路基路面作业3(挡土墙)Word格式.doc

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76.60

设计高程（m）

77.2

各横断面左右原地面点与中心桩的高差见下表。

左20m

+2.0

+2.5

+3.2

+2.4

+1.8

右20m

-1.5

-1.8

-2.2

-1.7

-1.4

路基宽度为8.5m，左侧路肩墙，右侧可占地（离路中心线8m）。

K4+350之前地基为坚硬砾石，之后为砾石土。

采用浆砌石重力式挡土墙，墙面垂直，俯斜式，墙背坡度为1：

0.25。

填料为开挖的砾石土，路基边坡为1：

1.5。

要求作挡土墙布置图（包括各桩横断面图、左右挡土墙立面图、最高断面处大样图、构造及施工说明等，比例自定）。

2.挡土墙稳定性验算

地基为中密砾石土，基底摩阻系数f=0.45，容许承载力为392kPa。

开挖的砾石土内摩擦角为40º

，重度为18.62kN/m³

。

浆砌石与土的外摩擦角为20º

，墙身浆砌石重度为22.54kN/m³

砌体容许压应力为700kPa，容许拉应力为70kPa，容许剪应力为150kPa。

设计汽车荷载为公路I级。

请对右侧最高墙进行稳定性验算。

要求

1.挡土墙布置图要求按A3大小绘制；

2.请于10月28日前交。

答题

一．

1.挡土墙的主要结构形式有重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、扶臂式挡土墙及轻型挡土结构。

重力式挡土墙通常由砌石或素混凝土修筑而成，结构简单，施工方便，能够就地取材，墙身断面较大，作用于墙背的土压力所引起的倾覆力矩全靠墙身自重产生的抗倾覆力矩来平衡。

悬臂式挡土墙一般用钢筋混凝土建造，它由立臂、墙趾悬臂和墙踵悬臂三个悬臂板组成，当墙高度较大时，为了增加立臂的抗弯性能，沿墙的纵向每隔一定距离设一道扶臂，则为扶臂式挡土墙。

悬臂式挡土墙和扶臂式挡土墙的稳定主要依靠墙踵底板上的土重，而墙体内的拉应力则由钢筋承担，这类挡土墙能充分利用钢筋混凝土的受力特性，墙体截面较小。

轻型挡土结构包括锚杆挡土墙、锚定板式挡土墙、加筋土挡土墙、土工织物挡土墙等，具有结构轻便且经济的特点，对地基的承载力要求相对较低。

2.常用的重力式挡土墙，一般由墙身、基础、排水设施和沉降、伸缩缝等几部分组成仰斜墙背的坡度愈缓，所受的土压力愈小，但施工愈困难，故仰斜墙背的坡度不宜缓于1：

0.3。

俯斜墙背所受的土压力较大，相对而言，俯斜墙背的断面比仰斜式要大。

但当地面横坡较陡时，俯斜式挡土墙可采用陡直的墙面，从而减小墙高。

俯斜墙背的坡度缓些固然对施工有利，但所受的土压力亦随之增加，致使断面增大，因此墙背坡度不宜过缓，通常控制a<

21°

48′（即1：

0.4）。

当地面横坡度较陡时，墙面可直立或外斜1：

0.05~1：

0.20，以减少墙高；

当地面横坡平缓时，一般采用1：

0.20~1：

0.35较为经济。

地基不良和基础处理不当，往往引起挡土墙的破坏，因此，应重视挡土墙的基础设计。

基础设计的程序是：

首先应对地基的地质条件作详细调查，必要时须做挖探或钻探，然后再来确定基础类型与埋置深度。

挡土墙的排水处理是否得当，直接影响到挡土墙的安全及使用效果。

因此，挡土墙应设置排水设施，以疏干墙后坡料中的水分，防止地表水下渗造成墙后积水，从而使墙身免受额外的静水压力；

消除粘性土填料因含水量增加产生的膨胀压力；

减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力。

为了防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，应根据地基的地质条件及墙高、墙身断面的变化情况设置沉降缝；

