路基擋土墻設(shè)計

第三章路基擋土墻設(shè)計3.1設(shè)計資料與要求從K0+660?K0+840的路基橫斷面圖可以得知，K0+700處斷面的路基邊坡最高，故先在此斷面上布置擋土墻，以確定擋土墻的修建位置、基礎(chǔ)形式與埋置深度、墻身斷面尺寸等。采用兩種方案進(jìn)行計算。3.2、方案13.2.1設(shè)計資料與技術(shù)要求根據(jù)沿線土質(zhì)情況，并參考規(guī)范得出設(shè)計資料和技術(shù)要求如表3-1：表3-1設(shè)計資料墻身及基礎(chǔ)填料及地基擋土墻類型仰斜式路肩墻填料種類重度y(kN/m3)砂類土19墻高H(m)5.00填料內(nèi)摩阻角435墻面坡度1:0.25(°)填料與墻背摩擦角5墻背坡度1:0.25基礎(chǔ)頂面埋深(m)0.80砌筑材料M5漿砌地基土類別重度密實砂類土MU50片石y寸(kN/m3)21砌筑材料的重度y1(kN/m3)地基坡度tana230.20地基土承載力特征值fu(kN)基底與地基土摩4000.400塢工砌體間的摩陌=皿 0.70擦系數(shù)R公路等級及荷載強(qiáng)度擦系數(shù)Ri地基土摩擦系數(shù)0.80Rn片石砂漿砌體強(qiáng)度設(shè)計值公路等級一級抗壓細(xì)（MPa）0.71汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)公路I-級軸心抗拉ftd（MPa）0.048墻頂護(hù)欄荷強(qiáng)度qL（kN/m2）7彎曲抗拉fmd（MPa）0.072直接抗剪fvd（MPa）0.120擬定擋土墻的截面尺寸見圖3-1,試按本細(xì)則的規(guī)定對其進(jìn)行驗算:圖3-1擋土墻布置圖3.2.2擋土墻自重及重心計算取單位墻長（1m），如圖3-2所示，將擋土墻截面劃分為三部分，截面各部分對應(yīng)的墻體重量為：圖3-2擋土墻橫斷面圖G1=y1x1.2x5.0x1=138.0（kN）G2=y1x1.5x0.5x1=17.25（kN）G3=y1x1.5x0.29/2=5.0（kN）截面各部分的重心至墻趾（,）的距離為：Z1=0.3+0.25x0.5+（5x0.25+1.2）/2=1.65（m）Z2=0.5x0.25/2+1.5/2=0.81（m）Z3=（1.5+1.43）/3=0.98（m）單位墻長的自重重力為：G=§+G2+G3=160.25（kN）全截面重心至墻趾的距離為：Z=（Z+G+ZxG+ZxG）/G=1.54（m）

。 1 1 2 2 3 3 。3.2.3附加荷載標(biāo)準(zhǔn)值后踵點界面處，墻后填土和車輛荷載所引起的主動土壓力計算按規(guī)范的規(guī)定，當(dāng)墻身高度為5m時，附加荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：q=16.25（kN/m2）換算等代均布土層厚度為：h=q=1625=0.86（m）0y19因為基礎(chǔ)埋置較淺，不計墻前被動土壓力。當(dāng)采用庫倫土壓力理論計算墻后填土和車輛荷載引起的主動土壓力時，其計算圖示如圖3-3所示。圖3-3擋土墻土壓力計算圖示按土壓力計算公式，計算結(jié)果如下：因為d=0，所以A=—tana=0.25所以：0=36.11。墻頂至后踵點（o2）的墻背高度為：H=5.79（m）后踵點土壓力為：E=2yKKH2=2x19x0.16x1.3x5.792=66.24（kN/m3）單位墻長（1m）上土壓力的水平分量：E=Ecos（a+5）x1=66.24cos114.04。+17.5。1<1=66.12（kN）單位墻長（1m）上土壓力的豎直分量：E=Esin（a+5）x1=66.24cos（14.04。+17.5。1<1=4.00（kN）土壓力水平分量的作用點至墻趾的距離：7 Hh 5.79 0.86Z=—+—^—AH= + —0.29=1.86（m）y 3 3K 3 3x1.3土壓力豎直分量的作用點至墻趾的距離：Z=B4—Z+AH）ana=1.43—（1.86+0.29）tan（—14.04。）=1.97（m）3.2.4修正的地基承載力特征值按基礎(chǔ)寬、深作修正的地基承載力特征值fa基礎(chǔ)最小深度（算至墻趾點）：h.=0.8+H2=0.8+0.5=1.3（m）>1.0（m）符合基礎(chǔ)最小埋深的規(guī)定：但h.<3.0（m），且基礎(chǔ)寬度B1=1.43<2.0（m），所以修正后的地基承載力特征值fa等于地 基承載力特征值fa。

