证挡土墙抗倾覆稳定性，需验算它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力0.9GZ+7(EZ-EZ)>0GQ1yxxy式中：Zg——墙身、基础及其上的土重合力重心到墙趾的水平距离(m)；土压力垂直分力作用点到墙趾的水平距离(m)；匕一土压力水平分力作用点到墙趾的垂直距离(m)oZ二0.5x0.2 0”Z15二(1+4x0.25)十2二1mG1 G2G20.3x0.x5222K3N.31G21x4x2228k8N2GZ+GZ 0.1x53+.3x881Z— 1G1 2G古 =1.mGG 88.150.9x88.15x1.4+1.4x(4.37x1.41-35.77x1.4)—49.59kN>0因此，该挡土墙抗滑稳定性满足要求。1.3.4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。合力偏心距验算:1二——-0.15二0.38m2 G1 2二Z-—=1-106二0.47mG222Zx1 x二Z--=1.41-106二Zx1 x22N=(丫G+YE一W)cosa+yEsina1G Q1y 0 Q1x0=1.2x88.15+1.4x4.37=111.90kNM=1.2M+1.4M=1.2(GZ-GZ)+1.4(EZ-EZ)TOC\o"1-5"\h\zG E 22 11 yx1 xy1=1.2x(88x0.47-0.38x3.3)+1.4x(4.37x0.88-35.77x1.4)=16.60kN/mM16.60 —e= = =0.181< =0.212N 111.9 51所以基底合力偏心距满足规范的要求。基底应力验算e二0.181>0.177—C二——e二0.3492P二竺二2X111.9二213.75kPa<[q]=610kPamax3C3x0.349P二0min所以基础底面的压应力满足要求1.3.5墙身截面强度验算为了保证墙身具有足够的强度，应根据经验选择12个控制断面进行验算，如墙身底部、1/2墙高处、上下墙(凸形及衡重式墙)交界处。此处选择墙身底部处进行验算(1)强度计算由上面计算可知：N二111.9kN，取：R二460KPa丫二2.311 k k1-256(^0)8 1-256(0.181)8a— — - 1.06 =0741k. .12(0.181) .1+21+12()21.06N-111.9kN<aAR/y-0.741x4.15x460十2.31-612.37kN1 KKK故强度满足要求。故强度满足要求。(2)稳定计算NW屮aAR，丫 (1.11)j KKK'K式中：Na式中：Naj、K、A、、K意义同式(3.10)；弯曲平面内的纵向翘曲系数，按下式计算：w_ 1(1.12)屮k_1+a卩(卩—3山+16(eB)](1.12)sss 02H/B,H为墙有效高度，B为墙的宽度(m)；一般情况下挡土墙尺寸不受稳定控制，但应判断是细高墙或是矮墙。当H/B小于10时为矮墙，其余则为细高墙。对于矮墙可取Wk=1,即不考虑纵向稳定。此处H/b=