高铁软土地基处理.doc

石家庄铁道学院毕业设计
第1章 绪 论
自1964年日本建成世界上第一条高速铁路东京至大阪高速铁路， 40多年来， 高速铁路从无到有，迅速发展。而在我国，随着经济建设的迅速发展，我国的铁路运输也已进入了高速铁路大规模建设时期，尤其是客运专线的建设。在铁路工程建设中，路基作为铁路线路的主体工程，直接承受着轨道上部所传递的巨大压力，因此路基必须坚固而稳定，必须具有强度高、刚度大、稳定性和耐久性好，并能抵抗各种自然因素的影响，在运营条件下将线路轨道的设计参数保持在要求的标准范围之内。如何正确地对边坡和路基进行相应地处理以保证高速铁路的正常运营，成为了铁路建设中的一个很重要的问题。
1.1 支挡结构简述
支挡结构[1]包括挡土墙、抗滑桩、预应力锚索等支撑和锚固结构，是用来支撑、加固填土或山坡土体，防止其坍滑以保持稳定的一种建筑物。在铁路、公路路基工程中，支挡结构被广泛应用于稳定路堤、路堑、隧道洞口以及桥梁两端的路基边坡等，主要用于承受土体侧向土压力。在水利、矿场、房屋建筑等工程中，支挡结构主要用于加固山坡、基坑边坡和河流岸壁。当以上工程或其他岩土工程遇到滑坡、崩塌、岩堆体、落石、泥石流等不良地质灾害时，支挡结构主要用于加固或拦挡不良地质体。支挡结构是岩土工程中的一个重要组成部分，随着我国国民经济水平的提高与基本建设的不断发展，以及支挡结构技术水平的提高和减少环境破坏、节约用地观念的加强等，支挡结构在岩土工程中的使用越来越广泛，特别是在铁路、公路路基及建筑基础工程中所占的比重也越来越大。
1.1.1 挡土墙简述
挡土墙[2]，顾名思义，是用来挡土的墙，是一种墙或类似于墙的结构物，是为了保证填土位置或挖方位置稳定而修筑的一种永久或临时人工构造物。
在铁路、公路、航运、水利、矿山及建筑部门的土木工程中，挡土墙的应用十分广泛。当山区地面横坡过陡，常在下侧边坡设置挡土墙，或在靠山侧，由于刷坡过多，不仅土石方工程数量大，而且破坏了天然植被容易引起灾害，因此设置路矩挡土墙以降低路堑高度。在平原地区多为良田，为了节约用地，往往也在路基一侧或两侧设置挡土墙。在滨河地段或有其他建筑物时，修建挡土墙可以收回坡脚，以避免冲刷威协或避开建筑物。当高路堤、深路堑土石方数量过大取弃困难时，也可设置挡土墙以减小土石方数量。此外，挡土墙还常用来整治崩坍、滑坡等路基病害。
铁路路基挡土墙[3]是支撑路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳、承受侧向土压力的构筑物。在铁路工程中， 挡土墙被广泛应用于支撑路堤或路堑以及隧道洞口、桥梁两端的路基边坡和河岸护堤等地方。挡土墙在铁路防护工程中占有很大的比重，为铁路的安全畅通发挥着重要的作用。
1.1.2 挡土墙的分类
铁路挡土墙，按其设置的位置可分为：
遇高填路堤、陡坡路堤、河岸路堤时，常采用的路肩墙(图1—1)或路堤墙(图1—2)，这两种墙可防止路基边坡或基底滑动，收缩填土坡脚，减少土石方并少占农田；在岸边修建的挡土墙还可保护路基不受水流冲刷，保证库容或减少河床的压缩量。
设置在路堑边坡挡土墙称为路堑墙[4] (图1—3)，这种墙可支撑开挖后不稳定的边坡，减少刷方量，降低刷坡高度。路堑挡土墙还常与拦石墙、护墙等综合使用，除支护边坡外还起基础的作用。
此外，还有支撑不稳定山坡的山坡挡土墙、为避免侵占邻近线路的既有建筑物而修建的挡土墙、为缩短隧道或明洞的长度而在洞口设置的挡土墙、在车站上为供旅客上下车或装卸货物方便而设置的站台墙以及桥头翼墙等。

