擋土墻結(jié)構(gòu)算例

1、4.3重力式擋土墻4.3.1適用條件及設(shè)計原則為防止土體坍滑，路線沿線應(yīng)設(shè)置擋土墻，本例形式為重力式仰斜路肩墻，具體尺寸如下：擬采用漿砌片石重力式路肩墻，如上圖所示，墻高H=6m(未計傾斜基底）。墻后填土容重為，內(nèi)摩擦角，砌體容重4.3.2構(gòu)造設(shè)計重力式擋土墻擬定計算圖示如下：圖4.1 重力式擋土墻擬定計算示意圖4.3.3計算方法及步驟1) 按墻高確定的附加荷載強度進(jìn)行換算： ，q插求得q=15KPa所以2) 土壓力計算： 3) 擋土墻截面驗算 如設(shè)計圖，墻頂寬1.0m。1 計算墻身重及其力臂，計算結(jié)果如下：傾斜基底，土壓力對墻趾O的力臂為： 2 抗滑穩(wěn)定性 所以抗滑穩(wěn)定性滿足要求3 抗傾覆穩(wěn)

2、定性驗算： 所以抗傾覆穩(wěn)定性亦滿足要求。4 基底應(yīng)力驗算： 其中 其中5 截面應(yīng)力計算：截面最大應(yīng)力出現(xiàn)在接近基底處，由基底應(yīng)力驗算可知偏心距及基底應(yīng)力均滿足要求，故墻身截面應(yīng)力也能滿足要求，故不做驗算。通過上述計算及驗算，所擬截面滿足各項要求，故決定采用該截面。4.4扶臂式擋土墻設(shè)計扶壁式擋土墻的設(shè)計內(nèi)容主要包括墻身構(gòu)造設(shè)計、墻身截面尺寸的擬定，墻身穩(wěn)定性和基底應(yīng)力及合力偏心距驗算、墻身配筋設(shè)計和裂縫開展寬度等。4.4.1適用條件及設(shè)計原則扶壁式擋土墻墻高不宜超過15m，一般在910m左右，段長度不宜大于20m，扶肋間距應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)性要求確定，一般為1/41/2墻高，每段中宜設(shè)置三個或三個以上

3、的扶肋，扶肋厚度一般為扶肋間距的1/101/4，但不應(yīng)該小于0.3m。采用隨高度逐漸向后加厚的變截面，也可以采用等厚式，以便于施工。墻面板寬度和墻底板的厚度與扶肋間距成正比，墻面板頂寬不得小于0.2m，可采用等厚的垂直面板。墻踵板寬一般為墻高的1/41/2，且不小于0.5m。墻趾板寬宜為墻高的1/201/5，墻底板板端厚度不小于0.3m。如圖4.2所示。200020o.41LL(1/10-1/4)LH1HB1B2B330B1=(1/20-1/5)HB3=(1/4-1/2)Ha)平面圖； b)橫斷面圖圖4.2扶壁式擋土墻構(gòu)造（單位cm）4.4.2構(gòu)造設(shè)計根據(jù)建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范及工程地質(zhì)條件，此

4、扶壁式擋土墻墻高擬定為H=10m,分段長度為20m,扶肋間距L=4m,扶肋寬度0.6m。墻面板頂寬b=0.30m,為了利于施工，采用等厚垂直面板，墻底板板端厚度0.4m,墻踵板寬度B1=1m。4.4.3計算及步驟4.4.3.1土壓力計算圖4.3 主動土壓力計算圖（其中，）如圖4.3所示，扶壁式擋土墻墻背垂直，BC為開挖后的土坡坡面，作為第一破裂面，BC與垂直方向的夾角為25度，ADBC即為破裂棱體。這個棱體作用著三個力，即破裂棱體的自重W，主動土壓力的反力Ea，破裂面的反力R。其中Ea的方向與墻背成角，由工程地質(zhì)條件所給得，且偏于阻止棱體下滑的方向。R的方向與破裂面法線成角，同樣偏于阻止棱體下

5、滑的方向。由于棱體處于平衡狀態(tài)，因此力的三角形閉合。從力的三角形中可得： 式中根據(jù)前面計算得的穩(wěn)定坡角，此處的擋墻后填土坡度擬定為25度，填土的重度為,則：其中。所以，算得。 主動土壓力：4.4.3.2墻面板設(shè)計計算1) 計算模型與計算荷載墻面板計算通常取扶肋中到扶肋中或跨中到跨中的一段為計算單元(如圖4.4所示)，視為固支于扶肋及墻踵板上的三向固支板，屬于超靜定結(jié)構(gòu)，一般作簡化近似計算。計算時，將其沿墻高或墻長劃分為若干單位寬度的水平板條與豎向板條，假設(shè)每一個單位條上作用均布荷載，其大小為該條單位位置處的平均值，近似按支承于扶肋的連續(xù)板來計算水平板條的彎矩和剪力，按固支于墻底板上的剛架梁來計

