重力式擋土墻設計計算書教學版

1、擋土墻設計計算書教學版擋土墻設計計算書1 工程概況擋土墻是用來支撐天然邊坡或人工邊坡以保持土體穩(wěn)定的建筑物。按照墻的形式，擋土墻可以分為重力式擋土墻，加筋擋土墻。錨定式擋土墻，薄壁式擋土墻等形式。本設計采用重力式擋土墻。2 擋土墻設計資料1.漿砌片石重力式路堤墻，填土邊坡1:1.5 ，墻背仰斜，坡度1:0.15-1:0.35 。2.公路等級二級，車輛荷載等級為公路II 級，擋土墻荷載效應組合采用荷載組合I 、II。3，計算內摩擦角42 ，填土與墻背間的內摩擦3.墻背填土容重17.8kN m角 /2=21 。4.地基為砂類土，容許承載力 =810kPa ，基底摩擦系數(shù) 0.43 。35.墻身材料

2、采用5 號砂漿砌30 號片石，砌體a =22kN/m ，砌體容許壓應力為a600 kPa ，容許剪應力=100kPa ，容許拉應力wl =60 kPa 。3 確定計算參數(shù)擋墻高度 H=4m填土高度 a=2m墻面傾斜坡度： 1:0.25墻背傾斜坡度： 1:0.25墻底傾斜坡率： 0擴展墻趾臺階： 1 級臺階，寬b1=0.3m ，高 h1=0.5m 。填土邊坡坡度 為 1:1.5；填土內摩擦 角：042，填土與墻背間的摩擦角.1.擋土墻設計計算書教學版/221；墻背與豎直平面的夾角arctan 0.2514. 0363墻背填土容重17.8kN/m3地基土容重：17.7kN/m擋土墻尺寸具體見圖1.

3、1。圖 1.1 擋土墻尺寸4 車輛荷載換算6. 試算不計車輛荷載作用時破裂棱體寬度h 0(1) 不計車輛荷載作用0假定破裂面交于荷載內側，計算棱體參數(shù)AB ：0 、01121218A0(aH 2h)(a H )( a H )(24)0222112a) tan11B 0abH (H2 34(42 2) tan( 14.36)72222AB700.389A1804214.0362148.964；tantan(cottan )(tanA)tan 48.964(cot 42tan 48 .964 )(tan 48. 9640.389)0.7152.擋土墻設計計算書教學版40.253則：arctan 0

4、.715 35 .57 arctan 33. 69 2 4計算車輛荷載作用時破裂棱體寬度值B：B(Ha)tanH tanb(42)0.7154tan( 14.036 )30.29m由于路肩寬度d=1.5mB=0.29m ，所以可以確定破裂面交與荷載內側。(2) 計算主動土壓力及其作用位置cos+tancos 33.69+42tan33.69tanK =tan=sin 33.69+48.96sin+（hd1.53. 226m1tantan0. 7150.25hba tan3 2 0.7153.376 m3tantan0.7150.252ah2h h227.0K3)041(121(1441H)2H

5、2H最大主動土壓力：12*0.115*0.312=5.11 Kn2E=HKK=0.5*17.8*421土壓力的水平和垂直分力為：EE cos=5.11*cos(-14.036+21)=5.07xEE sin=5.11*sin(-14.036+21)=0.62y作用位置：Ha(Hh2h h (3h2H )Z y)3304423HK 1242(43.376)00.390m23340.31214.04） =0.11514.37Z xBZ Y tan0.291.39 tan(14.037 )0. 64m.4.2 計車輛荷載作用時破裂棱體寬度3.擋土墻設計計算書教學版5 抗滑穩(wěn)定性驗算為保證擋土墻抗滑穩(wěn)

