擋土墻計(jì)算算例

1、第8章路基防護(hù)與支擋合理的路基設(shè)計(jì)，應(yīng)在路基位置、橫斷面尺寸、巖土組成等方面進(jìn)行綜合考慮。為確保路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，路基的防護(hù)，同樣也是不可缺少的工程技術(shù)措施。為維護(hù)正常的交通運(yùn)輸，減少公路病害，確保行車安全，保持公路與自然環(huán)境協(xié)調(diào)，路基的加固更具有重要意義。路基防護(hù)應(yīng)按照設(shè)計(jì)施工與養(yǎng)護(hù)相結(jié)合的原則，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境、工程地質(zhì)和材料等情況，選用適當(dāng)?shù)墓こ填愋突虿捎孟鄳?yīng)的綜合措施。為保持結(jié)構(gòu)物兩側(cè)土體、物料有一定高差的結(jié)構(gòu)稱為支擋結(jié)構(gòu)。支擋結(jié)構(gòu)在各種土建工程中得到了廣泛的應(yīng)用，如公路、鐵路、橋臺(tái)、水利、港灣工程的河岸及水閘的岸強(qiáng)，建筑工程的地下連續(xù)墻、開挖支撐等。隨著大量土木工程在地形較為復(fù)雜的

2、地區(qū)的興建，支擋結(jié)構(gòu)愈加顯得重要。支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，將直接影響到工程的經(jīng)濟(jì)效益和安全。路基的支檔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足在各種設(shè)計(jì)荷載組合下支檔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、堅(jiān)固和耐久；結(jié)構(gòu)類型選擇以及位置確定應(yīng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、便于施工養(yǎng)護(hù)；結(jié)構(gòu)材料應(yīng)符合耐久、耐腐蝕的要求。8.1 坡面防護(hù)路基防護(hù)與加固措施，主要有邊坡坡面防護(hù)、沿河路堤防護(hù)與加固以及濕軟地基的加固處治。本設(shè)計(jì)路段無(wú)不良地質(zhì)情況，故只對(duì)路基采取防護(hù)措施。K14+686.256K14+740.000路段為深挖路塹路段，綜合考慮當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境、工程地質(zhì)和材料供應(yīng)等情況，故在此選用骨架植物防護(hù)措施。在骨架植物防護(hù)的各種類型中采用水泥混凝土骨植草護(hù)坡措施。K14

3、+686.256K14+740.000路段邊坡為土質(zhì)邊坡，坡度均緩于1：0.75,分別有1:1.0、1:1.5、1:1.75三種。骨架形式為菱形,框架內(nèi)采用植草輔助防護(hù)措施。8.2 擋土墻以剛性角較大的墻體支撐填土和物料并保證其穩(wěn)定性的支擋結(jié)構(gòu)稱為擋土墻(簡(jiǎn)稱擋墻)；而對(duì)于具有一定柔性的結(jié)構(gòu)，如板樁墻、開挖支撐稱為柔性擋土墻或支護(hù)結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)路段主要有擋土墻的設(shè)計(jì)。擋土墻具有阻擋墻后土體下滑，保護(hù)路基和收縮坡腳等功能。在路基工程中，擋土墻用來(lái)克服地形或地物的限制和干擾，減少土石方、拆遷和占地?cái)?shù)量，防止填土擠壓河床和水流沖刷岸邊，整治坡體下滑等病害。擋土墻的適用范圍：(1)路塹開挖深度較大，山坡

4、陡峻，用以降低邊坡高度，減少山坡開挖，避免破壞山體平衡；(2)地質(zhì)條件不良，用以抵擋可能坍滑的山坡土體或破碎巖層；(3)為了避免對(duì)其它建筑物(如房屋、鐵路、水渠、高壓線等)的干擾或防止多占農(nóng)田；(4)為防止沿河路堤受水流沖刷和淘刷；(5)防止陡坡路堤下滑；(6)路堤填筑高度較大或是陡坡路堤，為減少土石方、拆遷和占地?cái)?shù)量，必須約束坡腳。本設(shè)計(jì)路段途經(jīng)涓水河畔及其周圍居民區(qū)，在K15+25AK15+32處路線經(jīng)過(guò)水塘。綜合考慮各種因素需在以下三處設(shè)置擋土墻：K14+740-K14+850(左)、K14+760-K14+860(右)、K15+250.000K15+325(右)。路堤填筑高度最大在K1

5、4+840處，因此設(shè)計(jì)K14+74AK14+850(左)擋土墻，并驗(yàn)算K14+840處截面。K14+76AK14+860(右)處為矮路堤墻可根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)設(shè)置，其余兩處擋墻參見擋墻圖。相關(guān)設(shè)計(jì)依據(jù)、尺寸及其驗(yàn)算如下。8.2.1擋土墻工程概況擋土墻技術(shù)條件及參數(shù)：(1)地基為中密碎、礫石、中砂，基底摩擦系數(shù)0=0.4,地基承載力特征值f=350Pa(2)填土邊坡為1:m=1:1.5,路基寬度為10m,土路肩寬為0.75m；(3)墻背填料為就地開挖砂性土，重度為V=18kN/ni,填料內(nèi)摩+S角為*=35°；(4)墻體用5.0號(hào)砂漿砌30號(hào)片石，重度為Y片石=23kN/nt墻背與填土的摩擦

