挡土墙课程设计.docx

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挡土墙课程设计

挡土墙课程设计

挡土墙设计计算

一、挡土墙的用途

挡土墙定义：

用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的建筑物。

按照设置位置，挡土墙可分为：

路肩墙、路堤墙、路堑墙和山坡墙等类型。

1.作用：

1）路肩墙或路堤墙：

设置在高填路堤或陡坡路堤的下方，防止路基边坡或基底滑动，确保路基稳定，同时可收缩填土坡脚，减少填方数量，减少拆迁和占地面积，以及保护临近线路的既有重要建筑物。

2）滨河及水库路堤挡土墙：

在傍水一侧设置挡土墙，可防止水流对路基的冲刷和浸蚀，也是减少压缩河床或少占库容的有效措施。

3）路堑挡土墙设置在堑坡底部，用于支撑开挖后不能自行稳定的边坡，同时可减少挖方数量，降低边坡高度。

4）山坡挡土墙设在堑坡上部，用于支挡山坡上可能坍滑的覆盖层，兼有拦石作用。

二、荷载计算

（一）、车辆荷载换算

采用浆砌片石重力式路堤墙，墙高7.5米，填土髙4米，填土边坡1：

1.5，墙背俯斜，1：

0.25（α=19°），墙身分段长度15米。

按墙高确定的附加荷载强度进行换算

附加荷载强度q

墙高H（m）

q（kPa）

≤2.0

20

≥10.0

10

注：

H=2.0～10.0m时，q由线性内插法确定.

墙高7.5米，按墙高确定附加荷载强度进行计算。

按照线性内插法，计算附加荷载强度：

q＝12.5kN/m²。

（二）、土压力计算

其中：

作用在挡土墙上的力系

挡土墙设计关键是确定作用于挡土墙上的力系，其中主要是确定土压力。

作用在挡土墙上的力系，按力的作用性质分为主要力系、附加力和特殊力。

主要力系是经常作用于挡土墙的各种力，它包括：

1．挡土墙自重G及位于墙上的衡载；

2．墙后土体的主动土压力Ea（包括作用在墙后填料破裂棱体上的荷载，简称超载）;

3．基底的法向反力N及摩擦力T；

4．墙前土体的被动土压力Ep.

基挡土墙因路基形式和荷载分布的不同，土压力有多种计算图式.以路堤挡土墙为例，按破裂面交于路基面的位置不同，可分为5种图示：

破裂面交于内边坡，破裂面交于荷载的内侧、中部和外侧，以及破裂面交于外边坡。

破裂棱体位置确定：

a=4m,d=0.5m,H=8m,α=19º

（1）破裂角θ的计算

假设破裂面交于荷载范围内，则有：

Ψ=φ+α+δ=38º+19º+19º=76º

A0=（a+H+2h0）（a+H）=×（4+8+2×0.676）×（4+8）=80.112

=×4×6+（6+0.5）×0.676-×8×（8+2×4+2×0.676）tanα

主要计算公式为：

，，

，，，

,

=12+4.394-69.408tan19º

=-7.505

根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部时破裂角的计算公式：

tanθ=-tanΨ

=-tan76º

=-4.011

tanθ=-8.563（负值舍去）

取：

θ=28º27´

验算破裂面是否交于荷载范围内：

堤顶破裂面距墙踵（H+a）tanθ+Htanα-（b+d）=2.754m

荷载内边缘距墙踵d=0.5m

荷载外边缘距墙踵d+l0=8m

因0.5<2.754<8,故破裂面交于荷载内，所以假设符合。

（2）主动土压力计算

主动土压力系数K

=（0.634+0.344）

=0.354×0.978

=0.403

==0.511m

==3.918m

h4=H-h1-h3=8-0.511-3.54=3.571m

K1=1+

=

=1+0.755++0.075=1.83

主动土压力E

E=γH2KK1=×18.5×82×0.403×1.83=437.433KN/m

Ex=Ecos（α+δ）=437.433×cos（19º+19º）=344.702KN/m

Ey=Esin（α+δ）=437.433×sin（19º+19º）=269.316KN/m

土压力作用点位置Zy

Zy=

=

=

=2.82m

三、挡土墙稳定性验算

墙顶宽B1=2.5m,基底倾角α0=7º埋深h'=1m。

1、挡土墙自重G

G==22×29.368=646KN/m

由挡土墙图形可求得ZG=2.035m

2、抗滑稳定性验算：

为了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，一般有：

（0.9G+γQ1Ey）μ+0.9Gtanα0≥γQ1Ex,（γQ1=1.4,μ=0.5）

（0.9G+γQ1Ey）μ+0.9Gtanα0=（0.9×666.798+1.4×269.316）×0.45+0.9×666.798tan7º=502.742kN/m≥γQ1Ex=1.4×344.702=482.583kN/m

