挡土墙毕业设计.doc

第一章 绪论

1．1毕业设计的目的和意义
毕业设计（论文）是教学计划最后一个重要的教学环节，是培养学生综合应用所学的土木工程基础理论、基本理论和基本技能，进行工程设计或科学研究的综合训练，是前面各个教学环节的继续、深化和拓展，是培养我们综合素质和工程实践能力的重要阶段。
毕业设计是在学完培养计划所规定的基础课、技术基础课及各类必修和选修专业课程之后，较为集中和专一地培养我们综合运用所学基础理论、基本理论和基本技能，分析和解决实际问题的能力。和以往的理论教学不同，毕业设计规定我们在教师指导下，独立地、系统地完毕一个工程设计，以及能掌握一个工程设计的全过程，学会考虑问题，分析问题和解决问题，并可以继续学习到一些新的专业知识，有所创新。

1．2毕业设计课题——挡土墙的概述
挡土墙（简称挡墙）是支挡路基填土或山坡坡体的墙式结构物。它是支挡土体而承受其侧压力的墙体。它具有阻挡墙后土体下滑，保护路基和收缩坡脚等功能。在路基工程中，挡土墙用来克服地形或地物的限制和干扰，减少土石方、拆迁和占地数量，防止填土挤压河床和水流冲陶岸边，整治坡体下滑等病害。
挡土墙的合用范围：
(1) 路堑开挖深度较大，山坡陡峻，用以减少边坡高度，减少山坡开挖，避免破坏山体平衡。
(2) 地质条件不良，用以支挡也许坍滑的山坡土体或破碎岩层。
(3) 为了避免与其它建筑物(如房屋、铁路、水渠等)干扰或防止多占农田。
(4) 为防止沿河路堤受水流冲刷和淘刷。
(5) 防止陡坡路堤下滑。
(6) 路堤填筑高度较大或是陡坡路堤，为减少土石方、拆迁和占地数量，必须约束坡脚。
在考虑挡土墙的设计方案时，应与其他方案进行技术经济比较。例如，采用路堤或路肩挡土墙时，常与栈桥或填方等进行方案比较；采用路堑或山坡挡土墙时，常与隧道、明洞或刷缓边坡等方案进行比较，以求工程技术经济合理。

1．3挡土墙的类型及合用条件
挡土墙类型的划分方法较多，一般以挡土墙的结构形式分类为主，常见的挡土墙形式有：重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚杆式和锚定板式。各类挡土墙的合用范围取决于墙址地形、工程地质、水文地质、建筑材料、墙的用途、施工方法、技术经济条件及本地的经济等因素。
1．3．1重力式挡土墙
重力式挡土墙一般由块石或混凝土材料砌筑。重力式挡土墙是靠墙身自重保证墙身稳定的，因此，墙身截面较大，合用于小型工程，通常墙高小于8米，但结构简朴，施工方便，能就地取材，因此广泛应用于实际工程中。
1．3．2悬臂式挡土墙
本地基土质较差或缺少石料而墙又较高时，通常采用悬臂式挡土墙，一般设计成L型，由钢筋混凝土建造，墙的稳定性重要依靠墙踵悬臂以上土重来维持。墙体内设立钢筋以承受拉应力，故墙身截面较小。
1．3．3扶壁式挡土墙
由墙面板、墙趾板、墙踵板和扶肋组成，即沿悬臂式挡土墙的墙长方向，每隔一定距离增设一道扶肋，把墙面板和墙踵板连接起来。合用于缺少石料的地区或地基承载力较差的地段。当墙高较高时，比悬臂式挡土墙更为经济。
1．3．4锚定板及锚杆式挡土墙
锚定板挡土墙是由预制的钢筋混凝土立柱、墙面、钢拉杆和埋置在填土中的锚定板在现场拼装而成，依靠填土与结构的互相作用力维持其自身稳定。与重力式挡土墙相比，具有结构轻、柔性大、工程量少、造价低、施工方便等优点，特别适合用于地基承载力不大的地区。设计时，为了维持锚定板挡土墙结构的内力平衡，必须保证锚定板结构周边的整体稳定和土的摩阻力大于由土自重和荷载产生的土压力。锚杆式挡土墙是运用嵌入坚实岩层的灌浆锚杆作为拉杆的一种挡土结构。
1．3．5加筋土挡土墙
由墙面板、拉筋和填土三部分组成，借助于拉筋于填土间的摩擦作用，把土的侧压力传给拉筋，从而稳定土体。即是柔性结构，可承受地基较大的变形；又是重力式结构，可承受荷载的冲击、振动作用。施工简便、外形美观、占地面积小、并且对地基的适应性强。合用于缺少石料的地区和大型填方工程。
1．3．6 土钉墙
土钉墙是有面板、土钉与边坡互相作用形成的支挡结构。它合用于一般地区土质及破碎软岩质地段，也可置于桩板挡土墙之间支挡岩土以保证边坡稳定。
土钉墙面层为喷射混凝土中间夹钢筋网，土钉要和面板有效连接，外端设钢垫板或加强钢筋通过螺丝端杆锚具或焊接进行连接。
1．4 设计给定的工程地质条件