6、角取6=17.5:30號(hào)片石5.0號(hào)砂漿砌筑的行工砌體極限抗壓強(qiáng)度為1.6MPa；彎曲極限抗拉強(qiáng)度為0.12MPa；抗剪極Bg強(qiáng)度為0.16MPa8.2.2擋土墻設(shè)計(jì)及其計(jì)算根據(jù)擋土墻所在地形、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、水文資料、建筑材料、結(jié)構(gòu)用途、結(jié)構(gòu)本身的特征、施工方法，技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件及當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)，K14+74AK14+850左擋土墻方案選擇俯斜式重力式擋土墻。此類擋墻依靠自重承受土壓力，保持平衡，形式簡(jiǎn)單，取材容易，施工簡(jiǎn)便，適用于地質(zhì)情況較好有石料的地區(qū)。樁號(hào)K14+820.000處的地形高差最大，路基的填方最高，擋土墻的墻高最大，因此，以K14+820.000處為設(shè)計(jì)依據(jù)。此處擋土墻的相關(guān)尺

7、寸如圖8-1所示。/,3C房子圖81擋土墻示意圖單位：m8.2.2.1 土壓力計(jì)算（1） 土層厚度換算車輛荷載作用在擋土墻背填土上所引起的附加土體側(cè)壓力可按公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD-2004）中式（5.4.2-3）換算成等代均布土層厚度計(jì)算：h0=式中：ho換土層厚度（m）;q車輛荷載附加荷載強(qiáng)度，墻高小于2m取20kN/m；墻高大于10m取10kN/m；墻高在210m之間，附加荷載強(qiáng)度用直線內(nèi)插法計(jì)算。其他符號(hào)意義同前。所以可得q=14.75kN/m2,h0=0.82m（2）破裂面位置驗(yàn)算假設(shè)破裂面位于荷載中部，由路基路面工程（第二版，鄧學(xué)均編著）P128得破裂棱體的斷面面積s=A

8、6;tan,B0,其中A。和B。為邊界條件系數(shù)。由圖8-1可推算出：11s=250.2556.26.2tan0.82（6.2tan0.252-0.75）22=7.4824.3tan口所以A-24.3,B0-7.48由路基路面工程（第二版，鄧學(xué)均編著）中式（6-10）得：tan幻-tan'-二cottan'-tan')式中：中+5+e=21.8+17.5+35=74.3,所以tan=3.56,cot4=1.43所以tane=0.47(7.59舍去)H6.2=0.47,式中H為擋土墻高。x3=1.6(m)1G413.223=36.8(kN/m)x4=1233.2=2.13(

9、m)3圖8-2擋土墻截面分塊尺寸示意圖x=2.91m,1.5m<x<8.5m,所以假設(shè)成立，破裂面交于荷載中部。（2）主動(dòng)土壓力計(jì)算由路基路面工程（第二版，鄧學(xué)均編著）中式（6-9）得cos（二）Ea=（Atan二-B）-asin（u）式中Ea墻后主動(dòng)土壓力（kN/m）；其他符號(hào)意義同前。所以Ea=171.82kN墻后主動(dòng)土壓力的水平分力Ex和Ey分別為：Ex=Eacos(二、)=171.82cos(21.817.5)=132.96(kN/m)Ey=Easin(二、)=171.82sin(21.817.5)=108.83(kN/m)8.2.2.2 擋土墻的自重Gi及重心距墻趾距離x

10、計(jì)算1Gi=32523=115(kN/m)G總=252.77(kN/m)8.2.2.3 抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算（1）用滑動(dòng)穩(wěn)定方程驗(yàn)算根據(jù)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD-2004）中式（5.4.3-5）可得滑動(dòng)穩(wěn)定方程為:1.1GQ1（EyExtan：0-Q2Eptan0）（1.1GQEy）tan:0-qEQ2Ep0式中：G作用于基地以上的重力(kN)；Ep墻前被動(dòng)土壓力的水平分力(kN),忽略不計(jì)；qi,qi主動(dòng)土壓力分項(xiàng)系數(shù)、墻前被動(dòng)土壓力分項(xiàng)系數(shù)，可按公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD-2004)中表(5.4.2-5)取得；其他符號(hào)意義同前。所以有：1.1252.771.4(108.83132.960.31

11、0.4(1.1252.771.4108.83)0.31-1.4132.96=142.54>0,所以抗滑穩(wěn)定性滿足要求。(2)用抗滑穩(wěn)定系數(shù)人驗(yàn)算根據(jù)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.3-6)可得抗滑穩(wěn)定系數(shù)Kc為:_'_'N(Ex-Ep)tan：0JEpKc二zEx-Ntan二0式中：N作用于基地上合力的豎向分力(kN);Ep'墻前被動(dòng)土壓力水平分量的0.3倍(kN);其他符號(hào)意義同前。所以有:I,252.77108.83132.960.310.4Kc一1.1.1.1 -(252.77108.83)0.31=7.72>1.3,所以抗滑穩(wěn)定性