所以，满足抗滑稳定性要求。

3、抗倾覆稳定性验算：

为了保证挡土墙抗倾覆稳定性，须验算它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力，有：

0.9GZG+γQ1（EyZx-ExZy）>0

=0.9×666.798×2.035+1.4×[269.316×4.284-344.702×（2.2-0.628）]

=1183.365+856.629

=2041kN/m>0

所以，满足抗倾覆稳定性要求。

四、基地应力及合力偏心距验算

基础地面的压应力

轴心荷载作用时

基底平均压应力p

基底有倾斜：

N1=（GγG+γQ1Ey-W）cosα0+γQ1Exsinα0（γG=0.9,γQ1=1.4.W=0）

=（666.798×0.9+1.4×269.316-0）×cos7º+1.4×344.702sin7º

=969.871+58.812

=1028.683kN

2）偏心荷载作用时

作用于基地的合力偏心距e为

-=-=2.6275-2.1048=0.53

=

=2.1m

因为：

，所以：

2基底合力偏心距

e=0.53m

3.地基承载力抗力值

（1）地基承载力抗力值的规定

=278

（2）轴向荷载作用时

，满足要求。

（3）偏心荷载作用

，满足要求。

五、墙身截面强度验算：

因为墙面为俯墙，截面的最大应力可能出现在墙高处或者加宽墙趾处，若墙高处和者加宽墙趾处截面强度满足要求，墙身截面应力也能满足墙身材料的要求，现将墙高处和加宽墙趾处截面强度验算如下：

强度计算：

按每延米墙长计算：

因为：

e0=0.404m

=0.94

墙高处：

=1.0×[0.9×280.588+1.4×]

=1.0×（252.529+67.329）

=320

，满足要求。

六、墙身排水、沉降缝、伸缩缝和变形缝的设置

沉降缝与伸缩缝这两种缝，一般合并设置在一起，统称为沉降伸缩缝。

沿路线方向每隔15m设置一道。

对于岩石地基，其间距（即分段长）可以适当增大。

沉降伸缩缝的缝宽一般为2~3cm。

浆砌挡土墙的沉降伸缩缝内可用胶泥填塞；但在渗水量大，填料易流失或冻害严重的地区，宜用沥青麻筋、沥青竹绒或沥青木板等弹性材料，沿墙内、外顶三边填塞，深度不宜小于0.15m；当为路堑墙或墙背填料为填石且冻害不严重时，可仅留空缝，不嵌填料。

本设计采用如下构造：

（1）为防止地表水渗入墙背填料或地基，因此设立地面排水沟。

排水沟的横断面为矩形，底宽为0.5m,沟深为0.5m，边坡坡度为10%，沟底纵坡为1%。

（2）为了迅速排除墙后积水，通常在非干砌的挡土墙身的适当高度处设置3排排水孔。

排水孔采用的直径为10cm圆孔。

上下交错设置，间距为2m。

（3）泄水孔的进水侧设反滤层，一共三层，第一层0.2m,第二层0.15m，第三层0.15m，总厚度为0.5m。

最下排泄水孔的底部，应设置隔水层。

黏土层塑性指数为20。

（4）为防止因地基不均匀沉陷而引起堵身开裂，根据地基地质条件及墙高、墙身断面的变化情况，设置沉降缝。

同时，为了减少圬工砌体因硬化收缩和温度变化作用而产生裂缝，须设置伸缩缝。

在此把沉降缝和伸缩缝结合在一起，全高设置，宽度为2cm。

缝内沿墙内、外、顶三边填塞沥青麻筋或沥青木板，塞入深度为10cm。