五种常见挡土墙的设计计算实例.docx
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五种常见挡土墙的设计计算实例
挡土墙设计实例
挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物。
在挡土墙横断面中，与被支承土体直接接触的部位称为墙背；与墙背相对的、临空的部位称为墙面；与地基直接接触的部位称为基地；与基底相对的、墙的顶面称为墙顶；基底的前端称为墙趾；基底的后端称为墙踵。
根据挡土墙的设置位置不同，分为路肩墙、路堤墙、路堑墙和山坡墙等。
设置于路堤边坡的挡土墙称为路堤墙；墙顶位于路肩的挡土墙称为路肩墙；设置于路堑边坡的挡土墙称为路堑墙；设置于山坡上，支承山坡上可能坍塌的覆盖层土体或破碎岩层的挡土墙称为山坡墙。
本实例中主要讲述了5种常见挡土墙的设计计算实例
1、重力式挡土墙
墙身尺寸
原始条件
墙身高：
6.500（m）
墙顶宽:
0.660（m）
面坡倾斜坡度:
1:
0.250背坡倾斜坡度:
1:
0.200采用1个扩展墙址台阶:
墙趾台阶b1:
0.300（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
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砌体种类:
片石砌体砂浆标号:
5石料强度（MPa）:
30
挡土墙类型:
一般挡土墙墙后填土内摩擦角:
35.000（度）墙后填土粘聚力:
0.000（kPa）墙后填土容重:
19.000（kN/m3）墙背与墙后填土摩擦角:
17.500（度）地基土容重:
18.000（kN/m3）修正后地基土容许承载力:
500.000（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:
土质地基地基土内摩擦角:
30.000（度）土压力计算方法:
库仑
坡线土柱:
换算土柱数
坡面线段数:
2折线序号水平投影长（m）竖向投影长（m）13.0002.0000
25.0000.0000
坡面起始距离:
0.000（m）地面横坡角度:
20.000（度）墙顶标高:
0.000（m）挡墙分段长度:
10.000（m）
组合1（仅取一种组合计算）
组合系数:
1.000
1.挡土墙结构重力分项系数=1.000V
2.墙顶上的有效永久荷载分项系数=1.000V
3.墙顶与第二破裂面间有效荷载分项系数=1.000V
4.填土侧压力分项系数=1.000V
5.车辆荷载引起的土侧压力分项系数=1.000V
[土压力计算]计算高度为7.309（m）处的库仑主动土压力无荷载时的破裂角=28.320（度）
按实际墙背计算得到:
第1破裂角：
28.320（度）
Ea=244.312Ex=214.072Ey=117.736（kN）作用点高度Zy=2.627（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墙身截面积=15.518（m2）重量=356.925kN
（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=349.993（kN）En=157.432（kN）Wt=69.999（kN）Et=186.825（kN）
滑移力=116.827（kN）抗滑力=253.713（kN）
滑移验算满足:
Kc=2.172>1.300
滑动稳定方程验算：
滑动稳定方程满足:
方程值=164.582（kN）>0.0
地基土摩擦系数=0.500
地基土层水平向:
滑移力=214.072（kN）抗滑力=252.070（kN）
地基土层水平向:
滑移验算不满足:
Kc2=1.177<=1.300
（二）倾覆稳定性验算
相对于墙趾点，墙身重力的力臂Zw=2.186（m）
相对于墙趾点，Ey的力臂Zx=3.521（m）
相对于墙趾点，Ex的力臂Zy=1.818（m）验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性
倾覆力矩=389.149（kN-m）抗倾覆力矩=1194.778（kN-m）
倾覆验算满足:
K0=3.070>1.500
倾覆稳定方程验算：
倾覆稳定方程满足:
方程值=649.592（kN-m）>0.0
（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
取倾斜基底的倾斜宽度验算地基承载力和偏心距
作用于基础底的总竖向力=507.426（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=805.628（kN-m）基础底面宽度B=4.127（m）偏心距e=0.476（m）基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn=1.588（m）
基底压应力:
趾部=208.008踵部=37.896（kPa）最大应力与最小应力之比=208.008/37.896=5.489
作用于基底的合力偏心距验算满足:
e=0.476<=0.167*4.127=0.688（m）
墙趾处地基承载力验算满足:
压应力=208.008<=600.000（kPa）
墙踵处地基承载力验算满足:
压应力=37.896<=650.000（kPa）
地基平均承载力验算满足:
压应力=122.952<=500.000（kPa）
（四）基础强度验算基础为天然地基，不作强度验算