图1-1 路肩墙 图1-2 路堤墙

图1-3 路堑墙
根据墙背的倾斜方向分为：俯斜、仰斜、垂直三种形式。
根据建筑材料、计算理论和结构型式的不同，可将挡土墙分为重力式挡土墙和轻型挡土墙，下面将对这两种形式的挡土墙进行介绍。
1.1.3 重力式挡土墙
重力式挡土墙是一种以挡土墙自身重力来维持挡土墙在土压力作用下稳定的挡土墙。它是我国目前常用的一种挡土墙。重力式挡土墙一般采用干砌片石、浆砌片石、混凝土及砖等土石场工建造，一般都做成简单的梯形。由于石料来源丰富，所以它可以就地取材，施工方便，而且其经济效果好，不需复杂的施工设备和技术，当墙高较低，地层稳定、开挖土石方时不会危及相邻建筑物安全的地段，其经济效益明显。所以，重力式挡土墙在我国铁路、公路、水利、港湾、矿山等工程中得到广泛的应用。但其也有不可克服的缺点：由于重力式挡土墙靠自重维持平衡稳定，因此，体积、重量都大，在软弱地基上修建往往受到承载力的限制，另外重力式挡土墙施工主要由人工操作，耗费的材料和人力过多，占地面积过大，在科技发达的今天，已经不是最经济的挡土结构形式[5]。
重力式挡土墙可根据其墙背的坡度分为仰斜、垂直和俯斜三种类型。重力式挡土墙由墙身、基础和墙帽三部分组成，一般不配钢筋或只在局部范围内配以少量的钢筋，如图1-4所示。
1.1.4 轻型挡土墙
随着国民经济的发展，国家的钢材和水泥产量逐年增多，为适应不同地区的条件和发展新技术的需要，逐步发展了各种不同型式的钢筋混凝土结构的挡土墙，如：桩板式挡土墙、锚杆挡土墙、锚定板挡土墙、薄壁式挡土墙、抗滑桩及加筋土挡土墙等陆续出现。轻型支挡结构以其具结构轻、施工快捷、便于预制和机械化施工、节省材料和劳力、造价低等优点， 在各类岩土工程中得到广泛的应用。随着生产技术的不断发展，今后还将会有一些新的结构形式不断出现。本次设计中将会用到的是桩板式挡土墙，桩板式挡土墙如图1-5所示。
桩板式挡土墙[6]是一种在桩之间设挡板或土钉等其他结构来稳定土体的挡土结构，它由锚固桩发展而来的，当路基边坡采用悬臂式锚固桩支挡时，存在桩间支挡类型选择问题，桩间挂板或搭板就形成了桩板墙。桩板墙利用挡土板将侧向力传递给桩，通过桩体使路基获得稳定。桩板墙完全靠桩的锚固段两侧的土体作用力的平衡来维持支挡结构物的稳定。
由于桩板式挡土墙的高度可不受一般挡土墙高度的限制，一般悬臂式桩板墙地面以上悬臂高度可达15m左右预应力锚索桩的地面以上高度可达20~25m，地基强度不足可由桩的埋深得到补偿。挡土板与一般桩间挡土墙相比，其优点在于可以不考虑基底承载力；采用装配式挡土板施工方便快捷。滑坡和顺层地段，桩上设锚索或锚杆可减小桩的埋深和桩的截面尺寸，在悬臂较大或桩上外力较大时，是一种很好的支挡型
式。其在减小工程数量、缩短工期、降低成本、节约投资等方面相比于桥梁方案和挡土墙方案在高陡边坡路段及车站地段有着明显的优越性，且施工简便，外型构造美观，运营后养护、维修费用低，同时可自上而下逆向施工，避免大面积开挖造成路基失稳。从而在一些需要设高路堤挡土墙或高路肩挡土墙的地段及地基条件不够好的情况下采用，有其独特的优点。

