重力式挡土墙设计.docx

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重力式挡土墙设计

重力式挡土墙设计

目的

本课程设计任务是路基工程重要内容，通过系统地完成挡土墙的课程设计掌握工程设计的基本方法、步骤，巩固和深化所学知识，为进一步掌握本课程打下基础。

」、涉及内容

（一）题目：

重力式挡土墙设计

（二）设计资料：

某新建公路K2+310~K2+420路段拟采用浆砌片石重力式路肩墙，具

体设计资料列于下：

1、路线技术标准：

一般三级公路，设计速度40Km/h;路基宽8.5m;

2、横断面原地面实测值及路基设计标高如表1所示；

表1实测横断面

左侧

桩号

右侧

中桩标高

路基设计标

高

-0.8、

-1.0

K2+310

16、

20

623.45

630.57

8

6

6

-1.0、

-1.6

K2+330

18、

16

624.08

630.62

8

6

6

8

-1、

加

K2+350

04、

08

624.62

630.68

8

6

4

10

-1.0、

-0.8

K2+370

08、

10

624.51

630.73

10

4

6

8

-1.0、

-2.0

K2+390

10、

1.2

624.30

630.79

8

6

5

9

-1.0、

-1.2

K2+400

1.4、

0

625.08

630.85

7

7

6

8

-0.4、

-1.2

K2+420

0.4、

0.2

625.03

630.91

8

6

2

12

3、K2+370挡土墙横断面布置及挡土墙形式如图1所示（参考）；

4、填料为砂性土，其密度=18KN/m3，计算内摩擦角=35°，填料与

墙背间的摩擦角^=/2；

5、地基为密实的砂砾石地基，其容许承载力二=450Kpa,基底摩擦系数

a=0.45

6、墙身材料采用5号片石，砌体密度=22KN/m3,砌体容许压应力

二=600Kpa，容许剪应力t=100Kpa;

二、具体要求：

挡土墙设计包括挡土墙的平面、立面、横断面设计，其中挡土墙横断面

设计以K2+370横断面为例。

大致步骤如下：

1、

挡土墙平面、立面布置；

2、

挡土墙横断面布置，并拟定断面尺寸；

3、

计算主动土压力；

4、

验算挡土墙抗滑、抗倾覆稳定性；

5、

验算基底应力及偏心距；

6、

挡土墙的伸缩缝与沉降缝，以及排水设计;

7、

绘制挡土墙立面、横断面；

8、

编制设计说明书。

三、设计完成后应提交的文件：

1、挡土墙平面、立面与横断面图；

2、设计计算说明书；

3、写出设计小结。

五、

要求文字整洁，全部完成设计图表后，应按一定顺序装订成册，所有图表格式应符合工程设计要求；学生应独立完成设计，发挥独立思考能力，主动查找有关资料。

四、主要参考资料

1、俞高明，金仲秋编著.《公路工程》.北京：

人民交通出版社出

版.2005年10月。

2、姚祖康编著.《道路路基和路面工程》.上海：

同济大学出版

社.1994年7月。

3、夏连学，赵卫平编著.《路基路面工程》.北京：

人民交通出版社出版.1997年9月。

4、邓学钧主编《.路基路面工程》.北京：

人民交通出版社出版.2002年2月。

5、中华人民共和国行业标准《公路工程技术标准》（JTG

B01--2003），北京：

人民交通出版社出版.

6、中华人民共和国行业标准《公路路基设计规范》（JTG

D30--2004），北京：

人民交通出版社出版.

（执笔：

郑丹燕）

方案一拟定挡土墙尺寸如图所示

1.坏棱体长度L,由设计资料知=35」=/2;£=11.30993247滑动面与水平面的夹角为a,设3

=—二+£因为墙顶水平，所以由公式ctga

二-tg（3）+.Ictg—_tg—Ttg=tg—］代入数据后得ctg

a=0.028755709即a=88.352873140，由公式

L=H（tg£+ctga）可计算得L=2.058711381m（因为H=9m2.求挡土墙的计算长度B,由设计资料知该路是一般三级公路，计算荷载为

汽车一20,挂一100。

本设计取挡土墙的分段长度为15m《公路桥涵通用设计规范》（JTGD60-2004）规定挡土墙的计算长度按公式B=13+Htg30但不超过挡土墙得分段长度，经计算取计算长度B=15m则破裂面宽度方向上可布置