當(dāng)采用荷載組合H時，地基承載力特征值提高系數(shù)K=1.0,所以/'=1.0x400=400(kPa)a驗算地基承載力時，計入作用在擋土墻頂面的護(hù)欄荷載強(qiáng)度0與車輛附加荷載標(biāo)準(zhǔn)值0,基底L應(yīng)力計算的力系圖式如圖3-4。圖3-4擋土墻基底應(yīng)力驗算力系圖式( 143)1.97-——66.12x：1.86+些］1 2JL 2)=29.48(kN-m)( 143)1.97-——66.12x：1.86+些］1 2JL 2)=29.48(kN-m)作用于傾斜基底的垂直力：=188.61(kN)傾斜于基底合力的偏心距為:M kNk=|嵩卜°質(zhì)林*峭g3(m)( 1.43：1.43、+16.25x0.7x1.43)160.25x1.54-——+7x0.5x1.925-2.525-L 2;2；2)在地基承載力計算中，基礎(chǔ)的作用效應(yīng)取正常使用極限狀態(tài)下作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合。作用于基底形心處的彎矩：+4.0x偏心距驗算符合規(guī)定。3.2.6地基承載力驗算八N(6e}188.61L.0.156)八、P=—1+—o-= xl+6x =212.0(kPa)maxB\Bj1.46 " 1.46)4V 47“N(6e}188.61( ,0.156)”，八、P=—1—i= xl-6x =46.37(kPa)minB\B) 1.46 " 1.46)4、 47基底最大壓應(yīng)力與地基承載力特征值比較：p=212.0(kPa)<f=400(kPa)max a地基承載力驗算通過。3.2.7滑動穩(wěn)定驗算擋土墻及基礎(chǔ)沿基底平面、墻踵處地基水平面的滑動穩(wěn)定驗算：計算擋土墻及地基穩(wěn)定時，荷載效應(yīng)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下的作用效應(yīng)組合。沿基地平面滑動的穩(wěn)定性驗算，如圖3-5。圖3-5沿?fù)跬翂灼矫婊瑒臃€(wěn)定性驗算圖示不計墻前填土的被動土壓力，即E,=0，計入作用于墻頂?shù)淖o(hù)欄重力。①滑動穩(wěn)定方程應(yīng)符合：1.1G+yE+EtanaN+1.1G+yElana-yE>0

Q1yx0 1 Q1y 0 Q1x按規(guī)范規(guī)定，土壓力作用的綜合效應(yīng)增長對擋土墻結(jié)構(gòu)起不利作用時，yq1=1.4，則有：11.1x(160.25+7x0.5)+1.4x(4.0+66.12x0.2)]x0.4+11.1x(160.25+7x0.5)+1.4x4.0〕x0.2-1.4x66.12=26.28(kN)>0符合沿基底傾斜平面滑動穩(wěn)定方程的規(guī)定。②抗滑動穩(wěn)定系數(shù)N=G0+E+q^x0.5=160.25+4.0+7x0.5=167.75(kN)根據(jù)規(guī)范，荷載組合II時，抗滑動穩(wěn)定系數(shù)Kc>1.3，所以沿傾斜基底的抗滑動穩(wěn)定系數(shù)符合規(guī)定。沿過墻踵點水平面滑動穩(wěn)定性驗算，如圖3-6。計入傾斜基底與水平滑動面之間的土塊重力AN，粘性土粘聚力c=0AN=1.43x0.29x21/2=4.35(kN)滑動穩(wěn)定方程應(yīng)符合1.1G+yq1EL-y切E>0艮即計算結(jié)果符合滑動穩(wěn)定方程的規(guī)定?？够瑒臃€(wěn)定系數(shù)K=(N+AnR=《60.25+7x0.5+4.0+4.35)x0.8=208>13

