擋土墻計算算例

1、第8章路基防護與支擋合理的路基設計，應在路基位置、橫斷面尺寸、巖土組成等方面進行綜合考慮。為確保路基的強度與穩(wěn)定性，路基的防護，同樣也是不可缺少的工程技術措施。為維護正常的交通運輸，減少公路病害，確保行車安全，保持公路與自然環(huán)境協(xié)調，路基的加固更具有重要意義。路基防護應按照設計施工與養(yǎng)護相結合的原則，根據(jù)當?shù)貧夂颦h(huán)境、工程地質和材料等情況，選用適當?shù)墓こ填愋突虿捎孟鄳木C合措施。為保持結構物兩側土體、物料有一定高差的結構稱為支擋結構。支擋結構在各種土建工程中得到了廣泛的應用，如公路、鐵路、橋臺、水利、港灣工程的河岸及水閘的岸強，建筑工程的地下連續(xù)墻、開挖支撐等。隨著大量土木工程在地形較為復雜的

2、地區(qū)的興建，支擋結構愈加顯得重要。支擋結構的設計，將直接影響到工程的經(jīng)濟效益和安全。路基的支檔結構設計應滿足在各種設計荷載組合下支檔結構的穩(wěn)定、堅固和耐久；結構類型選擇以及位置確定應安全可靠、經(jīng)濟合理、便于施工養(yǎng)護；結構材料應符合耐久、耐腐蝕的要求。8.1 坡面防護路基防護與加固措施，主要有邊坡坡面防護、沿河路堤防護與加固以及濕軟地基的加固處治。本設計路段無不良地質情況，故只對路基采取防護措施。K14+686.256K14+740.000路段為深挖路塹路段，綜合考慮當?shù)貧夂颦h(huán)境、工程地質和材料供應等情況，故在此選用骨架植物防護措施。在骨架植物防護的各種類型中采用水泥混凝土骨植草護坡措施。K14

3、+686.256K14+740.000路段邊坡為土質邊坡，坡度均緩于1：0.75,分別有1:1.0、1:1.5、1:1.75三種。骨架形式為菱形,框架內(nèi)采用植草輔助防護措施。8.2 擋土墻以剛性角較大的墻體支撐填土和物料并保證其穩(wěn)定性的支擋結構稱為擋土墻(簡稱擋墻)；而對于具有一定柔性的結構，如板樁墻、開挖支撐稱為柔性擋土墻或支護結構。本設計路段主要有擋土墻的設計。擋土墻具有阻擋墻后土體下滑，保護路基和收縮坡腳等功能。在路基工程中，擋土墻用來克服地形或地物的限制和干擾，減少土石方、拆遷和占地數(shù)量，防止填土擠壓河床和水流沖刷岸邊，整治坡體下滑等病害。擋土墻的適用范圍：(1)路塹開挖深度較大，山坡

4、陡峻，用以降低邊坡高度，減少山坡開挖，避免破壞山體平衡；(2)地質條件不良，用以抵擋可能坍滑的山坡土體或破碎巖層；(3)為了避免對其它建筑物(如房屋、鐵路、水渠、高壓線等)的干擾或防止多占農(nóng)田；(4)為防止沿河路堤受水流沖刷和淘刷；(5)防止陡坡路堤下滑；(6)路堤填筑高度較大或是陡坡路堤，為減少土石方、拆遷和占地數(shù)量，必須約束坡腳。本設計路段途經(jīng)涓水河畔及其周圍居民區(qū)，在K15+25AK15+32處路線經(jīng)過水塘。綜合考慮各種因素需在以下三處設置擋土墻：K14+740-K14+850(左)、K14+760-K14+860(右)、K15+250.000K15+325(右)。路堤填筑高度最大在K1

5、4+840處，因此設計K14+74AK14+850(左)擋土墻，并驗算K14+840處截面。K14+76AK14+860(右)處為矮路堤墻可根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗設置，其余兩處擋墻參見擋墻圖。相關設計依據(jù)、尺寸及其驗算如下。8.2.1擋土墻工程概況擋土墻技術條件及參數(shù)：(1)地基為中密碎、礫石、中砂，基底摩擦系數(shù)0=0.4,地基承載力特征值f=350Pa(2)填土邊坡為1:m=1:1.5,路基寬度為10m,土路肩寬為0.75m；(3)墻背填料為就地開挖砂性土，重度為V=18kN/ni,填料內(nèi)摩+S角為*=35°；(4)墻體用5.0號砂漿砌30號片石，重度為Y片石=23kN/nt墻背與填土的摩擦

