重力式挡土墙设计.docx
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重力式挡土墙设计
目录
1.设计资料…………………………………………………………………………1
1.设计资料
某新建公路K2+345~K2+379路段采用浆砌片石重力式路堤墙,具体设计资料列于下:
1.路线技术标准,山岭重丘区一般二级公路,路基宽8.5m,路面宽7.0m。
2.车辆荷载,计算荷载为汽车-20级,验算荷载为挂车-100。
3.横断面原地面实测值及路基设计标高如表1所示。
3
2.挡土墙平面、立面布置……………………………………………………………1
4.填料为砂性土,其密度γ
的摩擦角δ=φ/2。
=18KN/m,计算内摩擦角φ=35,填料与墙背间
3.挡土墙横断面布置…………………………………………………………………2
4.计算主动土压力……………………………………………………………………2
左侧
桩号
右侧
中桩标高(m
)路基设计标高(m
8(-2.6)4(-3.0)
K2+345
4(2.0)6(4.5)
631.45
630.57
6(-2.4)6(-3.6)
K2+350
4(2.1)6(2.4)
631.08
630.62
7(-3.0)6(-3.0)
K2+356
4(2.2)6(2.8)
629.62
630.68
6(-3.0)6(-1.0)
K2+361
4(1.2)6(2.4)
628.51
630.73
6(-2.0)6(-2.6)
K2+367
5(2.0)5(1.5)
630.30
630.79
5(-1.6)7(-3.0)
K2+373
4(2.0)6(2.0)
629.08
630.85
6(-1.2)6(-1.8)
K2+379
2(1.0)8(1.0)
629.03
630.91
5.重力式挡土墙计算要求……………………………………………………………4
6.挡土墙抗滑验算……………………………………………………………………4
7.挡土墙抗倾覆验算…………………………………………………………………5
8.挡土墙偏心距及基底应力验算…………………………………………………5
9.墙身截面强度验算…………………………………………………………………5
10.挡土墙伸缩沉降缝及排水设施设计……………………………………………8
附图:
《重力式挡土墙平面图》、《重力式挡土墙立面图》、《重力式挡土墙横断面图》
5.地基为整体性较好的石灰岩,其允许承载力[σ0]=450Kpa,基地摩擦系数为
f=0.45。
a
6.墙身材料采用5号砂浆砌30号片石,砌体γ=22KN/m3,砌体容许压应力
为[σa]=600Kpa,容许剪应力[τ]=100Kpa,容许拉应力[σwl]=60Kpa。
横断面原地面实测值及路基设计标高表1
)
2.挡土墙平面、立面布置
2.1挡土墙平面布置
已知路基宽8.5m,假设挡土墙为路堤墙,墙顶与路基设计标高的高差为2m,墙上方土质边坡坡度为1:
1.5,据此求出挡土墙墙顶内边缘到路基边缘的水平距离为3m。
又已知路线为直线,再将不同高度的挡土墙投影到水平面,可完成挡土墙的平面布置。
1
华中科技大学道桥专业路基路面工程课程设计重力式挡土墙结构设计
平面布置图详见《重力式挡土墙平面图》。
2.2挡土墙立面布置
假设挡土墙为仰斜式,墙身倾斜度为1:
0.25。
根据已知的几个断面的已知数据,可求出挡土墙外侧与地基土的交点到墙顶的距离hl,列表如下:
桩号
K2+345
K2+350
K2+356
K2+361
K2+367
K2+373
K2+379
hl(m)
1.78
2.44
3.58
2.91
2.15
3.58
2.33
绘出路基设计标高线、挡土墙墙顶线、挡土墙外边缘与地基土交点线。
根据地形布置挡土墙高度。
从图中分析可知,地形变化点主要有3个点,故可以考虑分四段布置挡土墙。
挡土墙最大高度处应设在K2+356和K2+373处,为了保证最小1m的埋深,此处挡土墙可设为6m,另外两块高度略小,可设为5m。
立面布置图详见《重力式挡土墙立面图》。
3.挡土墙横断面布置
桩号
K2+345
K2+350
K2+356
K2+361
K2+367
K2+373