6、算豎向板條的彎矩。墻面板的荷載僅考慮墻后主動土壓力的水平分力，而墻自重、土壓力豎向分力及被動土壓力等均不考慮。其中土壓應(yīng)力為：圖4.4墻面板簡化土應(yīng)壓力圖2) 水平內(nèi)力根據(jù)墻面板計算模型，水平內(nèi)力計算簡圖如圖4.5所示。各內(nèi)力分別為：支點負(fù)彎矩：支點剪力：跨中正彎矩：邊跨自由端彎矩：其中，為扶肋間凈距。a)計算模型；b)荷載的作用圖；c)設(shè)計彎矩圖圖4.5墻面板的水平內(nèi)力計算墻面板承受的最大水平正彎矩及最大水平負(fù)彎矩在豎直方向上分別發(fā)生在扶肋跨中的1/2H1處和扶肋固支處的第三個H1/4處，如圖4.6所示。設(shè)計采用的彎矩值和實際彎矩值相比是安全的，如圖4.5-c)所示。例如，對于固端梁而言，當(dāng)

7、它承受均布荷載時，其跨中彎矩應(yīng)為，但是，考慮到墻面板雖然按連續(xù)梁計算，然而它們的固支程度并不充分，為安全起見，故設(shè)計值按式確定。3) 豎直彎矩墻面板在土壓力的作用下，除了上述的水平彎矩外，將同時產(chǎn)生沿墻高方向的豎直彎矩。其扶肋跨中的豎直彎矩沿墻高的分布如圖4.7所示。負(fù)彎矩出現(xiàn)在墻杯一側(cè)底部H1/4范圍內(nèi)，正彎矩出現(xiàn)在墻面一側(cè)，最大值在第三個H1/4段內(nèi)，其最大值可近似按下列公式計算：豎直負(fù)彎矩：a)跨中彎矩 b)扶肋處彎矩圖4.6墻面板跨中及扶肋處的彎矩圖豎直正彎矩：沿墻長方向（縱向），豎直彎矩的分布如圖4.6所示，呈拋物線形分布。設(shè)計時，可采用中部2l/3范圍內(nèi)的豎直彎矩不變，兩端各l/6

8、范圍內(nèi)的豎直彎矩較跨中減少一半的階梯形分布。 a)豎直彎矩沿墻高分布； b)豎直彎矩沿墻縱向分布圖4.7墻面板豎直彎矩圖4) 扶肋外懸臂長度l的確定扶肋外外懸臂節(jié)長l，可按懸臂梁的固端彎矩與設(shè)計用彎矩相等求得，即：4.4.3.3墻踵板設(shè)計計算1) 計算模型和計算荷載墻踵板可視為支承于扶肋上的連續(xù)板，不計墻面板對它的約束，而視其為鉸支。內(nèi)力計算時，可將墻踵板順墻長方向劃分為若干單位寬度的水平板條，根據(jù)作用于墻踵板上的荷載，對每一個連續(xù)板條進(jìn)行彎矩，剪力計算，并假定豎向荷載在每一連續(xù)板條上的最大值均勻作用在板條上。作用在墻踵板上的力有：計算墻背間與實際墻背的土重W1；墻踵板自重W2；作用在墻踵板頂

9、面上的土壓力豎向分力W3；作用在墻踵板端部的土壓力豎向分力W4；由墻趾板固端彎矩M1的作用在墻踵板上引起的等代荷載W5；以及地基反力等，如圖所示。為了簡化計算，假設(shè)W3為中心荷載，W4是懸臂端荷載Ety所引起的，實際應(yīng)力呈虛線表示二次拋物線分布，簡化為實線表示的三角形分布；M1引起的等代荷載的豎向應(yīng)力近似地假設(shè)成圖4.7所示的拋物線形，其重心位于距固支端5/8B3處，以其對固支端的力矩與M1相平衡，可得墻踵處的應(yīng)力。將上述荷載在墻踵板上的引起的豎向應(yīng)力疊加，即可得到墻踵板的計算荷載。由于墻面板對墻踵板的支撐約束作用，在墻踵板與墻面板的銜接處，墻踵板沿墻長方向板條的彎矩為零，并向墻踵方向變形逐漸

