某挡墙加固计算书.docx
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某挡墙加固计算书
新尧新城一号街挡墙消险加固工程设计计算文件
2009年11月6日
新尧新城一号街挡墙消险加固工程
责任表
总经理：
总工程师：
设计：
校对：
项目负责：
审核：
审定：
审批：
目录
一、工程概况
二、场地工程地质、水文地质条件
三、场地和地基的地震效应
四、工程地质评价
五、地基承载力
六、设计依据及设计原则
七、设计方案
八、复核计算
一、工程概况
本工程位于……..，与…..交叉口北侧，一号街道路西侧。
本工程针对长度约140米、高度约6.9米范围的石砌挡墙进行加固处理。
原直立石砌挡墙砌筑质量较差，墙面有明显起拱、开裂，挡墙结构处于临界稳定状态。
若长时期挡墙在风雨和墙后水的浸蚀作用下，墙体石料进一步风化，砂浆在墙后水的浸蚀作用下会失去强度，挡墙极有可能失稳垮塌，直接威胁到附近房屋、人员和公路的安全，需采取加固措施进行处理。
现场照片如图1和2。
二、场地工程地质、水文地质条件
根据《………工程岩土工程勘察报告》确定场地工程地质条件。
2.1地形地貌
场地隶属于岗地地貌单元，现场地形起伏较大，孔口高程为44.10～48.94左右，相对高差为4.84m左右。
2.2地基土工程地质特征
根据工勘报告，该场地勘探孔深度范围内岩土层分为两个工程地质层，三个亚层，各层工程地质特征详见下表1，其埋藏分布特征见工程地质剖面图。
岩土体分层描述一览表表1
层号
地层名称
颜色
状态
特征描述
底板埋深（m）
最小/最大
厚度（m）
最小/最大
①
杂填土
灰黄色
松散
主要由粘性土组成，含碎石、建筑垃圾、植物根茎，非均质
0.5/2.20
0.5/2.20
③1
安山岩
（强风化）
灰色
手捏易碎，遇水易软化，岩芯呈砂土状，软硬不均，夹少量硬质碎块，岩体基本质量等级为Ⅴ级
1.80/2.40
1.30/1.80
③2
安山岩
（中风化）
灰色
岩芯为短柱状～碎块状，裂隙较发育，裂隙面有铁质氧化膜充填，岩质较坚硬，锤击声较脆，锤击不易碎。
岩体基本质量等级为Ⅳ级
顶板埋深（m）
1.80/2.40
揭露最大厚度（m）4.80/11.60
2.2水文地质条件
2.2.1地下水类型及赋存条件
拟建场地地下水主要为上层滞水，雨期主要赋存于①层杂填空隙和上部基岩裂隙中，接受大气降水补给，以蒸发方式排泄。
根据工勘报告，勘探未测得地下水水位。
年最高水位埋深可按1.0米考虑。
2.2.2地层渗透性
据勘探揭示，场地分布①层杂填土松散，含少量碎石、植物根茎，渗透系数为10-5cm/s,为弱透水层，不均质；③1层强风化岩渗透系数为10-4cm/s；③2层中风化岩基本不透水。
三、场地和地基的地震效应
南京地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计分组为第一组。
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001），场地覆盖层厚度小于3米，场地类别均为Ⅰ类，设计特征周期为0.25s。
本场地无液化层分布，场地可不考虑液化影响。
拟建场区地形坡度较大，但下卧岩土体分布较为稳定，强度较高，综合判别视场地为可进行建设的一般场地。
四、工程地质评价
地区地形较平坦，据区域地质资料，场区附近无活动性断裂通过，基底岩层分布稳定，适宜本工程建设。
据勘探揭示，场区分布①层杂填土，松散，非均质，强度低；③1层强风化安山岩为低强度岩石；③2层中风化安山岩为较软岩石。
五、地基承载力
根据工勘报告，确定的各岩土层承载力特征值，如下表2。
岩土层名称
综合建议值fak
kPa
③1
安山岩（强风化）
300
③1
安山岩（中风化）
5000
六、设计依据及设计原则
6.1设计依据：
（1）江苏省地质工程勘察院完成的《南京新尧新城一号街边坡工程岩土工程勘察报告》（报告编号：
2008389）；
（2）《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T0219-2006）；
（3）《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2006）；
（4）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）；
（5）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）；
