填土荷载计算.doc

—填土的容重（KN/m3）
取单位墙长，所得的假想墙背主动土压力（KN）的表达式为：
= （2-2）
沿墙高的土压应力，可通过对求导而得到：
= （2-3）
其中： —假想墙背高度（m）。
截取假想墙背土压应力分布图中与墙身高度相应的部分，得到实际墙背土压力分布，如图2-9所示。
= （2-4）
= （2-5）

图4.4 实际墙背土压力分布

图2-9 实际墙背土压力分布
经分析得： （2-6）
取等号，作为不考虑加筋作用时墙身厚度的初步设计。
②墙身稳定性分析
从墙身稳定性出发，对墙身厚度B1进行进一步设计。

a）抗滑稳定性分析
= （2-7）
b）抗倾覆稳定性分析
= （2-8）
（2-9）
= （2-10）
c）墙底偏心距分析
（2-11）
d）基底偏心距e和基底应力分析
（2-12）
（2-13a）
（2-13b）
其中： —土压力的垂直分力对墙趾o点的力臂（m）；
—土压力的水平分力对墙趾o点的力臂（m）（＝）；
—墙身重力G对墙趾o点的力臂（m）；
—基底抗滑稳定系数；
—基底抗滑要求安全系数；
—抗倾覆稳定系数；
—墙身的容重（KN/m3）；
—抗倾覆要求安全系数；
—各力系对墙趾的稳定力矩之和（KN/m）；
—各力系对墙趾的倾覆力矩之和（KN/m）；
—基础的高度（m）；
—基础底面的最大压应力（KN/m）；
—基础底面的最小压应力（KN/m）；
—修正后地基土的容许承载力（kpa）；
k—地基土容许承载力提高系数。
由式（2-7）得：
（2-14a）
由式（2-8）得：
（2-14b）
取B11和B12的较大值，作为B1的进一步设计值。再取B1的初步设计值和B1的进一步设计值的较大值作为不考虑拉筋作用时墙身厚度B1的设计值。
最后，根据式（2-11）、（2-12）、（2-13a）和（2-13b），进行对墙底偏心距、基底偏心距和基底应力的验算，若不满足，增大B1值，直到满足要求为止。

其中：—墙背摩擦角；
—墙背倾角,当墙背俯斜时为正，仰斜时为负；
—库仑土压力系数，
=
—换算均布土层厚度（m）；
H—墙背高度（m）；
—土工格室加筋填土的内摩擦角；
—填土的容重（KN/m3）
—墙身的容重（KN/m3）；
基地抗滑稳定性系数：=
取B11和B12的较大值，作为B1的进一步设计值。再取B1的初步设计值和B1的进一步设计值的较大值作为不考虑拉筋作用时墙身厚度B1的设计值。
2） 考虑拉筋的作用，设计墙身宽度B1
设计中分别从控制墙身变形和保证墙身稳定性出发，设计墙身宽度，并取二者中的较大者。
①从控制墙身变形出发，进行B1的初步设计
因为共布设了n层拉筋，将墙身分成了n段，所以将墙身离散为n个两端铰
结的简支梁进行分析。
因为拉筋等间距布设，而简支梁n受力最大，变形也最大，所以以简支梁n的变形量不超过墙宽的1.5%来初步确定墙身宽度B1。又因为拉筋共布设n层，
间距均为x，所以
（2-15）

同样，根据叠加原理，梁n的最大挠度f发生在其跨中截面处，且：

（2-16）
推出：
=（m） （2-17）
可见， （或）
②从墙身稳定出发，进行B1的进一步设计，
三条假定：
a.各层拉筋的锚固区长度相等，均为Lm；
b.各层拉筋的拉力设计值由其抗拔力决定；
c.将锚固区的土工格室加筋体视为均匀等代层，与填土之间的抗拔摩擦系数为f*（由试验确定）。
下面求各层拉筋的极限抗拔力：
（2-18）
式中： Si—第i层拉筋的极限抗拔力（KN）；
—作用在第i层拉筋上的法向应力（kpa）。
所以，各层拉筋的拉力设计值Ti为：
（i=1,2,…n） （2-19）
式中： [Kf]—抗拔稳定要求安全系数。
a）抗滑稳定性分析
（2-20）
b）抗倾覆稳定性分析
（2-21）
c）墙底偏心距分析