（五）墙底截面强度验算验算截面以上，墙身截面积=13.946（m2）重量=320.764kN相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=2.134（m）
相对于验算截面外边缘，Ey的力臂Zx=3.521（m）
相对于验算截面外边缘，Ex的力臂Zy=1.818（m）
[容许应力法]:
法向应力检算:
作用于验算截面的总竖向力=438.499（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=710.021（kN-m）相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=1.619（m）
截面宽度B=3.885（m）偏心距e1=0.323（m）
截面上偏心距验算满足:
e1=0.323<=0.250*3.885=0.971（m）
截面上压应力:
面坡=169.225背坡=56.514（kPa）
压应力验算满足:
计算值=169.225<=800.000（kPa）
切向应力检算:
剪应力验算满足:
计算值=9.954<=80.000（kPa）
[极限状态法]:
重要性系数0=1.000
验算截面上的轴向力组合设计值Nd=438.499（kN）轴心力偏心影响系数醟=0.923
挡墙构件的计算截面每沿米面积A=3.885（m2）材料抗压极限强度Ra=1600.000（kPa）圬工构件或材料的抗力分项系数鉬=2.310偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数豮=0.997
计算强度时:
强度验算满足:
计算值=438.499<=2484.452（kN）
计算稳定时:
稳定验算满足:
计算值=438.499<=2478.074（kN）
（六）台顶截面强度验算
[土压力计算]计算高度为6.000（m）处的库仑主动土压力无荷载时的破裂角=29.150（度）
按实际墙背计算得到:
第1破裂角：
29.150（度）
Ea=172.939Ex=151.533Ey=83.340（kN）作用点高度Zy=2.150（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墙身截面积=12.060（m2）重量=277.380kN
[强度验算]
验算截面以上，墙身截面积=12.060（m2）重量=277.380kN相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=1.738（m）
相对于验算截面外边缘，Ey的力臂Zx=2.930（m）
相对于验算截面外边缘，Ex的力臂Zy=2.150（m）
[容许应力法]:
法向应力检算:
=400.617（kN-m）
作用于验算截面的总竖向力=360.720（kN）作用于墙趾下点的总弯矩相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=1.111（m）截面宽度B=3.360（m）偏心距e1=0.569（m）
截面上偏心距验算满足:
e1=0.569<=0.250*3.360=0.840（m）
截面上压应力：
面坡=216.516背坡=-1.802（kPa）
压应力验算满足:
计算值=216.516<=800.000（kPa）
拉应力验算满足：
计算值=1.802<=80.000（kPa）
切向应力检算
剪应力验算满足:
计算值=2.156<=80.000（kPa）
[极限状态法]:
重要性系数0=1.000
验算截面上的轴向力组合设计值Nd=360.720（kN）轴心力偏心影响系数醟=0.744挡墙构件的计算截面每沿米面积A=3.360（m2）
材料抗压极限强度Ra=1600.000（kPa）圬工构件或材料的抗力分项系数鉬=2.310
偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数豮=0.994
计算强度时:
强度验算满足:
计算值=360.720<=1730.509（kN）
计算稳定时:
稳定验算满足:
计算值=360.720<=1720.261（kN）
2、衡重式挡土墙
原始条件
墙身尺寸：
墙身总高：
9.600（m）
上墙高：
3.400（m）
墙顶宽：
0.660（m）
台宽:
1.500（m）
面坡倾斜坡度:
1:
0.150
上墙背坡倾斜坡度：
1:
0.200
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:
0.300（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
砌体种类：
片石砌体
砂浆标号：
5
石料强度（MPa）:
30
挡土墙类型：
一般挡土墙
墙后填土内摩擦角：
35.000（度）墙后填土粘聚力:
0.000（kPa）墙后填土容重:
19.000（kN/m3）墙背与墙后填土摩擦角:
17.500（度）地基土容重:
18.000（kN/m3）修正后地基土容许承载力:
500.000（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:
土质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13.0002.0000
25.0000.0000
地面横坡角度:
20.000（度）
墙顶标高:
0.000（m）
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