【某公路边坡支护设计计算7400字】

某公路边坡支护设计计算目录TOC\o"1-3"\h\u13471某公路边坡支护设计计算 1106521.1支护选型 1292181.2挡土墙基本设计 1293881.3使用剩余下滑力的挡土墙验算 2123011.3.1滑动稳定性验算 342831.3.2抗倾覆稳定性验算 5252951.3.3基地应力及合力偏心距验算 661221.4使用主动土压力的挡土墙验算 1280721.1.1滑动稳定性验算 14227981.1.2抗倾覆稳定性验算 15112091.1.3基地应力及合力偏心距验算 1593161.5墙身防水设计 181.1支护选型支挡结构是用来支承路基填土或山坡土体，防止变形失稳的设施。在实际工程中，最常用的支挡结构是挡土墙。挡土墙的结构形式有很多，常见的挡土墙形式包括重力式挡土墙、衡重式挡土墙、悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙、锚杆式挡土墙、桩板式挡土墙等等。挡土墙的结构形式主要由实际工程情况决定，包括但不限于支挡处的地形、工程地质、水文地质、技术经济条件等。本设计拟采用抗滑挡土墙作为支挡结构，抗滑挡土墙是滑坡整治中常见的支挡结构之一，采用抗滑挡土墙整治滑坡，优点是结构施工简单，施工工期较短，可以用在山坡坡脚支撑不足而导致的牵引式滑坡，也可以用于小型、浅层或者中大型滑坡的局部辅助措施。抗滑挡土墙因受力条件、材料的选择以及结构形式不同，虽然有多种类型，但一般来说采用的是重力式抗滑挡土墙，依靠自身的重力去抵抗滑坡推力。拟建项目采用重力式抗滑挡土墙进行支护设计，重力式挡土墙主要依靠墙体自身的重力保持稳定，墙高一般不超过12m。1.2挡土墙基本设计抗滑挡土墙承受的是滑坡推力，不同于普通的重力式挡土墙,抗滑挡土墙由于需要考虑滑坡推力较大，合力作用点较高的因素，一般来说抗滑挡土墙的坡面较缓，面坡通常采用1﹕0.3到1﹕0.5的坡率。根据《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）第5.1.1条：重力式挡土墙高度不宜超过12m，墙高小于10m的挡土墙可以采用浆砌片石，大于10m可采用片石混凝土。抗滑挡土墙是用来稳定滑坡的，滑坡的结构形式多样，不必拘泥于普通挡土墙那样的标准图，需要根据具体情况，单独设计。通常来说为了增大自身的稳定性，抗滑挡土墙都具有外形矮胖，坡面放缓的特点。本设计挡土墙尺寸如下：墙身高度：9.45m；墙顶宽度：1.50m；面坡倾斜度：1﹕0.5（地面横坡平缓时，墙面可适当放缓）；背坡倾斜度：1﹕-0.15（仰斜墙背适用于墙趾处地面平缓的地区）。采用扩展墙趾台阶，墙趾台阶宽度取1m，墙趾台阶高度取0.50m，垂直于路面线（增大抗滑移度以及抗倾覆度）。详图挡土墙示意图见图1.1：图1.1挡土墙示意图Figure1.1Schematicdiagramofretainingwall1.3使用剩余下滑力的挡土墙验算抗滑挡土墙的稳定性验算与普通重力式挡土墙的稳定性验算相同，仅由设计推力替代主动土压力，验算内容包括抗滑稳定性验算、抗倾覆稳定性验算、基底应力以及合力偏心距验算、墙身截面验算等挡墙材料根据《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）附录选用，见表1.1：表1.1常用挡墙材料表Table1.1Commonretainingwallmaterials材料类型最低强度等级非冰冻区、轻冻区中冻区、重冻区片石MU30MU40水泥砂浆M7.5M10M10在经济允许的前提下尽量不选用干砌挡土墙，拟建项目位于非冰冻区，石料充分，所以选用浆砌片石，圬工砌体容重设置为23kN/m根据《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）附录H要求，取基地与基地土之间摩擦系数为0.40（半干硬黏土），圬工之间摩擦系数取0.30。