6、定性，應驗算在土壓力及其他外力作用下，基底摩阻力抵抗擋土墻滑移的能力。在一般情況下：(0.9GEy )0.9G tanE x(1.1)Q10Q1式中： G 擋土墻自重；E ， Ey 墻背主動土壓力的水平與垂直分力；x0 基底傾斜角 ()； 基底摩擦系數(shù)，此處根據(jù)已知資料，0. 43；Q1 主動土壓力分項系數(shù)，當組合為 、 時，Q1 =1.4 ；當組合為 時，Q1 =1.3 。G(140.30.5)2291.3kN / m因此，該擋土墻抗滑穩(wěn)定性滿足要求。6 抗傾覆穩(wěn)定性驗算為保證擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性，需驗算它抵抗墻身繞墻趾向外轉動傾覆的能力，0.9GZ G(E y Z x Ex Zy ) 0(1

7、.2)Q1式中： ZG 墻身、基礎及其上的土重合力重心到墻趾的水平距離(m) ；Zx 土壓力垂直分力作用點到墻趾的水平距離(m)；Zy 土壓力水平分力作用點到墻趾的垂直距離(m)。4.擋土墻設計計算書教學版0.991.30. 9671.4( 3.160 .6425.851. 39)40.82kN07 基底應力及合力偏心距驗算為了保證擋土墻基底應力不超過地基承載力，應進行基底應力驗算；同時，為了避免擋土墻不均勻沉陷，控制作用于擋土墻基底的合力偏心距。(1) 基礎底面的壓應力軸心荷載作用時NpA(1.3)1式中： p 基底平均壓應力(kPa) ；2A 基礎底面每延米的面積，即基礎寬度，B 1.0(

8、 m )；N 每延米作用于基底的總豎向力設計值(kN) ；1N1 (G1EW )cos 01E sin0(1.4)yxGQQ其中： E y 墻背主動土壓力（含附加荷載引起）的垂直分力(kN) ；E x 墻背主動土壓力（含附加荷載引起）的水平分力(kN) ；W 低水位浮力(kN) （指常年淹沒水位）。偏心荷載作用時作用于基底的合力偏心距e 為M(1.5)eN1式中： M 作用于基底形心的彎矩，可按下表采用。作用于基底的合力偏心距e 為：B(1.6)eC2其中：.5.擋土墻設計計算書教學版B=1+0.3=1.3m8.B1.3則e0.576 0.0740.22266所以基礎底面的壓應力滿足要求。(2

9、) 基底合力偏心距基底合力偏心距應滿足表的要求表 1.1 各地基條件下的合力偏心距地基條件合力偏心距地基條件合力偏心距非巖石地基e0 B/6軟土、松砂、一般黏土e0 B/6較差的巖石地基e0 B/5緊密細砂、黏土e0 B/5堅密的巖石地基e0 B/4中密砂、礫石、中砂e0 B/4由以上計算可知，基底合力偏心距滿足要求 。(3) 地基承載力抗力值當軸向荷載作用時p f(1.7)式中： p 基底平均壓應力；f 地基承載力抗力值(kpa) 。當偏心荷載作用時pf(1.8)14.38所以滿足地基承載力要求。6.擋土墻設計計算書教學版8 墻身截面強度驗算為了保證墻身具有足夠的強度，應根據(jù)經驗選擇12 個

10、控制斷面進行驗算，如墻身底部、 1 2 墻高處、上下墻（凸形及衡重式墻）交界處。此處選擇二分之一墻高處進行驗算(1) 強度計算NAR(1.9)jKKK按每延米墻長計算：N0 (N1 N1 )(1.10)jGGQQ式中：N j 設計軸向力(kN) ；0 重要性系數(shù)，取為 1.0 ；N G 、G 恒載（自重及襟邊以上土重）引起的軸向力(kN) 和相應的分項系數(shù)；N 主動土壓力引起的軸向力(kN) ；Q1Q1 主動土壓力引起的軸向力的分項系數(shù)；K 抗力分項系數(shù)，取為2.31；R 材料極限抗壓強度(kpa),=1275kPa ；K2A 擋土墻構件的計算截面積()， A=1 m ；K 軸向力偏心影響系數(shù)

