路基支挡结构

潭衡西高速公路K122+882.44〜K123+197.56支挡结构设计一：计算及设计在湘潭至邵阳地区K122+882.44〜K123+197.56路段的高速公路上修建一座路堤式加筋土挡土墙。据调查，挡土墙不受浸水影响，已确定挡土墙全长为300.12m,沉降缝间距离采用20m，缝宽2-3mm，缝内填塞沥青麻布或沥青木板。本文仅对一个典型的断面进行设计，挡土墙墙高8.92m，填土高度0.8m，墙面坡角为6=73.3。，计算断面见下图。TWHooF睫悝 道博中心线已知各项计算资料汇列如下：.路基宽度为26m，路面宽18.5m；.荷载标准为公路II级；绿色加筋格宾构件：型号GTM-2/（73）ZnP，幅宽2m，高度0.73m，镀锌覆塑防腐。主要技术指标：钢丝直径©2.7（网面）部3.4（边缘）净2.2（绞边），网格型号8x10，镀层量245g/m2，钢丝抗拉强度＞350MPa，破断伸长率＞10%，网面质控强度2%应变时拉力荷载50.1KN/m。筋材垂直间距为0.73m；加筋格宾构件：型号TM-2/（100）ZnP，幅宽2m，高度1m，镀锌覆塑防腐。主要技术指标:钢丝直径©2.7（网面）/©3.4（边缘）/©2.2（绞边），网格型号8x10，镀层量245g/m2，钢丝抗拉强度＞350MPa，破断伸长率＞10%，网面质控强度2%应变时拉力荷载50.1KN/m。筋材垂直间距为1；填土采用红砂岩填料，容重Y1=18.00kN/m3，内摩擦角甲=35。，粘聚力C=0kPa，计算内摩擦角©=40。；6.地基为硬塑亚黏土，容重Y=18.00kN/m3，内摩擦角中=35。，粘聚力C=60kPa,地基容许承载力卜0]=210kPa；7.墙顶填土材料与加筋土填料相同。将绿色加筋格宾结构视为一个加筋陡坡，加筋格宾结构视为一个重力式挡墙，两者进行叠加。验算该复合挡墙内部稳定性时，仅按加筋陡坡进行计算；按荷载组合I进行结构计算。解：计算加筋体上路堤填土产生的拉力由图1可知：H=8.92m,、=0m,m=1.5,H'=0.8m,由《公路加筋土工程设计规范》(JTJ_015-91)公式(2.2.2)：1/H7、 18.92~ccr•/ (2-b)=15(2-0)=2.97m2.97m>H'・•.h=H'=0.8m故加筋体上填土重力的等代土层厚度h=0.8m。1E1 ，。因此，加筋体上路堤填土对第i层拉筋产生的拉力T=2Yh1K。计算公路二级重车作用产生的拉力(1)计算荷载布置长度B已知公路一级重车的前后轴距乙=3+1.4+7+1.4=12.8m，车轮接地长度a=0.2m,由规范公式(2.3.22)：B=12.8+0.20+(2x0.6+8.8)tg30。=18.77m因档土墙分段长度大于10m，故取扩散长度B=18.77m<20m(2)计算荷载布置宽度L0根据规范要求，挡土墙在进行内部稳定计算时，应首先判断活动区是否进入路基宽度，据此决定L的取值。车辆横向布置图见图2，由图知，破裂面距加筋体面板的水平距离为02.68m，已进人路基1.48m，可布置一侧重车车轮。

防撞护柱涅路中心线防撞护柱涅路中心线①按活动区宽度布置汽车荷载求h);由图2知：ZG=550kN/2=275kN,L=1.48m,B=18.77m,y=18.00m。由规范公式(2.3.2-1)：=0.55m7 275=0.55mh= ⑴18.77x1.48x18.00②按路基全宽布置汽车荷载求h；因路面宽为18.5m，横向可布置四辆重车h= =0.25m(2)18.77x26.00x18.00"()<«).•.ZG=4x550kN=2200kN,L0=26.00m,B=h= =0.25m(2)18.77x26.00x18.00"()<«)故取h=0.55m。车辆荷载换算成等代均布土层后，考虑到这种荷载影响将会随深度的增加而减小，因此采用1：0.5向下扩散来传递荷载，如图所示。在深度气处，拉筋承受的拉力孔,为：其中：路堤式挡土墙在车辆荷载作用下，深度Z处的垂直应力按下式计算i

