擋土墻課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(共16頁)

1、1.設(shè)計(jì)資料1.1基礎(chǔ)資料省道S313，路基寬10米，路面寬7米，兩側(cè)路肩寬各1.5米，在樁號(hào)K2+150K2+250段為填方路堤，填方邊坡坡度為1:1.5。為保證路堤邊坡穩(wěn)定，少占地拆遷，擬采用重力式擋土墻。墻高6.2米，墻背仰斜坡度1:0.24（=13.5°），墻身分段長度20米。墻背填土重度=18.5KN/m3，內(nèi)摩擦角=38°；填土與墻背間摩擦角=19°，地基為巖石，地基容許承載力=450KPa，基底摩擦系數(shù)f=0.45砌體重度=22.5KNm3，砌體容許壓應(yīng)力=550KPa，容許剪應(yīng)力=105KPa1.2設(shè)計(jì)依據(jù)擋土墻課程設(shè)計(jì)任務(wù)書公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范JTG

2、 D30-245路基路面工程第四版人民交通出版社20142.初擬擋土墻結(jié)構(gòu)形式、尺寸 2.1墻身結(jié)構(gòu)形式、尺寸擋土墻高6.2m，擋墻以上邊坡高a=1m，初擬擋墻頂寬1.0m2.2基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式、尺寸采用擴(kuò)大淺基礎(chǔ)，初選基礎(chǔ)埋深為1.0m，厚度為0.5m，凈邊寬為0.25m，高寬比為2：1 。擋墻形式如圖2-1圖2-1擋墻形式3.確定車輛荷載及當(dāng)量土柱高度擋土墻設(shè)計(jì)中，換算均布土層厚度h0（m）可直接由擋土墻高度確定的付家何在強(qiáng)度計(jì)算。即h0=q （3-1）式中：墻后填土重度 q附加荷載強(qiáng)度（KPa），按表3-1取值表3-1附加荷載強(qiáng)度q墻高H（m）q（KPa）2.020.01010.0注：H=2

3、.010.0m時(shí)，q由線性內(nèi)插法確定。H=6.2m，由線性內(nèi)插法確定q=20-（6.2-2）×20-1010-2=14.75（KPa）換算均布土層厚度h0=q=14.7518.5=0.80m4.破裂面棱體位置確定4.1破裂角計(jì)算假設(shè)破裂面交于荷載中部，如圖4-1，則有： =+=-13.5°+19°+38°=43.5°式中：墻背傾斜角（°），俯斜墻背為正，仰斜墻背為負(fù) 墻背與填土間的摩擦角（°） 填土的內(nèi)摩擦角（°）因?yàn)?lt;90°圖4-1假設(shè)破裂面位置圖令破裂棱體的斷面面積S=A0+B0A0=12a+H

4、+2h0a+H=121+6.2+2×0.81+6.2=31.68B0=12ab+b+dh0-12HH+2a+2h0tan=12×1×1.5+1.5+0×0.8-12×6.26.2+2×1+2×0.8tan-13.5°=9.24m2tan=-tan+cot+tanB0A0+tan =-tan43.5°+cot38°+tan43.5°9.2431.68+tan43.5° =-0.95+1.28+0.950.29+0.95 =0.7129m2 =35.5°4.2驗(yàn)算破裂面

5、是否交于荷載范圍內(nèi)破裂棱體長度L0=H+atan+Htan-b=7.2×0.7129-6.2×0.24-1.5=2.14m車輛荷載分布寬度L=10m所以L0<L，即破裂面交于荷載范圍內(nèi)，符合假設(shè)。破裂面如圖4-2圖4-2破裂面示意圖5.土壓力計(jì)算5.1主動(dòng)土壓力計(jì)算根據(jù)路堤擋土墻破裂面交于荷載內(nèi)部的土壓力計(jì)算公式：Ea=A0tan-B0cos+sin+=18.5×31.68×tan35.5°-9.24×0.2840.982=72.47KNEx=Eacos+=72.47×cos6.5°=72.02KNEy=Ea

6、sin+=72.47×sin6.5°=8.20KN5.2土壓力作用點(diǎn)位置計(jì)算K1=1+2h0H=1+2×0.86.2=1.26mZx1=H3+h03K1=6.23+0.83×1.26=2.28mZx1表示土壓力作用點(diǎn)到墻踵的垂直距離土壓力對墻趾力臂計(jì)算Zx=Zx1-h1=2.28-0=2.28mZy=b1-Zxtan=1-2.28×tan-13.5°=1.55m6.穩(wěn)定性驗(yàn)算6.1受力分析,如圖6-1圖6-1受力分析圖墻體重量及其作用點(diǎn)位置計(jì)算：擋土墻按單位長度計(jì)算，為方便計(jì)算，把擋土墻和基礎(chǔ)分成兩個(gè)部分，上部分為四邊形，下部分為矩形