6、角取6=17.5:30號片石5.0號砂漿砌筑的行工砌體極限抗壓強度為1.6MPa；彎曲極限抗拉強度為0.12MPa；抗剪極Bg強度為0.16MPa8.2.2擋土墻設計及其計算根據(jù)擋土墻所在地形、工程地質、水文地質、水文資料、建筑材料、結構用途、結構本身的特征、施工方法，技術經(jīng)濟條件及當?shù)氐慕?jīng)驗，K14+74AK14+850左擋土墻方案選擇俯斜式重力式擋土墻。此類擋墻依靠自重承受土壓力，保持平衡，形式簡單，取材容易，施工簡便，適用于地質情況較好有石料的地區(qū)。樁號K14+820.000處的地形高差最大，路基的填方最高，擋土墻的墻高最大，因此，以K14+820.000處為設計依據(jù)。此處擋土墻的相關尺

7、寸如圖8-1所示。/,3C房子圖81擋土墻示意圖單位：m8.2.2.1 土壓力計算（1） 土層厚度換算車輛荷載作用在擋土墻背填土上所引起的附加土體側壓力可按公路路基設計規(guī)范（JTGD-2004）中式（5.4.2-3）換算成等代均布土層厚度計算：h0=式中：ho換土層厚度（m）;q車輛荷載附加荷載強度，墻高小于2m取20kN/m；墻高大于10m取10kN/m；墻高在210m之間，附加荷載強度用直線內(nèi)插法計算。其他符號意義同前。所以可得q=14.75kN/m2,h0=0.82m（2）破裂面位置驗算假設破裂面位于荷載中部，由路基路面工程（第二版，鄧學均編著）P128得破裂棱體的斷面面積s=A

8、6;tan,B0,其中A。和B。為邊界條件系數(shù)。由圖8-1可推算出：11s=250.2556.26.2tan0.82（6.2tan0.252-0.75）22=7.4824.3tan口所以A-24.3,B0-7.48由路基路面工程（第二版，鄧學均編著）中式（6-10）得：tan幻-tan'-二cottan'-tan')式中：中+5+e=21.8+17.5+35=74.3,所以tan=3.56,cot4=1.43所以tane=0.47(7.59舍去)H6.2=0.47,式中H為擋土墻高。x3=1.6(m)1G413.223=36.8(kN/m)x4=1233.2=2.13(

9、m)3圖8-2擋土墻截面分塊尺寸示意圖x=2.91m,1.5m<x<8.5m,所以假設成立，破裂面交于荷載中部。（2）主動土壓力計算由路基路面工程（第二版，鄧學均編著）中式（6-9）得cos（二）Ea=（Atan二-B）-asin（u）式中Ea墻后主動土壓力（kN/m）；其他符號意義同前。所以Ea=171.82kN墻后主動土壓力的水平分力Ex和Ey分別為：Ex=Eacos(二、)=171.82cos(21.817.5)=132.96(kN/m)Ey=Easin(二、)=171.82sin(21.817.5)=108.83(kN/m)8.2.2.2 擋土墻的自重Gi及重心距墻趾距離x

10、計算1Gi=32523=115(kN/m)G總=252.77(kN/m)8.2.2.3 抗滑穩(wěn)定性驗算（1）用滑動穩(wěn)定方程驗算根據(jù)公路路基設計規(guī)范（JTGD-2004）中式（5.4.3-5）可得滑動穩(wěn)定方程為:1.1GQ1（EyExtan：0-Q2Eptan0）（1.1GQEy）tan:0-qEQ2Ep0式中：G作用于基地以上的重力(kN)；Ep墻前被動土壓力的水平分力(kN),忽略不計；qi,qi主動土壓力分項系數(shù)、墻前被動土壓力分項系數(shù)，可按公路路基設計規(guī)范(JTGD-2004)中表(5.4.2-5)取得；其他符號意義同前。所以有：1.1252.771.4(108.83132.960.31

11、0.4(1.1252.771.4108.83)0.31-1.4132.96=142.54>0,所以抗滑穩(wěn)定性滿足要求。(2)用抗滑穩(wěn)定系數(shù)人驗算根據(jù)公路路基設計規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.3-6)可得抗滑穩(wěn)定系數(shù)Kc為:_'_'N(Ex-Ep)tan：0JEpKc二zEx-Ntan二0式中：N作用于基地上合力的豎向分力(kN);Ep'墻前被動土壓力水平分量的0.3倍(kN);其他符號意義同前。所以有:I,252.77108.83132.960.310.4Kc一1.1.1.1 -(252.77108.83)0.31=7.72>1.3,所以抗滑穩(wěn)定性