b=yhLE11Lci式中w一车辆荷载作用下，加筋体内深度zi处的垂直应力;L——结构计算时采用的荷载布置宽度;l.l.——深度zi处应力扩散宽度（m）,按下式计算:当z.+H'<2b0时L=L+b+H'+气cicc2bo——面板背面至路基边缘距离;（三）计算加筋体自重产生的拉力根据应力分析法的基本假定和基本原理’加筋体自重对第i层拉筋所产生的拉力t.为:T3=yzKS式中：K——水平土压力系数，K=G+tan2巾cot2p-2tan巾cotp）K=0.1690K=tan2（45。-）=0.271TOC\o"1-5"\h\za 2（四）筋带所受拉力计算筋材所受拉力按下式计算\o"CurrentDocument", 1 ， 、CT=（yz+yh+b）KS=T+T+Ti1i221Eiv 1i 2/ 3/式中中厂加筋体填料容重（kN/而；y2一加筋体上填土容重（kN/血）；S一筋材之间的垂直距离（m）；V〈，为加筋体路堤填土产生的拉力二为车辆荷载产生的拉力孔为加筋体自重产生的拉力计算列表进行，见表1。拉力计算表表一筋带层号Zi(m)KiLi(m)aaiT2kN)T1(kN)T3kN)Ti(kN)10.000.16926.809.601.180.890.002.0720.730.16927.539.351.150.892.224.2631.460.16928.269.111.120.894.446.4542.190.16928.708.971.110.896.668.6652.920.16929.068.861.500.898.8811.2763.920.16929.568.711.471.2211.9214.6174.920.16930.068.561.451.2214.9717.6385.920.16930.568.421.421.2218.0120.6596.920.16931.068.291.401.2221.0523.67107.920.16931.568.161.381.2224.0926.69118.920.16932.068.031.361.2227.1329.71（五）加筋复合体内部稳定验算1.筋材抗拉断验算筋材长度按下式计算L=L+L式中L——总长度（m）；La——筋材在主动区的长度（m），L广0.3H=2.7m（查筋材在主动区的长度图）;Le——筋材有效长度（m）；按下式计算L=1Ff T}=0.5F^JLe2s版h+ZAa)fsf=0.2m<1m4=0.169x1=0.2m<1m=—x1.5x 0.8tan35。・•・取L为1m。一_一S一一一1 …故每层筋材下料长度为：L=L+2L+厂2.7+2+E=5.74m为安全起见，取L=7m。筋材最大拉力发生在底层，T =29.71kN/m<T=50.1kN/mimax a筋材抗拔出验算计算最高一层筋材的长度，该层拉力由上表计算。考虑到筋材上下两面都承受摩擦力，抗拔安全应符合下式的要求：Tv[T]=2"・+气)f

式中：f一筋材与周围土的摩擦系数。无试验资料时，土工格栅采用0.8tan中。f=0.8tan中=0.8xtan35。=0.56F一要求的安全系数，F>1.5sL=1F£__=0.5F堂=0.5x1.5x^6* =0.165m,实取1me2svyh+ZAc/f sf 0.56L=(H-Z)tanf45。-如I2)L=L+L=4.26+1=5.26m<7m=(8.92-O.73)tang。-[=4.26可见设计满足土工格栅的抗拉断和抗拔出要求。(六)加筋复合体外部稳定验算验算外部稳定性时，将上部的绿色加筋格宾结构视为超载，从而仅对下部的复合挡墙进行验算。根据实际工程经验和相关研究表明，上部的绿色加筋格宾结构由于墙高较低，一般均满足稳定性要求。故本文不在对其验算稳定性问题。基底底面地基应力验算按规范规定，当路堤式挡土墙进行外部稳定性验算时，L的取值及等代土层厚度h布置的范圈均为路墓全宽度，地基应力验算如下：基底面上垂直力N由W=5.8x(0.25+0.80)x18.00=109.62S/m1吧=1.2x0.80x2x18.00=8.64kN/mW=7x8.92x18.00=1123.92kN/mW=6x20=120kN/m4N=W1+W2+W+吧=109.62+8.64+1123.92+120=1362.18kN/m墙背AB上水平土压力E路基顶面A点处水平应力：P=18.00x0.25x0.169+18.00x3.72x0.169」0.76+11.32=12.08kPa路基顶面B点处水平应力：%=18.00x(0.25+0.80+8.92)x0.169=3033kPa・•・E=6x12.08+18.25x6x-2=72.48+54.75=127.23kN/mE=E-cos8=127.23xcos20。=119.56kN,E=E-sin8=127.23xsin20。=43.52kN,ax ay求各力对基底重心O点的力矩M1=7x6x18x0.7+7x2.92x18x2.77+(0.25+0.8)x5.8x18x4.07+2x1.2x0.8x18x0.6=1999.68kNM=43.52x4.15-119.56x2.57=-126.66kN/m・•・M=M1+M=1873kN/m由规范公式(5.2.8)_1362.186x1873max7.0 7.02=194.60+229.35=423.94kPab.=194.60-229.35=-34.75kPa已知地基容许承载力卜0]=300□500kPa..Pmax<[b0I。min'0地基承载力满足要求。基底滑移稳定验算查规范表5.1.3,当荷载组合为I时，要求的基底滑移稳定系数〔Kc〕=1.3；查表5.1.5取基底摩擦系数R=0.3。由前项计算得： '垂直合力N=1362.18kN/m水平合力T=E=127.23kN/m由规范公式（5.2.9）=3.2vRN0.3x=3.2K= = cT127.23K>[K]cc基底滑移稳定性满足要求。倾覆稳定验算作用在墙体的力系与基底滑移验算时同。(1)求各力对墙趾O点的力矩M=W-x=42x18x4.2=3175.2kN/mM=W・x=7x2.92x18x6.27=2306.86kN/mM=W・x=7.57x18x(0.25+0.8)=143.07kN/mM4=E4-x4=0.48x18x4.13=35.68kN/m