图1-4 重力式挡土墙 图1-5 桩板式挡土墙
桩板式挡土墙可用于一般地区、浸水地区和地震区的路堑和路堤支挡；也可用于滑坡等特殊路基的支挡工程；桩的自由臂长度不宜大于15m，桩间距宜为7~8m；当桩的地面以上长度大于15m或桩侧土压力较大时，可在桩上部加设锚索(杆)组成预应力锚索(杆)桩。
桩板墙的分类如下：
(1)按工程设置位置分：路肩式桩板墙，路堤式桩板墙，路堑式桩板墙；
(2)按其结构形式分：锚索(杆)桩板墙，悬臂式桩板墙，锚拉式桩板墙；
(3)按挡土板的类型：
截面：矩形、槽型、变截面；
板型：平板型、弧线型、折线型；
位置：外挂式、内置式；
(4)按桩的截面类型分：
矩形截面，T形截面；
等截面，变截面。
1.2 复合路基在铁路软土路基处理工程中的运用
1.2.1 地基处理简述
所谓地基处理[10]就是按照上部结构对地基的要求，对地基进行必要的加固和改良，提高地基的承载力，保证地基的稳定，减少建筑物的沉降和不均匀沉降，消除湿陷性，提高抗液化能力。地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。经过处理后的地基又称为人工地基，而在人工地基中，复合地基己与浅基础(或称均质地基)和桩基础一道，成为工程中常用的三种地基基础型式。
复合地基(Composite Ground)是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区由基体(天然地基土体)和增强体二部分组成的人工地基。目前的复合地基形式有置换、排水固结、振密挤密、加筋及化学处理等。按目前的概念，复合地基有水平向增强体型和竖直向增强体型这两种型式，见图1-6和图1-7所示：

荷载

增强体
荷载
增强体

图1-6 水平向增强体复合地基 图1-7 竖直向增强体复合地基
当这两种基本形式不满足工程需要时，人们又探索研究开发了新的更有效的软土地基处理方法，即桩—网复合地基，这也是本次设计处理软土路基要用到的方法。
1.2.2 桩—网复合地基的概念
“桩—网复合地基”的定义：所谓桩—网复合地基(pile—net composite foundation )，是指天然地基在地基处理过程中，下部土体得到竖直向增强体—“桩”的加强从而形成桩土复合地基加固区，并在该区上部铺设水平向增强体—“网”从而形成加筋土复合地基加固区，使网—桩—土协同作用、共同承担荷载的人工地基。
以上对“桩—网复合地基”这种综合地基处理方法所下的定义，其意图是突出强调桩、网、土三者在承担荷载的过程中都起作用，都有贡献，即三者协同作用，构成一个整体，共同承载；虽然它们在承载过程中的作用大小和方式可能不同，但无论从力学机理上还是从设计、施工方法上来讲，都不能忽视，这与以往只过分强调某一部分，譬如强调桩、轻视网、忽视土的倾向是不同的。
1.2.3 桩—网复合地基的组成
“桩—网复合地基”这一体系由以下五部分共同组成[11]：

(l)上部(路堤)填土；
(2)上部网(一层或几层，铺设于桩头之上)；
(3)中间砂石褥垫层及可能存在于垫层中的网；
(4)下部一般为非刚性桩(如散体材料桩或柔性桩、木桩，当然也可能会是刚性
桩)及桩间土(一般为天然软粘土)；
(5)下部桩土复合地基加固区下的天然软土层或持力层。
其中的核心部分是桩和网。
下卧持力层
桩
桩间土
桩土复合地基加固区
路堤
网
褥垫层
下卧软土层