在第三章节中设定墙后填土为断面设计是挖方后所得的粉土，各类参数性质如下表1.2所示：表1.2挡墙计算参数表Table1.2Calculationparametertableofretainingwall墙后填土内摩擦角（度）25.00地基土内摩擦角（度）25.00地基土容重（kN/m18.00墙后填土容重（kN/m18.00墙底摩擦系数0.40剩余下滑力取第三章计算所得，取偏大值287kN，剩余下滑力角度为33.394度，取近似值33.4度。一般来说，当主动土压力与滑坡推力比较接近时（比值在0.6到1范围内），挡土墙设计计算应当分别验算滑坡推力与主动土压力的工况。但由于第三章中做出的假设并不严谨，所以本设计采用两种方法分别验算。先将设计推力代替主动土压力进行验算（本节中出现的主动土压力值均为剩余下滑力代替值），按《岩土工程勘察规范》（GB50021―2001）计算滑坡推力，其作用点一般取滑体厚度中部，根据断面图，本设计取距地面4m（断面高度一半），各类分项验算如下；1.3.1滑动稳定性验算根据《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）附录H：对挡土墙地基及填土的整体稳定性进行验算，其稳定系数不小于1.25，本设计取稳定性系数为1.30。抗滑稳定性系数Kc是挡土墙实际抗滑力与下滑力之比，一般情况下：Kc=E式中：Ean——垂直于基地方向的分力，kNEat——主动土压力（本次验算用剩余下滑力代替）平行于基地方向分力，kNGn——墙体自重G按墙底倾角α0正弦分解，Gt——墙体自重G按墙底倾角α0余弦分解，μ——基地摩擦因数，按表1.2中取0.4。主动土压力在平行于基底方向分力：Eαt=Eαcos垂直于基底方向上的应力：Eαn=E式中：Eα——主动土压力（此处为剩余下滑力），kNθ——剩余下滑力与水平方向夹角；α0——墙底倾角，由结合CAD软件中得挡墙尺寸可知α计算示意图如下：图1.2抗滑移稳定验算示意图Fig.1.2Antislidingstabilitycheckingdiagram主动土压力Eα按剩余下滑力取值为287kN，夹角θ取值33.4°。按式1.2与式1.EE自重G的分解按下列式1.4与式1.5计算Gt=Gsinα0Gn=Gcosα0墙体自重G根据软件计算后取值为627.857KN，按式1.4与式1.5计算后得到：GG计算后发现，挡土墙自重在沿基底方向上分力与剩余下滑力在基底方向分力相反，且自重在沿基底方向上分力大于剩余下滑力的基底分力，显而易见满足抗滑稳定性的要求。1.3.2抗倾覆稳定性验算挡土墙的抗倾覆稳定性是指它抵抗整个墙身绕墙趾旋转的能力，用K0来表示。根据《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）附录H中要求，设定此工程抗倾覆稳定性系数为K为了保证挡土墙的抗倾覆稳定性，要求抗倾覆力矩大于倾覆力矩，结合抗倾覆稳定性系数K0Eazx0式中：Eax——主动土压力在水平方向上的分力，kNEaz——主动土压力在竖直方向上的分力，kNx0——主动土压力竖向分力对墙趾取矩的力臂，mz0——主动土压力水平分力对墙趾取矩的力臂，mxα——挡土墙自重对墙趾取矩的力臂，m计算简图如下：图1.3抗倾覆稳定验算示意图Figure1.3Schematicdiagramofantioverturningstabilitycheckingcalculation计算公式如下：Eαx=EEaz=Ex0=b−zcotαz0=z−btan式中：α——墙背倾角，由结合CAD软件中得挡墙尺寸可知α=99°其余α、Ea墙底宽度b=1.830m；土压力合力作用点到墙踵得竖直距离z=5.450m相对于墙趾点，墙身重力的力臂xα按式1.8、式1.9可得：EE按式1.9、1.10可得xz由于计算有些许偏差，取x0=5.650m，按式1.6计算可得：E1.5满足3303.594kN∙m≥1437.606N∙m，即抗倾覆力矩大于倾覆力矩，抗倾覆验算满足要求。