重力式擋土墻設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

濟(jì)南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院2023級鐵道工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書題目：重力式擋土墻土木系鐵道工程教研室20231025日1第一局部：設(shè)計(jì)的過程與治理一、設(shè)計(jì)過程為切實(shí)地提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，具體的設(shè)計(jì)過程如下：第一階段，自202312月開頭，至11/12第一學(xué)期開學(xué)初第四周完成。要求學(xué)生依據(jù)設(shè)計(jì)要求，調(diào)查及收集設(shè)計(jì)資料，進(jìn)展平縱斷面設(shè)計(jì)。其次階段，學(xué)生依據(jù)指導(dǎo)教師對初稿的評閱意見，認(rèn)真修改設(shè)計(jì)，繪制全部設(shè)計(jì)圖，整理計(jì)算書。填寫封面，裝訂成冊。計(jì)算書可打印，也可手寫，但字體確定要工整、標(biāo)準(zhǔn)，全部資料按封面、設(shè)計(jì)任務(wù)書、設(shè)計(jì)指導(dǎo)書、名目、計(jì)算書、參考文獻(xiàn)、平面圖、縱斷面圖的挨次裝訂成冊。201２年5月中下旬，在畢業(yè)辯論前一周，設(shè)計(jì)資料必需全部上交，作為畢業(yè)設(shè)計(jì)成績評定的依據(jù)。二、設(shè)計(jì)過程把握階段每階段主要完成的設(shè)計(jì)任務(wù)階段每階段主要完成的設(shè)計(jì)任務(wù)參考完成時(shí)間第一階段收集設(shè)計(jì)資料，進(jìn)展方案設(shè)計(jì)，確定方3周其次階段擋土墻截面設(shè)計(jì)及試算3周第三階段擋土墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)3周第四階段修改設(shè)計(jì)2周第五階段修改、整理計(jì)算書，裝訂畢業(yè)設(shè)計(jì)1周確認(rèn)后，方可進(jìn)展下一階段的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作。其次局部：設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法一、重力式擋土墻的設(shè)計(jì)1、選擇擋土墻的位置應(yīng)依據(jù)路基橫斷面來確定擋土墻的位置路塹擋土墻的位置應(yīng)設(shè)在側(cè)溝外側(cè)，并滿足抽換軌枕的要求，即路塹中心線沿軌枕底部至墻胸的水平距離一般不小于3.5路肩擋土墻的位置，在直線地段按路基寬度確定。2、擬定擋土墻的斷面尺寸和外形〔1〕.擬定擋土墻的胸坡當(dāng)?shù)孛鏅M坡較陡時(shí)，擋土墻胸坡直接影響墻的高度,胸坡較陡的擋土墻高度較小，胸坡較緩的擋土墻高度較大。重力式擋土墻的墻胸坡度，一般在地形陡峻的山區(qū)，承受1:0.05-1:0.20。對于路肩和路堤式擋土墻,應(yīng)盡可能承受較陡的胸坡。在地形平緩的地區(qū)，一1:0.20-1:0.35?！?〕.擋土墻的墻背坡度及形式擋土墻墻背坡度及形式,應(yīng)力求使墻身構(gòu)造經(jīng)濟(jì)合理,施工開挖量小，回填工程量少，施工便,保證安全，同時(shí)還應(yīng)滿足土壓力計(jì)算理論的適用范圍,回填前擋土墻必需穩(wěn)定等要求。墻背的形式與坡度也影響墻的高度，仰斜的墻最高,豎直的次之，俯斜墻背的最低。由來，對于較低的擋土墻,應(yīng)優(yōu)先考慮仰斜及豎直墻背；對于較高的擋土墻，應(yīng)優(yōu)先考慮俯斜及折線形墻背。折線形墻背上部俯斜下部仰斜，綜合了二者的優(yōu)點(diǎn)，但其外形簡潔,施工不便，一般只在墻身較高時(shí)才承受。選擇墻背形式時(shí)，必需考慮施工的要求。例如,路塹擋土墻，由于仰斜墻背可與開挖的堤、路肩擋土墻，仰斜墻背填土窮實(shí)比較困難，所以承受豎直與俯斜墻背比較合理?？傊?，擋土墻的墻背形式必需綜合考慮上述各方面的因素,經(jīng)過試算、比較后才能確定。在同一工點(diǎn)的擋土墻，其斷面形式不宜過多，以免造成施工困難和影響墻的美觀?！?〕.擋土墻的尺寸在擋土墻的位置、胸坡、背坡和根底埋深確定后便可確定擋土墻的高度。擋土墻的寬度應(yīng)在滿足構(gòu)造要求的根底上初擬一個(gè)尺寸并經(jīng)檢算又經(jīng)濟(jì)合理的尺寸。按構(gòu)造要求,漿砌片石擋土墻的墻頂寬度一般不應(yīng)小于0.5m；混凝土擋0.4m0.2m。3．擋土墻的根底埋深擋土墻置于土質(zhì)地基時(shí),其埋置深度應(yīng)符合以下要求:〔1〕.根底埋深不小于1m，如為路塹墻，應(yīng)在側(cè)溝下至少0.6m?！?