一列车的半轴重，在分段长度方向上只能布置一辆重车，如图所示：

刀G=（60+120+120/2=150KN换算成等代均布土层厚度he二G/BL。

=0.269857mo

3.求主动土压力EA

由公式EA=H（H+2b）Ka/2，由课本土质学与土力学P153表7-2查值内插

求得Ka=0.334,则把有关数据带入上

式得EA=258.0874226KN,因为EA

Acos0=226.1421751KN,EAy=EAsin0=124.3737687KN。

4.挡土墙抗滑验算

挡土墙自重G=22X（0.8+2.6）X9/2=336.6KN则抗滑稳定系数Kc=卩（GEAy）/EAx代入数据得

Kc=0.91729<1.3,所以该挡土墙稳定性不足，需要重新设计。

方案二拟定挡土墙尺寸如图所示

1.求破坏棱体长度L,由设计资料知=35^=/2;£

=16.7o滑动面与水平面的夹角为a，设3=•+；「+£因为墙

顶水平，所以由公式ctga=-tg（3）+[ctgtg'lltg'-tg；]代入数据后得

ctga=0.44506519即a=66.00781834o,由公式L=H（tg£+ctga）可计算得L=6.70571611m

（因为H=9r）。

2.求挡土墙的计算长度B,由设计资料知该路

是一般三级公路，计算荷载为汽车

—20,挂一100。

本设计取挡土墙的分段长度

为15m《公路桥涵通用设计规范》（JTG

D60-2004）规定挡土墙的计算长度按公式

B=13+Htg30但不超过挡土墙得分段长度，经计算取计算长度B=15m则破

裂面宽度方向上可布置两列汽-20重车，在分段长度方向上只能布置一辆重车，如图所示，所以在BXL面积内布置的汽车轴重刀G=2X（60+120+120

=600KN换算成等代均布土层厚度he=G/BL0=0.3668752053m

3.求主动土压力EA

由公式EA=H（H+2he）Ka/2,由课本土质学与土力学P153表7-2查值内插

求得Ka=0.4003,则把有关数据带入上式得EA=315.61KN,因为EA与水

EAy）/EAx代入数据得Kc=1。

26<1.3,所以该挡土墙稳定性不足，需要重新设计。

方案三拟定挡土墙尺寸如图所示

1.求破坏棱体长度L,由设计资料知=35°二=/2;£

=19.28333o滑动面与水平面的夹角为a,设3—+；「+£因为墙顶水平，所以由公式ctga=-tg（3）+、〔Ctg「tg，'”tg「-tg；1代入数据后得ctga=0.426926253即a=66.88109171o，由公式L=H（tg£+ctga）可计算得L=6.9911552697m（因为H=9r）。

2.求挡土墙的计算长度B,由设计资料知该路是一般三级公路，计算荷载为汽车一20,挂一100。

本设计取挡土墙的分段长度为15m《公路桥涵通用设计规范》（JTG

D60-2004）规定挡土墙的计算长度按公式B=13+Htg30但不超过挡土墙得分

段长度，经计算取计算长度B=15m则破裂面宽

度方向上可布置两列汽-20重车和一列重车的一侧车轮，在分段长度方向上只能布置一辆重车，如图所示，所以在BXL面积内布置的汽车轴重刀G=2.5X（60+120+120=750KN换算成等代均布土层厚度

he=G/BLo=0.3973274331m。

3.求主动土压力EA

由公式EA=H（H+2b）Ka/2，由课本土质学

与土力学P153表7-2查值内插求得Ka=0.44938333,则把有关数据带入上式得EA=356.5259242KN,因为EA与水平面间的夹角0—+£=17.5o+19.28330=36.7833o,EAx=EAcos0=285.5436042KN,EAy=EAsin

