重力式挡土墙设计.doc

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1、华中科技大学 道桥专业 路基路面工程课程设计 重力式挡土墙结构设计目录1. 设计资料 11设计资料某新建公路 K2+345K2+379 路段采用浆砌片石重力式路堤墙，具体设计资料 列于下：1路线技术标准，山岭重丘区一般二级公路，路基宽 8.5m，路面宽 7.0m。2车辆荷载，计算荷载为汽车-20 级，验算荷载为挂车-100。3横断面原地面实测值及路基设计标高如表 1 所示。32. 挡土墙平面、立面布置 14填料为砂性土，其密度 g的摩擦角 d = f / 2 。= 18KN/m ，计算内摩擦角 f =35，填料与墙背间3. 挡土墙横断面布置 24. 计算主动土压力 25. 重力式挡土墙计算要求

2、 46. 挡土墙抗滑验算 47. 挡土墙抗倾覆验算 58. 挡土墙偏心距及基底应力验算 59. 墙身截面强度验算 510. 挡土墙伸缩沉降缝及排水设施设计 8附图：重力式挡土墙平面图、重力式挡土墙立面图、重力式挡土墙横断面图5地基为整体性较好的石灰岩，其允许承载力 s 0 =450Kpa，基地摩擦系数为f=0.45。a6墙身材料采用 5 号砂浆砌 30 号片石，砌体 g =22KN/m3，砌体容许压应力为 s a = 600 Kpa，容许剪应力t =100Kpa，容许拉应力 s wl =60 Kpa。横断面原地面实测值及路基设计标高表 1左侧桩号右侧中桩标高（m）路基设计标高（m8(-2.6)

3、4(-3.0)K2+3454(2.0)6(4.5)631.45630.576(-2.4)6(-3.6)K2+3504(2.1)6(2.4)631.08630.627(-3.0)6(-3.0)K2+3564(2.2)6(2.8)629.62630.686(-3.0)6(-1.0)K2+3614(1.2)6(2.4)628.51630.736(-2.0)6(-2.6)K2+3675(2.0)5(1.5)630.30630.795(-1.6)7(-3.0)K2+3734(2.0)6(2.0)629.08630.856(-1.2)6(-1.8)K2+3792(1.0)8(1.0)629.03630.9

4、1）2挡土墙平面、立面布置2.1 挡土墙平面布置已知路基宽 8.5m，假设挡土墙为路堤墙，墙顶与路基设计标高的高差为 2m， 墙上方土质边坡坡度为 1:1.5，据此求出挡土墙墙顶内边缘到路基边缘的水平距离 为 3m。又已知路线为直线，再将不同高度的挡土墙投影到水平面，可完成挡土墙 的平面布置。1华中科技大学 道桥专业 路基路面工程课程设计 重力式挡土墙结构设计平面布置图详见重力式挡土墙平面图。2.2 挡土墙立面布置假设挡土墙为仰斜式，墙身倾斜度为 1:0.25。根据已知的几个断面的已知数 据，可求出挡土墙外侧与地基土的交点到墙顶的距离 hl ，列表如下：桩号K2+345K2+350K2+356

5、K2+361K2+367K2+373K2+379hl (m)1.782.443.582.912.153.582.33绘出路基设计标高线、挡土墙墙顶线、挡土墙外边缘与地基土交点线。根据 地形布置挡土墙高度。从图中分析可知，地形变化点主要有 3 个点，故可以考虑 分四段布置挡土墙。挡土墙最大高度处应设在 K2+356 和 K2+373 处，为了保证最小 1m 的埋深， 此处挡土墙可设为 6m，另外两块高度略小，可设为 5m。立面布置图详见重力式挡土墙立面图。3挡土墙横断面布置桩号K2+345K2+350K2+356K2+361K2+367K2+373K2+379H(m)3.934.425.004.

6、734.425.004.54先将挡土墙设计为顶宽 b1 = 1.4m ，墙身倾角 1:0.25，墙趾长度 ld = 0.4m ，墙 趾高度 hd = 0.6m ，墙底坡度 i = 1: 5 ，墙身最大高度设在 K2+356 和 K2+373 处，墙 身最大高度为 6m。其余桩号挡土墙高度，可按基底倾角算出，列表如下：4计算主动土压力对挡土墙的设计计算，墙高最高的挡土墙最不利，故此处只对墙高最高为 5m的截面进行计算，计算图示如下（取中桩左边部分）：4.1 计算汽车荷载换算土柱高 h0按公路设计手册中车带宽均摊的方法计算：汽车20h0 =109.09g 5.6 + 0.577(H + 2a)=

7、0.53m挡土墙横断面布置详见重力式挡土墙横断面图。车辆荷载作用宽度： b0 = 2 1.8 +1.3 + 0.6 = 5.5m载荷边缘到路边的宽度： d = (B - b0 ) / 2 = (8.5 - 5.5) / 2 = 1.5m2华中科技大学 道桥专业 路基路面工程课程设计 重力式挡土墙结构设计挂车100tanq = - tany +(cot j + tany )(tany + A) = -0.794 +2.22 1.339 = 1.0927h0 =312.50g 6.6 + 0.577(H + 2a)= 1.40m则破裂角q = 47o32 下面验算破裂面是否交于载荷内： 堤顶破裂面