c E~~66.12 . .符合抗滑動穩(wěn)定系數(shù)的規(guī)定。圖3-6沿墻踵點水平面滑動穩(wěn)定性驗算圖示3.2.8擋土墻繞墻趾點的傾覆穩(wěn)定驗算不計墻前填土的被動土壓力傾覆穩(wěn)定方程應(yīng)符合0.8GZ+yq1(EZ-EZ)>0即：0.8x(160.25x1.54+7.0x0.5x1.925)+1.4x(4.0x1.97-66.12x1.86)=41.67(kN-m)>0計算結(jié)果符合傾覆穩(wěn)定方程的規(guī)定?？箖A覆穩(wěn)定系數(shù)：規(guī)范規(guī)定，荷載組合II時，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0>1.5所以該抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)符合規(guī)定。3.2.9擋土墻強(qiáng)身正截面強(qiáng)度和穩(wěn)定驗算取基頂截面為驗算截面1)基頂截面壓力計算，如圖3-7由墻踵點土壓力的計算結(jié)果：K=0.16,h=0.86(m)基頂截面寬度：與廣B2=1.2(m)基頂截面處的計算墻高為：H=5.0(m)按：K=1+改=1+^086=1.34iH基頂處的土壓力為：E=2yKKH2=2x19x0.16x1.34x52=50.92(kN-m)圖3-7基頂載土壓力計算圖式單位墻長(1m)上土壓力的水平分量：E=Ecos(a+6)=50.92cos(14.04。+17.5。)=50.83(kN)單位墻長(1m)上土壓力的豎直分量：E=Esin(x+5)=50.92sin(14.04。+17.5。)=3.07(kN)土壓力水平分量的作用點至基頂截面前緣的力臂長度：Z=B5-H1tana=1.2-1.88tan(14.04。)=1.67(m)2)基頂截面偏心距驗算截面寬度：B=B=1.2(m)取單位墻長(1m),基頂截面以上墻身自重:N=g=138.0(kN)墻身重心至驗算截面前緣力臂長度：Z=(B4H1tana)/2=1.2-5tan(14.04。^2=1.23(m)墻頂防撞護(hù)欄重量換算集中力：Nl=0.5qL=0.5x7=3.5(kN)護(hù)欄換算集中力至驗算截面前緣的力臂長度：Z=0.25一Htana=1.5(m)Ng=N+NL=138+3.5=141.50(kN)*1=E=3.07(kN)按規(guī)范，查表取綜合數(shù)應(yīng)組合系數(shù)刈e=1.0，并取荷載分項系數(shù)yg=1.2，Y1=1.4，截面形心上的豎向力組合設(shè)計值為：Nd*〈N+Y/N?1.0xG.2x141.5+1.4x3.07)=174.10(kN)基底截面形心處，墻身自重及護(hù)欄重量作用的力矩：=138xG.23-0.6)+3.5xG.5-0.6)=90.09(kN-m)基底截面形心處，墻身自重及護(hù)欄重量作用的力矩：Me=e]Z-§J-EZ=3.07xG.67-0.6)-50.83x1.88=-92.28(kN-m)根據(jù)規(guī)范，分別取作用分項系數(shù)：y廣0.9，yq1=1.4。根據(jù)規(guī)范，取綜合效應(yīng)組合系數(shù)W%=1.0，截面形心上的總力矩組合設(shè)計值：Md*ZC〈gMg+Yq1Me)=0.9x90.09+1.4x(-92.28)=-48.11(kN-m)規(guī)范規(guī)定的合力偏心距容許限值為：L]=0.25B=0.25X12=0.3(m)0 4截面上的軸向力合力偏心距：e=^~d=—48」'=0.28(m)V0.3(m)

0 Ng 174.10符合偏心距驗算要求，應(yīng)驗算受壓構(gòu)件墻身承載力。截面承載力驗算作用于截面形心上的豎向力組合設(shè)計值為：Nd=174.10(kN)按規(guī)范規(guī)定，本擋土墻結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為：y，=1.0查規(guī)范得長細(xì)比修正系數(shù)：Yg=1.3計算構(gòu)件的長細(xì)比：根據(jù)規(guī)范：a=0.002，土=028=0.23s B1.2s則構(gòu)件軸向力的偏心距e0和長細(xì)比p?對受壓構(gòu)件承載力的影響系數(shù):=0.47A=1.0xB=1.2(m2),由基本資料知：fd=0.71(MPa)=710(kN/m2)墻身受壓構(gòu)件抗力效應(yīng)設(shè)計值：vA=0.47x1.2x710=400.44(kN)因為y凡=1.0x174.10=174.10(kN)V400.44(kN),符合規(guī)定，所以截面尺寸滿足承載力驗算要求。