1.3.3基地应力及合力偏心距验算基地应力的验算是为了避免基地应力超过地基的承载力，同时为了防止挡土墙的不均匀沉降，还需要进行偏心距的验算。根据《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）附录H：基底的合力偏心距e在地基土质地基的情况下不应大于B/6，在地基为岩石地基的情况下不应大于B/4。拟建项目为土质地基，取基底容许偏心距为B/6。计算公式如下（满足e≤bpminmax=式中：pmax——基底最大压力（趾部），kNpmin——基底最小压力（踵部），kN其余参数已在上文给出，式中e为偏心距，即合力作用点偏离基底形心的距离，要求出偏心距，首先需要求出竖向合力的作用点到墙趾的距离d0d0=G各项参数意义及数据已在上文给出，计算后得到：d偏心距的计算按公式1.13进行计算：e=b2−代入数据计算后得到：e=截面容许偏心距按《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）附录H、H.0.3第6条要求选取，如下表1.3：表1.3圬工结构容许偏心距Table1.3Allowableeccentricityofmasonrystructure荷载组合容许偏心距eⅠ、Ⅱ0.25bⅢ0.3b施工荷载0.33b结合工况，荷载组合取Ⅲ类，截面容许偏心距取0.3b，求出得偏心距满足e=0.569m<b6=4.8306=0.805m，且pp根据规范，基底应力验算应按照下列式1.14于1.15进行计算：pmax+ppmax≤1.2f式中：fa——修正后的地基承载力，根据《公路路基设计规范》（JTG3363-2019）第1.3.4条，修正后的地基承载力特征值计算公式如下：fa=fa0+式中：fa——修正后的地基承载力特征值，kPafa0——地基承载力特征值，kPab——基础底部宽度；h——基础埋置深度，自天然地面算起，当h<3m时取h=3m；k1——k2——γ1——基底持力层土的天然重度，kNγ2——基底以上土层加权平均重度，kN根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG3363-2019）,粉土地基承载力特征值fa0按下表1.表1.4粉土地基承载力特征值fTable1.4Characteristicvaluesofsiltfoundationbearingcapacity孔隙比E天然含水量ω（%）1015202530350.5400380355———0.6300290280270——0.7250235225215205—0.8200190180170165—0.9160150145140130125注：fa0单位为kPa根据第三章土层信息，粉土孔隙比为0.7含水量为20%，结合表格对fa0取值为225kPa当考虑宽度，深度修正时，根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG3363-2019）第1.3.4和第1.3.5条要求，对k1与k2的取值按下表表1.5地基承载力宽度、深修正系数k1，Table1.5WidthanddepthcorrectioncoefficientKoffoundationbearingcapacity土类kk粉土——01.5沙土粉砂中密1.02.0密实1.22.5细沙中密1.53.0密实2.01.0中沙中密2.01.0密实3.05.5粗砂中密3.05.0密实1.06.0碎石土碎石土碎石、圆砾、角砾中密3.05.0密实1.06.0卵石中密3.06.0密实1.010.0注：对于稍密和松散状态的沙、碎石土，取值可以按50%取。根据填方说明，地基土层取粉土，根据表1.5取k1=0，fa=f其中：γ2取填土重度为18kN/m3，根据挡土墙信息结合CAD软件得基础埋置深度h=1.45m，根据前文解释取f结合式1.14与1.15：pp根据计算所得，基底合力偏心距以及基底压应力均满足设计验算要求。1.3.4墙身截面验算墙身截面的选择通常选择一到两个截面，本设计采用验算台顶截面与墙底截面。