图1-8 桩—网复合地基组成
1.2.4 桩—网复合地基的特点
桩—网复合地基的特点是桩—网—土三者协同工作，桩—网复合地基具有以下优点[13]：
(1)桩—网复合地基具有桩体、热层、排水、挤密、加筋、防护等综合效能；
(2)比较容易实现在天然软土地基上快速填筑稳定的路堤或堤坝，不需预压期，施工方便；
(3)工期沉降较快，工后沉降较易控制，可缩短上期，加快上程进度；
(4)可采用控制上后沉降理论进行设计，布置成疏桩，进而大幅降低工程建设成本。
桩—网复合地基由于具有上述突出的优点，近年来应用很广泛，很适合于天然软土地基上的铁路、公路、城市道路、长大堤坝和大面积填方类上程。但是由于其作用机理比较复杂，理论研究还不很成熟，工程的设计成功与否常常起决于设计人员的理论水平和上程经验，且很多设计趋于保守，不能够充分发挥地基的承载力。
1.3 本次设计要做的工作
本次设计针对的是温台甬铁路客运专线的一段，温台甬铁路是国家《中长期铁路网规划》的一个重要项目，其项目建议书于2004年10月获得国家发改委批准。甬台温铁路北起浙江省宁波市，南至温州市，全长280km，为国家I级双线铁路，设计时速200km。这一工程沿线地质条件复杂，软土地基设分布广泛，桥隧长度占全线62％，施工难度大。
本次设计主要包括以下工作：
(1)温台甬铁路客运专线DK145+515~DK145+632支挡结构的设计；
(2)温台甬铁路客运专线DK147+200~DK148+500软土地基加固设计；
(3)两种不同支挡结构的施工组织设计；
(4)桩——网复合地基的施工组织设计。
第2章 工程地质和水文地质情况
2.1 DK145+515~DK145+632的工程地质及水文地质情况
2.1.1 工程地质情况
该工段起自隧道出口，地处剥蚀低山区，地势起伏不平。山体自然坡度20~30度，山坡上竹林茂盛，地层岩性如下所示：
(1) 粉质黏土夹碎石，褐黄色，硬塑；
(2) 凝灰岩，灰黄色，呈土状；
(3) 凝灰岩，灰黄色，强风化；
(4) 凝灰岩，灰黄色，弱风化。
2.1.2 水文地质情况
地下水不发育。线路右侧发育一冲沟，水量不大。
2.2 DK147+200~DK148+500的工程地质及水文地质情况
2.2.1 工程地质情况
该工段地处山间谷地地区，为软土区域，地形较为平坦，辟为果园及稻田，土层为软土，天然孔隙比大，天然含水量高，抗剪强度低，，渗透系数小，各土层如下：
(1)粉质黏土：软塑，含铁锰质斑点；
(2)淤泥质粘土：流塑，有机质含量高；
(3)细圆砾土：饱和，中密；
(4)-1 凝灰岩：褐黄色~灰黄色，全风化Ⅲ；
(4)-2 凝灰岩：黄色~褐色，强风化Ⅳ。
各土层主要物理力学指标如下表所示：
表2-1 土层主要物理力学指标
层号
W(%)
r(kN/m3)
e
%u
%cu
Cu(kPa)
Es(MPa)
Qs(kPa)
(1)
40.89
18.7
1.14
12
14
~
3.67
20
(2)
47.72
17.6
1.35
8
15
13
2.93
8
2.2.2 水文地质情况
地下水主要为第四系孔隙潜水，发育，水位0.5~1m。
第3章 挡土墙的设计
DK145+515~DK145+632工段由于山体自然坡度较大，需用支挡结构来进行防护，这里采用的是重力式挡土墙和桩板式挡土墙，根据地形坡度和由于土物理参数变化而引起的土压力的变化，结合经济方面的因素，决定对DK145+514~+527，+570~632段左侧采用桩板式挡土墙收坡，剩余的工段左侧用重力式挡土墙来处理。
3.1 桩板墙的设计
3.1.1 布置原则
(1)桩板式挡土墙的桩间距、桩长和截面尺寸的确定，应综合考虑达到安全可靠、经济合理；
(2)桩的自由悬臂长度不宜大于15m；矩形截面时，桩截面的短边尺寸不宜小于1.25m；桩间距宜为5~8m[8]；
(3)锚固段必须置于稳定的地层中；
(4)挂板的一侧应在一个平面内。路堑边坡坡脚设桩板墙时，靠线路一侧应预留出锁口和护壁的位置。如果是外挂式板，还应预留出挂板的位置。
3.1.2 桩的设计
在进行桩的设计前，作如下基本假定：将桩，锚固段桩周岩土及锚索系统视为统一的整体，在计算桩的反力时将桩简化为受横向约束的弹性地基梁，根据位移变形协调方程，按地基系数法计算锚索拉力和侧向压应力。
根据施工方面的要求及地形和经验，桩间距取为5m，桩的悬臂长取为10m，桩截面取为矩形截面，桩身截面尺寸取为2.0m×2.5m。现对其其余部分进行设计和检算。
3.1.2.1 计算设计荷载及其分布
(1)桩悬臂段土压力分布的计算：
由土力学的相关知识可知[3]：当地面作用有均布荷载时，从均布荷载的两个端点分别作与水平线成(为破裂角)的两条辅助线，并与挡土墙交与两点，可近似认为两点之外的土压力不受地面荷载的影响，两点之间的土压力按满布的均布地面荷载来算，本次设计即按这一理论来进行计算。
计算简图如图3-1：