（2-22）
d）基底偏心距和基底应力分析
其中： e—基底偏心距（m）。
（2-23）
（2-24a）
（2-24b）
由式（2-20），得：
（2-25）
由式（2-21），得：
（2-26）
取B11和B12的较大值，作为B1的进一步设计值。
再取B1的初步设计值和B1的进一步设计值的较大者，作为考虑拉筋作用时墙身宽度B1的设计值。
最后，根据式（2-22）、（2-23）、（2-24a）和（2-24b），进行对墙底偏心距，基底偏心距和基底应力的验算，若不满足，增大B1值，直到满足要求为止。

取B11和B12的较大值，作为B1的进一步设计值。
再取B1的初步设计值和B1的进一步设计值的较大者，作为考虑拉筋作用时墙身宽度B1的设计值。
（2）挡土墙整体滑动稳定性分析
设拉筋的长度不超过可能发生的滑动面，如图2-10所示。可以用普通的圆弧法计算。

图2-10 圆弧滑动面条分法验算图示
式中：Ci，Li—第i条块滑动面上的粘聚力（kPa）和弧长（m）；
Wi—第i条块自重及其荷载重（KN）；
—第i条块滑动面上土的内摩擦角（）；
—第i条块滑动弧的法线与竖直线的夹角（）。
（3）沉降分析
地基土因墙身自重及其它荷载引起的沉降，尤其是不均匀沉降必须控制在容许范围内。在预计有较大不均匀沉降的地段，可把挡土墙在构造上分为若干段，段间设置沉降缝，尤其是与桩基、桥台及涵洞等的连接部分应加设沉降缝。挡土墙地基的沉降计算方法和其它建筑物计算一样，按土力学中浅基础沉降和填土沉降计算方法（一般采用分层总和法）来进行估算。
3. 路堤式生态挡墙的设计方法
与路肩式加筋挡墙的设计方法基本相同，不再论述。下面只对路堤式加筋挡墙的墙背土压力进行计算。
将挡土墙上填土重力按下式换算成等代土层厚度计算：

式中：—挡土墙上填土换算成等代均布土层厚度（m），当时，取；
m—路堤边坡率；
H—挡土墙墙身高度（m）；
—加筋体上路堤高度（m）。
车辆荷载换算的等代均布土层厚度应按下式计算：

式中：B—荷载布置长度（m）；
—荷载布置宽度（m），采用路基宽度；
—墙背后填土容重（KN/m3）；
—布置在面积内的轮载或履带荷载（KN）。
B的取值如下：
（1）汽车—10级或汽车—15级作用时，取挡土墙分段长度，但不大于15m；
（2）汽车—20级作用时，取重车的扩散长度。当挡土墙分段长度在10m及以下时，扩散长度不超过10m；当挡土墙分段长度在10m以上时，扩散长度不超过15m；
（3）汽车—超20级作用时，取重车的扩散长度，但不超过20m；
（4）平板挂车或履带车作用时，取挡土墙分段长度和车辆扩散长度两者之较大值，但不超过15m。
车辆的扩散长度按下式计算：

式中： —汽车或平板挂车的前后轴距（履带车为零）（m）；
a—车轮或履带的着地长度（m）。
将挡土墙上填土重力和车辆荷载均换算为等代均布土层厚度之后，可以计算出挡土墙墙背的土压力，如图2-11所示。

图2-11墙背土压力分布图

式中各符号意义同前。
路堤式生态挡墙设计方法同路肩式生态挡墙。
4. 设计步骤
土工格室生态挡墙的设计步骤如下：
（1）测定填料的指标和界面上的摩擦角。
（2）设定墙身高度、加筋间距。
（3）进行墙身宽度的初步设计。
（4）进行墙身宽度的进一步设计，得到墙身宽度B和加筋锚固长度Lm的关系。设定加筋锚固长度Lm，得到墙身宽度设计值。
（5）对墙底偏心距、基底应力和基底偏心距进行验算。
（6）对墙身抗剪进行验算。
5．算例
某挡墙初步设计如下，填料为砂土，各参数如下：，，，，。请确定挡墙宽度B1

图2-12 挡墙断面图
第一步：设计计算：

图2-13 实际墙背土压力分布图
=

＝

=0.29