强度验算包括法向应力、剪应力以及偏心距的验算。公式如下：设截面i以上土压力为Eax与Eaz（与前文主动土压力分解相同），墙身自重为Gi，截面宽度为Bi，截面i以上所受总压力Ni=G截面i以上总的荷载对墙趾的力臂ZNi按式ZNi=式中：Myi——截面iMoi——截面i计算公式如下：Myi=GMoi=E式中：ZGi——Zxi——EZyi——E截面偏心距验算公式如下；ei=B两个截面的法向力、切向力、偏心距验算如下：1.3.1.1墙底截面强度验算（1）墙底截面偏心距验算根据CAD软件与理正软件得到墙底截面以上挡土墙自重G1=543.663kN，由前文计算所得Eαx结合挡土墙剖面图得到墙底截面宽度B1=5.05m，Eaz到墙趾处的力臂Zx1=5.65m，Eax到墙趾的力臂Z根据式1.19与式1.20，计算后得到：MM根据式1.17，计算后得到墙底截面以上总压力N1N代入式1.18后得到墙底截面以上总的荷载对墙趾的力臂ZNZN将以上所得数据带入式1.21得到墙底截面偏心距e1e容许偏心距取0.3B1，满足e（2）墙底截面法向应力验算墙底截面法向应力计算按照式1.22计算：piminmax代入前文数据后得到：pp按式1.14与式1.15进行验算：pp墙底截面法向应力满足验算要求。（3）墙底截面剪应力验算剪应力验算公式按式1.23计算：τi=T式中：Ti——水平剪力，与截面i水平力Eτ为圬工容许剪应力，按规范,对于M7.5浆砌片石取147kPa。代入数据计算得到：τ计算后的结果剪应力很小，这也从侧面证明了：由于重力式挡土墙的截面很大，剪应力很小，通常可以不做剪力承载力的验算。后文关于强度验算会忽略掉剪应力的验算。1.3.1.2台顶截面处强度验算（1）台顶截面偏心距验算根据CAD软件与理正软件得到台顶截面以上挡土墙自重G2=485.156kN，水平分力Eαx结合挡土墙剖面图得到台顶截面宽度B2=4.125m，Eaz到墙趾力臂Zx2=4.650m，Eax到墙趾的力臂Z根据式1.19与式1.20，计算后得到：MM根据式1.17，计算后得到台顶截面以上总压力N2N代入式1.18后得到墙底截面以上总的荷载对墙趾的力臂ZNZN将以上所得数据带入式1.21得到墙底截面偏心距e2e容许偏心距取0.3B2，满足e（2）台顶截面法向应力验算台顶截面法向应力计算按照式1.22计算：代入前文数据后得到：pp按式1.14与式1.15进行验算：pp台顶截面法向应力满足验算要求。至此，在使用剩余下滑力的验算方法均满足设计要求。1.4使用主动土压力的挡土墙验算在使用剩余下滑力进行验算时，发现计算出的结果相比于容许值均偏小甚至过于小，这说明在第三章进行最大剩余下滑力的假设时，假设虽然具有可行性但并不严谨，假设值并不是最大的剩余下滑力。使用主动土压力进行验算时，可以较为精确的计算出压力值。此时需要考虑到墙背与土体之间的摩擦角，这样才能得到主动土压力的作用角度。而在前文使用剩余下滑力进行计算时，剩余下滑力的精确作用角度已在理正软件中给出，使用将剩余下滑力代替主动土压力时，二者的不同之处也就在于计算沿基底方向分力的方法不同。计算示意图如下：图1.4主动土压力稳定验算示意图Figure1.4schematicdiagramofactiveearthpressurestabilitycheckingcalculation两种方法中，主动土压力分解出的Ean与Eat、力臂等符号的物理意义与前文相同，只是计算公式与作用点不同导致计算数值不同，在1.4章节中对于这些符号意义不进行与主动土压力在平行于基底方向分力：Eαt=E垂直于基底方向上的应力：Eαn=E式中：Eα——主动土压力，kNα——墙背倾角，由结合CAD软件中得挡墙尺寸可知α=99°；α0——墙底倾角，由结合CAD软件中得挡墙尺寸可知α0δ——墙背于土体之间的摩擦角，按表1.3选用。