悬臂式挡土墙结构设计验算.doc

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悬臂式挡土墙结构设计验算

第五工程有限公司路桥七公司付卫朋

摘要：

本文对甘河工业园区铁路专用线挡土墙设计进行荷载、抗倾覆稳定性、抗滑稳定性及地基承载力验算，结果表明此挡土墙设计初步拟定方案是可行的。

关键词：

挡土墙承载力验算

甘河工业园区铁路专用线挡土墙设计：

墙背填土与墙前地面高差为2.6m，填土表面水平，路基上的轨道及列车荷载换算土柱高度为3.0m，上有均布标准荷载Pk=54KN/m2，地基设计承载力为240KN/m2，填土标准容重为18KN/m3，内摩檫力φ=30°，底板与地基摩擦系数f=0.60，由于采取钢筋混凝土挡土墙，墙背竖直且光滑，可假定墙背与填土之间的摩擦角ò=0。

1.截面选择

选择悬臂式挡土墙，墙体选择采用钢筋混凝土结构，墙高低于6m。

尺寸按悬臂式挡土墙规定初步拟定，如下图所示。

2.挡土墙荷载、抗倾覆稳定性、抗滑稳定性及地基承载力验算

2.1荷载计算

2.1.1土压力计算

由于地面水平，墙背竖直且光滑，土压力计算选用郎金理论公式计算：

Ka=tan2（45-φ/2）=0.333

地面活荷载的作用，采用换算土柱高H0=3.0，地面处水平压力：

σA=rtH0Ka=18×3×0.333=18KN/m2

悬臂底B点水平压力：

σB=rt（H0+3）Ka=18×（3+3）×0.333=36KN/m2

底板C点水平压力：

σC=rt（H0+3+0.25）Ka=18×（3+3+0.25）×0.333=37.46KN/m2

土压力合力：

Ex1=σA×3=18×3=54KN/m

Zf1=3/2+0.25=1.75m

Ex2=1/2（σC-σA）×3=29.19KN/m

Zf2=1/3×3+0.25=1.25m

2.1.2竖向荷载计算

（1）立板自重力

钢筋混凝土标准容重rk=25KN/m3，其自重力：

G1k=（0.15+0.25）/2×3×25=15KN/m

X1=0.4+{（0.1×3）/2×（2×0.1）/3+0.15×3×（0.1+0.15/2）}/{（0.1×3）/2+0.15×3}=0.55m

（2）底板自重力：

G2k={（0.15+0.25）/2×0.4+0.25×0.25+（0.15+0.25）/2×1.6}×25

=0.4625×25=11.56KN/m

X2={（0.15+0.25）/2×0.4×（40/3×（2×0.25+0.15）/（0.25+0.15）+0.25×0.25×（0.4+0.125）+（0.15+0.25）/2×1.6×（1.6/3×（2×0.15+0.15）/（0.15+0.25）+0.65}/0.4625=1.07m

（3）地面均布活载及填土的自重力

G3k=（Pk+rt*3）×1.6=（54+18×3）×1.6=172.8KN/m

X3=0.65+0.8=1.45m

2.2抗倾覆稳定验算

稳定力矩

Mzk=G1kX1+G2kX2+G3kX3=15×0.55+11.56×1.07+172.8×1.45=271.18KN.m/m

倾覆力矩

Mqk=Ex1Zf1+Ex2Zf2=54×1.75+29.19×1.25=130.99KN.m/m

K0=Mzk/Mqk=271.18/130.99=2.07﹥1.5稳定

2.3抗滑稳定验算

竖向力之和Gk=15+11.56+172.8=199.36KN/m

抗滑力Gk×f=199.36×0.60=119.62KN

滑移力E=54+29.19=83.19KN

Kc=119.62/83.19=1.44﹥1.3稳定

2.4地基承载力验算

地基承载力采用设计荷载，分项系数：

地面活荷载1.3，填土荷载1.2，自重1.2。

基础底面偏心距e0，先计算总竖向力到墙趾的距离：

e0=（Mv-Mh）/Gk

Mv为竖向荷载引起的弯矩：

Mv=（G1kX1+G2kX2+rt×3×1.6×X3）×1.2+Pk×1.6×X3×1.3

=（15×0.55+11.56×1.07+18×3×1.6×1.45）×1.2+54×1.6×1.45×1.3

=337.94KN.m/m

Mh为水平力引起的弯矩：

Mh=1.3Ex1Zf1+1.2Ex2Zf2=1.3×54×1.75+1.2×29.19×1.25

=166.63KN.m/m

总竖向力：

Gk=1.2×（G1k+G2k+rt×3×1.6）+1.3×54×1.6

=1.2×（15+11.56+18×3×1.6）+112.32

=247.87KN/m

e=（337.94-166.63）/247.87=0.69m

偏心距：

e0=B/2-e=2.25/2-0.69=0.43m﹥B/6

地基压力

σmax=2Gk/3e=2×239.23/2.07

=231.14KN/m2﹤240KN/m2

σmin=0

3.结束语

通过对此段挡土墙荷载、抗倾覆稳定性、抗滑稳定性及地基承载力验算，结果说明挡土墙设计方案是可行的。

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