重力式挡土墙.docx

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重力式挡土墙

重力式挡土墙

重力式挡土墙设计

1.设计资料

（1）高速公路，双向四车道路基宽度为路基宽度26米，即：

3.50（中间带）+4×3.75（行车道）+2×3.00（硬路肩）+2×0.75（土路肩）。

边坡坡度为1：

1.5，高填方路堤段，中心填筑高度为10m，地面坡度平均为5%。

（2）基本可变荷载只考虑正常使用情况下的行车荷载。

（3）挡土墙墙身材料，石料为MU30，砂浆为M7.5，其容许压应力为

容许剪应力为

。

（4）地基为土质地基，以砂性土为主要，挡土墙基底的摩擦系数为0.36，地基的承载能力特征值为350kPa。

（5）墙后填料为砂类土，填土重度取19

，内摩擦角

为

，粘聚力近似为0kPa。

（6）墙背与填土间的摩擦角

为

。

（7）季节性冰冻地区，当地最大冻深为1.8m。

（8）挡土墙设计荷载组合取组合Ⅱ。

（9）其他需要的建筑供应充足，自行选择，相关资料参照规范选取。

2.墙型选择

常见的挡土墙形式有重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚杆式和锚定板式及桩板式等。

重力式挡土墙主要依靠墙身自重保持稳定，取材容易，形式简单，施工简便，适用范围广泛。

重力式挡土墙墙身截面大，圬工数量也大，在软弱地基上修建往往受到地基承载力的限制。

如果墙过高，材料耗费多，则不经济。

由于该路段填筑高度为10m，一般情况下挡土墙小于12m，挡土墙高度较小，而且当地有石料，所以在此设计中选择重力式挡土墙。

重力式挡土墙的墙背可做成仰斜、垂直、俯斜、凸形折线和衡重式五种。

仰斜墙背所受的土压力较小，用于路堑墙时，墙背与开挖面边坡较贴合，因而开挖量和回填量均较小，但墙后填土不易压实，不便施工。

当墙趾处地面横坡较陡时，采用仰斜墙背将使墙身增高，断面增大，所以仰斜墙背适用于路堑墙及墙趾处地面平坦的路肩墙或路堤墙。

俯斜墙背所受土压力较大，其墙身断面较仰斜为大，通常在地面横坡陡峻时，借陡直的墙面以减小墙高。

垂直墙背的特点，介于仰斜和俯斜墙背之间。

凸形折线墙背系由仰斜墙背演变而来，上部俯斜、下部仰斜，以减小上部断面尺寸，多用于路堑墙，也可用于路肩墙。

衡重式墙背在上下墙间设有衡重台，利用衡重台上填土的重力使全墙重心后移，增加了墙身的稳定。

因采用陡直的墙面，且下墙采用仰斜墙背，故可以减小墙身高度，减少开挖工作量。

衡重式墙背适用于山区地形陡峻处的路肩墙和路堤墙，也可用于路堑墙。

由于地面平均坡度为5%，坡度较缓，墙背选择仰斜式，土压力较小，从而提高挡土墙的抗滑和抗倾覆能力，对地基的承载能力要求也比较低，减小圬工量。

同时考虑到路堤较高会有较高的土压力，应当适当增加墙顶高度，增加自重来抵抗倾覆与滑移，要是仍然不满足，坡脚做为倾斜。

3.挡土墙布置

3.1基础埋置深度

挡土墙基础置于土质地基时，其基础深度应符合下面的要求：

基础埋置深度不应小于1m，当有冻结时，应在冻结线下不小于25cm。

当地的最大冻深为1.8m，则基础埋置深度可取2.05m。

3.2墙趾和墙高的选定

仰斜式挡土墙墙高适用范围为不大于10m，而该路段的填筑高度为10m，考虑埋深和地面横坡，路肩墙的高度是大于10m的，所以此设计不宜采用路肩墙，只能选择路堤墙。

墙的高度受很多因素的影响，一般来说，墙的高度增加时，墙所受的土压力就会增大，进而增加墙的圬工量，施工难度也会提高，但是墙后填土量就会减小，挡土墙收缩坡脚的效果也就越明显，从而节约土地资源，减少征地的费用。