图3-1 桩悬臂段的受压计算图
计算中相关参数如下：
换算荷载土柱高=3m 荷载分布宽度=3.7m
路基面宽度8.8m K=(8.8-3.7)/2=2.55m
综合内摩擦角=45° 墙背摩擦角=/2=22.5° 墙背倾角0°
容重=21kN/ 悬臂端长度=10m
计算过程：
① 计算破裂角及确定破裂面：
按库仑公式计算：
=(+)=10×(10+3)/2=65m2
=K=2.55×3=7.65m2
=+-=45+22.5=67.5°
tan=-tan
=-tan67.5°=0.52589
=arctan0.52589=27.75°
tan=10×0.52589=5.26m摩擦角=/2=20°
由库仑公式计算：
根据已知条件查表得=0.199
则==×0.199×19=1.89
=2H/3
3.1.2.2 根据抗倾覆稳定性验算确定地面以下的桩长
验算要求：

(3-1)

式中： ——抗倾覆许用安全系数值，取1.5。
将前面所算数据代入4-1中：
(1.89×2/3)/(168×3.33+49.44×2.58)1.5
得： 817.85
考虑到施工方便，取地面以下的桩长H=10m。
3.1.2.3 桩的内力计算：
(1)悬臂段的内力计算：
悬臂段桩长分为10等分，按式(1)计算各点的弯矩M及剪力Q(当y4.85m时，只取公式的第一项)，计算公式：
(3-2)
式中：——填土容重，取20kN/；
——填土主动侧压力系数，用下列公式计算：

(3-3)
代入数据计算得=0.17939；
y——自桩顶算起的桩身长度；
L——桩中一中间距；取为5m；
——桩背处摩擦角，取为22.5°；
——列车荷载换算侧压力强度；本设计中取为20×3=60kN/㎡；
4.85——前面所算出的未受列车荷载影响的桩(背)段计算长度。
计算结果如下表3-1所示：
表3-1 桩悬臂端内力的计算
y(m)
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
弯矩(kN·m)
6438
4400
2789
1588
780
348
177
75
22
3
剪力(kN)
2256
1822
1403
1002
617
249
133
75
33
8
(2)桩身锚固段的内力计算
同样将桩身分为10段，按下列公式分别计算：
(3-4)

(3-5)
式中：——桩的变形系数，本设计中矩形桩取1.0；
，——单位剪力、弯矩，本设计中取值即为各个截面的剪力，弯矩，具体计算见桩锚固段部分土压力计算的相关内容；
，，，——分别为=l、=l时的弯矩、剪力的无量纲系数，具体数值见结构力学“位移法计算超静定结构”的相关内容。
计算得：桩身锚固段各部分弯矩和剪力图如表3-2所示：
表3-2 桩锚固端内力的计算
y(m)
0
-2
-4
-6
-8
-10
弯矩(kN·m)
6000
7800
10000
8200
3000
0
剪力(kN)
2000
1000
-980
-2000
-2100
-5
3.1.2.4 截面配筋计算
按《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)的规定，建筑结构的安全等级采用二级，结构的重要性系数=1.0，永久荷载分项系数采用=1.35，可变荷载分项系数采用=1.4，由于可变荷载引起的荷载效应占总荷载效应的22.7%，永久荷载引起的荷载效应占总荷载效应的77.3%，故综合荷载分项系数=1.35 ×0.773+1.4×0.227=1.361。
进行配筋计算时所用参数如表3-2所示
表3-3 混凝土和钢筋的设计强度和弹性模量
材料
设计强度(kPa)
弹性模量(kPa)
混凝土(C20)
轴心抗压
=9600
=2.55×
抗拉
=1100
热轧钢筋
HRB235级
=210 000
=2×
HRB335级
=300 000
(1)桩悬臂段的配筋计算
由前面桩内力的计算可知：最大弯矩=6438 kN·m，最大剪力=2256kN。
①正截面设计：
M==1.0×1.361×6438=8762kN·m
截面有效高度=h-0.075=2.5-0.075=2.425m
=1-=1-=0.0809
钢筋直径采用28，设计强度为300 000kPa，
钢筋面积===0.0125m2
根数n==20.3
考虑到施工方便，取n=20根。
②斜截面检算：
=1.1×1.361×2256=3377.5kN
=2.425/2=1.21<4.0
0.25=0.25×1.0×9600×2×2.425=11640kN>V

