挡土墙算例.docx

挡土墙设计与验算说明
1.1 设计资料
1.1.1 墙身构造
本设计任务段为K1+300～K1+360的横断面，为了减少填方量，收缩边坡，增强路基的稳定性，拟在本段设置一段重力式路堤挡土墙，其尺寸见挡土墙设计图。
拟采用浆砌片石仰斜式路堤挡土墙，墙高H=8m，墙顶填土高度为，顶宽，底宽，墙背仰斜,坡度为-0.25:1，(α=-14.04°)，基底倾斜，坡度为，(=11.18°)，墙身分段长度为10m。
1.1.2 车辆荷载
根据《路基设计规范(JTG 2004)》，车辆荷载为计算的方便，可简化换算为路基填土的均布土层，并采用全断面布载。
换算土层厚
其中: 根据规范和查表
γ为墙后填土容重
1.1.3 土壤地质情况
填土为砂性土土，内摩擦角，墙背与填土间的摩擦角,容重为
砂性土地基，容许承载力为[]=500KPa。
1.1.4 墙身材料
采用7.5号砂浆，25号片石,砌体容重为3；按规范:砌体容许压应力为，容许剪应力为，容许拉应力为。
1.2 墙背土压力计算
对于墙趾前土体的被动土压力，在挡土墙基础一般埋深的情况下，考虑到各种自然力和人畜活动的作用，以偏于安全，一般均不计被动土压力,只计算主动土压力。
其计算如下：

1.2.1 主动土压力计算

1.2.2 土压力作用点位置确定

1.3 墙身截面性质计算
1.3.1截面面积
A1 =2×8=16m
A2 =2.295×0.55=1.26m
A3 =2.295×0.45/2=0.516 m
ΣA=A1+A2+A3 =17.776m
3.3.2 各截面重心到墙趾的水平距离:
X1=2.255+9×0.25-2 /2-8×0.25/2=2.5 m
X2=(2.25+2.25/5×0.25)/2+0.55/2×0.25=1.25m
X3=(0.0+2.25+(2.25+2.25/5×0.25))/3=1.5m
∴ 墙身重心到墙趾的水平距离

= (10.8×2.28+0.72×0.77+1.81×1.59)/17.776
=2.382
墙身重力:
G=k ΣAi=23×17.776=408.848kN
1.4 墙身稳定性验算
1.4.1 抗滑稳定性验算
验算采用“极限状态分项系数法”。
滑动稳定方程：

=[1.1×408.848+1.40×(7.88+151.36×0.2)-0.5×0]×0.38+(1.1×408.848+1.40×7.88) ×0.2-1.40×151.36+0.3×0
=71.438>0
将数据代入方程后计算，满足要求。

∴ 所以抗滑稳定性满足要求。
1.4.2 抗倾覆稳定性验算
验算采用“极限状态分项系数法”。
倾覆稳定方程：

=0.8×408.848×2.382 +1.3×(7.88×2.67-151.36×2.14)+0.5×0
= 385.37>0
将数据代入方程后计算，满足要求，所以抗倾覆稳定性满足要求

∴ 所以抗倾覆稳定性满足要求
1.4.3 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。
基础地面压应力
①轴心荷载作用时：

= (408.848×1.2+1.4×7.88) ×cos+1.4×151.36×sin=533kN
所以=533÷(2.29×1)=232.75kPa<[σ]=350kPa
故基础地面压应力满足要求。
②偏心荷载作用时
作用于基底的合力偏心距
=408.848×2.382+7.88×2.14-2.785×151.36/408.848+7.88=1.36

故偏心距与基础地面压应力均满足要求。
地基承载力抗力值：
地基应力的设计值应满足地基承载力的抗力值要求，即满足以下各式，
因为如图一所示挡土墙的基础宽度大于3m且埋置深度大于0.5m，则：

=350+0.3×18×（3-2.25）+1.6×18×（2.1-0.5）=400.85
①轴心荷载作用时， =232.75〈400.85
②当偏心荷载作用时， =319.71〈400.85×1.2=481.02
故地基承载力抗力值符合要求。
1.4.4 墙身截面强度计算
(1)强度计算，要求：
ak==0.69为轴向力偏心影响系数，
按每延米长计算：
=1.05×[1.2×408.848+1.4×16.06]=538.748kN
=0.69×2.29×900÷2.31=615.62kN
所以 <,故强度满足要求。
(2)稳定计算 : 要求：
其中
=
=1÷{1+0.002×6.98×(6.98-3)×[1+16×(0.215/2.29]}=0.942
≤=0.769×589.792=579.91kN，故稳定性满足要求。
1.4.5 正截面直接受剪验算
要求：≤ ,其中==151.36kN，
=2.29×180÷2.31+0.42×408.848=350.156kN
即〈，抗剪满足要求。
由上述可得K1+327截面的挡土墙符合要求,挡土墙最终截面按照拟定设计。

沥青路面设计说明
1、设计资料
某二级公路地处自然区划二区，土基干湿类型为中湿。有交通调查某公路竣工初年的交通组成如下表
车型
前轴重()
后轴重()
后轴数
后轴轮组数
后轴距(m)
日交通量
(辆/日)
东风EQ140
23.70
69.20
1
2