K2+379
H(m)
3.93
4.42
5.00
4.73
4.42
5.00
4.54
先将挡土墙设计为顶宽b1=1.4m,墙身倾角1:
0.25,墙趾长度ld=0.4m,墙趾高度hd=0.6m,墙底坡度i=1:
5,墙身最大高度设在K2+356和K2+373处,墙身最大高度为6m。
其余桩号挡土墙高度,可按基底倾角算出,列表如下:
4.计算主动土压力
对挡土墙的设计计算,墙高最高的挡土墙最不利,故此处只对墙高最高为5m
的截面进行计算,计算图示如下(取中桩左边部分):
4.1计算汽车荷载换算土柱高h0
按《公路设计手册》中车带宽均摊的方法计算:
①汽车—20
h0=
109.09
γ[5.6+0.577(H+2a)]
=0.53m
挡土墙横断面布置详见《重力式挡土墙横断面图》。
车辆荷载作用宽度:
b0=2⨯1.8+1.3+0.6=5.5m
载荷边缘到路边的宽度:
d=(B-b0)/2=(8.5-5.5)/2=1.5m
2
华中科技大学道桥专业路基路面工程课程设计重力式挡土墙结构设计
②挂车—100
tanθ=-tanψ+
(cotϕ+tanψ)(tanψ+A)=-0.794+
2.22⨯1.339=1.0927
h0=
312.50
γ[6.6+0.577(H+2a)]
=1.40m
则破裂角θ=4732'
下面验算破裂面是否交于载荷内:
堤顶破裂面距墙踵:
(H+a)tanθ=8.74m
载荷内边缘距墙踵:
-Htanα+b+d=7.15
查路基设计手册,b0=3.2m
载荷边缘到路边的宽度:
d=(B-b0)/2=(8.5-3.2)/2=2.65m
4.2计算破裂角
假设破裂面交于载荷内,按《公路设计手册》中相关公式计算。
载荷外边缘距墙踵:
-Htanα+b+d+b0=10.35m
因为7.15<8.74<10.35,故破裂面交于载荷内,假设成立。
4.3计算主动土压力系数K
①汽车—20
ψ=ϕ+α+δ=3828'
A=ab+2h0(b+d)-H(H+2a+2h0)tanα=6+4.77+16.59=0.401m2
(H+a)(H+a+h0)8⨯8.53
①汽车—20
②挂车—100
K=cos(θ+ϕ)(tanθ+tanα)=0.267⨯0.5848=0.156sin(θ+ψ)
tanθ=-tanψ+
(cotϕ+tanψ)(tanψ+A)=-0.794+
2.22⨯1.195=0.8348
则破裂角θ=4113'
下面验算破裂面是否交于载荷内:
堤顶破裂面距墙踵:
(H+a)tanθ=6.68m
K=cos(θ+ϕ)
sin(θ+ψ)
(tanθ+tanα)=0.130⨯0.8427=0.110
载荷内边缘距墙踵:
-Htanα+b+d=6.00m
载荷外边缘距墙踵:
-Htanα+b+d+b0=11.50m
因为6.00<6.68<11.50,故破裂面交于载荷内,假设成立。
②挂车—100
4.4计算主动土压力E
根据《公路设计手册》中相关公式计算。
①车—20
ψ=ϕ+α+δ=3828'
db-atanθ
A=ab+2h0(b+d)-H(H+2a+2h0)tanα=6+15.82+19.2=0.545m2
(H+a)(H+a+h0)8⨯9.4
h1==2.56m;h3==2.27m;h4=H-h1-h3=1.17m
tanθ+tanαtanθ+tanα
3
要求
指标
不产生墙身沿基底滑移破坏
滑动稳定系数Kc≥1.3
不产生墙身绕墙趾倾覆
倾覆稳定系数K0≥1.5
不出现基底过度不均匀沉降引起的墙身倾斜
作用于基底的合力偏心距e≤B/6(土质地基);
e≤B/5(岩石地基)
地基不出现过大下沉
基底最大压应力小于地基允许应力,即σ≤[σ]
墙身截面不开裂、破坏
墙身截面上的压应力、剪应力、拉应力小于材料的容许应力,作用于截面上的合力偏心距
e1≤0.25B1
华中科技大学道桥专业路基路面工程课程设计重力式挡土墙结构设计
K=1+2a(1+
h3)+2h0h4=1+0.79+0.03=1.82
1H2HH2
土压力合力:
E=1γH2KK
=91.99KN/m
21
土压力水平分力:
Ex=Ecos(α+δ)=91.82KN/m
土压力竖直分力:
Ey=Esin(α+δ)=5.56KN/m
Ha(H-h)2+hh(3h