（6）《支挡结构设计手册》第二版，中国建筑工业出版社；
（7）《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22:
2005）；
（8）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）；
（9）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；
（10）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）；
（11）《边坡与滑坡工程治理》（2007年）；
（12）《工程地质手册》第四版，中国建筑工业出版社。
6.2设计原则
（1）治理设计目标：
安全可靠、长期有效、治理手段合理可行、节约造价；
（2）综合治理与长期观测相结合的原则；
（3）充分考虑边坡挡墙的耐久性，保证边坡挡墙的长期使用。
七、设计方案
根据工勘报告、岩石节理发育情况判断，此岩质边坡为稳定的边坡，但若经长期雨水浸泡、岩层风化，边坡稳定性受到威胁，且边坡顶存在居民建筑物，边坡紧邻公路，为了确保道路畅通及人民生命财产安全，在道路施工的同时进行了边坡挡墙的施工，挡墙分两级台阶。
目前挡墙施工已完成，但由于施工质量等问题，挡墙局部有隆起及裂缝出现，危机道路及人员安全，为此，需采取加固措施进行处理。
为验证设计挡墙是否满足要求，本方案采用理正岩土软件进行了挡墙设计的复核验算，经验算挡墙设计满足要求，复核结果见第八节：
衡重式挡土墙验算。
为安全起见，本加固方案不仅对挡墙本身进行加固处理，同时对挡墙空腔部位和墙后回填土体进行灌浆密实处理，提高墙体本身的抗剪强度和墙后回填土体的自稳能力，加固工程完成后，疏通整治原有泄水孔并适当增设泄水孔，保证墙后水的排出。
因挡墙的内部结构及相关参数指标不便测定，挡墙的最佳计算模型无法设定，所以，对挡墙进行加固设计应按照最不利情况考虑，即，挡墙在自重作用下沿破裂面发生剪切破坏来考虑。
经综合比对确定，加固方案如下：
1、CD段挡墙，中部被挤压外鼓，采用斜拉锚杆、外加喷射钢筋砼挡墙加固。
锚杆设三排，水平间距1.75m，锚杆长度底排9.0m，中排12.0m，上排9.0m，孔径140mm，锚杆主筋Φ25，二次注浆；挡墙为喷射钢筋混凝土，厚度200mm，砼强度C20，挡墙内锚杆节点处布置双向4Φ18mm螺纹钢，双层Φ10mm钢筋网片＠150mm，设4Φ18mm井字形螺纹钢筋与锚杆节点焊接相联。
2、DEF段挡墙，采用斜拉锚杆、外加喷射钢筋砼挡墙加固。
锚杆设三排，水平间距1.75m，锚杆长度均为9.0m，孔径140mm，锚杆主筋Φ25，二次注浆；挡墙为钢筋喷射混凝土，厚度200mm，砼强度C20，挡墙内锚杆节点处布置双向4Φ18mm螺纹钢，双层Φ10mm钢筋网片＠150mm，设4Φ18mm井字形螺纹钢筋与锚杆节点焊接相联。
3、BC、FG段挡墙，采用斜拉锚杆、外加喷射钢筋砼挡墙加固。
锚杆设二排，水平间距2.0m，锚杆长度均为9.0m，孔径140mm，锚杆主筋Φ25，二次注浆；挡墙为钢筋喷射混凝土，厚度150mm，砼强度C20，挡墙内锚杆节点处布置双向2Φ18mm螺纹钢，单层Φ8mm钢筋网片＠150mm，设4Φ18mm井字形螺纹钢筋与锚杆节点焊接相联。
4、AB、GH段挡墙，采用植筋加喷射钢筋砼加固。
不设锚杆，植筋长度为400mm，水平垂直间距0.6m；钢筋喷射混凝土厚度150mm，砼强度C20，单层Φ8mm钢筋网片＠200mm，挡墙内锚杆节点处布置水平1Φ18mm螺纹钢与锚杆节点焊接相联,外压于钢筋网片。
边坡顶为居民建筑，岩石为安山岩，裸露部分为强风化岩石，进行挡墙加固处理的同时，要做好截排水措施，特别是坡顶居民区生活用水的合理排放，水的作用将降低岩石抗剪强度，加速岩石的风化作用，危及边坡稳定性。
八、复核计算
1、衡重式挡土墙验算
衡重式挡土墙验算[执行标准：
通用]
计算项目：
衡重式挡土墙1
------------------------------------------------------------------------
原始条件:
墙身尺寸:
墙身总高:
7.800（m）
上墙高:
2.800（m）
墙顶宽:
0.600（m）
台宽:
0.800（m）
面坡倾斜坡度:
1:
0.050
上墙背坡倾斜坡度:
1:
0.300
下墙背坡倾斜坡度:
1:
-0.200
采用1个扩展墙址台阶:
