挡土墙课程设计计算书.docx

1.设计资料
1.1基础资料
①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+150~K2+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。
②墙高6.2米，墙背仰斜坡度1:0.24（=13.5°），墙身分段长度20米。
③墙背填土重度γ=18.5KN/m3，内摩擦角φ=38°；填土与墙背间摩擦角δ=19°，地基为岩石，地基容许承载力σ=450KPa，基底摩擦系数f=0.45
④砌体重度γ=22.5KNm3，砌体容许压应力σ=550KPa，容许剪应力τ=105KPa
1.2设计依据
①挡土墙课程设计任务书
②《公路路基设计规范》JTG D30-245
③《路基路面工程》第四版——人民交通出版社2014

2.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1.0m
2.2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=qγ （3-1）
式中：γ——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）
≤2.0
20.0
≥10
10.0
注：H=2.0~10.0m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=qγ=14.7518.5=0.80m

4.破裂面棱体位置确定
4.1破裂角θ计算
假设破裂面交于荷载中部，如图4-1，则有： ψ=α+δ+φ=-13.5°+19°+38°=43.5°
式中：α——墙背倾斜角（°），俯斜墙背为正，仰斜墙背为负
δ——墙背与填土间的摩擦角（°）
φ——填土的内摩擦角（°）
因为ψ<90°

图4-1假设破裂面位置图
令破裂棱体的断面面积S=A0+B0
A0=12a+H+2h0a+H
=121+6.2+2×0.81+6.2
=31.68
B0=12ab+b+dh0-12HH+2a+2h0tanα
=12×1×1.5+1.5+0×0.8-12×6.26.2+2×1+2×0.8tan-13.5°
=9.24m2
tanθ=-tanψ+cotφ+tanψB0A0+tanψ
=-tan43.5°+cot38°+tan43.5°9.2431.68+tan43.5°
=-0.95+1.28+0.950.29+0.95
=0.7129m2
θ=35.5°
4.2验算破裂面是否交于荷载范围内
破裂棱体长度L0=H+atanθ+Htanα-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=γA0tanθ-B0cosθ+φsinθ+ψ
=18.5×31.68×tan35.5°-9.24×0.2840.982
=72.47KN
Ex=Eacosα+δ=72.47×cos6.5°=72.02KN
Ey=Easinα+δ=72.47×sin6.5°=8.20KN
5.2土压力作用点位置计算
K1=1+2h0H=1+2×0.86.2=1.26m
Zx1=H3+h03K1=6.23+0.83×1.26=2.28m
Zx1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=2.28m
Zy=b1-Zxtanα=1-2.28×tan-13.5°=1.55m

6.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：
V1=b1×H=1×6.2=6.2m2
G1=V1×γ1=6.2×22.5=139.5KN
ZG1=0.25+0.5+H2tanα=1.49m
V2=1.5×0.5=0.75m2
G2=V2×γ1=0.75×22.5=16.875KN
ZG2=0.25+0.5=0.75m

6.2抗滑稳定性验算
6.2.1滑动稳定方程
水平基底，α0=0，验算公式：
1.2G+γQ1Ey+Extanα0-γQ2Eptanα0μ+1.2G+γQ1Eytanα0-γQ1Ex+γQ2Ep>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 ——墙前被动土压力的水平分量（KN），当为浸水挡土墙时， Ep=0
α0——基底倾斜角（°）
μ——基底摩擦系数，取0.45； γQ1，γQ2——主动土压力和墙前被动土压力分项系数。
1.2G+γQ1Ey+Extanα0-γQ2Eptanα0μ+1.2G+γQ1Eytanα0-γQ1Ex+γQ2Ep>0
=(1.2×156.375+1.4×8.2)×0.45-1.4×72.02
=-11.22<0
6.2.2滑动稳定系数Kc
Kc=N+Ex-Ep‘tanα0μ+Ep‘Ex-Ntanα0 （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分量的0.3倍（KN）
Kc=N+Ex-Ep‘tanα0μ+Ep‘Ex-Ntanα0
=（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+γQ1EyZx-ExZy+γQ2EpZp>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+γQ1EyZx-ExZy+γQ2EpZp>0
=0.9×139.5×1.49+16.875×0.75+1.4×(8.2×2.28-72.02×1.55)+0
=68.35>0
6.3.2抗倾覆稳定系数K0
K0=GZG+EyZx+Ep’ZpExZy （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+1.4MGGγG+γQ1Ey-Wcosα0+γQ1Exsinα0 （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=0.99m
ZG2‘=ZG2-B2=0.75-0.5=0.25m
Zx‘=Zx+B2tanα0=2.28m
Zy‘=Zy+B2tanα0=1.55m
e=MN1=1.2ME+1.4MGGγG+γQ1Ey-Wcosα0+γQ1Exsinα0
=1.2EyZy‘-ExZx‘+1.4G1ZG1‘+G2ZG2‘GγG+γQ1Ey-Wcosα0+γQ1Exsinα0
=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±6×0.0801
Pmax=214.98KPa
Pmin=75.54KPa
Pmax=214.98KPa<地基容许承载力σ=450KPa
6.5截面应力就算
为了保证墙身具有足够的强度，应根据经验选择1~2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6-1
Nj≤αKARkγk （6-6）
按每延米墙长计算：
Nj=γ0γGNG+γQ1NQ1+γQiψCiNQi
式中：Nj——轴向设计力（KN）；
γ0——重要性系数；
ψCi——荷载组合系数（表6-1）；
NG、γG——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）；
γQi——以上各项轴向力的分项系数；
γk——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）
αK——轴向力偏心影响系数，按下式计算
αK=1-256e0B81+12e0B2 (6-7)