-2H)27.83-5.26
土压力作用点位置:
Z
=+3044=2+=2.11m
1
y33H2K
196.56
②挂车—100
6.挡土墙抗滑验算
h=d
=m;h=
b-atanθ
=0.97m
;h=
H-h-h
1=.89m
1tanθ+tanα
3.14
3tanθ+tanα
413
为了防止地基土的剪切破坏,规范要求岩石地基基底斜坡不得陡于0.3:
1,此
K=1+2a(1+
h3)+2h0h4=1+0.72+0.15=1.87
处,基底斜坡0.2:
1(1:
5),满足规范要求,可不进行土体抗剪强度验算。
根据挡土
1H2HH2
墙受力情况,画出受力分析图,如下:
土压力合力:
E=1γH2KK
=66.65KN/m
21
土压力水平分力:
Ex=Ecos(α+δ)=66.53KN/m
土压力竖直分力:
Ey=Esin(α+δ)=4.03KN/m
Ha(H-h)2+hh(3h
-2H)50.6-16.75
土压力作用点位置:
Z
=+3044=2+=2.17m
1
y33H2K
201.96
5.重力式挡土墙计算要求
k
根据路基设计手册,将重力式挡土墙计算要求列表如下:
4
华中科技大学道桥专业路基路面工程课程设计重力式挡土墙结构设计
用AutoCAD计算出挡土墙的面积为8.41m2,则可求出挡土墙重力W:
WZ
+EZ
297.88+8.50
0
抗倾覆系数
K=wyx==2.48>1.5
①汽车—20
W=8.41⨯γa=8.41⨯22=185.02KN/m
ExZy
经验算,该挡土墙抗倾覆能力满足要求。
123.75
抗滑动系数Kc
=[Wcosα0+Esin(α+δ+α0)]f
Ecos(α+δ+α0)-Wsinα0
=[181.42+23.47]⨯0.45=1.75>1.3
52.64
8.挡土墙偏心距及基底应力验算
因此,该挡土墙满足抗滑要求。
①汽车—20
②挂车—100
e=B-WZw+EyZx-ExZy
=0.8-144.28=0.04m
2W+Ey
190.58
抗滑动系数Kc
=[Wcosα0+Esin(α+δ+α0)]f
Ecos(α+δ+α0)-Wsinα0
=[181.42+17.01]⨯0.45=1.74>1.3
51.36
由于e≤B/6,故基底只会出现压应力,计算如下:
经挂车—100验算,该挡土墙满足抗滑要求。
大压应力:
σ1=
W+Ey
(1+
6e
)=118.16⨯1.15=135.88KPa<450KPa=[σ0]
BB
7.挡土墙抗倾覆验算
故,基底应力满足要求。
②挂车—100
①汽车—20
BWZw+EyZx-ExZy
182.64
e=-=0.8-=-0.17m
2W+Ey
189.05
由AutoCAD计算出Zw=1.61m,Zx=2.10m,Zy=1.80m
由于e≤B/6,故基底只会出现压应力,计算如下:
WZw+EyZx
297.88+11.68
抗倾覆系数
K0===1.87>1.5
大压应力:
σ
W+E6e
=y(1-)=118.17⨯1.6375=193.50KPa<450KPa=[σ]
ExZy
165.28
1BB0
故,该挡土墙抗倾覆能力满足要求。
②挂车—100
由AutoCAD计算出Zw=1.61m,Zx=2.11m,Zy=1.86m
经验算,基底应力满足要求。
9.墙身截面强度验算
假设最危险破裂面在墙趾的在高处截面,采用容许应力法进行验算,画出计算图
5
华中科技大学道桥专业路基路面工程课程设计重力式挡土墙结构设计
示,如下图:
载荷内边缘距墙踵:
-Htanα+b+d=5.77m
载荷外边缘距墙踵:
-Htanα+b+d+b0=11.27m
因为5.77<6.12<11.27,故破裂面交于载荷内,假设成立。
主动土压力系数:
K=cos(θ+ϕ)(tanθ+tanα)=0.229⨯0.6135=0.140sin(θ+ψ)
h=d
=m;h=
b-atanθ
=2.07m
;h=H-h-h
=0.58m
1tanθ+tanα
2.44
3tanθ+tanα
413
K=1+2a(1+
h3)+2h0h4=1+0.95+0.03=1.98
1H2HH2
土压力合力:
E
=1γH2KK
=64.64KN/m
121
9.1主动土压力计算