12、滿足要求。8.2.2.4 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算(1)用傾覆穩(wěn)定方程驗(yàn)算根據(jù)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.3-7)可得滑動(dòng)穩(wěn)定方程為：0.8GZgQ1(EyZx-ExZy)Q2EpZp0式中：Zg墻身重力、基礎(chǔ)重力、基礎(chǔ)上填土的重力以及作用于墻頂?shù)钠渌奢d的豎向力合力重心到墻趾的距離(m);Zp墻前被動(dòng)土壓力水平分量到墻趾的距離(mj);其他符號(hào)意義同前。所以有：0.8(1151.9286.250.5814.721.636.82.13)1.4(108.831.87-132.962.28)=158.10>0,所以抗穩(wěn)定性滿足要求。(2)用抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)Ko驗(yàn)算根據(jù)公路路基設(shè)

13、計(jì)規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.3-8)可得抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0為：_.,GZgEyZxExZyEpZp)KoExZy式中：符號(hào)意義同前。所以有：K0=372.76*203.51=1.90>1.5,所以抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。303.598.2.2.5 合力偏心距及基底應(yīng)力驗(yàn)算(1)合力偏心距驗(yàn)算根據(jù)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.3-1)可得合力偏心距豉為:Md©0=Nd式中：Md作用于基底形心的彎矩組合設(shè)計(jì)值(MPa；Nd作用于基底上的垂直力組合設(shè)計(jì)值(kN/m)。所以有：542Md=132.96(-0.20.5)-108.83(0.750.2-1

14、.6)-115(-0.750.2-1.6)3330.753.286.25(1.6-0.2-75)(1.636.8=307.17(MPa)23Nd=(GgQ1Ey)cos：0Q1ExSin=0=417.86(kN)所以©0=M&=3071=0.74(m)<B(0.8m),其中B為基底寬度，所以合力偏心距滿Nd417.864足要求。(2)基底壓應(yīng)力仃驗(yàn)算根據(jù)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.3-3)可得基底壓應(yīng)力仃為:e且時(shí)，r1612Nd一八,、2-03,1式中：1=B-602叫一一擋土墻趾部的壓應(yīng)力(MPa；二1擋土墻踵部的壓應(yīng)力(MPa；其余符號(hào)意義

15、同前。2N所以%=-d=323.93MPa>產(chǎn)0(300MPa),350MPa故基底壓應(yīng)力潴足要求。3：18.2.2.6墻身截面強(qiáng)度和穩(wěn)定驗(yàn)算為了保證墻身具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇12個(gè)控制斷面進(jìn)行驗(yàn)算。本驗(yàn)算選擇墻身底部截面進(jìn)行驗(yàn)算如下：(1)墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算根據(jù)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.4-2)計(jì)算截面強(qiáng)度時(shí):0Nd<:kAR./f式中：Nd驗(yàn)算截面上的軸向力組合設(shè)計(jì)值（kN）;圖8-3驗(yàn)算截面示意圖%重要性系數(shù)，按公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD-2004）中第5.4.2條取(JTGD-2004)中用；f療工構(gòu)件或材料分項(xiàng)系數(shù)，按公路路基設(shè)計(jì)規(guī)

16、范表5.4.4-1取用；R.材料抗壓極限強(qiáng)度（kN）；A擋土墻構(gòu)件的計(jì)算截面面積（吊）；外一一軸向力偏心影響系數(shù)，由式（8.225-2）確定；根據(jù)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD-2004）中式（5.4.4-4）得:1-256（包）8B_-k一1 12（曳）2B式中：e0軸向力偏心距（m），由式（822.5-3）確定；B擋土墻計(jì)算截面寬度（nj）0根據(jù)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD-2004）中式（5.4.4-5）得:式中：M0在某一類作用（或荷載）組合下，作用（或荷載）對(duì)計(jì)算截面形心的總力矩（kNm）;N。一一在某一類作用（或荷載）組合下，作用于對(duì)計(jì)算截面上的軸向力的合力(kN)。所以：M0=132.

17、965-108.83-214.72：i3.2-075-0.2115：11.6-0.2-0.75-332.3=113.21(kNm)113.21310.08N0=11586.25108.83=310.08(kN)B=0.37(m)(0.69m)41-256(e0)81-256(0.37)8275)112(曳)2B112黑2=0.82/Nd=310.08kNE%ARa/Z(1523.81kN),所以強(qiáng)度滿足要求。(2)墻身截面穩(wěn)定驗(yàn)算根據(jù)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.4-3)計(jì)算穩(wěn)定時(shí)：oNd<1-k:kAR./f式中：叫偏心受壓構(gòu)件在彎曲平面內(nèi)的縱向彎曲系數(shù)，按(8.2.2.5-4)計(jì)算確定，軸心受壓構(gòu)件的縱向彎曲系數(shù)，可采用公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD-2004)中表5.4.4-4。其余符號(hào)意義同前。根據(jù)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.4-6)得：11+%(民-3)1+16.-2H.