挡土墙课程设计计算书

1、1.设计资料1.1基础资料省道S313，路基宽10米，路面宽7米，两侧路肩宽各1.5米，在桩号K2+150K2+250段为填方路堤，填方边坡坡度为1:1.5。为保证路堤边坡稳定，少占地拆迁，拟采用重力式挡土墙。墙高6.2米，墙背仰斜坡度1:0.24（=13.5°），墙身分段长度20米。墙背填土重度=18.5KN/m3，内摩擦角=38°；填土与墙背间摩擦角=19°，地基为岩石，地基容许承载力=450KPa，基底摩擦系数f=0.45砌体重度=22.5KNm3，砌体容许压应力=550KPa，容许剪应力=105KPa1.2设计依据挡土墙课程设计任务书公路路基设计规范JTG

2、 D30-245路基路面工程第四版人民交通出版社20142.初拟挡土墙结构形式、尺寸 2.1墙身结构形式、尺寸挡土墙高6.2m，挡墙以上边坡高a=1m，初拟挡墙顶宽1.0m2.2基础结构形式、尺寸采用扩大浅基础，初选基础埋深为1.0m，厚度为0.5m，净边宽为0.25m，高宽比为2：1 。挡墙形式如图2-1图2-1挡墙形式3.确定车辆荷载及当量土柱高度挡土墙设计中，换算均布土层厚度h0（m）可直接由挡土墙高度确定的付家何在强度计算。即h0=q （3-1）式中：墙后填土重度 q附加荷载强度（KPa），按表3-1取值表3-1附加荷载强度q墙高H（m）q（KPa）2.020.01010.0注：H=2

3、.010.0m时，q由线性内插法确定。H=6.2m，由线性内插法确定q=20-（6.2-2）×20-1010-2=14.75（KPa）换算均布土层厚度h0=q=14.7518.5=0.80m4.破裂面棱体位置确定4.1破裂角计算假设破裂面交于荷载中部，如图4-1，则有： =+=-13.5°+19°+38°=43.5°式中：墙背倾斜角（°），俯斜墙背为正，仰斜墙背为负 墙背与填土间的摩擦角（°） 填土的内摩擦角（°）因为<90°图4-1假设破裂面位置图令破裂棱体的断面面积S=A0+B0A0=12a+H

4、+2h0a+H=121+6.2+2×0.81+6.2=31.68B0=12ab+b+dh0-12HH+2a+2h0tan=12×1×1.5+1.5+0×0.8-12×6.26.2+2×1+2×0.8tan-13.5°=9.24m2tan=-tan+cot+tanB0A0+tan =-tan43.5°+cot38°+tan43.5°9.2431.68+tan43.5° =-0.95+1.28+0.950.29+0.95 =0.7129m2 =35.5°4.2验算破裂面

5、是否交于荷载范围内破裂棱体长度L0=H+atan+Htan-b=7.2×0.7129-6.2×0.24-1.5=2.14m车辆荷载分布宽度L=10m所以L0<L，即破裂面交于荷载范围内，符合假设。破裂面如图4-2图4-2破裂面示意图5.土压力计算5.1主动土压力计算根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部的土压力计算公式：Ea=A0tan-B0cos+sin+=18.5×31.68×tan35.5°-9.24×0.2840.982=72.47KNEx=Eacos+=72.47×cos6.5°=72.02KNEy=Ea

6、sin+=72.47×sin6.5°=8.20KN5.2土压力作用点位置计算K1=1+2h0H=1+2×0.86.2=1.26mZx1=H3+h03K1=6.23+0.83×1.26=2.28mZx1表示土压力作用点到墙踵的垂直距离土压力对墙趾力臂计算Zx=Zx1-h1=2.28-0=2.28mZy=b1-Zxtan=1-2.28×tan-13.5°=1.55m6.稳定性验算6.1受力分析,如图6-1图6-1受力分析图墙体重量及其作用点位置计算：挡土墙按单位长度计算，为方便计算，把挡土墙和基础分成两个部分，上部分为四边形，下部分为矩形

7、：V1=b1×H=1×6.2=6.2m2G1=V1×1=6.2×22.5=139.5KNZG1=0.25+0.5+H2tan=1.49mV2=1.5×0.5=0.75m2G2=V2×1=0.75×22.5=16.875KNZG2=0.25+0.5=0.75m6.2抗滑稳定性验算6.2.1滑动稳定方程水平基底，0=0，验算公式： 1.2G+Q1Ey+Extan0-Q2Eptan0+1.2G+Q1Eytan0-Q1Ex+Q2Ep>0 （6-1）式中：G挡土墙自重 Ex，Ey墙背主动土压力的水平与垂直分力（KN）； Ep 墙

8、前被动土压力的水平分量（KN），当为浸水挡土墙时， Ep=0 0基底倾斜角（°） 基底摩擦系数，取0.45； Q1，Q2主动土压力和墙前被动土压力分项系数。1.2G+Q1Ey+Extan0-Q2Eptan0+1.2G+Q1Eytan0-Q1Ex+Q2Ep>0=(1.2×156.375+1.4×8.2)×0.45-1.4×72.02=-11.22<06.2.2滑动稳定系数Kc Kc=N+Ex-Eptan0+EpEx-Ntan0 （6-2）式中：N作用于基底上合理的竖向分力（KN），浸水挡土墙应计浸水部分的浮力； Ep墙前被动土压力水平