〕.有沖刷時(shí)，應(yīng)在沖刷線下至少1m。0.25m；當(dāng)凍結(jié)深度超過1m0.25m內(nèi)換填滲水土，但埋置深度不小于1.25m。〔4〕小于1.Om。二、重力式擋土墻的檢算擋土墻是用來承受土壓力的建筑物,它應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。擋土墻的設(shè)計(jì)應(yīng)保證在自重和外力作用下不發(fā)生全墻的滑動(dòng)和傾覆,并使墻身每一截面和基底的應(yīng)力與偏心距均不超過容許值。這就要求在擬定了墻身斷面形式及尺寸后,對上述幾方面進(jìn)展檢算?？紤]到在相當(dāng)長的范圍內(nèi)擋土墻的斷面是不變的,所以在計(jì)算作用在擋土墻上各種力時(shí),按平面問題處理,即截取沿?fù)鯄v向1延長米的擋土墻作為計(jì)算對象。(一)．作用在擋土墻上的力系作用在擋土墻上的力系,依據(jù)荷載性質(zhì)和發(fā)生概率分為主要力、附加力和特別力。一般狀況下,擋土墻只考慮主要力的影響作用。主要力是常常作用在擋土墻上的力,如圖1。它包括以下的一些力:墻背承受的由填料自重及軌道和列車荷載產(chǎn)生的側(cè)壓力Ea可分解為水平與垂直的側(cè)壓力Ex與Ey1作用在擋土墻上的力系示意圖墻身自重G；墻頂上的有效荷載W0法向反力R及摩擦力T。常水位時(shí)的靜水壓力和浮力。退落時(shí)的動(dòng)水壓力、波浪壓力、凍脹壓力等。特別力指臨時(shí)的或?qū)儆跒?zāi)難性的力，它發(fā)生的概率很小，如地震力、臨時(shí)荷載等。閱歷并為安全計(jì)，一般取計(jì)算被動(dòng)土壓力的1/3作為墻前土體的被動(dòng)抗力。(二)擋土墻穩(wěn)定性檢算對于重力式擋墻,墻的整體穩(wěn)定性往往是設(shè)計(jì)中的把握因素。擋土墻的穩(wěn)定性包括滑動(dòng)穩(wěn)定與傾覆穩(wěn)定兩方面。滑動(dòng)穩(wěn)定檢算擋土墻的滑動(dòng)穩(wěn)定是指在土壓力和其他外力作用下Kc般狀況下，有: NfK c Ex式中∑N—作用于擋土墻墻底的豎向力，為墻身自重G、墻背主動(dòng)土壓力的豎直分力Ey、墻頂?shù)挠行Ш奢dWo三者之合，即 NGE Wy 0擋土墻的容重γ圬=22.0KN/m3，或可以自己擬定。Ey-墻背主動(dòng)土壓力的水平分力基底摩擦系數(shù)，可以通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定，如無試驗(yàn)值，如表1。滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)K不應(yīng)小于1.3，考慮附加力時(shí)，Kc不應(yīng)小于1.2。當(dāng)墻高大12-15m，應(yīng)留意加大Kc值以保證擋土墻的滑動(dòng)穩(wěn)定性。當(dāng)擋土墻的滑動(dòng)穩(wěn)定性不滿足要求時(shí)，可實(shí)行以下措施增加其穩(wěn)定性:地基地基類別f軟塑粘土0.25硬塑粘土0.30砂黏土、黏砂土、半干硬黏土0.30-0.40砂類土0.40碎石質(zhì)土0.50軟質(zhì)巖0.40-0.60硬質(zhì)土0.60-0.70土質(zhì)基底可換填0.3-0.5m的碎石。墻趾前防護(hù)加固。墻趾前基坑應(yīng)回填窮實(shí),如有沖刷或其他損壞可能時(shí),趾前地面應(yīng)防護(hù)和加固。如為路塹墻,可在側(cè)溝頂增設(shè)混凝土橫撐一道(間距1-2m)。如圖２圖２趾前支撐示意圖承受凸榫根底。凸榫根底就是在根底底面設(shè)置一個(gè)與根底連成整體的榫狀凸塊，如圖３所示，利用榫前土體的被動(dòng)抗力來增加擋墻的滑動(dòng)穩(wěn)定性。設(shè)反斜基底。反斜基底是將擋土墻墻底做成傾向墻踵的斜坡。如圖４所示，反斜基底傾斜度在一般地區(qū)擋土墻不大于0.2:1。浸水地區(qū)擋土墻,基底摩擦系數(shù)f<0.5時(shí)，不宜設(shè)反斜基底；0.5﹤f<0.6時(shí)，可設(shè)0.1:1的反斜基底；基底摩擦系數(shù)f≥0.6時(shí)，可設(shè)0.2:1的反斜基底。圖３凸榫根底示意圖 圖４反斜基底示意圖設(shè)反斜基底時(shí)抗滑穩(wěn)定系數(shù)Kc的計(jì)算設(shè)反斜基底后，由于墻踵下降了△h，計(jì)算土壓力時(shí)墻高應(yīng)增加了△h，即計(jì)算墻高H”Hh，如圖4所示。Btan0h1tan00 N

tan假設(shè)將豎直方向的力 和水平方向的力Ex分別按傾斜基底的法線和切線方向分解，則作用在反斜基底上的法向力N”為：切向力N”為：

N

Ncos0

Exsin0NExcosNsin0 0擋土墻在加設(shè)反斜基底后的抗滑穩(wěn)定系數(shù)為：N”f

(NExsin)f傾覆穩(wěn)定性檢算

Kc T”