11、。故強度滿足要求。7.擋土墻設計計算書教學版(2) 穩(wěn)定計算NARAjKKKK(1.11)式中：N j 、K、A 、K 意義同式 (3.10) ；K 彎曲平面內的縱向翹曲系數(shù)，按下式計算：1Ks s ( s3) 1 16(e B)(1.12)10s 2H/B ， H 為墻有效高度， B 為墻的寬度 (m) ；一般情況下?lián)跬翂Τ叽绮皇芊€(wěn)定控制，但應判斷是細高墻或是矮墻。當H/B 小于10 時為矮墻，其余則為細高墻。對于矮墻可取K=1，即不考慮縱向穩(wěn)定。此處H/B=4/1=4 1.300滑動穩(wěn)定方程驗算：滑動穩(wěn)定方程滿足:方程值= 15.933(kN) 0.0(二 ) 傾覆穩(wěn)定性驗算相對于墻趾點，

12、墻身重力的力臂Zw = 1.050 (m)相對于墻趾點，Ey 的力臂Zx = 1.543 (m)相對于墻趾點，Ex 的力臂Zy = 1.354 (m)驗算擋土墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)定性傾覆力矩= 47.065(kN-m)抗傾覆力矩= 103.462(kN-m)傾覆驗算滿足: K0 = 2.198 1.500傾覆穩(wěn)定方程驗算：傾覆穩(wěn)定方程滿足:方程值= 39.217(kN-m) 0.0(三 ) 地基應力及偏心距驗算基礎為天然地基，驗算墻底偏心距及壓應力作用于基礎底的總豎向力= 93.198(kN)作用于墻趾下點的總彎矩=56.396(kN-m)基礎底面寬度B = 1.475 (m)偏心距e = 0.1

13、32(m)基礎底面合力作用點距離基礎趾點的距離Zn = 0.605(m)基底壓應力:趾部 =97.208踵部 =29.162(kPa)最大應力與最小應力之比= 97.208 / 29.162 = 3.333作用于基底的合力偏心距驗算滿足:3.擋土墻設計計算書教學版墻趾處地基承載力驗算滿足:壓應力 =97.208 = 972.000(kPa)墻踵處地基承載力驗算滿足:壓應力 =29.162 = 1053.000(kPa)地基平均承載力驗算滿足:壓應力 =63.185 = 810.000(kPa)(四 ) 基礎強度驗算基礎為天然地基，不作強度驗算(五 ) 墻底截面強度驗算驗算截面以上，墻身截面積=

14、 3.719(m2)重量= 81.812 kN相對于驗算截面外邊緣，墻身重力的力臂Zw = 1.050 (m)相對于驗算截面外邊緣，Ey 的力臂Zx = 1.543 (m)相對于驗算截面外邊緣，Ex 的力臂Zy = 1.354 (m) 容許應力法:法向應力檢算:作用于驗算截面的總豎向力= 93.198(kN)作用于墻趾下點的總彎矩=56.396(kN-m)相對于驗算截面外邊緣，合力作用力臂Zn = 0.605(m)截面寬度B = 1.475 (m)偏心距e1 = 0.132(m)截面上偏心距驗算滿足截面上壓應力:面坡 =97.208背坡 =29.162(kPa)壓應力驗算滿足:計算值 = 97

15、.208 = 800.000(kPa)切向應力檢算:剪應力驗算滿足:計算值 = -1.710 = 80.000(kPa) 極限狀態(tài)法 :重要性系數(shù) 0 = 1.000驗算截面上的軸向力組合設計值Nd = 83.878(kN)軸心力偏心影響系數(shù)醟= 0.912擋墻構件的計算截面每沿米面積A = 1.475(m2)材料抗壓極限強度Ra = 1600.000(kPa)圬工構件或材料的抗力分項系數(shù)鉬= 2.3104.擋土墻設計計算書教學版偏心受壓構件在彎曲平面內的縱向彎曲系數(shù)豮= 0.971計算強度時:強度驗算滿足:計算值= 83.878 = 931.604(kN)計算穩(wěn)定時:穩(wěn)定驗算滿足:計算值=

