重力式挡土墙课程设计计算书.doc

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。按照墙的形式，挡土墙可以分为重力式挡土墙，加筋挡土墙。锚定式挡土墙，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
1.浆砌片石重力式路堤墙，填土边坡1:1.5，墙背仰斜，坡度1：0.151：0.35。
2.公路等级二级，车辆荷载等级为公路－II级，挡土墙荷载效应组合采用荷载组合I、II。
3.墙背填土容重γ＝17.8kN／m3，计算内摩擦角Φ＝42°,填土与墙背间的内摩擦角δ＝Φ/2=21°。
4.地基为砂类土，允许承载力[σ]=810kPa，基底摩擦系数μ＝0.43。
5.墙身材料采用5号砂浆砌30号片石，砌体=22kN/m3，砌体允许压应力为kPa，允许剪应力[]=100kPa，允许拉应力[]=60 kPa。
1.2 拟定计算参数
设计挡墙高度H=4m，墙上填土高度a=2m，填土边坡坡度为1:1.5,墙背仰斜,坡度1:0.25。填土内摩擦角：，填土与墙背间的摩擦角;墙背与竖直平面的夹角。墙背填土容重17.8kN/m3，地基土容重：17.7kN/m3。挡土墙尺寸具体见图1.1。

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；计算棱体参数、：

；

则：
计算车辆荷载作用时破裂棱体宽度值B：

由于路肩宽度d=1.5m>B=0.29m，所以可以拟定破裂面交与荷载内侧。
(2)计算积极土压力及其作用位置
最大积极土压力：

土压力的水平和垂直分力为：

积极土压力系数及作用位置：

作用位置：

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：
(1.1)
式中：── 挡土墙自重；
，── 墙背积极土压力的水平与垂直分力；
──基底倾斜角(°)；
──基底摩擦系数，此处根据已知资料，；
──积极土压力分项系数，当组合为Ⅰ、Ⅱ时，=1.4；当组合为Ⅲ时，=。

因此，该挡土墙抗滑稳定性满足规定。
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，
(1.2)
式中：──墙身、基础及其上的土重合力重心到墙趾的水平距离(m)；
──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)。

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。
(1)基础底面的压应力
①轴心荷载作用时
(1.3)
式中：──基底平均压应力(kPa)；
──基础底面每延米的面积，即基础宽度，B1.0()；
──每延米作用于基底的总竖向力设计值(kN)；
(1.4)
其中：──墙背积极土压力（含附加荷载引起）的垂直分力(kN)；
──墙背积极土压力（含附加荷载引起）的水平分力(kN)；
──低水位浮力(kN)（指常年淹没水位）。
②偏心荷载作用时
作用于基底的合力偏心距e为
(1.5)
式中：──作用于基底形心的弯矩，可按下表采用。
作用于基底的合力偏心距e为：
(1.6)
其中：
B=1+0.3=1.3m

则

所以基础底面的压应力满足规定。
(2)基底合力偏心距
基底合力偏心距应满足表的规定
表1.1 各地基条件下的合力偏心距
地基条件
合力偏心距

地基条件
合力偏心距
非岩石地基
e0 ≤B/6
软土、松砂、一般黏土
e0 ≤B/6
较差的岩石地基
e0 ≤B/5
紧密细砂、黏土
e0 ≤B/5
坚密的岩石地基
e0 ≤B/4
中密砂、砾石、中砂
e0 ≤B/4
由以上计算可知，基底合力偏心距满足规定。
(3)地基承载力抗力值
①当轴向荷载作用时
(1.7)
式中：──基底平均压应力；
──地基承载力抗力值(kpa)。
②当偏心荷载作用时
(1.8)

所以满足地基承载力规定。
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。
此处选择一半墙高处进行验算
(1)强度计算
(1.9)
按每延米墙长计算：
(1.10)
式中：──设计轴向力(kN)；
──重要性系数，取为1.0；
、──恒载（自重及襟边以上土重）引起的轴向力(kN)和相应的分项系数；
──积极土压力引起的轴向力(kN)；
──积极土压力引起的轴向力的分项系数；

──抗力分项系数，取为2.31；
──材料极限抗压强度(kpa),=1275kPa；
──挡土墙构件的计算截面积 ()，A=1；
──轴向力偏心影响系数。

故强度满足规定。
(2)稳定计算
(1.11)
式中：、、 、意义同式(3.10)；
──弯曲平面内的纵向翘曲系数，按下式计算：
(1.12)
──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=1，即不考虑纵向稳定。此处H/B=4/1=4<10,故=1

故稳定满足规定。
同理，选择墙身底部进行验算，经验算强度与稳定均满足规定。
故所设计的挡土墙满足规定。