表1.6土对挡土墙墙背摩擦角Table1.6Frictionangleofsoiltobackofretainingwall挡土墙情况摩擦角δ墙背平滑，排水不良（0~0.33）φ墙背粗糙，排水良好（0.33~0.53）φ墙背很粗糙，排水良好（0.50~0.67）φ墙背于土体见不可能滑动（0.67~1.00）φ注：φ为墙后土体内摩擦角，本设计取φ为25°δ按墙背粗糙，排水良好（后文增设排水设计）的情况下取值为25×0.4=10°计算主动土压力时，根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）建议边坡工程按照式1.26进行计算：Eα=φ式中：φc——γ——墙后填土重度，kN/mH——挡土墙高度，m；Ka——对于φc，取值规定为土坡的高度大于8m时宜取1.2，本设计中取值为1.2。墙后填土容重根据表1.2取γ=18kN/m3在进行主动土压力系数计算时，通常有两种理论，分别为库伦土压力理论与朗肯土压力理论。库伦土压力理论的基本假定有：挡土墙后土粘聚力为0；挡土墙后土体产生的土压力使土体形成滑动楔体，滑裂面为通过墙踵的平面。根据工况，墙后填土需要考虑粘聚力，则不满足库伦土压力理论的使用条件（使用起来有误差）。而朗肯土压力理论的假设是墙背竖直光滑，墙后土体表面水平且无限延长，这也不符合工况的要求。在《建筑地基基础设计规范》中，对于主动土压力系数，除了这两种计算理论的方法，还给出了如下的公式（符合设计要求）：K（1.27）式中：kq=1+2qγh×η=2cγH，取粘聚力c=6kPa，计算后得到β——墙顶延长线与水平夹角，本设计为0°；φ——墙后填土摩擦角，根据表1.2取为25°；α1——墙背与水平面夹角，根据剖面图取81°其余参数与前文一致，代入数据后得到K=0.36由于未考虑土坡表面的均布荷载，但为了安全考虑，设计时取系数近似偏大值Ka结合式1.26可得主动土压力EαE根据土压力理论，主动土压力合力作用点是距墙踵为3/H处，作用方向与墙背成δ角。挡土墙墙高为9.45m，根据剖面图分析得主动土压力作用点在水平线上1.217m处。对于被动土压力，产生原因是滑裂面上出现了抗剪力，但为了安全考虑，在验算强度要求时一般不考虑被动土压力，各项验算如下：1.1.1滑动稳定性验算根据式1.24与1.25计算后得到EE将上文墙体自重代入公式1.1后得到抗滑稳定系数：K抗滑稳定性验算满足要求1.1.2抗倾覆稳定性验算土压力合力作用点到墙踵的竖直距离z=3.167m按式1.9、1.10可得：xz涉及到δ计，将式1.7与式1.8更新如下：算公式如下：Eαx=EEaz=E按式1.28、式1.29计算可得：EE按式1.6计算可得：E1.5满足2446.298kN∙m≥986.773kN∙m，即抗倾覆力矩大于倾覆力矩，抗倾覆验算满足要求。1.1.3基地应力及合力偏心距验算各项参数意义及数据已在上文给出，按式1.12计算后得到：d偏心距的计算按公式1.13进行计算：代入数据计算后得到：e=求出得偏心距满足e=0.404m<b6=4.8306=0.805m，且pp修正后的地基承载力容许值仍取fa=225kPa，结合式1.14与pp根据计算所得，基底合力偏心距以及基底压应力均满足设计验算要求。1.1.4墙身截面验算仍然采用验算台顶截面与墙底截面。强度验算包括法向应力、以及偏心距的验算（本次不含剪应力）。1.1.1.1墙底截面强度验算（1）墙底截面偏心距验算由于只是更改了主动土压力的作用点与大小，截面上墙自重与前文相同，挡土墙自重G1由前文计算所得Eαx=389.490kN，Eaz=6.628kN。更换了作用点，力臂会发生改变，结合挡土墙剖面图得到墙底截面宽度B1=5.05m，Eaz到墙趾处的力臂Zx1=5.330m，根据式1.19与式1.20，计算后得到：MM根据式1.17，计算后得到墙底截面以上总压力N1N代入式1.18后得到墙底截面以上总的荷载对墙趾的力臂ZNZN将以上所得数据带入式1.21得到墙底截面偏心距e1e容许偏心距取0.3B1，满足e（2）墙底截面法向应力验算墙底截面法向应力计算按照式1.22计算：代入前文数据后得到：pp按式1.14与式1.15进行验算：pp墙