（2）由规范公式（5.2.10）K_Zm_m+吃+吃+吃TOC\o"1-5"\h\z0_Zm1 M__30 E3175.2+2306.86+143.07+35.68 ,2.57X119.562.57X119.56查规范表5.1.3，当荷载组合为I时，要求的倾覆稳定系数:[%]=1.5。K0>[K0] °抗倾覆稳定性满足要求。整体滑动稳定验算见图5，按规范公式（5.2.11-1）验算，由经验得知，在采用圆弧滑动面假定时，最不利的圆心位置通常出现在如图5中所示的XOY象限内，但具体位置需试算确定。一般可划分网格，以若干交点为圆心作相应的圆弧滑动验算求其稳定系数K，与要求的稳定系数[K]比较判断其稳定性。 ' '用CAD作图，将土体分块，并利用用CAD作图，将土体分块，距离和每沿米土条的重量并通过如下公式求K:sZ(C'X+Wcosatanp)K=iJi ， —s 乙Wsinaii式中:（kPa）；X—第i土条弧长（m）；W一第i土条重力（kN）；.a,一第i土条滑动弧法线与垂直线的夹角（°）；P.—第i土条滑动面处内摩擦角（°）;R一滑动圆弧半径（m）；

图五整体滑动稳定验算本文仅对图5中四个圆心位置（O1,02,03,04点）情况下的一种圆弧滑动面给出了验算，见下述表格。 1234整体滑动确定验算表（圆心在01点） 表5土条号土条重Wi(kN)土条重心至圆心水平距离（m）a1(。)Xi(m)④i(。)Ci(kPa)XCii(kPa)Wcosaitg?iWisina1283.79711618350096.34248.212397.2878.99463.023500193.24285.783463.8786.98342.423500269.28259.404513.7744.99242.193500328.65208.975397.0443.18151.813500268.54102.766427.1311.1252.263500297.9437.237179.1720.99-52.043500124.98-15.628163.0982.98-142.063500110.81-39.469132.3994.95-242.19350084.69-53.851082.5036.99-342.42350047.89-46.141115.038.39-421.635007.82-10.06

E01830.19977.24由上表知:TOC\o"1-5"\h\zE(C'x+Wcos以tg^)=1830.19\、iii iiLWsin以=977.24ii...k=尝=1.87>[K]s977.24 s验算结果表明：当滑动圆心在q点，K）【K］在此种情况下整体滑动的稳定性满足要求。整体滑动确定验算表（圆心在02点） 表6土条号土条重Wi(kN)土条重心至圆心水平距离（m）a1(。)Xi(m)④i(。)Ci(kPa)XCii(kPa)Wcosaitg?iWisina1216.17112.99606.61350075.68187.212321.41710.95472.973500153.49235.073416.9259.01372.613500233.15250.914460.5936.98282.273500284.76216.245502.0744.99202.143500330.35171.726381.2763.18121.83500261.1479.277402.7321.1242.263500281.3128.098158.8771.01-42.043500110.98-11.089143.8472.98-122.04350098.52-29.9110118.7914.95-192.12350078.65-38.671179.2186.9-272.27350049.42-35.961223.1488.56-352.03350013.28-13.28E01970.731039.60由上表知：TOC\o"1-5"\h\z切(C'x+Wcos以tg^)=1970.73\、iii iiLWsin以=1039.60iiK=冬!=1.90>[K]s1039.60 sss验算结果表明：当滑动圆心在%点，K〉［k］在此种情况下整体滑动的稳定性满足要求。ss整体滑动确定验算表（圆心在03点） 表7

土条号土条重Wi(kN)土条重心至圆心水平距离(m)a1(。)Xi(m)①i(。)Ci(kPa)XCii(kPa)Wcosaitg^iWisina150.65216.39713.84350011.5547.892256.89614.91594.28350092.65220.203379.71912.96493.043500174.43286.584467.12710.97392.593500254.19293.975531.1628.98312.343500318.80273.576425.6017.17241.923500272.24173.117485.7935.11172.363500325.29142.038251.6042.99102.033500173.5043.699262.0981323500183.2713.7210262.0981-323500183.27-13.7211251.6042.99-102.033500173.50-43.6912230.1844.98-172.093500154.13-67.3013196.8486.97-242.193500125.92-80.0714149.7878.97-312.44350089.90-77.151597.73111.04-404.04350052.42-62.82E02585.071150.02x+x+Wcos以tg