8、距墙踵： (H + a) tanq = 8.74m载荷内边缘距墙踵： -H tan a + b + d = 7.15m查路基设计手册， b0 = 3.2m载荷边缘到路边的宽度： d = (B - b0 ) / 2 = (8.5 - 3.2) / 2 = 2.65m4.2 计算破裂角假设破裂面交于载荷内，按公路设计手册中相关公式计算。载荷外边缘距墙踵： -H tan a + b + d + b0 = 10.35m因为 7.15 8.74 10.35 ，故破裂面交于载荷内，假设成立。4.3 计算主动土压力系数 K汽车20y = j + a + d = 38o 28 A = ab + 2h0 (b

9、+ d ) - H (H + 2a + 2h0 ) tan a = 6 + 4.77 +16.59 = 0.401m2(H + a)(H + a + h0 ) 8 8.53汽车20挂车100K = cos(q + j ) (tan q + tan a ) = 0.267 0.5848 = 0.156 sin(q +y )tanq = - tany +(cot j + tany )(tany + A) = -0.794 +2.22 1.195 = 0.8348则破裂角q = 41o13下面验算破裂面是否交于载荷内： 堤顶破裂面距墙踵： (H + a) tanq = 6.68mK = cos(q

10、+ j )sin(q +y )(tan q + tan a ) = 0.130 0.8427 = 0.110载荷内边缘距墙踵： -H tan a + b + d = 6.00m载荷外边缘距墙踵： -H tan a + b + d + b0 = 11.50m因为 6.00 6.68 1.5 汽车20W = 8.41 g a = 8.41 22 = 185.02KN / mEx gZ y经验算，该挡土墙抗倾覆能力满足要求。123.75抗滑动系数 Kc= W cosa0 + E sin(a + d + a0 ) fE cos(a + d + a0 ) - W sin a0= 181.42 + 23.

11、47 0.45 = 1.75 1.352.648挡土墙偏心距及基底应力验算因此，该挡土墙满足抗滑要求。汽车20挂车100e = B - W gZw + Ey gZ x - Ex gZ y= 0.8 - 144.28 = 0.04m2W + Ey190.58抗滑动系数 Kc= W cosa0 + E sin(a + d + a0 ) fE cos(a + d + a0 ) - W sin a0= 181.42 +17.01 0.45 = 1.74 1.351.36由于 e B /6 ，故基底只会出现压应力，计算如下：经挂车100 验算，该挡土墙满足抗滑要求。大压应力：s1 =W + Ey(1+6

12、e) = 118.16 1.15 = 135.88KPa 1.5大压应力：sW + E 6e= y (1 - ) = 118.17 1.6375 = 193.50KPa 450KPa = s Ex gZ y165.281 B B 0故，该挡土墙抗倾覆能力满足要求。挂车100由 AutoCAD 计算出 Zw = 1.61m ， Zx = 2.11m ， Z y = 1.86m经验算，基底应力满足要求。9墙身截面强度验算假设最危险破裂面在墙趾的在高处截面，采用容许应力法进行验算，画出计算图5华中科技大学 道桥专业 路基路面工程课程设计 重力式挡土墙结构设计示，如下图：载荷内边缘距墙踵： -H ta

13、n a + b + d = 5.77m载荷外边缘距墙踵： -H tan a + b + d + b0 = 11.27m因为 5.77 6.12 11.27 ，故破裂面交于载荷内，假设成立。主动土压力系数： K = cos(q + j ) (tan q + tan a ) = 0.229 0.6135 = 0.140 sin(q +y )h =d= m ； h =b - a tan q= 2.07m； h = H - h - h= 0.58m1tan q + tan a2.443 tan q + tan a4 1 3K = 1+ 2a (1+h3 ) + 2h0 h4 = 1+ 0.95 + 0

14、.03 = 1.981 H 2H H 2土压力合力： E= 1 g H 2 K gK= 64.64KN / m1 2 19.1 主动土压力计算土压力水平分力： E1x = E cos(a + d ) = 64.52KN / m土压力竖直分力： E1 y = E sin(a + d ) = 3.91KN / m土压力作用点位置：汽车20Ha(H - h )2 + h h (3h- 2H )18.24 - 2.74Z = + 3 0 4 4 = 1.70 + = 1.80m1y33H 2 K153.89假设破裂面交于载荷内h0= 109.09g 5.6 + 0.577(H + 2a)= 0.56m

15、挂车100假设破裂面交于载荷内车辆荷载作用宽度： b0 = 2 1.8 +1.3 + 0.6 = 5.5m载荷边缘到路边的宽度： d = (B - b0 ) / 2 = (8.5 - 5.5) / 2 = 1.5my = j + a + d = 38o 28 h0 =312.50g 6.6 + 0.577(H + 2a)= 1.47mA = ab + 2h0 (b + d ) - H (H + 2a + 2h0 ) tan a = 6 + 5.04 +12.99 = 0.443m2(H + a)(H + a + h0 ) 7.09 7.65查路基设计手册， b0 = 3.2m载荷边缘到路边的宽