墙趾台阶b1:
1.000（m）
墙趾台阶h1:
0.500（m）
墙趾台阶与墙面坡坡度相同
墙底倾斜坡率:
0.200:
1
下墙土压力计算方法:
力多边形法
物理参数：
圬工砌体容重:
23.000（kN/m3）
圬工之间摩擦系数:
0.400
地基土摩擦系数:
0.500
墙身砌体容许压应力:
2100.000（kPa）
墙身砌体容许剪应力:
110.000（kPa）
墙身砌体容许拉应力:
150.000（kPa）
墙身砌体容许弯曲拉应力:
280.000（kPa）
挡土墙类型:
一般挡土墙
墙后填土内摩擦角:
18.000（度）
墙后填土粘聚力:
18.000（kPa）
墙后填土容重:
18.900（kN/m3）
墙背与墙后填土摩擦角:
14.000（度）
地基土容重:
22.600（kN/m3）
修正后地基土容许承载力:
5000.000（kPa）
地基土容许承载力提高系数:
墙趾值提高系数:
1.200
墙踵值提高系数:
1.300
平均值提高系数:
1.000
墙底摩擦系数:
0.500
地基土类型:
岩石地基
地基土内摩擦角:
30.000（度）
坡线土柱:
坡面线段数:
2
折线序号水平投影长（m）竖向投影长（m）换算土柱数
14.0000.0000
20.8004.0000
作用于墙上的附加外荷载数:
1（作用点坐标相对于墙左上角点）
荷载号XYP作用角
（m）（m）（kN）（度）
10.0000.0000.0000.000
地面横坡角度:
0.000（度）
墙顶标高:
0.000（m）
=====================================================================
第1种情况:
一般情况
[土压力计算]计算高度为8.306（m）处的库仑主动土压力
计算上墙土压力
按假想墙背计算得到:
第1破裂角：
0.000（度）
Ea=41.719Ex=27.721Ey=31.177（kN）作用点高度Zy=0.059（m）
因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面不存在
计算下墙土压力
按力多边形法计算得到:
破裂角：
22.917（度）
Ea=0.000Ex=0.000Ey=0.000（kN）作用点高度Zy=0.000（m）
墙身截面积=14.242（m2）重量=327.568kN
衡重台上填料重=21.168（kN）重心坐标（1.427,-1.867）（相对于墙面坡上角点）
（一）滑动稳定性验算
基底摩擦系数=0.500
采用倾斜基底增强抗滑动稳定性,计算过程如下:
基底倾斜角度=11.310（度）
Wn=341.964（kN）En=36.009（kN）Wt=68.393（kN）Et=21.069（kN）
滑移力=-47.324（kN）抗滑力=188.986（kN）
滑移验算满足:
Kc=18898618.000>1.300
地基土摩擦系数=0.500
地基土层水平向:
滑移力=27.721（kN）抗滑力=197.183（kN）
地基土层水平向:
滑移验算满足:
Kc2=7.113>1.300
（二）倾覆稳定性验算
相对于墙趾,墙身重力的力臂Zw=2.015（m）
相对于墙趾,上墙Ey的力臂Zx=3.595（m）
相对于墙趾,上墙Ex的力臂Zy=5.059（m）
相对于墙趾,下墙Ey的力臂Zx3=2.529（m）
相对于墙趾,下墙Ex的力臂Zy3=-0.506（m）
验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性
倾覆力矩=140.255（kN-m）抗倾覆力矩=831.707（kN-m）
倾覆验算满足:
K0=5.930>1.600
（三）地基应力及偏心距验算
基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力
取倾斜基底的水平投影宽度验算地基承载力和偏心距
作用于基础底的总竖向力=379.913（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=691.453（kN-m）
基础底面宽度B=2.529（m）偏心距e=-0.556（m）
基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn=1.820（m）
基底压应力:
趾部=0.000踵部=357.320（kPa）