图一 设计段地形图
设计资料：

1．5支挡结构的方案设计
该路基支挡工程的总体方案是：在保证工程质量的前提下，尽也许地优化方案，节约支挡结构的造价，减少施工难度，加快施工进程。综合分析考虑建筑场地的地理地质条件及工程特性，拟定最为经济合理的挡土墙形式有重力式挡土墙和加筋挡土墙两种。
1．6 墙后回填土的选择
根据土压力理论分析可知，不同的土质相应的土压力是不同的。挡土墙设计中希望土压力越小越好，这样可以减小墙的断面，节省土石方量，从而减少造价。
（1）抱负的回填土。卵石、砾砂、粗砂、中砂的内摩擦角较大，积极土压力系数小，则作用在挡土墙上的土压力就小，从而节省工程量，保持稳定性。因此上述粗颗粒土为挡土墙后抱负的回填土。本设计采用此类型的填土，且回填土粘聚力等于零，墙后填土分层夯实，以提高填土质量。
（2）可用的回填土。细砂、粉砂、含水量接近最佳含水量的的粉土、粉质粘土和低塑性粘土为可用的回填土，如本地无粗颗粒，外运不经济。
（3）不宜采用的回填土。凡软粘土、成块的硬粘土、 膨胀土和耕植土，因性质不稳定，在冬季冰冻时或雨季吸水膨胀将产生额外的土压力，导致墙体外移，甚至失去稳定，故不能用作墙的回填土。

第二章 公路挡土墙设计

2．1 边坡稳定性分析
为了准确把握拟建挡土墙后土体的稳定性及土压力情况，一方面要对边坡进行稳定性分析。
由设计给定的工程地质条件可知，拟建的挡土墙后土体为松散的碎砾石土，其粘聚力为零，即该土坡为无粘性土土坡，必须按照无粘性土土坡的稳定性分析方法进行分析。
无粘性土形成的土坡，产生滑坡时其滑动面近似于平面，常用直线滑动面分析土坡的稳定性。均质的无粘性土坡颗粒间无粘聚力，只要坡面上的土体能保持稳定，那么整个土坡便是稳定的。
土坡的稳定性用土坡稳定安全系数来表达，抗剪力与抗切拉之比即为土坡稳定安全系数：
K=
根据规范，边坡工程等级为二级的土坡，采用直线式滑动法分析的土坡，安全稳定系数K取1.30，故该土坡的稳定坡角可以求出：

其中 为土坡的安全稳定坡角。
显然，所得的稳定坡角较小，与实际条件中约为60度的边坡相距甚大，因此该土坡是不稳定的，为了得到一个稳定的土坡，若不采用挡墙支护，则需要放缓坡，而实际的工程地质条件给定的坡高较高，放缓坡所需要的挖方量巨大，明显不经济，所以放缓坡不合适，必须采用挡墙支护。

2．2 重力式挡土墙的设计
重力式挡土墙是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，它是我国目前最常用的一种挡土墙形式。重力式挡土墙多用浆砌片石砌筑，缺少石料地区有时可用混凝土预制块作为砌体，也可直接用混凝土浇筑，一般不配钢筋，或只在局部范围配置少量钢筋，这种挡土墙形式简朴，施工方便，可就地取材，合用性强，因而应用广泛。
2.3 重力式挡土墙计算实例
由已知设计资料和工程地质条件，公路为四级公路，汽车荷载等级为：公路1-2级，挡土墙桩号：k0+760.00。所设的重力式挡土墙墙高2.7米，顶宽0.3米，底宽1.2米，选择浆砌块石砌筑，墙背垂直，如图2-1所示。

图2-1 重力式挡土墙的截面尺寸图
2．2．1土压力计算
墙体自重W =
根据拟建挡土墙的条件浆砌块石，查得墙背摩擦角为，此处取，墙后填土倾斜，=0， 。墙后填土重度为17.4kN/m，挡墙材料重度为25kN/m。
所以墙体自重W = 。
分段长度L=11.4+H*=12.96

A=- 由于
所以
=0.7841

Ka
=

土压力的竖向分布：

土压力的水平分布

2. 抗滑移稳定计算：
3.

土压力的竖向分力：
土压力的水平分力：
2．2．2抗滑移稳定性验算

2．2．3抗倾覆稳定性验算
求出作用在挡土墙上诸力对墙趾O点的力臂：
自重W的力臂：
将挡墙的截面分为一个矩形和一个三角形分别计算自重：

如图所示，得各自力臂：

Eay的力臂：b=5.0m
Eax的力臂：h=3.0m
应用公式可得抗倾覆稳定安全系数：

2．2．4地基承载力验算
①作用在基础底面上总的竖向力：
N=W+Eay=648+90.5=738.5KN/m
②合力作用点与墙前趾O点的距离：

③偏心距：

④基底边沿力：

⑤规定满足下列公式：

由于基底为碎石土，密实状态下，基底的承载力f=800kPa.
所以〈f=800kPa

基底平均应力及最大压力均满足规定。
最终拟定挡土墙的尺寸：顶宽1.0m,底宽5.0m。

第三章 毕业设计心得
公路挡土墙是路基防护工程的重要组成部分。在山区公路中，挡土墙的应用更为广泛。挡土墙设计时，应进行具体地调查、勘测，拟定构造物的形式与尺寸，运用合适的理论计算土压力，并进行稳定性和截面强度方面的验算，采用合理、可行的措施，以保证挡土墙的安全性。扶壁式挡土墙结构是在重力式挡土墙的基础上因地制宜发展而来的，实际工程中，可采用联合的结构形式，其计算方法基本相同。对于多地震带的地区，只要在地基应力允许的条件下，应尽量扩大抗滑计算值。