12、滿足要求。8.2.2.4 抗傾覆穩(wěn)定性驗算(1)用傾覆穩(wěn)定方程驗算根據(jù)公路路基設計規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.3-7)可得滑動穩(wěn)定方程為：0.8GZgQ1(EyZx-ExZy)Q2EpZp0式中：Zg墻身重力、基礎重力、基礎上填土的重力以及作用于墻頂?shù)钠渌奢d的豎向力合力重心到墻趾的距離(m);Zp墻前被動土壓力水平分量到墻趾的距離(mj);其他符號意義同前。所以有：0.8(1151.9286.250.5814.721.636.82.13)1.4(108.831.87-132.962.28)=158.10>0,所以抗穩(wěn)定性滿足要求。(2)用抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)Ko驗算根據(jù)公路路基設

13、計規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.3-8)可得抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0為：_.,GZgEyZxExZyEpZp)KoExZy式中：符號意義同前。所以有：K0=372.76*203.51=1.90>1.5,所以抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。303.598.2.2.5 合力偏心距及基底應力驗算(1)合力偏心距驗算根據(jù)公路路基設計規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.3-1)可得合力偏心距豉為:Md©0=Nd式中：Md作用于基底形心的彎矩組合設計值(MPa；Nd作用于基底上的垂直力組合設計值(kN/m)。所以有：542Md=132.96(-0.20.5)-108.83(0.750.2-1

14、.6)-115(-0.750.2-1.6)3330.753.286.25(1.6-0.2-75)(1.636.8=307.17(MPa)23Nd=(GgQ1Ey)cos：0Q1ExSin=0=417.86(kN)所以©0=M&=3071=0.74(m)<B(0.8m),其中B為基底寬度，所以合力偏心距滿Nd417.864足要求。(2)基底壓應力仃驗算根據(jù)公路路基設計規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.3-3)可得基底壓應力仃為:e且時，r1612Nd一八,、2-03,1式中：1=B-602叫一一擋土墻趾部的壓應力(MPa；二1擋土墻踵部的壓應力(MPa；其余符號意義

15、同前。2N所以%=-d=323.93MPa>產(chǎn)0(300MPa),350MPa故基底壓應力潴足要求。3：18.2.2.6墻身截面強度和穩(wěn)定驗算為了保證墻身具有足夠的強度和穩(wěn)定性，應根據(jù)經(jīng)驗選擇12個控制斷面進行驗算。本驗算選擇墻身底部截面進行驗算如下：(1)墻身截面強度驗算根據(jù)公路路基設計規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.4-2)計算截面強度時:0Nd<:kAR./f式中：Nd驗算截面上的軸向力組合設計值（kN）;圖8-3驗算截面示意圖%重要性系數(shù)，按公路路基設計規(guī)范（JTGD-2004）中第5.4.2條取(JTGD-2004)中用；f療工構件或材料分項系數(shù)，按公路路基設計規(guī)

16、范表5.4.4-1取用；R.材料抗壓極限強度（kN）；A擋土墻構件的計算截面面積（吊）；外一一軸向力偏心影響系數(shù)，由式（8.225-2）確定；根據(jù)公路路基設計規(guī)范（JTGD-2004）中式（5.4.4-4）得:1-256（包）8B_-k一1 12（曳）2B式中：e0軸向力偏心距（m），由式（822.5-3）確定；B擋土墻計算截面寬度（nj）0根據(jù)公路路基設計規(guī)范（JTGD-2004）中式（5.4.4-5）得:式中：M0在某一類作用（或荷載）組合下，作用（或荷載）對計算截面形心的總力矩（kNm）;N。一一在某一類作用（或荷載）組合下，作用于對計算截面上的軸向力的合力(kN)。所以：M0=132.

17、965-108.83-214.72：i3.2-075-0.2115：11.6-0.2-0.75-332.3=113.21(kNm)113.21310.08N0=11586.25108.83=310.08(kN)B=0.37(m)(0.69m)41-256(e0)81-256(0.37)8275)112(曳)2B112黑2=0.82/Nd=310.08kNE%ARa/Z(1523.81kN),所以強度滿足要求。(2)墻身截面穩(wěn)定驗算根據(jù)公路路基設計規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.4-3)計算穩(wěn)定時：oNd<1-k:kAR./f式中：叫偏心受壓構件在彎曲平面內(nèi)的縱向彎曲系數(shù)，按(8.2.2.5-4)計算確定，軸心受壓構件的縱向彎曲系數(shù)，可采用公路路基設計規(guī)范(JTGD-2004)中表5.4.4-4。其余符號意義同前。根據(jù)公路路基設計規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.4-6)得：11+%(民-3)1+16.-2H.