最大应力与最小应力之比=0.000/357.320=0.000
作用于基底的合力偏心距验算满足:
e=-0.556<=0.250*2.529=0.632（m）
墙趾处地基承载力验算满足:
压应力=0.000<=6000.000（kPa）
墙踵处地基承载力验算满足:
压应力=357.320<=6500.000（kPa）
地基平均承载力验算满足:
压应力=150.232<=5000.000（kPa）
（四）基础强度验算
基础为天然地基，不作强度验算
（五）上墙截面强度验算
上墙重力Ws=70.196（kN）
上墙墙背处的Ex=27.721（kN）
上墙墙背处的Ey=8.316（kN）
相对于上墙墙趾，上墙重力的力臂Zw=0.641（m）
相对于上墙墙趾，上墙Ex的力臂Zy=0.059（m）
相对于上墙墙趾，上墙Ey的力臂Zx=1.562（m）
[容许应力法]:
法向应力检算:
相对于上墙墙趾，合力作用力臂Zn=0.718（m）
截面宽度B=1.580（m）偏心距e1=0.072（m）
截面上偏心距验算满足:
e1=0.072<=0.300*1.580=0.474（m）
截面上压应力:
面坡=63.318背坡=36.065（kPa）
压应力验算满足:
计算值=63.318<=2100.000（kPa）
切向应力检算:
剪应力验算满足:
计算值=-2.331<=110.000（kPa）
斜截面剪应力检算
斜剪应力验算满足:
计算值=26.876<=110.000（kPa）
（六）墙底截面强度验算
验算截面以上，墙身截面积=13.577（m2）重量=312.271kN
相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=2.029（m）
[容许应力法]:
法向应力检算:
作用于截面总竖向力=364.616（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=679.168（kN-m）
相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=1.863（m）
截面宽度B=2.630（m）偏心距e1=-0.548（m）
截面上偏心距验算满足:
e1=-0.548<=0.300*2.630=0.789（m）
截面上压应力:
面坡=-34.589背坡=311.863（kPa）
压应力验算满足:
计算值=311.863<=2100.000（kPa）
拉应力验算满足:
计算值=34.589<=150.000（kPa）
切向应力检算:
剪应力验算满足:
计算值=-44.915<=110.000（kPa）
（七）台顶截面强度验算
[土压力计算]计算高度为7.300（m）处的库仑主动土压力
计算上墙土压力
按假想墙背计算得到:
第1破裂角：
0.000（度）
Ea=41.719Ex=27.721Ey=31.177（kN）作用点高度Zy=0.059（m）
因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面不存在
计算下墙土压力
按力多边形法计算得到:
破裂角：
24.465（度）
Ea=0.000Ex=0.000Ey=0.000（kN）作用点高度Zy=0.000（m）
[强度验算]
验算截面以上，墙身截面积=12.243（m2）重量=281.595kN
相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=2.104（m）
[容许应力法]:
法向应力检算:
作用于截面总竖向力=333.940（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=295.417（kN-m）
相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=0.885（m）
截面宽度B=1.705（m）偏心距e1=-0.032（m）
截面上偏心距验算满足:
e1=-0.032<=0.300*1.705=0.511（m）
截面上压应力:
面坡=173.706背坡=218.013（kPa）
压应力验算满足:
计算值=218.013<=2100.000（kPa）
切向应力检算:
剪应力验算满足:
计算值=-62.085<=110.000（kPa）
=================================================
各组合最不利结果