10、增大。故可近似假設(shè)沿墻踵板的計算荷載為三角形分布，最大值在踵點處。如圖4.8所示。各部分應(yīng)力計算：所以，墻踵板固端處的計算彎矩M1： 其中：所以即求得所以 a)墻踵板受力圖；b) 對墻踵板的作用；c) 對墻踵板的作用；d)M1對墻踵板的作用；e)墻踵板法向應(yīng)力總和圖4.8墻踵板計算荷載圖式上述中：作用在BC面上的土壓力（kN）；作用在CD面上的土壓力（kN）；M1墻趾板固端處的計算彎矩（kNm）;墻后填土和鋼筋混凝土的容重（Kn/m）;墻踵板厚度（m）；墻踵板端處的地基反力(kPa)。2) 縱向內(nèi)力墻踵板順墻長方向板條的彎矩和剪力計算與墻面板相同，各內(nèi)力分別為：支點負(fù)彎矩：支點剪力：跨中正彎矩

11、：邊跨自由端彎矩：3) 橫向彎矩墻踵板沿墻長方向（橫向）的彎矩由兩部分組成：在圖4.7-e所示的三角形分布荷載作用下產(chǎn)生的橫向彎矩最大值出現(xiàn)在墻踵板的根部。由于墻踵板的寬度通常只有墻高的1/3左右，其值一般較小，對墻踵板橫向配筋不起控制作用，故不必計算此橫向彎矩。由于在荷載作用下墻面板與墻踵板有相反方向的移動趨勢，即在墻踵板根部產(chǎn)生與墻面板的豎直彎矩縱向分布的相同。如圖4.7-b)所示。4.4.3.4扶肋設(shè)計計算1) 計算模型與計算荷載a) b) c)圖4.9扶肋計算圖式扶肋可視為錨固在墻踵板上的T形變截面懸臂梁，墻面板則作為該T形梁的翼緣板，如圖4.9-a)所示，翼緣板的有效計算寬度由墻頂向

12、下逐漸加寬，如圖4.9-a),b)所示，為了簡化計算，只考慮墻背主動土壓力的水平分力，而扶肋和墻面板的自重以及土壓力的豎向分力忽略不計。2) 剪力和彎矩懸臂梁承受兩相鄰的跨中至跨中長度lw與墻面板高H1范圍內(nèi)的土壓力。在土壓力中，作用在AB面上的土壓力的水平分力作用下，產(chǎn)生的剪力和彎矩為： 當(dāng)時的：如圖所示，計算長度Lw,按下式計算，且。（中跨）（懸臂跨）3) 翼緣寬度扶肋的受壓區(qū)有效翼緣寬度bi,墻頂部bi=b,底部b1=Lw,中間為直線變化，如圖4.9所示，即：4.4.3.5容許應(yīng)力驗算扶壁式擋土墻的驗算內(nèi)容包括抗滑移穩(wěn)定性，抗傾覆穩(wěn)定性，基底應(yīng)力及合力偏心距的驗算。其驗算方法與重力式擋土

13、墻相同。1) 抗滑移穩(wěn)定性驗算擋土墻的抗滑移穩(wěn)定性是指在土壓力和其他的荷載作用下，基底摩阻力抵抗擋土墻滑移的能力，用抗滑移穩(wěn)定系數(shù)表示，即作用于擋土墻的抗滑力與實際下滑力之比。 其中以墻踵板的板端豎直面作為假想墻背，則：所以（查得基底摩擦系數(shù)為0.5）故抗滑移穩(wěn)定性滿足要求。2) 抗傾覆穩(wěn)定性驗算擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定性是指它抵抗墻身繞墻趾向外轉(zhuǎn)動傾覆的能力，用抗傾覆系數(shù)Ko表示，即對墻趾的穩(wěn)定力矩之和與傾覆力矩之和的比值。（算得土壓力的水平分力的力臂h=3.0m）則， 所以滿足抗傾覆穩(wěn)定性的要求。3) 地基承載力及偏心距的驗算為了保證擋土墻的基底應(yīng)力不超過地基的容許承載力，應(yīng)進(jìn)行基底應(yīng)力驗算。為

14、了使擋土墻墻形結(jié)構(gòu)合理和避免發(fā)生不均勻的沉降，還應(yīng)控制作用于擋土墻基底的合力偏心距。底面上的總豎向力合力作用點與墻前趾的距離偏心距 基底邊緣應(yīng)力要求滿足下列公式查得在密實狀態(tài)下，碎石土承載力標(biāo)準(zhǔn)值為700-900kPa,此處取=800kPa?；灼骄鶓?yīng)力和最大壓力均滿足要求。所以，最初擬定的擋土墻截面尺寸即可作為實際擋土墻的尺寸。4.4.3.6配筋設(shè)計1) 墻面板扶壁式擋土墻墻面板，墻趾板按矩形截面受彎構(gòu)件配筋，而扶肋按變截面T形梁配筋。墻面板的水平受拉鋼筋分為內(nèi)外側(cè)鋼筋兩種。1 水平受力鋼筋內(nèi)側(cè)水平受拉鋼筋N2布置在墻面板靠填土一側(cè)，承受水平負(fù)彎矩，以扶肋處支點彎矩設(shè)計計算，全墻可分為34段