表6-1荷载组合系数表
荷载组合
ψCi
I、II
1.0
III
0.8
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
1.85
2.31
片石砌体
2.31
2.31
块石砌体、粗料砌体
1.92
1.31
混凝土
1.54
2.31

表6-3圬工结构容许偏心距
荷载组合
容许偏心距
I、II
0.25B
III
0.30B
施工荷载
0.33B

1/2墙高处截面验算：
Nj=γ0γGNG+γQ1NQ1+γQiψCiNQi
=1.0（8.2×1.4+1.2×3.1×1×22.5）
=95.18KN
αK=1-256e0B81+12e0B2=1-2560.2581+120.252 =0.5691
αKARkγk=0.5691×1×1×5501.54=203.25(KN)
Nj=95.18KN≤αKARkγk=203.25(KN) ,强度满足。
墙身与基础衔接截面验算：
Nj=γ0γGNG+γQ1NQ1+γQiψCiNQi
=1.0（8.2×1.4+1.2×6.2×1×22.5）
=150.98≤αKARkγk=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，μ取0.60重新验算
抗滑动稳定性方程：
1.2G+γQ1Ey+Extanα0-γQ2Eptanα0μ+1.2G+γQ1Eytanα0-γQ1Ex+γQ2Ep>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-Ep‘tanα0μ+Ep‘Ex-Ntanα0
=（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γ=18.5KN/m3，内摩擦角φ=38°；填土与墙背间摩擦角δ=19°，地基为岩石，地基容许承载力σ=450KPa，基底摩擦系数f=0.60
砌体重度γ=22.5KNm3，砌体容许压应力σ=550KPa，容许剪应力τ=105KPa
7.2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）
h1
H
H1
B1
b1
6.2
0
6.2
6.2
1.0
1.0
6.2

8.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2.0~3.0m，上下交错设置。如图8-1

a）

b）
图8-1挡土墙排水设施示意图

8.2沉降缝
地基不均匀沉降而引起墙身开裂，应根据地基地址条件及墙高、墙身断面的变化情况，设置沉降缝。重力式挡土墙，挡土墙高度突变或基底地质、水文情况变化处，应设沉降缝；平曲线路段挡土墙按折现布置时，转折处宜设置沉降缝。沉降缝可全高设置，其宽度宜取0.002~0.03m。
8.3墙后排水层
如图7-2

图8-2排水层示意图

9.设计图纸及工程量
9.1整体布局，如图8-1

图9-1平面布置图
9.2挡土墙总体方案布置图，如图8-2

图9-2立面布置图

10.参考文献
《公路路基设计规范》
《路基路面工程》第四版——人民交通出版社2014

1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究
2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究
3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究
4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制
5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究
6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器
7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究
8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现
9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统
10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究
11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究
12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发
13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制
14. 基于单片机的自动找平控制系统研究
15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发
16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发
17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现
18. 一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制
19. 基于双单片机冲床数控系统的研究
20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制
21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制
22. 基于单片机的软起动器的研究和设计
23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究
24. 基于单片机的机电产品控制系统开发
25. 基于PIC单片机的智能手机充电器
26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究
27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究
28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制
29. 基于微型光谱仪的单片机系统
30. 单片机系统软件构件开发的技术研究
31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制
32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制
33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用
34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制
35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制
36. 基于单片机的数字磁通门传感器
37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究
38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究
39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制
40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪
41. 基于单片机的电机运动控制系统设计
42. Pico专用单片机核的可测性设计研究
43. 基于MCS-51单片机的热量计
44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站
45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究
46. 基于单片机的轮轨力检测
47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现
48. 基于单片机的电液伺服控制系统
49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制
50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究
51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究
52. 单片机控制的后备式方波UPS
53. 提升高职学生单片机应用能力的探究
54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究
55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究
56. 基于单片机的多通道数据采集系统
57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制
58. 基于单片机的红外测油仪的研究
59. 96系列单片机仿真器研究与设计
60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造
61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现
62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制
63. 基于单片机的气体测漏仪的研究
64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器
65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究
66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计
67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计
68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统
69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统
70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究
71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践
72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现
73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统
74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究
75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统
76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究
77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用
78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究
79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究
80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发
81. 基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究
82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究
83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现
84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究
85. 基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现
86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现
87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统
88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现
89. 单片机监测系统在挤压机上的应用
90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用
91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用
92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用
93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发
94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计
95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计
96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发
97. 锅炉的单片机控制系统
98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计
99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制
100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现
101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计
102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现
103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制
104. 基于ADμC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究
105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计
106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究
107. 单片机实现的寻呼机编码器
108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究
109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究
110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究
111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制
112. PIC单片机在空调中的应用
113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究
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