土压力水平分力:
E1x=Ecos(α+δ)=64.52KN/m
土压力竖直分力:
E1y=Esin(α+δ)=3.91KN/m
土压力作用点位置:
①汽车—20
Ha(H-h)2+hh(3h
-2H)18.24-2.74
Z=+3044=1.70+=1.80m
1
y33H2K
153.89
假设破裂面交于载荷内
h0
=109.09
γ[5.6+0.577(H+2a)]
=0.56m
②挂车—100
假设破裂面交于载荷内
车辆荷载作用宽度:
b0=2⨯1.8+1.3+0.6=5.5m
载荷边缘到路边的宽度:
d=(B-b0)/2=(8.5-5.5)/2=1.5m
ψ=ϕ+α+δ=3828'
h0=
312.50
γ[6.6+0.577(H+2a)]
=1.47m
A=ab+2h0(b+d)-H(H+2a+2h0)tanα=6+5.04+12.99=0.443m2
(H+a)(H+a+h0)7.09⨯7.65
查路基设计手册,b0=3.2m
载荷边缘到路边的宽度:
d=(B-b0)/2=(8.5-3.2)/2=2.65m
tanθ=-tanψ+
(cotϕ+tanψ)(tanψ+A)=-0.794+
2.22⨯1.237=0.8635
ψ=ϕ+α+δ=3828'
则破裂角θ=4049'
下面验算破裂面是否交于载荷内:
A=ab+2h0(b+d)-H(H+2a+2h0)tanα=6+16.61+15.31=0.625m2
(H+a)(H+a+h0)7.09⨯8.56
堤顶破裂面距墙踵:
(H+a)tanθ=6.12m
tanθ=-tanψ+
(cotϕ+tanψ)(tanψ+A)=-0.794+
2.22⨯1.419=0.9812
6
华中科技大学道桥专业路基路面工程课程设计重力式挡土墙结构设计
则破裂角θ=4427'
下面验算破裂面是否交于载荷内:
堤顶破裂面距墙踵:
(H+a)tanθ=6.96m载荷内边缘距墙踵:
-Htanα+b+d=6.92m载荷外边缘距墙踵:
-Htanα+b+d+b0=10.12m
因为6.92<6.96<10.12,故破裂面交于载荷内,假设成立。
主动土压力系数:
K=cos(θ+ϕ)(tanθ+tanα)=0.185⨯0.7312=0.135sin(θ+ψ)
h1=
d
tanθ+tanα
=3.62m;
h3=
b-atanθ
tanθ+tanα
=1.42m;
h4=
H-h1
-h3
=0.05m
K=1+2a(1+
h3)+2h0h4=1+0.90+0.01=1.91
1H2HH2
土压力合力:
E
=1γH2KK
=60.12KN/m
121
土压力水平分力:
E1x=Ecos(α+δ)=60.01KN/m
土压力竖直分力:
E1y=Esin(α+δ)=3.64KN/m
土压力作用点位置:
①汽车—20
由AutoCAD计算出W1=156.64KN,B1=1.4m,Z1w=1.34m,Z1x=1.85m,
Z1y=1.80m
Z=H+
3044
a(H-h)2+hh(3h
-2H)=1.70+26.94-0.74=1.88m
偏心距:
e1
=B1-W1Z1W+E1yZ1y-E1xZ1x=0.7-209.9+7.04-119.36=0.09m
1
y33H2K
148.45
2W1+E1y
160.55
由于e1≤B1/6,故基底只会出现压应力,计算如下:
9.2法向应力验算
大压应力:
σ1=
W1+E1y
B
(1+
6e1
B
)=114.68⨯1.3857=158.91KPa<600KPa=[σa]
11
绘出计算图示,如下图:
故,基底应力满足要求。
②挂车—100
由AutoCAD计算出Z1x=1.87m,Z1y=1.88m
7
偏心距:
e1
华中科技大学道桥专业路基路面工程课程设计重力式挡土墙结构设计
=B1-W1Z1W+E1yZ1y-E1xZ1x=0.7-209.9+6.84-112.22=0.05m结语
2W1+E1y
160.28
通过这次挡土墙课程设计,让我更加深刻地理解了挡土墙设计的原理和步骤,
由于e1≤B1/6,故基底只会出现压应力,计算如下:
让我能够将学过的东西应用于实际,让我受益匪浅。
这次课程设计更增加了我对
大压应力:
σ1
W+E6e
a
=11y(1+1)