截面大小满足斜截面检算要求
因为V<0.7=0.7×1130×2×2.425=3836kN
所以只需按构造要求配置箍筋，
根据构造要求，箍筋间距取为400mm，双肢
又最小配筋率=0.24×=0.24×1100/210000=0.126%
箍筋配筋率==4××/(2×0.4)> =0.126%(r为箍筋半径)
得：r>0.89m 故箍筋取为18，双肢。
(2)桩身锚固段的配筋计算
由前面桩内力的计算可知：最大弯矩=10000kN·m，最大剪力=2000kN
计算方法同桩悬臂段的配筋计算
①正截面设计：
M==1.35×10000=13500kN·m
设截面有效高度=h-0.06-0.0775=2.5-0.06-0.0775=2.3625m
=1-=1-=0.1351
钢筋直径采用28，设计强度为300 000kPa，
钢筋面积===0.0205㎡
根数n==33.6
考虑到施工方便，取n=35根。
②斜截面检算：
由于锚固段的剪力设计值小于悬臂段的剪力设计值，而悬臂段的斜截面检算是根据构造要求来配筋的，故锚固段也只需根据构造要求配筋即可，也就是说，和悬臂段的箍筋配置完全相同。
(3)架立钢筋及纵向构造钢筋的设计
架立钢筋及纵向构造钢筋的设计完全根据规范要求来配置，为方便施工，所用钢筋种类同箍筋，另外，在纵向受力筋的布置方面，由于桩的悬臂段需20根，锚固段需35根，但考虑到计算桩悬臂所需钢筋根数时，20根偏小，故纵向受力筋的截断位置应比地面稍高一点，钢筋的具体分布见附录中02、03号图。
3.1.3 挡土板的设计
挡土板采用矩形预制挡板，其设计按均布荷载作用下的简支梁来进行计算，根据挡土板所放位置的不同，其所受土压力大小差别很大，为节省材料，现将挡土板分为两类来设计：A型板和B型板，桩间距桩顶0~5m采用A型板，距桩顶5~9m采用B型板，挡土板的设计所用材料及其相应各参数如下表所示：
表3-4 混凝土和钢筋的设计强度和弹性模量
材料
设计强度(kPa)
弹性模量(kPa)
混凝土(C20)
轴心抗压
=9600
=2.55×
抗拉标准值
=1540
抗拉设计值
=1100
热轧钢筋
HRB235级
=210 000
=2×
HRB335级
=300 000
3.1.3.1 A型板的设计
(1)作用在板上土压应力的计算。
同桩的悬臂端的受力情况相同，见桩悬臂段土压力分布的计算：
由计算简图可见，距桩顶5m处土的压应力最大，取为设计值，
=21×0.16×5+20×3×0.16=26.4kN/m2
根据经验及施工条件，板的厚度b取为0.5m，高度取为0.3m。
则分布荷载为q=b=0.5×26.4=13.2kN/m
(2)配筋计算
由于可变荷载引起的荷载效应占总荷载效应的36.4%，永久荷载引起的荷载效应占总荷载效应的63.6%，故综合荷载分项系数=1.35 ×0.636+1.4×0.364=1.368。
考虑到桩间距为5m，桩宽2m，取计算跨度取为3.2m
①正截面承载力计算：
跨中弯矩===16.89kN·m
设计弯矩M==1.0×1.368×16.89=23.11kN·m
截面的有效高度=30-5=25cm
=0.083
钢筋计算强度为300 000kPa
钢筋面积 =0.083×0.5×0.25×9300/300000=0.000322m2
采用216 =0.00040m2>0.000322m2(可)
=0.322%>=0.2%
故配筋率满足要求。
②斜截面承载力计算
混凝土承受的最大剪力位于板跨端点
=0.5×13.2×5=33kN
=1.0×1.368×33=45.144kN
截面尺寸检算
0.25/0.5=0.5<4
0.25=0.25×1.0×9600×0.5×0.25=300kN>V=45.144kN
故截面尺寸满足要求。
混凝土抗剪承载力
==0.7×1100×0.25×0.5=96.25kN>V=45.144kN
故箍筋只需按构造要求设计即可。
根据构造要求，箍筋间距取为200mm，双肢，钢筋种类为HPB235级
又最小配筋率=0.24×=0.24×1100/210000=0.126%
箍筋配筋率==4××/(0.5×0.2)> =0.126%(r为箍筋半径)
得：r>0.32m 故箍筋取为8，双肢。
(3)挠度及裂缝开展验算
挠度及裂缝开展宽度检算采用荷载的标准组合并考虑长期作用的影响。
可变荷载引起的水平土压力
=b=0.5×20×3×0.16=4.8kN/m
恒载引起的水平土压力
=bH=0.5×21×0.16×5=8.4kN/m
荷载的长期荷载：
参照《建筑结构荷载规范》，准永久系数取0.6。
=0.6+=0.6×4.8+8.4=11.28kN/m
荷载弯矩准永久值==11.28×/8=14.44 kN·m
荷载的短期效应=4.8+8.4=13.2kN/m
荷载弯矩标准值=13.2×3.2×3.2/8=16.89kN·m
受拉钢筋不均匀系数
==193 172kN/m2
=bh=0.5×0.3=0.15m2
=0.000402/0.15=0.00354<0.01 根据规定，取为0.01。
==0.5818
混凝土构件刚度