16、度： d = (B - b0 ) / 2 = (8.5 - 3.2) / 2 = 2.65motanq = - tany +(cot j + tany )(tany + A) = -0.794 +2.22 1.237 = 0.8635y = j + a + d = 38 28 则破裂角q = 40o 49 下面验算破裂面是否交于载荷内：A = ab + 2h0 (b + d ) - H (H + 2a + 2h0 ) tan a = 6 +16.61 +15.31 = 0.625m2(H + a)(H + a + h0 ) 7.09 8.56堤顶破裂面距墙踵： (H + a) tanq = 6

17、.12mtanq = - tany +(cot j + tany )(tany + A) = -0.794 +2.22 1.419 = 0.98126华中科技大学 道桥专业 路基路面工程课程设计 重力式挡土墙结构设计则破裂角q = 44o 27 下面验算破裂面是否交于载荷内： 堤顶破裂面距墙踵： (H + a) tanq = 6.96m 载荷内边缘距墙踵： -H tan a + b + d = 6.92m 载荷外边缘距墙踵： -H tan a + b + d + b0 = 10.12m因为 6.92 6.96 10.12 ，故破裂面交于载荷内，假设成立。主动土压力系数： K = cos(q +

18、 j ) (tan q + tan a ) = 0.185 0.7312 = 0.135 sin(q +y )h1 =dtan q + tan a= 3.62m ；h3 =b - a tan qtan q + tan a= 1.42m ；h4 =H - h1- h3=0 . 0 5 mK = 1+ 2a (1+h3 ) + 2h0 h4 = 1+ 0.90 + 0.01 = 1.911 H 2H H 2土压力合力： E= 1 g H 2 K gK= 60.12KN / m1 2 1土压力水平分力： E1x = E cos(a + d ) = 60.01KN / m土压力竖直分力： E1 y =

19、 E sin(a + d ) = 3.64KN / m土压力作用点位置：汽车20由 AutoCAD 计算出 W1 = 1 5 6 . 6 4K N ， B1 = 1.4m ， Z1w = 1.34m ， Z1x = 1.85m ，Z1 y = 1.80mZ = H +3 0 4 4a(H - h )2 + h h (3h- 2H ) = 1.70 + 26.94 - 0.74 = 1.88m偏心距： e1= B1 - W1 gZ1W + E1 y gZ1 y - E1x gZ1x = 0.7 - 209.9 + 7.04 -119.36 = 0.09m1y 33H 2 K148.452 W1

20、+ E1 y160.55由于 e1 B1 / 6 ，故基底只会出现压应力，计算如下：9.2 法向应力验算大压应力：s1 =W1 + E1 yB(1 +6e1B) = 114.68 1.3857 = 158.91KPa 600KPa = s a 1 1绘出计算图示，如下图：故，基底应力满足要求。挂车100由 AutoCAD 计算出 Z1x = 1.87m ， Z1 y = 1.88m7偏心距： e1华中科技大学 道桥专业 路基路面工程课程设计 重力式挡土墙结构设计= B1 - W1 gZ1W + E1 y gZ1 y - E1x gZ1x = 0.7 - 209.9 + 6.84 -112.22

21、 = 0.05m 结语2 W1 + E1 y160.28通过这次挡土墙课程设计，让我更加深刻地理解了挡土墙设计的原理和步骤，由于 e1 B1 / 6 ，故基底只会出现压应力，计算如下：让我能够将学过的东西应用于实际，让我受益匪浅。这次课程设计更增加了我对大压应力： s1W + E6ea= 1 1 y (1 + 1 ) = 114.49 1.2143 = 139.02KPa 600KPa = s 路基路面的兴趣，让我在今后的学习中动力更足。B1B1经验算，基底应力满足要求。9.3 剪切应力验算这次课程设计的完成离不开几位老师的耐心指导，在此再次谢谢何漓江老师、资建民老师和孙玲老师对我的帮助，今后

22、我会更加努力学习有关路基路面的知识， 不辜负老师们的一片苦心。墙身材料为 5 号砂浆砌 30 号片石，查相关规范，可取圬工间摩擦系数 f1 = 0.4 。汽车20截面上剪应力：E - (W + E ) f64.52 - 64.221t = 1x 1 1 y 1 = = 0.21KPa 100KPa = t B11.4故，剪应力满足要求。挂车100截面上剪应力：E - (W + E ) f60.01 - 64.111t = 1x 1 1 y 1 = = -2.93KPa 100KPa = t B11.4经验算，剪应力满足要求。10挡土墙伸缩沉降缝及排水设施设计该路段总共四块挡土墙，每块之间可设 2cm 的伸缩沉降缝。排水孔每隔 3m设置一个，尺寸为 10cm 的圆孔。 图详见，重力式挡土墙立面图、重力式挡土墙横断面图。8