300
黄河JN150
49.00
101.60
1
2

200
黄河JN162
59.50
115.00
1
2

50
交通141
25.55
55.10
1
2

250
长征CZ361
47.60
2*90.70
2
2
132.0
70
延安SX161
54.64
2*91.25
2
2
135.0
60
北京BJ130
13.55
27.20
1
2

50
跃进NJ130
15.30
38.30
1
2

60
交通量年平均增长率8%
2、设计内容
设计沥青混凝土路面的结构层次，并算出结构层厚度。主要包括以下内容：
1）、详细的设计计算书
沥青混凝土路面：
①、确定结构方案； ②、确定设计参数；
③、计算待求层厚度； ④、弯拉应力计算。
2）、设计图
（1） 路面结构图
（2） 相应的计算图
3、主要参考资料：
路基路面工程
公路沥青路面设计规范
公路路基设计规范
公路设计手册《路面》
二、沥青砼路面的设计
一、轴载分析
1）路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。
当以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力为设计指标时，轴载换算采用如下的计算公式：

式中：——标准轴载的当量轴次，（次/日）；
——被换算车辆的各级轴载作用次数，（次/日）；
——标准轴载，（kN）;
——被换算车辆的各级轴载，（kN），轴载小于25kN的轴载作用不计；
——轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。
——轴数系数，当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，当轴间距小于3m时，双轴或多轴时按下式计算

——轴数。
当以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时，采用如下公式：

式中：——轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09；
——轴数系数。当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，当轴间距小于3m时，双轴或多轴时按下式计算

——轴数。
设计年限累计当量标准轴载数公式：

式中：——设计年限内一个车道沿一个方向通过的累计标准当量轴次；
——设计年限（年）；
——路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/日）；
——设计年限内交通平均增长率（%）；
——与车道数有关的车辆横分布系数，简称车道系数；
2）计算：
轴载换算结果表（弯沉）
车型
（）

（次/日）

东风EQ140
后轴
69.20
1
1
300
60.48
黄河JN150
前轴
49.00
1
1
200
8.98
后轴
101.60
1
1
200
214.30
黄河JN162
前轴
59.50
1
1
50
5.23
后轴
115.00
1
1
50
91.83
交通141
前轴
25.55
1
1
250
0.66
后轴
55.10
1
1
250
18.7
长征CZ361
前轴
47.60
2.2
1
70
6.10
后轴
2*90.70
2.2
1
70
100.72
延安SX161
前轴
54．64
2.2
1
60
9.52
后轴
2*91.25
2.2
1
60
88.63
北京BJ130
后轴
27.20
1
1
50
0.21
跃进NJ130
后轴
38.30
1
1
60
0.92

606.28
注：轴载小于25的轴载作用不计；
累计当量轴次：
根据设计规范，二级公路沥青路面的设计年限取12年，四车道的车道系数是0.4~0.5，取0.45。

轴载换算结果表（半刚性材料结构层的层底拉应力）
车型
（）

（次/日）

东风EQ140
后轴
69.20
1
1
300
15.78
黄河JN150
后轴
101.60
1
1
200
227.08
黄河JN162
前轴
59.50
1
1
50
0.79
后轴
115.00
1
1
50
152.95
交通141
后轴
55.10
1
1
250
2.12
长征CZ361
后轴
2*90.70
3
1
70
96．18
延安SX161
前轴
54．64
3
1
60
1.43
后轴
2*91.25
3
1
60
86.52

582.85

注：轴载小于50kN的轴载作用不计；
累计当量轴次：
根据设计规范，二级公路沥青路面的设计年限取12年，四车道的车道系数是0.4~0.5，取0.45。

二、结构组合与材料选取
由于上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为180万次左右。
方案一，路面结构面层采用沥青混凝土（8cm），基层采用二灰稳定砂砾（取30cm）,底基层采用石灰土（厚度待定）。
规范规定二级公路根据规范，采用双层式沥青面层，上面层采用细粒式密级配沥青混凝土（厚度3cm），下面层采用粗粒式密级配混凝土（厚度5cm）。
方案二，路面结构面层采用沥青混凝土（7cm），基层采用水泥稳定碎石（取35cm）,底基层采用水泥石灰砂砾土（厚度待定）。
规范规定二级公路根据规范，采用双层式沥青面层，上面层采用细粒式密级配沥青混凝土（厚度3cm），下面层采用粗粒式密级配混凝土（厚度4cm）。