=200000000 / 25500000=7.843
短期刚度：
==9164kN·m2
长期刚度：
B===4940kN·m2
挠度计算：
==0.0036<==3.2/200=0.016m
进行裂缝宽度验算：
构件受力特征系数：=2.1
主筋净保护层厚度：c=35mm
纵向受力钢筋换算直径：==16mm (取1.0)
最大裂缝开展宽度：
=
=2.1×0.5818×193 172×(1.9×35+0.08×16/0.01)/200000000
=0.22mm<=0.3mm (满足要求)
(4)架立钢筋及纵向构造钢筋的设计
架立钢筋及纵向构造钢筋的设计完全根据规范要求来配置，采取和箍筋一样的钢筋，共布置四根，钢筋的具体分布见附录中的相应的钢筋分布图。
3.1.3.2 B型板的设计
B型板的设计和A型板的设计方法完全相同，只是设计荷载不同，现设计如下：
(1)作用在板上土压应力的计算：
同桩的悬臂端的受力情况相同，见桩悬臂段土压力分布计算相关内容：
由计算简图可见，距桩顶9m处土的压应力最大，取为设计值
=21×0.16×9+20×3×0.16=39.84kN/m2
同样，板的厚度b取为0.5m，高度取为0.3m。
则分布荷载为q=b=0.5×39.84=19.92kN/m
(2)配筋计算
由于可变荷载引起的荷载效应占总荷载效应的24.1%，永久荷载引起的荷载效应占总荷载效应的75.9%，故综合荷载分项系数=1.361。
计算跨度取3.2m。
①正截面承载力计算：
跨中弯矩===25.49 kN·m
设计弯矩M==1.0×1.361×25.49=34.70 kN·m
截面的有效高度 =30-5=25cm
=1-=1-=0.1275
钢筋计算强度为300 000kPa
钢筋面积：=0.1275×0.5×0.25×9300/300000=0.000494m2
采用218 =0.000509m2>0.000494m2(可)
===0.407%>=0.2%
故配筋率满足要求。
②斜截面承载力计算
混凝土承受的最大剪力位于板跨端点：
=0.5qL=0.5×19.92×5=49.8kN
=1.0×1.361×49.8=67.78kN
截面尺寸检算：
0.25/0.5=0.5<4
0.25=0.25×1.0×9600×0.5×0.25=300kN>V=73.494kN
故截面尺寸满足要求
混凝土抗剪承载力
=0.7=0.7×1100×0.25×0.5=96.25kN>V=73.494kN
故箍筋只需按构造要求设计即可
同前A型板的设计，箍筋取为8，双肢。
(3)挠度及裂缝开展验算
挠度及裂缝开展宽度检算采用荷载的标准组合并考虑长期作用的影响。
可变荷载引起的水平土压力：
=b=0.5×20×3×0.16=4.8kN/m
恒载引起的水平土压力：
=bH=0.5×21×0.16×9=15.12kN/m
荷载的长期荷载：
同前，准永久系数取0.6
=0.6+=0.6×4.8+15.12=18kN/m
荷载弯矩准永久值==18×/8=23.04 kN·m
荷载的短期效应=4.8+15.12=19.92kN/m
荷载弯矩标准值=19.92×3.2×3.2/8=25.50 kN·m
受拉钢筋不均匀系数
==230337kN/m2
=bh=0.5×0.3=0.15m2
=0.000509/0.15=0.00382<0.01 根据规定取0.01。
==0.6654
混凝土构件刚度：
=200000000 / 25500000=7.843
短期刚度：
==13709kN·m2
长期刚度：
B===7202 kN·m2
挠度计算：
=0.00378<0.016m
进行裂缝宽度验算：
构件受力特征系数：=2.1
主筋净保护层厚度：c=35mm
纵向受力钢筋换算直径：==18mm (取1.0)
最大裂缝开展宽度：
=
=2.1×0.6654×230337× (1.9×35+0.08×18/0.01)/200000000
=0.31mm>=0.3mm
又(0.31-0.3)/0.3=3.33%<5%
故满足要求。
(4)架立钢筋及纵向构造钢筋的设计
架立钢筋及纵向构造钢筋的设计同A型板，钢筋的具体分布见附录中的相应的钢筋分布图。
3.1.4 关于桩板式挡土墙设计的几点补充
(1)挡土墙桩间距均为5m，桩身及挡板采用C20钢筋混凝土，桩间悬臂端采用的是矩形预制板。
(2)板左侧沟面以上每隔2m设泄水孔，板后设RCP-X715DA土工材料。
(3)桩孔分节开挖，护壁分节高度1.0m，护壁采用C15钢筋混凝土，护壁厚0.3m。
(4)桩板墙的单桩工程量、单板工程量及详细布置情况见附录中的01，02，03，04号图纸。
3.2 重力式挡土墙的设计
挡土墙在墙后填土土压力作用下，必须具有足够的整体稳定性和结构的强度。设计时应验算挡土墙在荷载作用下，沿基底的滑动稳定性，绕墙趾转动的倾覆稳定性和地基的承载力。在地基承载力较小时，应考虑采用工程措施，以保证挡土墙的稳定性。重力式挡土墙的设计需满足表3-5所列的各项要求。
设计参数：
墙高8m，浆砌块石的重度=20kN/m3
基底摩擦系数=0.6，其余参数在计算过程给出。