由平均坡度和最大冻深，大致判断该路段处于平原区，平原区往往土地肥沃，人口密集，土地资源非常宝贵，而且高速公路的施工条件比较好，所以尽量提高墙高。

因此确定地面线以上墙高为8m。

4.挡土墙的构造和尺寸初拟

重力式挡土墙断面的构造要求如下：

（1）重力式挡土墙的墙顶宽度，当墙身为混凝土浇筑时，不应小于0.4；当为浆砌圬工时，不应小于0.5m；当为干砌圬工时，不应小于0.6m。

（2）仰斜式挡土墙墙背仰斜坡度不宜缓于1：

0.25，墙面坡度不宜陡于墙背坡度，地面横披平缓时，墙面坡度可较缓，但不宜缓于1：

0.30。

建筑材料选择浆砌圬工，根据挡土墙验算程序，顶墙顶宽度为为3.25m，墙背仰斜坡度为1：

0.2，墙面仰斜坡度为1：

0.25，基底水平，宽度为3.425m。

设计挡土墙如图一所示

图一：

挡土墙布置图

5.挡土墙的主动土压力

采用库伦土压力理论来计算墙后填土对挡土墙的主动土压力。

5.1车辆荷载作用下的土压力

将作用于墙背后填土表面的车辆荷载近似的按均布荷载来考虑，并将其换算为重度与墙后填土相同均布土层。

挡土墙高度为10m，则附加荷载强度

取10kPa。

换算均布土层厚度

为

式中，

——填土的重度，

。

5.2复杂边界条件下的主动土压力

5.2.1破裂角计算

由于挡土墙后的填土表面不是平面，而且在路基表面有行车荷载的作用，所以边界条件比较复杂。

按破裂面交会与路基面的位置不同，可分为下列几种图式。

大部分情况下，破裂面会处在荷载作用的位置，下面进行破裂面角度

的计算。

（公式来自公路路基设计手册第二版570页）。

。

图2破裂角

--一个角度参数，便于计算

A—形状系数

5.2.2验算破裂面是否与假设一致

堤顶破裂面距墙踵距离：

荷载内边缘距墙踵距离：

荷载外边缘距墙踵距离：

因为:

8.68<11.83<21.68，故破裂面交于荷载内，所以假设计算图式符合实际。

5.2.3主动土压力系数K

5.2.4主动土压力E

式中，a——路堤倾斜段至路堤顶面距离，

；

——墙背倾角，

，当墙背俯斜时

值为正，仰斜为负；

——墙背摩擦角，

；

5.3土压力作用位置

图3挡土墙受力

6.挡土墙的验算

6.1抗滑移验算

墙身截面积：

34.97（m2）  重量：

抗滑稳点先按基底水平计算：

，不满足

将基底改为倾斜基地，坡度0.2

安全

6.2抗倾覆验算

  相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 2.97 （m）

    相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx = 3.57 （m）

    相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy = 4.13 （m）

    验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性

倾覆力矩=1065.5（kN-m）抗倾覆力矩=2508（kN-m）

倾覆验算满足:

K0=2.35>1.500，安全

6.3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

作用于斜基础底的法向力=793.94（kN）

作用于墙趾下点的总弯矩=1236（kN-m）

基础底面宽度

偏心距

基底压应力:

趾部=281.5Kpa踵部=183.3Kpa，均小于350Kpa，合格

最大应力与最小应力之比=281.5/183.3=1.53

6.4基础强度验算

基础为天然地基，不作强度验算

6.5墙底截面强度验算

6.5.1过墙趾的水平截面法向应力和偏心距验算

验算截面以上，墙身截面积=34.97（m2）重量=804.31kN

相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 2.97 （m）

  相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx = 3.57 （m）

  相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy = 4.13 （m）

6.5.2过墙趾的水平截面剪应力验算

，满足。

6.6极限状态验算法

6.6.1极限状态法的设计准则

挡土墙承载能力极限状态的基本条件为

式中，

——结构重要系数；

——荷载效应的组合设计值；

——抗力材料的强度标准值；

——抗力材料的强度设计值；

——结构材料、岩土性能的分项系数；

——结构或构件几何参数的设计值。

当采用荷载效应组合时，荷载效应的组合设计值

按下式计算：

式中，

——荷载标准值的效应；

——在荷载组合起控制作用的一个可变荷载标准值的效应；

——第i个可变荷载标准值的效应；

——第i个可变荷载组合值系数，当计算地基应力时，可取1.0。

6.6.2抗滑稳定性验算

沿墙踵处地基土水平面滑动的稳定性验算

抗滑稳定性满足要求。

6.6.3抗倾覆稳定性验算

加了倾斜基底之后土压力的增量产生的弯矩对结构有利，而且产生的弯矩较小，所以倾覆力矩仍按没加倾斜基底时来算。

抗倾覆稳定性满足要求。

6.6.4基底应力及合力偏心距验算

荷载效应标准组合，重力增大对挡土墙有利作用，分项系数取0.9，墙后主动土压力增大对挡土墙起不利作用，分项系数取1.3，作用于基底形心的弯矩和垂直力为

基底合力偏心距为

基底两边缘的压应力为

基底最大压应力有

满足要求。

6.6.5墙身截面验算

在某一类荷载效应组合下，荷载效应的组合设计值按下式计算：

式中，S——荷载效应的组合设计值；

、

——荷载的分项系数；

——第i个垂直永久荷载的标准值效应；

——土侧压力、水浮力、静水压力、其他可变荷载的标准值效应；

——荷载的综合效应组合系数。

Ⅰ-Ⅰ截面为最危险截面，只须验算此截面即可。

如图三所示

图41-1截面

6.6.5.1合力偏心距验算

在荷载组合Ⅱ下，荷载对计算截面形心的总力矩设计值为

挡土墙墙身或基础为圬工构件时，偏心受压构件计算截面上的轴向力偏心距

计算得

受压合格。

抗剪承载力验算：

抗剪承载力合格

7.改进措施

可以改进的地方，明显圬工尺寸过大，用其他类型挡土墙更为合适。

但是若单独考虑重力式挡土墙，本例中的安全系数都偏高，说明圬工体偏大，同时由于基底埋深有2.1m，被动土压力部分忽略引起需要很大的圬工自重才能保证抗滑，事实计算的被动土压力水平分力约为300kN，基本考虑后尺寸可以明显缩小，大概经过改进挡土墙顶部的宽度2m可以基本满足验算，更为经济。