王重力式挡土墙设计

1 路基设计

挡土墙是用来支撑天然边坡或人工边坡以保持土体稳定的建筑物。

按挡土墙的结构形式，可以分为重力式挡土墙，半重挡土墙，衡重挡土墙，扶壁式挡土墙，薄壁式挡土墙等形式。本设计采用重力式挡土墙。

1.1 挡土墙设计资料

新建公路K9+985~K10+025路段采用浆砌片石重力式路堤墙，具体设计资料列于下：

1.填土边坡1:1.5，墙背仰斜，坡度1：0.25，1：0.25。

2.公路等级二级，车辆荷载等级为公路－I级，挡土墙荷载效应组合采用荷载组合I、II。

3.地基为砂类土，墙背填土容重γ＝18kN／m3，,填土与墙背间的内摩擦角δ＝Φ/2=16°。

4.，容许承载力[σ]=480kPa，基底摩擦系数f＝0.50。

5.墙身材料采用5号砂浆砌30号片石，砌体a=22kN/m3，砌体容许压应力为[]=610kPa，容许剪应力[]=110kPa，容许拉应力[wl]=65kPa。

1.2 确定计算参数

设计挡墙高度H=4m，墙上填土高度a=2 m，填土边坡坡度为1:1.5,墙背仰斜,坡度1:0.25。

图1.1 挡土墙尺寸

1.3 车辆荷载换算

1.3.1 试算不计车辆荷载作用时破裂棱体宽度

(1)假定破裂面交于荷载内侧

不计车辆荷载作用h00；计算棱体参数A0、B0：

111

(aH2h0)(aH)(aH)2(24)218 2221111

B0ab(bd)h0H(H2a2h0)tan234(422)tan(14.036)7

2222A0

A

B07

0.39A018,

4214.03621

64.036

tantan 0.73

tan64.036

40.253

33.69

24

计算车辆荷载作用时破裂棱体宽度值B：

则：arctan0.7336.13>arctan

B(Ha)tanHtanb

=(4+2)0.73+4tan(-14.036)31.06m (2)计算主动土压力及其作用位置最大主动土压力：

由于路肩宽度d=2.25m>B=1.06m，所以可以确定破裂面交与荷载内侧。

1cos()EaH2(tantan)

2sin()1cos(36.1342) =2242(tan36.13tan14.036)

2sin(36.1364.036) =36.044kN

土压力的水平和垂直分力为：

ExEacos()36.040.9935.77kN

EyEasin()36.040.014.37

主动土压力系数及作用位置：

batan320.85h31.18m

tantan0.850.25

h2a221.18

K11(13)1(1)1.85

H2H424

作用位置：

Zy

Ha(Hh3)42(41.18)1.4m 2233HK13341.85

ZxBZytan1.061.4tan(14.036)1.41m

1.3.2 抗滑稳定性验算

为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。在一般情况下：

(0.9GQ1Ey)0.9Gtan0Q1Ex

(1.1)

式中：G── 挡土墙自重；

Ex，y── 墙背主动土压力的水平与垂直分力；

0──基底倾斜角(°)；

 ──基底摩擦系数，此处根据已知资料；

Q1

──主动土压力分项系数，当组合为Ⅰ、Ⅱ时，Q11.4；当组合为Ⅲ

时，Q11.3。

G(240.34)18165.6kN/m

(0.9GQ1Ey)0.9Gtan0

(0.9165.61.44.37)0.5

77.58kN1.435.7750.08kN因此，该挡土墙抗滑稳定性满足要求。

1.3.3 抗倾覆稳定性验算

为保证挡土墙抗倾覆稳定性，需验算它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力，

0.9GZGQ1(EyZxExZy)0

(1.2)

式中：ZG──墙身、基础及其上的土重合力重心到墙趾的水平距离(m)； Zx──土压力垂直分力作用点到墙趾的水平距离(m)；

──土压力水平分力作用点到墙趾的垂直距离(m)。

,Z10.5(140.25)21m G2 3 22K3.N

ZG10.50.3

5 G10.30.

G214228 k8N ZG

G1ZG1GZ53.38812G20.11.4m

G88.15

0.988.151.41.4(4.371.4135.771.4)49.59kN0

因此，该挡土墙抗滑稳定性满足要求。

1.3.4 基底应力及合力偏心距验算

为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力验算；同时，为了避免挡土墙不均匀沉陷，控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。

合力偏心距验算:

1.06

0.150.38m 2B1.06

Z2ZG210.47m

22B1.06

Zx1Zx1.410.88

22Z1

G1

BZ2

N1(GGQ1EyW)cos0Q1Exsin0 =1.288.15+1.44.37 =111.90kN

M1.2MG1.4ME1.2(G2Z2G1Z1)1.4(EyZx1ExZy1)

=1.2(880.470.383.3)1.4(4.370.8835.771.4) =16.60kN/m

e

M16.60B0.1810.212 N1111.95

所以基底合力偏心距满足规范的要求。基底应力验算

e0.1810.177

CPmax

e0.349 2

2N12111.9213.75kPa

Pmin0

所以基础底面的压应力满足要求。

1.3.5 墙身截面强度验算

为了保证墙身具有足够的强度，应根据经验选择12个控制断面进行验算，如墙身底部、1∕2墙高处、上下墙（凸形及衡重式墙）交界处。

此处选择墙身底部处进行验算 (1)强度计算

由上面计算可知：N1111.9kN ，取：Rk460KPa k2.31

0.1818e

)1256(0)81256(

K0.741

022

112()112()

1.06B

N1111.9kNKARK/K0.7414.154602.31612.37kN

故强度满足要求。

(2)稳定计算

NjKKARKK (1.11)

式中：

、K、 A、K意义同式(3.10)；

K──弯曲平面内的纵向翘曲系数，按下式计算：

K

1ss(s3)116(e0B) (1.12)

s──2H/B，H为墙有效高度，B为墙的宽度(m)；

一般情况下挡土墙尺寸不受稳定控制，但应判断是细高墙或是矮墙。当H/B小于10时为矮墙，其余则为细高墙。对于矮墙可取K=1，即不考虑纵向稳定。此处H/B=4/1=4

(3)截面受剪验算

QjQ1Ex1.435.7750.08kN 取Rj110KPa ，fm0.42

AjRj

k

fmN1

2110

0.42111.9142.24kN50.08Qj 2.31

故符合正截面直接受剪验算要求。