表3-5 重力式挡土墙的设计要求
要求
指标
1.不产生墙身基底的滑移破坏
滑动安全系数> 1.3
2.不产生墙身绕墙趾倾覆
倾覆安全系数> 1.6
3.不出现因墓底过度的不均匀沉
陷而引起的墙身倾斜
作用于基底的合力偏心距
e定破裂面
按库仑公式计算：
(+)=8×(8+3)/2=44m2
=K=2.55×3=7.65m2
=+-=45+22.5=67.5°
tan-tan
-tan67.5°=0.5583
arctan0.5583=29.19°
tan=8×0.5583=4.47m< K+=2.55+3.7=6.25m
所以破裂面交在换算土柱内。
3.2.1.2 计算应力
由库仑公式计算：
=0.160
×0.160×20×64=108kN
=/3=2.67m
2.55/0.5583=4.59m
==0.16×20×3×(8-4.59)=32.74kN
=/2= (8-4.59)/2=1.71m
3.2.2 挡土墙断面尺寸的确定
根据稳定性验算公式，来确定重力式挡土墙截面尺寸：
设墙顶宽为， 令y =，墙底宽为，其中=x+=x+y (如下图3-3所示)
3.2.2.1 挡土墙的自重及重心
将挡土墙的截面分成一个三角形和一个矩形，则它们的自重及重心位置分别为：

图3-3 重力式挡土墙受力分析图
19×8×x/2=76x， kN/m
=x，m
=19×8×y=152y， kN/m
，m
3.2.2.2 抗滑移稳定性验算
抗滑移稳定性验算参数表达式：

(3-6)

式中：取1.3。

代入数值得：
76×(x+2y)×0.6/(108+32.74)1.3
即：x+2y>4.01
3.2.2.3 抗倾覆稳定性验算：
抗倾覆稳定性验算参数表达式：

(3-7)

式中取1.6。
代入数值得：
>1.6 得：>3.63
3.2.2.4 确定截面尺寸
由以上两式可以推知，在满足其最小要求=0.4m的情况下，增大x值比增大y值更