7、：V1=b1×H=1×6.2=6.2m2G1=V1×1=6.2×22.5=139.5KNZG1=0.25+0.5+H2tan=1.49mV2=1.5×0.5=0.75m2G2=V2×1=0.75×22.5=16.875KNZG2=0.25+0.5=0.75m6.2抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算6.2.1滑動(dòng)穩(wěn)定方程水平基底，0=0，驗(yàn)算公式： 1.2G+Q1Ey+Extan0-Q2Eptan0+1.2G+Q1Eytan0-Q1Ex+Q2Ep>0 （6-1）式中：G擋土墻自重 Ex，Ey墻背主動(dòng)土壓力的水平與垂直分力（KN）； Ep 墻

8、前被動(dòng)土壓力的水平分量（KN），當(dāng)為浸水擋土墻時(shí)， Ep=0 0基底傾斜角（°） 基底摩擦系數(shù)，取0.45； Q1，Q2主動(dòng)土壓力和墻前被動(dòng)土壓力分項(xiàng)系數(shù)。1.2G+Q1Ey+Extan0-Q2Eptan0+1.2G+Q1Eytan0-Q1Ex+Q2Ep>0=(1.2×156.375+1.4×8.2)×0.45-1.4×72.02=-11.22<06.2.2滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)Kc Kc=N+Ex-Eptan0+EpEx-Ntan0 （6-2）式中：N作用于基底上合理的豎向分力（KN），浸水擋土墻應(yīng)計(jì)浸水部分的浮力； Ep墻前被動(dòng)土壓力水平

9、分量的0.3倍（KN）Kc=N+Ex-Eptan0+EpEx-Ntan0=（139.5+16.875+8.2）×0.4572.02 =1.03 Kc<1.3所以抗滑穩(wěn)定性不足6.3抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算6.3.1滑動(dòng)穩(wěn)定方程0.9GZG+Q1EyZx-ExZy+Q2EpZp>0 （6-3）式中：ZG墻身、基礎(chǔ)及其上的土重合力重心及作用于墻頂?shù)钠渌奢d的豎向合力重心到墻趾的水平距離（m）； Zx墻后主動(dòng)土壓力垂直分力作用點(diǎn)到墻趾的水平距離（m）； Zy墻后主動(dòng)土壓力水平分力作用點(diǎn)到墻趾的垂直距離（m）； Zp墻前被動(dòng)土壓力的水平分量到墻趾的距離（m）。0.9GZG+Q1EyZx-

10、ExZy+Q2EpZp>0=0.9×139.5×1.49+16.875×0.75+1.4×(8.2×2.28-72.02×1.55)+0=68.35>06.3.2抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0 K0=GZG+EyZx+EpZpExZy （6-4）=139.5×1.49+16.875×0.75+8.2×2.2872.02×1.55=2.14 K0>1.3所以抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。6.4基底應(yīng)力和合力偏心距驗(yàn)算6.4.1合力偏心距驗(yàn)算e=MN1=1.2ME+1.4MGGG+Q1Ey-Wcos0

11、+Q1Exsin0 （6-5）式中：M作用于基底形心的彎矩ME由填土恒載土壓力所引起的彎矩；MG由墻身及基礎(chǔ)自重和基礎(chǔ)上的土重引起的彎矩上式中，彎矩為作用于基底形心的彎矩，所以計(jì)算時(shí)，先要計(jì)算對形心的力臂：根據(jù)前面計(jì)算過的對墻趾的力臂，可以計(jì)算出對形心的力臂。ZG1=ZG1-B2=1.49-0.5=0.99mZG2=ZG2-B2=0.75-0.5=0.25mZx=Zx+B2tan0=2.28mZy=Zy+B2tan0=1.55me=MN1=1.2ME+1.4MGGG+Q1Ey-Wcos0+Q1Exsin0=1.2EyZy-ExZx+1.4G1ZG1+G2ZG2GG+Q1Ey-Wcos0+Q1E

12、xsin0=1.2×8.2×1.55+72.02×2.28+1.4139.5×0.99+16.875×0.251.2×172.01+1.4×8.2-0×1=0.080m<B4=0.25m所以基底合力偏心距滿足規(guī)范的規(guī)定。6.4.2基底應(yīng)力驗(yàn)算 p=N1A1±6eB =217.891.5×11±6×0.0801Pmax=214.98KPaPmin=75.54KPaPmax=214.98KPa<地基容許承載力=450KPa6.5截面應(yīng)力就算為了保證墻身具有足夠的強(qiáng)度，