=================================================
（一）滑移验算
安全系数最不利为：
组合1（一般情况）
抗滑力=188.986（kN）,滑移力=-47.324（kN）。
滑移验算满足:
Kc=100001.297>1.300
安全系数最不利为：
组合1（一般情况）
抗滑力=188.986（kN）,滑移力=-47.324（kN）。
地基土层水平向:
滑移验算满足:
Kc2=7.113>1.300
（二）倾覆验算
安全系数最不利为：
组合1（一般情况）
抗倾覆力矩=831.707（kN-M）,倾覆力矩=140.255（kN-m）。
倾覆验算满足:
K0=5.930>1.600
（三）地基验算
作用于基底的合力偏心距验算最不利为：
组合1（一般情况）
作用于基底的合力偏心距验算满足:
e=-0.556<=0.250*2.529=0.632（m）
墙趾处地基承载力验算最不利为：
组合1（一般情况）
墙趾处地基承载力验算满足:
压应力=0.000<=6000.000（kPa）
墙踵处地基承载力验算最不利为：
组合1（一般情况）
墙踵处地基承载力验算满足:
压应力=357.320<=6500.000（kPa）
地基平均承载力验算最不利为：
组合1（一般情况）
地基平均承载力验算满足:
压应力=150.232<=5000.000（kPa）
（四）基础验算
不做强度计算。
（五）上墙截面强度验算
[容许应力法]:
截面上偏心距验算最不利为：
组合1（一般情况）
截面上偏心距验算满足:
e1=0.072<=0.300*1.580=0.474（m）
压应力验算最不利为：
组合1（一般情况）
压应力验算满足:
计算值=63.318<=2100.000（kPa）
拉应力验算最不利为：
组合1（一般情况）
拉应力验算满足:
计算值=0.000<=150.000（kPa）
剪应力验算最不利为:
组合1（一般情况）
剪应力验算满足:
计算值=-2.331<=110.000（kPa）
斜截面剪应力检算最不利为:
组合1（一般情况）
斜剪应力验算满足:
计算值=26.876<=110.000（kPa）
（六）墙底截面强度验算
[容许应力法]:
截面上偏心距验算最不利为：
组合1（一般情况）
截面上偏心距验算满足:
e1=-0.548<=0.300*2.630=0.789（m）
压应力验算最不利为：
组合1（一般情况）
压应力验算满足:
计算值=311.863<=2100.000（kPa）
拉应力验算最不利为：
组合1（一般情况）
拉应力验算满足:
计算值=34.589<=150.000（kPa）
剪应力验算最不利为:
组合1（一般情况）
剪应力验算满足:
计算值=-44.915<=110.000（kPa）
（七）台顶截面强度验算
[容许应力法]:
截面上偏心距验算最不利为：
组合1（一般情况）
截面上偏心距验算满足:
e1=-0.032<=0.300*1.705=0.511（m）
压应力验算最不利为：
组合1（一般情况）
压应力验算满足:
计算值=218.013<=2100.000（kPa）
拉应力验算最不利为：
组合1（一般情况）
拉应力验算满足:
计算值=0.000<=150.000（kPa）
剪应力验算最不利为:
组合1（一般情况）
剪应力验算满足:
计算值=-62.085<=110.000（kPa）
2、挡墙加固验算
经上述验算知，按照原设计，该衡重式挡墙设计满足边坡支护功能要求。
鉴于挡墙现状，挡墙本身建设质量差，石料抗压强度达不到设计要求，砂浆严重不饱满且强度不达标，在长期风雨和墙后水的浸蚀作用下石料会进一步风化，强度降低，砂浆会失去强度，墙体会因此而沿破裂面失稳垮塌。
因此，对墙体的加固设计应包括提高墙体的抗剪能力和整体稳定性以及封水和排水等内容。
从施工照片来分析，挡墙最危险段是产生局部隆起段，因此，对挡墙的加固主要以该段为特征段进行计算。
其他段从简。
如图。
从路面至挡墙顶最大高度为6.51m，每延米挡墙自重为：
该段加固设计布置3排锚杆，水平间距1.75m，则平均每列锚杆承担1.75m宽度范围的墙体水平推力。
取
，则挡墙的破裂角为：
由此可得每根锚杆承担的水平拉力为：
锚杆筋为
螺纹钢，允许抗拉强度
，则，锚杆筋的破断力为：
墙后岩体与锚固体的粘结强度特征值为
，锚杆采用全长粘结型，则，锚杆长度为：
取锚杆长度自下而上为
。
满足要求。
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