16、83.878 = 904.752(kN)(六 ) 臺頂截面強度驗算土壓力計算計算高度為3.500(m)處的庫侖主動土壓力無荷載時的破裂角= 32.484(度 )按實際墻背計算得到:第 1 破裂角： 32.484( 度 )Ea=28.473 Ex=27.059 Ey=8.864(kN)作用點高度Zy=1.177(m)墻身截面積= 2.975(m2)重量= 65.450 kN強度驗算驗算截面以上，墻身截面積= 2.975(m2)重量= 65.450 kN相對于驗算截面外邊緣，墻身重力的力臂Zw = 0.826 (m)相對于驗算截面外邊緣，Ey 的力臂Zx = 1.259 (m)相對于驗算截面外邊緣

17、，Ex 的力臂Zy = 1.177 (m) 容許應力法:法向應力檢算:作用于驗算截面的總豎向力= 74.314(kN)作用于墻趾下點的總彎矩=33.408(kN-m)相對于驗算截面外邊緣，合力作用力臂Zn = 0.450(m)截面寬度B = 1.200 (m)偏心距e1 = 0.150(m)截面上偏心距驗算滿足截面上壓應力:面坡 =108.515背坡 =15.342(kPa)壓應力驗算滿足:計算值 = 108.515 = 800.000(kPa)切向應力檢算:剪應力驗算滿足:計算值 = -2.222 = 80.000(kPa) 極限狀態(tài)法:重要性系數(shù)0 = 1.000驗算截面上的軸向力組合設計

18、值Nd = 66.882(kN)5.擋土墻設計計算書教學版軸心力偏心影響系數(shù)醟= 0.841擋墻構件的計算截面每沿米面積A = 1.200(m2)材料抗壓極限強度Ra = 1600.000(kPa)圬工構件或材料的抗力分項系數(shù)鉬= 2.310偏心受壓構件在彎曲平面內的縱向彎曲系數(shù)豮= 0.960計算強度時:強度驗算滿足:計算值= 66.882 = 699.253(kN)計算穩(wěn)定時:穩(wěn)定驗算滿足:計算值= 66.882 1.300滑動穩(wěn)定方程驗算：滑動穩(wěn)定方程滿足:方程值= 15.933(kN) 0.06.擋土墻設計計算書教學版(二 ) 傾覆穩(wěn)定性驗算相對于墻趾點，墻身重力的力臂Zw = 1.0

19、50 (m)相對于墻趾點，Ey 的力臂Zx = 1.543 (m)相對于墻趾點，Ex 的力臂Zy = 1.354 (m)驗算擋土墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)定性傾覆力矩= 47.065(kN-m)抗傾覆力矩= 103.462(kN-m)傾覆驗算滿足: K0 = 2.198 1.500傾覆穩(wěn)定方程驗算：傾覆穩(wěn)定方程滿足:方程值= 39.217(kN-m) 0.0(三 ) 地基應力及偏心距驗算基礎為天然地基，驗算墻底偏心距及壓應力作用于基礎底的總豎向力= 93.198(kN)作用于墻趾下點的總彎矩=56.396(kN-m)基礎底面寬度B = 1.475 (m)偏心距e = 0.132(m)基礎底面合力作用點距

20、離基礎趾點的距離Zn = 0.605(m)基底壓應力:趾部 =97.208踵部 =29.162(kPa)最大應力與最小應力之比= 97.208 / 29.162 = 3.333作用于基底的合力偏心距驗算滿足:墻趾處地基承載力驗算滿足:壓應力 =97.208 = 972.000(kPa)墻踵處地基承載力驗算滿足:壓應力 =29.162 = 1053.000(kPa)地基平均承載力驗算滿足:壓應力 =63.185 = 810.000(kPa)(四 ) 基礎強度驗算基礎為天然地基，不作強度驗算(五 ) 墻底截面強度驗算驗算截面以上，墻身截面積= 3.719(m2)重量= 81.812 kN相對于驗算

21、截面外邊緣，墻身重力的力臂Zw = 1.050 (m)相對于驗算截面外邊緣，Ey 的力臂Zx = 1.543 (m)相對于驗算截面外邊緣，Ex 的力臂Zy = 1.354 (m)7.擋土墻設計計算書教學版 容許應力法:法向應力檢算:作用于驗算截面的總豎向力= 93.198(kN)作用于墻趾下點的總彎矩=56.396(kN-m)相對于驗算截面外邊緣，合力作用力臂Zn = 0.605(m)截面寬度B = 1.475 (m)偏心距e1 = 0.132(m)截面上偏心距驗算滿足截面上壓應力:面坡 =97.208背坡 =29.162(kPa)壓應力驗算滿足:計算值 = 97.208 = 800.000(