13、應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇12個(gè)控制斷面進(jìn)行驗(yàn)算，如1/2墻高處，以及墻身與基礎(chǔ)的銜接截面。強(qiáng)度計(jì)算按下式6-1NjKARkk （6-6）按每延米墻長計(jì)算：Nj=0GNG+Q1NQ1+QiCiNQi式中：Nj軸向設(shè)計(jì)力（KN）；0重要性系數(shù)；Ci荷載組合系數(shù)（表6-1）；NG、G分別為恒載引起的軸向力和相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)；NQ1主動(dòng)土壓力引起的軸向力（KN）；NQi被動(dòng)土壓力、水浮力、靜水壓力、動(dòng)水壓力、地震力引起的軸向力（KN）；Qi以上各項(xiàng)軸向力的分項(xiàng)系數(shù)；k抗力分項(xiàng)系數(shù)，按表6-2選用Rk材料極限抗壓強(qiáng)度e0容許偏心距，按表6-3選用A擋土墻構(gòu)件的計(jì)算截面積（m2）K軸向力偏心影響系數(shù)，按下式計(jì)算K=1

14、-256e0B81+12e0B2 (6-7)表6-1荷載組合系數(shù)表荷載組合CiI、II1.0III0.8施工荷載0.7表6-2抗力分項(xiàng)系數(shù)圬工種類受力情況受壓受彎、剪、拉石料1.852.31片石砌體2.312.31塊石砌體、粗料砌體1.921.31混凝土1.542.31表6-3圬工結(jié)構(gòu)容許偏心距荷載組合容許偏心距I、II0.25BIII0.30B施工荷載0.33B1/2墻高處截面驗(yàn)算：Nj=0GNG+Q1NQ1+QiCiNQi =1.0（8.2×1.4+1.2×3.1×1×22.5）=95.18KNK=1-256e0B81+12e0B2=1-2560.2

15、581+120.252 =0.5691 KARkk=0.5691×1×1×5501.54=203.25(KN)Nj=95.18KNKARkk=203.25(KN) ,強(qiáng)度滿足。墻身與基礎(chǔ)銜接截面驗(yàn)算：Nj=0GNG+Q1NQ1+QiCiNQi =1.0（8.2×1.4+1.2×6.2×1×22.5）=150.98KARkk=203.25KN，強(qiáng)度滿足。7.改善措施7.1改善措施應(yīng)采取改進(jìn)措施以增強(qiáng)抗滑穩(wěn)定性。更換地基持力層填土，選用質(zhì)量較好的碎石類土，以增大基底摩擦系數(shù)，取0.60重新驗(yàn)算抗滑動(dòng)穩(wěn)定性方程： 1.2G+Q1E

16、y+Extan0-Q2Eptan0+1.2G+Q1Eytan0-Q1Ex+Q2Ep>0=(1.2×156.375+1.4×8.2)×0.60-1.4×72.02=18.65>0抗滑動(dòng)穩(wěn)定性系數(shù)：Kc=N+Ex-Eptan0+EpEx-Ntan0 =（139.5+16.875+8.2）×0.6072.02 =1.37 Kc>1.3所以抗滑穩(wěn)定性滿足要求。確定擋墻高6.2米，墻背仰斜坡度1:0.24（=13.5°），墻身分段長度20米。墻背填土重度=18.5KN/m3，內(nèi)摩擦角=38°；填土與墻背間摩擦角=19

17、°，地基為巖石，地基容許承載力=450KPa，基底摩擦系數(shù)f=0.60砌體重度=22.5KNm3，砌體容許壓應(yīng)力=550KPa，容許剪應(yīng)力=105KPa7.2工程數(shù)量表表7工程數(shù)量表墻高（m）斷面尺寸（m）混凝土（m3/m）h1HH1B1b16.206.26.21.01.06.28.附屬設(shè)施設(shè)計(jì)8.1泄水孔布置對于重力式擋土墻，應(yīng)沿墻高和墻長設(shè)置泄水孔，泄水孔應(yīng)具有向墻外傾斜的坡度，其間距一般為2.03.0m，上下交錯(cuò)設(shè)置。如圖8-1a）b）圖8-1擋土墻排水設(shè)施示意圖8.2沉降縫 地基不均勻沉降而引起墻身開裂，應(yīng)根據(jù)地基地址條件及墻高、墻身斷面的變化情況，設(shè)置沉降縫。重力式擋土墻，擋土墻高度突變或基