9、分量的0.3倍（KN）Kc=N+Ex-Eptan0+EpEx-Ntan0=（139.5+16.875+8.2）×0.4572.02 =1.03 Kc<1.3所以抗滑稳定性不足6.3抗倾覆稳定性验算6.3.1滑动稳定方程0.9GZG+Q1EyZx-ExZy+Q2EpZp>0 （6-3）式中：ZG墙身、基础及其上的土重合力重心及作用于墙顶的其他荷载的竖向合力重心到墙趾的水平距离（m）； Zx墙后主动土压力垂直分力作用点到墙趾的水平距离（m）； Zy墙后主动土压力水平分力作用点到墙趾的垂直距离（m）； Zp墙前被动土压力的水平分量到墙趾的距离（m）。0.9GZG+Q1EyZx-

10、ExZy+Q2EpZp>0=0.9×139.5×1.49+16.875×0.75+1.4×(8.2×2.28-72.02×1.55)+0=68.35>06.3.2抗倾覆稳定系数K0 K0=GZG+EyZx+EpZpExZy （6-4）=139.5×1.49+16.875×0.75+8.2×2.2872.02×1.55=2.14 K0>1.3所以抗倾覆稳定性满足要求。6.4基底应力和合力偏心距验算6.4.1合力偏心距验算e=MN1=1.2ME+1.4MGGG+Q1Ey-Wcos0

11、+Q1Exsin0 （6-5）式中：M作用于基底形心的弯矩ME由填土恒载土压力所引起的弯矩；MG由墙身及基础自重和基础上的土重引起的弯矩上式中，弯矩为作用于基底形心的弯矩，所以计算时，先要计算对形心的力臂：根据前面计算过的对墙趾的力臂，可以计算出对形心的力臂。ZG1=ZG1-B2=1.49-0.5=0.99mZG2=ZG2-B2=0.75-0.5=0.25mZx=Zx+B2tan0=2.28mZy=Zy+B2tan0=1.55me=MN1=1.2ME+1.4MGGG+Q1Ey-Wcos0+Q1Exsin0=1.2EyZy-ExZx+1.4G1ZG1+G2ZG2GG+Q1Ey-Wcos0+Q1E

12、xsin0=1.2×8.2×1.55+72.02×2.28+1.4139.5×0.99+16.875×0.251.2×172.01+1.4×8.2-0×1=0.080m<B4=0.25m所以基底合力偏心距满足规范的规定。6.4.2基底应力验算 p=N1A1±6eB =217.891.5×11±6×0.0801Pmax=214.98KPaPmin=75.54KPaPmax=214.98KPa<地基容许承载力=450KPa6.5截面应力就算为了保证墙身具有足够的强度，

13、应根据经验选择12个控制断面进行验算，如1/2墙高处，以及墙身与基础的衔接截面。强度计算按下式6-1NjKARkk （6-6）按每延米墙长计算：Nj=0GNG+Q1NQ1+QiCiNQi式中：Nj轴向设计力（KN）；0重要性系数；Ci荷载组合系数（表6-1）；NG、G分别为恒载引起的轴向力和相应的分项系数；NQ1主动土压力引起的轴向力（KN）；NQi被动土压力、水浮力、静水压力、动水压力、地震力引起的轴向力（KN）；Qi以上各项轴向力的分项系数；k抗力分项系数，按表6-2选用Rk材料极限抗压强度e0容许偏心距，按表6-3选用A挡土墙构件的计算截面积（m2）K轴向力偏心影响系数，按下式计算K=1

14、-256e0B81+12e0B2 (6-7)表6-1荷载组合系数表荷载组合CiI、II1.0III0.8施工荷载0.7表6-2抗力分项系数圬工种类受力情况受压受弯、剪、拉石料1.852.31片石砌体2.312.31块石砌体、粗料砌体1.921.31混凝土1.542.31表6-3圬工结构容许偏心距荷载组合容许偏心距I、II0.25BIII0.30B施工荷载0.33B1/2墙高处截面验算：Nj=0GNG+Q1NQ1+QiCiNQi =1.0（8.2×1.4+1.2×3.1×1×22.5）=95.18KNK=1-256e0B81+12e0B2=1-2560.2

15、581+120.252 =0.5691 KARkk=0.5691×1×1×5501.54=203.25(KN)Nj=95.18KNKARkk=203.25(KN) ,强度满足。墙身与基础衔接截面验算：Nj=0GNG+Q1NQ1+QiCiNQi =1.0（8.2×1.4+1.2×6.2×1×22.5）=150.98KARkk=203.25KN，强度满足。7.改善措施7.1改善措施应采取改进措施以增强抗滑稳定性。更换地基持力层填土，选用质量较好的碎石类土，以增大基底摩擦系数，取0.60重新验算抗滑动稳定性方程： 1.2G+Q1E

16、y+Extan0-Q2Eptan0+1.2G+Q1Eytan0-Q1Ex+Q2Ep>0=(1.2×156.375+1.4×8.2)×0.60-1.4×72.02=18.65>0抗滑动稳定性系数：Kc=N+Ex-Eptan0+EpEx-Ntan0 =（139.5+16.875+8.2）×0.6072.02 =1.37 Kc>1.3所以抗滑稳定性满足要求。确定挡墙高6.2米，墙背仰斜坡度1:0.24（=13.5°），墙身分段长度20米。墙背填土重度=18.5KN/m3，内摩擦角=38°；填土与墙背间摩擦角=19°，地基为岩石，地基容许承载力=450KPa，基底摩擦系数f=0.60砌体重度=22.5KNm3，砌体容许压应力=550KPa，容许剪应力=105KPa7.2工程数量表表7工程数量表墙高（m）断面尺寸（m）混凝土（m3/m）h1HH1B1b16.206.26.21.01.06.28.附属设施设计8.1泄水孔布置对于重力式挡土墙，应沿墙高和墙长设置泄水孔，泄水孔应具有向墙外倾斜的坡度，其间距一般为2.03.0m，上下交错设置。如图8-1a）b）图8-1挡