22、kPa)切向應力檢算:剪應力驗算滿足:計算值 = -1.710 = 80.000(kPa) 極限狀態(tài)法 :重要性系數(shù) 0 = 1.000驗算截面上的軸向力組合設計值Nd = 130.477(kN)軸心力偏心影響系數(shù)醟= 0.912擋墻構件的計算截面每沿米面積A = 1.475(m2)材料抗壓極限強度Ra = 1600.000(kPa)圬工構件或材料的抗力分項系數(shù)鉬= 2.310偏心受壓構件在彎曲平面內的縱向彎曲系數(shù)豮= 0.971計算強度時:強度驗算滿足:計算值= 130.477 = 931.604(kN)計算穩(wěn)定時:穩(wěn)定驗算滿足:計算值= 130.477 = 904.752(kN)(六 )

23、臺頂截面強度驗算土壓力計算計算高度為3.500(m)處的庫侖主動土壓力無荷載時的破裂角= 32.484(度 )按實際墻背計算得到:第 1 破裂角： 32.484( 度 )Ea=28.473 Ex=27.059 Ey=8.864(kN)作用點高度Zy=1.177(m)墻身截面積= 2.975(m2)重量= 65.450 kN強度驗算驗算截面以上，墻身截面積= 2.975(m2)重量= 65.450 kN8.擋土墻設計計算書教學版相對于驗算截面外邊緣，墻身重力的力臂Zw = 0.826 (m)相對于驗算截面外邊緣，Ey 的力臂Zx = 1.259 (m)相對于驗算截面外邊緣，Ex 的力臂Zy =

24、1.177 (m) 容許應力法:法向應力檢算:作用于驗算截面的總豎向力= 74.314(kN)作用于墻趾下點的總彎矩=33.408(kN-m)相對于驗算截面外邊緣，合力作用力臂Zn = 0.450(m)截面寬度B = 1.200 (m)偏心距e1 = 0.150(m)截面上偏心距驗算滿足截面上壓應力:面坡 =108.515背坡 =15.342(kPa)壓應力驗算滿足:計算值 = 108.515 = 800.000(kPa)切向應力檢算:剪應力驗算滿足:計算值 = -2.222 = 80.000(kPa) 極限狀態(tài)法 :重要性系數(shù) 0 = 1.000驗算截面上的軸向力組合設計值Nd = 104.

25、039(kN)軸心力偏心影響系數(shù)醟= 0.841擋墻構件的計算截面每沿米面積A = 1.200(m2)材料抗壓極限強度Ra = 1600.000(kPa)圬工構件或材料的抗力分項系數(shù)鉬= 2.310偏心受壓構件在彎曲平面內的縱向彎曲系數(shù)豮= 0.960計算強度時:強度驗算滿足:計算值= 104.039 = 699.253(kN)計算穩(wěn)定時:穩(wěn)定驗算滿足:計算值= 104.039 1.300滑動穩(wěn)定方程驗算最不利為：組合1( 組合 1)滑動穩(wěn)定方程滿足:方程值= 15.933(kN) 0.0(二 ) 傾覆驗算安全系數(shù)最不利為：組合1( 組合 1)抗傾覆力矩= 103.462(kN-M),傾覆力矩= 47.065(kN-m)。傾覆驗算滿足: K0 = 2.198 1.500傾覆穩(wěn)定方程驗算最不利為：組合1( 組合 1)傾覆穩(wěn)定方程滿足:方程值= 39.217(kN-m) 0.0(三 ) 地基驗算作用于基底的合力偏心距驗算最不利為：組合1( 組合 1)作用于基底的合力偏心距驗算滿足:墻趾處地基承載力驗算最不利為：組合1( 組合 1)墻趾處地基承載力驗算滿足:壓應力