为了防止圬工砌体因砂浆硬化收缩和温度变化而产生裂缝，须设置伸缩缝。

通常把沉降缝与伸缩缝合并在一起，统称为沉降伸缩缝或变形缝。

沉降伸缩缝的间距按实际情况面定，对于非岩石地基，宜每隔10~15m设置一道沉降伸缩缝；

对于岩石地基，其沉降伸缩缝间距可适当增大。

沉降伸缩缝的缝宽—般为2~3cm。

浆砌挡土墙的沉降伸缩缝内可用胶泥填塞，但在渗水量大、冻害严重的地区，宜用沥青麻筋或沥青木板等材料，沿墙内、外顶三边填塞，填深不宜小于5m；

当墙背为填石且冻害不严重时，可仅留空隙，不嵌填料。

3.静止土压力的计算公式

朗肯主动土压力计算：

1.无粘性土

2.粘性土

4.有地震作用下的土压力为

，其中为地震角

因此有

由式（7-39）和（7-40）：

抗滑稳定性验算公式：

抗倾覆稳定性验算公式：

5.

（1）减少土的压力：

（2）增加墙踵的悬臂长（在原基础底板墙踵后面加设抗滑拖板、在原基础底板墙踵部分加长）（3）提高基础抗滑能力（基础底板做成倾斜面、设置防滑键、增加摩擦系数μ值，提高挡土墙抗滑能力）。

6.用于路基补强，使粒状填料与网格互相锁合在一起，形成稳定的平面，防止填料下陷，并可将垂直载苛分散，地理条件恶劣地区可采用多层补强；

2.铺于堤坝及路基填土中能增加它的稳定性，减少占地面积；

3.用于路面补强，使网格与路面材料掺合在一起，可以有效地分散传递载荷，防止路面裂纹；

4.可承受一定冲击载荷；

5.可承受较大的交变载荷；

6.缩短工程建设周期；

7.在恶劣环境条件下，也能施工；

8.可防止翻浆造成的路面沉陷和裂纹；

9.可减少路面材料用量；

10.加快施工速度。

7.加筋土挡土墙是依靠拉筋与填料之间的摩擦力来拉住墙面，用来支挡路基填土或山坡坡体的墙式结构物。

通过了解加筋土挡土墙的型式、构造、特点和工作原理，能够准确的布置和使用加筋土挡土墙。

加筋土挡土墙是一种由竖直墙面（面板）、水平拉筋和墙内填料三部分组成的加筋体。

它通过拉筋与填料之间的摩擦力，拉住墙面，阻止填料塌落，以形成一个整体的复合结构，再依靠其自重抵抗墙后的土压力作用。

加筋土挡土墙，材料消耗少，施工较简便，外形美观，占地少，对地基的承载力要求也较低，有良好的抗震性能，因而常较其他类型的挡土墙经济，适用于路肩墙和路堤墙。

二．

1、初拟尺寸

按照已知的设计资料，初步拟定挡土墙的尺寸为三种，均为重力式挡土墙，设计的尺寸如下图所示：

图1重力式挡土墙类型一（路堑）

图2重力式挡土墙类型二（路堤）

其中桩号K4+300,K4+420处的挡土墙横断面为重力式挡土墙类型一（路堑），K4+330，K4+370,K4+400处的挡土墙横断面尺寸为重力式挡土墙类型二（路堤）。

2、挡土墙土压力计算

2.1、桩号K4+300处的挡土墙土压力计算

桩号K4+300处的挡土墙情况如图4所示：

图4

2.1.1、主动土压力计算：

路左：

Ea=

=Ka

=0.5×

18.62×

3.12×

=33.66KN/m

路右：

22×

=12.47KN/m

式中：

Ka—库仑主动土压力系数；

—填土的容重（KN/m3）；

H—墙背高度（m）;

φ—墙背的内摩擦角（。

）;