三、各层材料的抗压模量和和劈裂强度
查表得：得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。抗压模量取200C的模量，各值均取规范给定范围的中值，因此得到200C的抗压模量：细粒式密级配沥青混凝土为1991MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为978MPa二灰稳定砂砾为1500Mpa，石灰土550MPa，水泥稳碎石3188MPa，水泥石灰砂砾土为1591MPa。各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝土为1.2Mpa，中粒式密级配沥青混凝土为1.0Mpa，粗粒式密级配沥青混凝土为0.8Mpa，二灰稳定砂砾为0.6Mpa，石灰土0.225MPa，水泥稳碎石0.6MPa，水泥石灰砂砾土为0.4MPa。
四、土基回弹模量的确定
该路段处于Ⅳ7区，为粘质土，处于干燥状态，拟定稠度为1.10，查表“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”查得土基回弹模量为40MPa。
五、设计指标的确定
对于一级公路，规范要求以设计弯沉值为设计指标，并进行结构层拉应力的验算。
1） 设计弯沉什公式：

式中： ——设计弯沉值（0.01mm）；
——设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数；
——公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三四级公路为1.2；
——面层类型系数，沥青砼面层为1.0，热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1，中低级路面为1.2。
——路面结构类型系数，刚性基层、半刚性基层沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6，介于之间线性内插。
弯拉应力设计控制指标容许拉应力公式：

式中：——路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限次加载的疲劳弯拉应力（MPa）；
——路面结构材料的极限抗拉强度（MPa），由实验室按标准方法测得；
——抗拉强度结构系数。根据结构层材料不同，按以下公式计算。
（沥青砼面层）
（无机结合料稳定集料）
（无机结合料稳定细粒土）
（贫砼）
2） 计算：该公路为二级公路，取；面层是沥青砼，取；①
3） 、设计弯沉值：
②、各层材料的容许层底拉应力：
细粒式密级配沥青砼：

粗粒式密级配沥青砼：

二灰稳定砂砾：二灰稳定砂砾属于半刚性基层 故

石灰土：石灰土属于半刚性基层 故

水泥稳定碎石：水泥稳定碎石属于半刚性基层 故

水泥石灰砂砾土：水泥石灰砂砾属于半刚性基层 故

六、设计资料总结
设计弯沉值为：36.67(0.01mm)，相关设计资料汇总如下：

七、用HPDS软件计算路面厚度并进行拉应力验算
方案一：确定石灰层厚度
新建路面结构厚度计算
公 路 等 级 : 二级公路
新建路面的层数 : 4
标 准 轴 载 : BZZ-100
路面设计弯沉值 : 36.67 (0.01mm)
路面设计层层位 : 4
设计层最小厚度 : 15 (cm)

层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa)
(20℃) (15℃)
1 细粒式沥青混凝土 3 1991 2680 .816
2 粗粒式沥青混凝土 5 978 1320 .544
3 石灰粉煤灰砂砾 30 1500 1500 .452
4 石灰土 ? 550 550 .113
5 土基 40
按设计弯沉值计算设计层厚度 :
LD= 36.67 (0.01mm)
H( 4 )= 15 cm LS= 28.3 (0.01mm)
由于设计层厚度 H( 4 )=Hmin时 LS<=LD,
故弯沉计算已满足要求 .
H( 4 )= 15 cm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力验算设计层厚度 :
H( 4 )= 15 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 15 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 15 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 15 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)

路面设计层厚度 :
H( 4 )= 15 cm(仅考虑弯沉)
H( 4 )= 15 cm(同时考虑弯沉和拉应力)
验算路面防冻厚度 :
路面最小防冻厚度 50 cm
验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .
通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下:
---------------------------------------
细粒式沥青混凝土 3 cm
---------------------------------------
粗粒式沥青混凝土 5 cm
---------------------------------------
石灰粉煤灰砂砾 30 cm
---------------------------------------
石灰土 15 cm
---------------------------------------
土基

方案二：确定水泥石灰砂砾土层厚度
新建路面结构厚度计算
公 路 等 级 : 二级公路
新建路面的层数 : 4
标 准 轴 载 : BZZ-100
路面设计弯沉值 : 36.67 (0.01mm)
路面设计层层位 : 4
设计层最小厚度 : 20 (cm)
层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa)
(20℃) (15℃)
1 细粒式沥青混凝土 3 1991 2680 .816
2 粗粒式沥青混凝土 5 978 1320 .544
3 水泥稳定碎石 35 3188 3188 .387
4 水泥石灰砂砾土 ? 1591 1591 .2
5 土基 40
按设计弯沉值计算设计层厚度 :
LD= 36.67 (0.01mm)
H( 4 )= 20 cm LS= 15.1 (0.01mm)
由于设计层厚度 H( 4 )=Hmin时 LS<=LD,
故弯沉计算已满足要求 .
H( 4 )= 20 cm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力验算设计层厚度 :
H( 4 )= 20 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 20 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 20 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 20 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)
路面设计层厚度 :
H( 4 )= 20 cm(仅考虑弯沉)
H( 4 )= 20 cm(同时考虑弯沉和拉应力)
验算路面防冻厚度 :
路面最小防冻厚度 50 cm
验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .
通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下:
---------------------------------------
细粒式沥青混凝土 3 cm
---------------------------------------
粗粒式沥青混凝土 5 cm
---------------------------------------
水泥稳定碎石 35 cm
---------------------------------------
水泥石灰砂砾土 20 cm
---------------------------------------
土基
所以：上述两种方案设计结果均满足设计要求，选取方案一设计（见图纸）；