15、。a.以墻面板中間H1/2的彎矩作為控制進(jìn)行計算。經(jīng)算得M=-30.593KNm.選用材料：以HRB335鋼筋作為受拉鋼筋，混凝土的強度等級選用C20，查得,。鋼筋保護(hù)層厚度c=30mm,估計選用鋼筋直徑為16mm。截面尺寸擬定為h=230mm,b取1米寬進(jìn)行設(shè)計。則截面有效高度h0=h-c-d/2=192mm。將以上的數(shù)據(jù)代入基本公式： 算得：查結(jié)構(gòu)設(shè)計原理附表1-6得：選配驗算適用條件：驗算滿足要求。b.以墻面板頂H1/8處作為控制面進(jìn)行計算，此時M=15.297KN/m.代入基本公式求得：同樣，選用。驗算滿足適用條件。由以上的計算可知，墻面板內(nèi)側(cè)的受拉鋼筋分布為：墻頂H1/8，墻底H1/

16、8,墻面板中間的范圍選配16的鋼筋，間距為333mm。外側(cè)受拉鋼筋N3布置在中間跨墻面板臨空一側(cè)，承受水平正彎矩，該鋼筋沿墻長方向通長布置。為方便施工，可在扶肋中心切斷，沿墻高可分為幾個區(qū)段進(jìn)行配筋，但區(qū)段不宜分得太多。a.以墻面板的中間H1/2處作為控制面進(jìn)行計算，此時M=18.356kNm.同樣代入基本公式得：求得：仍選用。驗算滿足適用條件。b.以墻面板墻頂H1/8處作為控制面進(jìn)行計算，此時M=9.178KNm。代入基本公式得：此時，故至少需按最小配筋率進(jìn)行配筋，即：為安全計仍選用。驗算滿足適用條件。以上配筋計算可知，墻面板外側(cè)水平受拉鋼筋N2的分布為：全墻采用16的鋼筋，間距為333mm

17、。2 豎向受力鋼筋內(nèi)側(cè)豎向收里鋼筋N4布置在靠填土一側(cè)，承受墻面板的豎直負(fù)彎矩，該筋向下伸入墻踵板不少于一個鋼筋錨固長度，向上在距離墻踵板頂高H1/4處加上一個鋼筋錨固長度處切斷，每跨中部2L/3范圍內(nèi)按跨中的最大豎直負(fù)彎矩MD配筋，靠近扶肋兩側(cè)各L/6部分按MD/2配筋?？缰?L/3范圍內(nèi)的彎矩M=52.865kNm，代入基本公式得：求得：查表得選配，。驗算滿足適用條件。靠近扶肋兩側(cè)L/6部分的彎矩M=MD/2=26.433kNm。同樣代入基本公式求得：。此時，選配的鋼筋為：，。所以，由上可知，墻面板內(nèi)側(cè)豎向受力鋼筋的分布為：每跨中部2L/3范圍采用18鋼筋，間距為250mm；靠近扶肋兩側(cè)L

18、/6范圍內(nèi)采用14鋼筋，間距為250mm。外側(cè)豎向受力鋼筋N5布置在墻面板的臨空一側(cè)，承受墻面板的豎向正彎矩，該鋼筋通長布置，兼作墻面板的分布鋼筋用。由于正彎矩較小M=13.216kNm，由上面的計算可知，需按最小配筋率進(jìn)行配筋，故墻外側(cè)的鋼筋布置為：全墻布置14鋼筋，間距為250mm。3 墻面板與扶肋的U形拉筋連接墻面板與扶肋的U形拉筋N6，其開口向扶肋的背側(cè)，該鋼筋每一支承受高度為拉筋間距水平板條的支點剪力Q，在扶肋水平方向通長布置。由上面的計算可知，選配的U形鋼筋為14，承受拉力作用，每個扶肋上U形鋼筋的個數(shù)為：根。2) 墻踵板墻踵板頂面橫向水平鋼筋N7,是為了墻面板承受豎直負(fù)彎矩的鋼筋N4得以發(fā)揮作用而設(shè)置的.該鋼筋位于墻踵板頂面,垂直于墻面板方向,其布置與鋼筋N4相同,該鋼筋一端插入墻面板一個鋼筋錨固長度,另一端伸至墻踵端,作為墻踵板縱向鋼筋N8的定位鋼筋,如鋼筋N