路基路面课程设计挡土墙设计与验算样本.doc

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3 挡土墙设计与验算

3.1 设计资料
3.1.1 墙身构造
本设计任务段中K67+650～K67+670的横断面左侧坡度较陡, 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。
3.1.2 车辆荷载
根据《路基设计规范(JTG )》, 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
3.1.3 土壤地质情况
填土为粘土, 土的粘聚力, 内摩擦角, 墙背与填土间的摩擦角,容重为
粘性土地基, 容许承载力为, 基底摩擦系数取0.38。
3.1.4 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。
3.2 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。
本设计任务段的路堤挡土墙, 采用二级台阶,分析方法采用”力多边形法”, 按粘性土的公式来计算土压力; 边坡坡度为其计算如下:

图4.1 挡土墙设计图
3.2.1 破裂面计算
假设破裂面交于荷载中部, 则:

= (2+8+2×0.694) ×(2+8)/2
=56.94

=2×3/2+(3+0.75)×0.694+0.5×8×(8+2×2.0+2×0.694) ×0.249

=18.93

其中:
破裂角:
3.2.2 验算破裂面是否交于荷载内:
破裂面至墙踵(H+a)tgθ=(8+2)×tg38°36′=7.99m
荷载内缘至墙踵-H tgα+b+d=8×0.249+3+0=4.99m
荷载外缘至墙踵-H tgα+b+d +lo=8×0.249+3+0+7.5=12.492m
∴4.99<7.99<12.49 假设满足要求。

3.2.3 主动土压力计算

3.2.4 土压力作用点位置确定

3.3 墙身截面性质计算
3.3.1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
3.4 墙身稳定性验算
3.4.1 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。

∴ 因此抗滑稳定性满足要求。
3.4.2 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 +13×(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, 因此抗倾覆稳定性满足要求

∴ 因此抗倾覆稳定性满足要求
3.4.3 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
因此=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。
3.4.4 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
因此 <,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。
3.4.5 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K67+660截面的挡土墙符合要求,挡土墙最终截面按照拟定设计。