挡土墙课程设计

挡土墙课程 目录 一、挡土墙的用途 ................................................................................. 3 二、荷载计算 ......................................................................................... 4 三、挡土墙稳定性验算 .......................................................................... 7 四、基地应力及合力偏心距验算 .......................................................... 7 五、墙身截面强度验算: ...................................................................... 8 六、墙身排水、沉降缝、伸缩缝和变形缝的设置 ............................... 9 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 :1.5，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/m?。 (二)、土压力计算 q12.5 其中: h0===0.676 γ18.5 作用在挡土墙上的力系 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 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。 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 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 . 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= 8 m ,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 11 A (a+H+2h)(a+H) = ×(4+8+2×0.676)×(4+8) = 80.112 0 =0 22 11=×4×6 +(6 + 0.5)×0.676 - ×8×(8 + 2×4 +2×0.676) tanα 22 =12 + 4.394 - 69.408tan19º =-7.505 主要计算公式为: 2aHhhh3h2HH，，，，,，,3044Z,，y233HK1 Z,B,Ztan,xY ,,,，,，, ，，，，，，tan,,,tg,,cot,，tan,tan,，A ab，2hb，d,HH，2a，2htan，，，，,00A, ，，，，H，aH，a，2h0 12，，E,Esin,，,E,Ecos，，a，,E,,HKK ，，，1xy2 ,,cos，，，2ah2hh,,304，，K,tan,，tan,K,1，1,，, ,,12，，sin，,,H2HH,, ,b,atandh,H,h,h,, h,h,41313tan,，tanatan,，tana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: 0B tanθ= - tanΨ ?(cotφ，tanψ)(，tanψ)0A-7.505000 =-tan76º ?(cot38，tan76)(，tan76)80.112 =-4.011 ?5.291，(-0.094，4.011) 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=0.5 m 荷载外边缘距墙踵 d+l=8 m 0 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 cos(θ，φ) K,(tanθ，tanα)sin(θ，ψ) 00cos(2827'，38) =(0.634+0.344) 00sin(2827'，76) = 0.354×0.978 = 0.403 d0.5 = =0.511 m h,100tan,，tan,tan3222'，tan19 0b-atanθ6-4tan3515' = = 3.918m h,300tan3519'，tan21tanθ，tanα h= H - h -h = 8 - 0.511 - 3.54 =3.571m 413 3042ah2hh K= 1 + 1(1-)，2H2HH 2，43.9182，0.676，3.571 = 1，(1-)，282，88 = 1+0.755++0.075 = 1.83 主动土压力E 2211 E = γHKK= ×18.5×8×0.403×1.83 =437.433 KN/m 1 22 E= Ecos(α+δ) = 437.433×cos(19º+19º) = 344.702KN/m x E= Esin(α+δ) = 437.433×sin(19º+19º) =269.316 KN/m y 土压力作用点位置Zy 2Ha(H-h)，hh(3h2H)3044-Z= y ，233HK1 284，(8-3.918)，0.676，3.571，(3，3.571-2，8) = ，233，8，1.83 66.635-12.765 = 2.667，351.46 =2.82 m 三、挡土墙稳定性验算 墙顶宽B=2.5m,基底倾角α=7º 埋深h' =1 m。 10 、挡土墙自重G 1 γKSGG = = 22 ×29.368=646 KN/m 由挡土墙图形可求得Z =2.035 m G 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: E)μ + 0.9Gtanα?γE , (γ=1.4, μ=0.5)(0.9G + γQ1y0 Q1x Q1 (0.9G + γE)μ + 0.9Gtanα=(0.9×666.798+1.4×269.316)×0.45+0.9Q1y0 ×666.798tan7º= 502.742 kN/m ? γE= 1.4×344.702 =482.583 kN/m Q1x 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: 0.9GZ+ γ(EZ- EZ) > 0 G Q1y x x y ×666.798×2.035+1.4×[269.316×4.284 -344.702×(2.2-0.628)] = 0.9 = 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 N1028.6831 p,,,193kPa A5.255 基底有倾斜: N=(Gγ+γE-W)cosα+γEsinα(γ=0.9,γ=1.4.W=0) 1GQ1y0Q1x0 GQ1 =( 666.798×0.9 + 1.4×269.316 - 0)×cos7º + 1.4×344.702sin7º =969.871 + 58.812 =1028.683 kN 2)偏心荷载作用时 作用于基地的合力偏心距e为 B5.2551755.579 - = - = 2.6275 - 2.1048 = 0.53 ZNe,221169.592 B5.255 ,,0.87666 MMyx-??GZ，EZEZGyxxy- ZN,,G，EyN? 646.118，2.035，269.312，4.284-344.702，(2.82-0.628) = 646.118，269.312 = 2.1m B因为: ，所以: e,0.53,,0.8766 N6e6，0.531 P,(1，),193，(1，),307maxAB5.225 N6e6，0.531 P,(1-),193，(1-),92minAB5.225 2基底合力偏心距 e=0.53 m < B/6=0.87 m , 满足基底容许偏心距要求. 3.地基承载力抗力值 (1)地基承载力抗力值的规定 f,fk，k1γ1(b-3)，k2γ2(h-0.5) ,250，0.3，18.5，(5.255-3)，1.6，18.5，(1-0.5) =278 kPa (2)轴向荷载作用时 ，满足要求。 p,192.237kPa?f,278kPa (3)偏心荷载作用 ，满足要求。 pmax,307.kPa?1.2f,1.2，278,334kPa五、墙身截面强度验算: H 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2H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2 H的要求，现将墙高处和加宽墙趾处截面强度验算如下: 2 强度计算: KK αAR jN?Kγ 按每延米墙长计算: Nj=γ0(γGNG+γQ1NQ1+γQiψCiNQi) ? B因为:e=0.404 m < m 满足圬工结构容许偏心距要求 0,0.8766 0.404e0881-256，()1-256() = 0.94 5.255BαK,,e0.4040221，12()1，12，()B5.255 H墙高处: 2 HN,γ0(γGNG，γQ1NQ1，γQiψCiNQi) ?2 E = 1.0×[0.9×280.588+1.4×] cos(,，,)4 = 1.0×(252.529+67.329) = 320 kN KKαAR0.94，3.877，1，600 ,,941kNKγ2.31 ,ARKK ，满足要求。 N,320kN,,941kNH,K2 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。