δ—墙背摩擦角（。

β—填土表面的倾角（。

α—墙背倾角（。

）墙背俯斜时为正,仰斜时为负。

主动土压应力沿墙高呈三角形分布，土压力作用点为离墙踵高度为H/3，方向与墙背的法线成δ角，与水平方向成δ+α角。

2.1.2、被动土压力计算：

路左：

Ep=

=Kp

=819.56KN/m

路右：

=195.52KN/m

Kp—库仑被动土压力系数；

2.2、桩号K4+330处的挡土墙土压力计算

桩号K4+330处的挡土墙情况如图5所示：

图5

2.2.1、主动土压力计算：

β=1·

=0.5×

7.52×

=185.65KN/m

墙前主动土压力：

Ea=cosβ

=Ka

=0.5×

3.092×

0.993×

=19.61KN/m

=Ka

=0.5×

1.752×

0.996×

=6.25KN/m

2.2.2、被动土压力计算：

=825.19KN/m

墙前被动土压力：

EP=cosβ

=KP

=384.52KN/m

=128.95KN/m

2.3、桩号K4+370处的挡土墙土压力计算

桩号K4+370处的挡土墙情况如图6所示：

图6

2.3.1、主动土压力计算：

92×

=267.33KN/m

2.812×

0.988×

=16.40KN/m

112×

=399.35KN/m

3.122×

0.995×

=19.92KN/m

2.3.2、被动土压力计算：

=1188.27KN/m

=321.65KN/m

=1775.09KN/m

=408.29KN/m

2.4、桩号K4+400处的挡土墙土压力计算

桩号K4+400处的挡土墙情况如图7所示：

图7

2.4.1、主动土压力计算：

=0.5×

62×

=118.81KN/m

2.162×

=9.58KN/m

72×

=161.72KN/m

1.882×

=7.21KN/m

2.4.3、被动土压力计算：

=528.11KN/m

=194.16KN/m

=718.83KN/m

=148.91KN/m

2.5、桩号K4+420处的挡土墙土压力计算

桩号K4+420处的挡土墙情况如图8所示：

图8

2.5.1、主动土压力计算：

32×

=31.13KN/m

=12.47KN/m

2.5.2、被动土压力计算：

=693.90KN/m

3、挡土墙稳定性验算（右侧最高断面处挡土墙）

3.1、用容许应力法进行验算

图8

荷载组合Ⅰ:

路右:

Ea=399.35KN/m；

墙前主动土压力：

Ea=19.92KN/m

Ep=1775.06KN/m；

墙前被动土压力：

Ep=408.29KN/m

3.1.1、稳定性验算

1）、抗滑稳定性验算

=

=2.05≥1.3

所以，抗滑稳定性满足要求。

∑N-作用于基底的竖向力的代数和（KN）:

∑N=G+Ey;

Ex-墙背主动土压力的水平分力；

Ep-墙前被动土压力；

μ-基底摩擦系数。

主要组合时，抗滑稳定系数不应小于1.3；

附加组合时，不应小于1.2；

考虑偶然组合时，不小于1.1。

2）、抗倾覆稳定性验算

=2.20≥1.5

所以，抗倾覆稳定性满足要求。

∑My-各力系对墙址的稳定力矩之和（KN.m）,即：

∑My-GZG+EyZy+EpZEP;

∑M0-ExZx;

ZG,Zy,Zx,ZEP-相应各力对墙址的力臂。

抗倾覆稳定系数不应小于1.5，考虑附加组合时，不应小于1.3，考虑偶然组合时不应小于1.1。

3.1.2、基底应力及合力偏心距验算

作用于基底合力的法向分力为∑N，它对墙踵的力臂为：

=

=KN.m

ZN=

=

=2.60m

合力偏心距为：

e=B/2-ZN

=4.58/2-1.75

=0.54m≤B/6=4.58/6=0.76m

所以，偏心距满足要求。

基底两边缘点，趾部和踵部的法向应力σ1，σ2为：

=

（1）

=≤[σ]=392KPa及砌体容许压应力700KPa

所以，基底应力满足要求。

3.1.3、墙身截面验算（取墙身一半高处进行验算）

1）、法向应力及偏心距e验算

偏心距e验算：

∑Ni=Gi+Eyi;

=23×

（2×

5.5+0.5×

5.5×

1.29）+399.35×

sin340

=390.42KN/m

∑Myi=GiZGi+EyiZyi;

=2×

23×

1+0.5×

1.29×

2.43+399.35/4×

sin340×

2.86

=421.29KN.m/m

∑Moi=ExiZxi;

=399.35×

cos340×

5.5/3

=151.74KN.m/m

ZNi=;

=

=0.69m

e=Bi/2-ZNi；

=3.29/2-0.69

=0.96m≤0.3Bi=1.05m

所以，偏心距e满足要求。

主要组合时，ei≤0.3Bi,附加组合时，ei≤0.35Bi

法向应力验算：

=

（1）

=KPa≤700Kpa

并且不出现拉应力,所以，法向应力满足要求。

主要组合时，应使最大压应力与最大拉应力不超过圬工的容许应力;

附加组合时，容许应力可提高30%。

2）、剪应力验算

水平方向剪切验算：

τi=≤[τ]

=

=100.63KPa≤[τ]=150KPa

所以，水平方向剪切应力满足要求。