0=213.4843899KNEAx的作用点距墙脚B点的竖直距离Cx为：

Cx=H

（H+3he）/3（H+2he）,Cy=d（d+3d1）/3（d+2d1）,其中d=Htg£,d1=hetg

£,代入数据解得Cx=3.121697223m,Cy=1.092183497m

4•挡土墙抗滑验算

挡土墙自重G=22X（1+4.35+0.9）X9/2=618.75KN则抗滑稳定系数

Kc=u（GEAy）/EAx代入数据得Kc=1.31155>1.3,所以该挡土墙稳定性满足要求。

1.验算抗倾覆能力

由公式K0二刀My/EMx计算要求抗倾覆系数K0>1.5（主要荷载组合）

刀My=0.5x0.9x9X1x22x0.9X2/3+1.1x9X22X（0.9+1.1/2）+0.5X3.15X9x22x（2+3.15/3）+213.4843899x（5.15-1.092）=2186.732154

K0=2186.732154/891.3806763=2.45319672>1.5即该挡土墙的抗倾覆能力满足要求。

1.验算基底应力

求图的形心位置，对y轴求面积矩SF1x0.9x2/3+SFx（0.9+1.1/2）+

SF2x（2+3.15/3）=S•x解得x=2.134m则基底合力的发向分力对0点的力臂

Zn=（刀My—刀Mx）/N=[G-x+EAyx（5.15—Cy）—

EAxxCx]/（G+EAy），代入数据得Zn=1.556895848m则偏心距e=|B/2

—Zn|=5.15/2—1.557=1.018m

B/6=5.15/6=0.8583

宽墙趾的措施如图所示B=6.15m则e=|B/2—

Zn|=1.018m,B/6=6.15/6=1.025m,e

不会出现拉应力。

墙趾和墙踵处的压应力为1,3=N（1

士6e/B）/B代入数据得二1,3=269.721KPa和0.924Kpa,

符合基底最大压应力小于地基容许承载力、二=450Kpa在e>B/6情况下应力重分布基底最大压应力-max=2N/3Zn=4N/3（B—2e）

=356.341Kpa，也满足匚max<；「=450Kpa

1.验算墙身截面强度

计算墙身底基础顶截面强度，由前计算知该图形的形心位置距墙趾的距离

x=2.134m作用的土压力EA=18x8.25x（8.25+2x0.3973）x

0.44938=301.786KN,EAx=241.702KN,EAy=180.7066KN,墙身自重G=8.25X22X（1.1+4.813）/2=536.60475KN,Cx=2.870806197m,

Cy=1.0044m,Zn=1.5324m,e=0.8745m,B/6=0.802m则e>B/6，该截面出现拉应力二i,ci=（536.60475+180.7066）（1-6e/B）/4.813=13.4389Kpa小于容许拉应力日l=80Kpa该截面强度符合要求。

因为e>B/6，压应力重分布，则该截面最大压应力为c=2（G+EAy）/3Zn=312.0644523Kpa,该截面的剪应力t1=[EAx—（G+EAy）Xf]/B=-9.3959Kpa

课程设计小结

1、根据设计资料确定路面和原地面的高差，并考虑挡土墙有一定的埋置深度。

初步拟定路肩挡土墙的断面尺寸，即顶宽为0.8米，底宽为2.6米墙背采用1：

0.2的坡度，墙面竖直，经计算该挡土墙的抗滑稳定性不足，Kc=0.917。

2、重新设计挡土墙的断面尺寸顶宽为1米，底宽为4.6米墙背采用1：

0.3的坡度，墙面采用1：

0.1的坡度，进一步增大挡土墙的自重，经计算抗滑稳定性抗滑稳定性系数Kc=1.26仍达不到要求的1.3，还需重新设计断面。

3、断面顶宽设为1.1米，墙背坡度为1：

0.35，墙面坡度仍为1：

0.1，底宽为5.15米，经计算抗滑和抗稳定性满足要求，但基底一侧会出现拉应力，为改善基底受力情况，采取展宽基底的措施，使基底宽度达到6.15.经过验算，各项指标要求。

通过对课程设计，亲自查阅了大量相关资料，使我对该课程有了更进一步的理解，对挡土墙功能和设计过程有了具体认识。

对今后的工作具有一定的指导作用。