正截面直接受剪驗算按規(guī)范要求：yV<Af^+apN計算截面上的剪力組合設(shè)計值：匕=y/=1.4x50.83=71.16(kN)N^=VzcIgNg+yQ1NQ1)=1.0x(0.9x141.5+1.0x3.07)=130.42(kN)由基礎(chǔ)資料得:fd=0.12(MPa)=120(kN/m2),f=0.71(MPa)=710(kN/m2)又：A=1.0xB=1.2(m)可計算得到軸壓比為：N^/^fdA)=130.42/(710x1.2)=0.15查規(guī)范得：ap=0.16Af+apN=1.2x120+0.16x130.42=164.87(kN)>71.16(kN)符合正截面直接受剪驗算要求。3.3方案2第二種方案如下:3.3.1設(shè)計資料墻身構(gòu)造：墻高5m,墻背仰斜坡度：1:0.25(=14°02)墻身分段長度20m,其余初始擬采用尺寸如圖3-8所示；土質(zhì)情況：墻背填土容重y=18kN/m3，內(nèi)摩擦角4=35°；填土與墻背間的摩擦角5=17.5°；地基為巖石地基容許承載力t]=500kPa，基地摩擦系數(shù)f=0.5；墻身材料：砌體容重y=20kN/m3,砌體容許壓應(yīng)力ln]=500kPa，容許剪應(yīng)力L]=80kPa。圖3-8初始擬采用擋土墻尺寸3.3.2破裂棱體位置確定破裂角(。)的計算假設(shè)破裂面交于荷載范圍內(nèi)，則有：根據(jù)路堤擋土墻破裂面交于荷載內(nèi)部時破裂角的計算公式：驗算破裂面是否交于荷載范圍內(nèi)：破裂楔體長度：L=H(tan6+tana)=5x(0.7291-0.25)=2.4m0車輛荷載分布寬度:L=M+Gv-lk+tZ=2xl.8+1.3+0.6=3.5m所以Lq<L,即破裂面交于荷載范圍內(nèi)，符合假設(shè)。3.3.3荷載當(dāng)量土柱高度計算墻高5m,按墻高確定附加荷載強(qiáng)度進(jìn)行計算。按照線性內(nèi)插法，計算附加荷載強(qiáng)度：G=16.25kN/m2,=0.9m7q16.25h=—= =0.9m0Y 18土壓力計算=0+0—1x5.Ox(5.O+0+2.0x0.9)-tarX14。02，)=4.252根據(jù)路堤擋土墻破裂面交于荷載內(nèi)部土壓力計算公式：=18.0x(17.0x0.7291-4.25)-，丫，6。0544”+35。))=4925sin36o05'44"+38028'^E=EcosCc+8)=49.25xcos(i4o02+17o30)=49.14kNxa / 、E=EsinG+5)=49.25xsin^1402+17o30'2.97kNya土壓力作用點位置計算Z=H/3+h/Gk)=5/3+0.9/Gxl.36)=1.59mXI 0 1z一土壓力作用點到墻踵的垂直距離；XI土壓力對墻趾力臂計算基地傾斜，土壓力對墻趾力臂：Z*=Z*1-七=1.59-0.19=1.4mZ=b1-Z*tana=0.98+1.4x0.25=1.33m3.3.6穩(wěn)定性驗算墻體重量及其作用點位置計算：擋墻按單位長度計算，為方便計算從墻趾處沿水平方向把擋土墻分為兩部分，上部分為四邊形，下部分為三角形：V=??H1=0.98x4.48=4.71mG1=V?y1=4.71x20=94.28kNZg1=1/2(H1tana+b「=1.09m匕=1/2xb1xh1=0.5x0.98x0.19=0.093mG2=V?y1=1.86kNZg2=0.651?b=0.651x0.98=0.64m抗滑穩(wěn)定性驗算：傾斜基地0.2：1(a=1118，36〃)，驗算公式：0 。所以抗滑穩(wěn)定性滿足?？箖A覆穩(wěn)定性驗算：所以傾覆穩(wěn)定性不足，應(yīng)采取改進(jìn)措施以增強(qiáng)抗傾覆穩(wěn)定性。重新擬定％=1.02m傾斜基地，土壓力對墻址力臂：Z=1.4mZ=b1+Z*tana=1.02+1.4x0.25=1.37m匕=b」H1=1.02x4.81=4.91mG1=4.91x20=98.12kNZg1=0.5x(H1tana+b)=0.5xC.87tan1402'+1.02)=1.11m匕=0.5氣氣=0.5x1.02x0.19=0.10mG2=0.0969x20=1.94kNZg2=0