0Ntan0K0表示，其值為對墻趾產(chǎn)生的抗傾覆力矩與傾覆力矩的比值：如圖5MyK0M0式中：∑My－對墻趾產(chǎn)生的抗傾覆力距之和∑MO MyGZ EyZyZxM ExGZx0抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)不應(yīng)小于1.5?？紤]附加力時(shí)不應(yīng)小于1.30當(dāng)墻高大于12-15m時(shí)，應(yīng)注意加大K值。以保證擋土墻的傾覆穩(wěn)定性。0當(dāng)擋墻的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)不滿足要求時(shí)，可實(shí)行以下措施增加擋墻的抗傾覆穩(wěn)定性：改緩墻胸和墻背坡，增大抗傾覆力臂Z和Zy；G轉(zhuǎn)變擋墻類型,如將重力式改為衡重式，墻背加卸荷板等；展寬墻趾，如圖6，在墻趾前增加△b寬的臺(tái)階，臺(tái)階一般用與墻身一樣的，臺(tái)階一3O4O圖5傾覆穩(wěn)定性計(jì)算 圖6墻趾展寬(三)擋墻基底應(yīng)力和合力偏心距檢算土墻構(gòu)造合理和避開發(fā)生顯著的不均勻沉陷，還應(yīng)把握基底的合力偏心距。如圖7所示：作用于基底的合力的法向分力為∑N，它對墻趾的力臂為ZnGZ EyZyExZxGZn NG合力偏心距e為：

圖7合力偏心距檢算eBZn2在土質(zhì)地基上，要求e≤B/6，在不易風(fēng)化的巖石地基上，要求e≤B/4?；變蛇吘夵c(diǎn)，即趾部和踵部的法向壓應(yīng)力 、 分別為：1 21 N M F W2式中∑M—各力對擋墻基底中性軸的力距之和W—擋墻基底抗彎截面模量F—擋墻基底面積 由于沿縱向取1FB1B,W1 M Ne

/6B2

/6。1 N1

(1

6e)B B2σ可提高20%。當(dāng)按主力計(jì)算時(shí),墻踵的基底壓應(yīng)力可超過地基的容許承載力,一般地區(qū)最大不得超過30%。當(dāng)|e|>B/6時(shí),基底的一側(cè)將消滅拉應(yīng)力,考慮到一般狀況下地基與根底間不能承受拉力,故不計(jì)拉力而按應(yīng)力重分布計(jì)算基底最大壓應(yīng)力。如圖8，基底應(yīng)力分布圖將由虛線圖形變?yōu)閷?shí)線圖形。由二力平衡定理，實(shí)線三角形的形心必在∑N作用線上，基底壓應(yīng)力三角形分3Zn.基底壓應(yīng)力分布圖的面積應(yīng)等于基底合力的豎向分∑N，即：圖8 基底應(yīng)力重分布基底最大壓應(yīng)力

max

2 N3Z

N12

max

3Znn設(shè)反斜基底時(shí)基底應(yīng)力及合力偏心距的計(jì)算設(shè)反斜基底時(shí)，基底寬B” 如圖9圖9設(shè)置反斜基底時(shí)的計(jì)算簡圖BcosB”cos(0式中： —基底與水平面的夾角0

)—墻背與豎直面的夾角作用在反斜基底上的法向力為：

Ncos0

Exsin0MyM它對墻趾的力臂為

0N”傾斜基底的合力偏心距e”

B”2

Z”n基底的法向應(yīng)力為：

1 1

6e”e”

B”/6時(shí)，2

(1 )B” B”2 N”e”

B”/6時(shí)，

max

3Z”n(1)增大根底底寬，如展寬墻趾等；(2)提高地基承載力，如根底換填，將淺根底改為深根底等。擋土墻除應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性,基底應(yīng)力和合力偏心距滿足要求外，為防止墻身破壞，還應(yīng)使墻身各截面的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力不超過墻身材料的容許應(yīng)力。墻身的分界及1/2墻高處。法向應(yīng)力及偏心距檢算圖10墻身截面強(qiáng)度檢算示意圖如圖10墻身所受的土壓力E ，E ，Ⅰ—Ⅰ截面寬度為b，則作用在該截面上的力及力距為：xi yi

NGEi yiMyGZ E Zi Gi yi yiM M 0 xi xiM0MZ n NebZ2 n截面兩端的法向應(yīng)力為：1

N(16e)