擋土墻計算算例

1、第8章路基防護與支擋合理的路基設(shè)計，應(yīng)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(shù)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(diào)，路基的加固更具有重要意義。路基防護應(yīng)按照設(shè)計施工與養(yǎng)護相結(jié)合的原則，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境、工程地質(zhì)和材料等情況，選用適當(dāng)?shù)墓こ填愋突虿捎孟鄳?yīng)的綜合措施。為保持結(jié)構(gòu)物兩側(cè)土體、物料有一定高差的結(jié)構(gòu)稱為支擋結(jié)構(gòu)。支擋結(jié)構(gòu)在各種土建工程中得到了廣泛的應(yīng)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(fù)雜的

2、地區(qū)的興建，支擋結(jié)構(gòu)愈加顯得重要。支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計，將直接影響到工程的經(jīng)濟效益和安全。路基的支檔結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足在各種設(shè)計荷載組合下支檔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、堅固和耐久；結(jié)構(gòu)類型選擇以及位置確定應(yīng)安全可靠、經(jīng)濟合理、便于施工養(yǎng)護；結(jié)構(gòu)材料應(yīng)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(shè)計路段無不良地質(zhì)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(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境、工程地質(zhì)和材料供應(yīng)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、686.256-K14+740.000路段邊坡為土質(zhì)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(jié)構(gòu)稱為擋土墻(簡稱擋墻)；而對于具有一定柔性的結(jié)構(gòu)，如板樁墻、開挖支撐稱為柔性擋土墻或支護結(jié)構(gòu)。本設(shè)計路段主要有擋土墻的設(shè)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，山坡陡

4、峻，用以降低邊坡高度，減少山坡開挖，避免破壞山體平衡；62(2)地質(zhì)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(shè)計路段途經(jīng)涓水河畔及其周圍居民區(qū)，在K15+250K15+32處路線經(jīng)過水塘。綜合考慮各種因素需在以下三處設(shè)置擋土墻：K14+740K14+850(左)、K14+760K14+860(右)、K15+250.000K15+325(右)。路堤填筑高度最大在K14

5、+840處，因此設(shè)計K14+740K14+850(左)擋土墻，并驗算K14+840處截面。K14+760K14+860(右)處為矮路堤墻可根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗設(shè)置，其余兩處擋墻參見擋墻圖。相關(guān)設(shè)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(shù)條件及參數(shù)：(1)地基為中密碎、礫石、中砂，基底摩擦系數(shù)0.4,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=18kN/nt填料內(nèi)摩+S角為35;(4)墻體用5.0號砂漿砌30號片石，重度為片石=23kN/m,墻背與填土的摩擦角取17.5,30號片石

6、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;抗剪極限強度為0.16MPa。1.1 .2擋土墻設(shè)計及其計算根據(jù)擋土墻所在地形、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、水文資料、建筑材料、結(jié)構(gòu)用途、結(jié)構(gòu)本身的特征、施工方法，技術(shù)經(jīng)濟條件及當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗，K14+740-K14+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(zhì)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(shè)計依據(jù)。此處擋土墻的相關(guān)尺寸如圖8-1所示。圖81擋

7、土墻示意圖單位:m1.2 .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(cè)壓力可按公路路基設(shè)計規(guī)范(JTGD2004)中式(5.4.2-3)換算成等代均布土層厚度計算：qho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20kN1/m2;墻高大于10m,取10kN/m2;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/m?,h0=0.82m(2)破裂面位置驗算假設(shè)破裂面位于荷載中部，由路基路面工程(第二版，鄧學(xué)均編著)P128得破裂棱體的斷面面積s=A°tan小B。，其中A。和B

8、。為邊界條件系數(shù)。由圖8-1可推算出：1 1S250.2556.26.2tan0.82(6.2tan0.2520.75)2 27.4824.3tan所以424.3,B07.48由路基路面工程(第二版，鄧學(xué)均編著)中式(6-10)得:62tantancottantan)式中：21.817.53574.3,所以tan3.56,cot1.43所以tan0.47(7.59舍去)又tan0.47，式中H為擋土墻高。H6.2x2.91m,1.5mx8.5m,所以假設(shè)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(xué)均編著)中式(6-9)得Ea(AtanB)COs)sin()式中Ea

9、墻后主動土壓力(kN/m);其他符號意義同前所以Ea171.82kN墻后主動土壓力的水平分力Ex和Ey分別為：ExEacos()171.82cos(21.817.5)132.96(kN/m)EyEasin()171.82sin(21.817.5)108.83(kN/m)2擋土墻的自重Gi及重心距墻趾距離x計算圖8-2擋土墻截面分塊尺寸示意圖8.2.2.1Gi-2523115(kN/m)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(shè)計規(guī)范(JTGD-2004)中表(5.4.25)取得；其他符

10、號意義同前。所以有：1.1252.771.4(108.83132.960.310.4(1.1252.771.4108.83)0.311.4132.96142.540,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(shè)計規(guī)范(JTGD2004)中式(5.4.3-6)可得抗滑穩(wěn)定系數(shù)Kc為：N怎Ep)tan0EpKcZZkN);0.3倍(kN);ExNtan0式中：N作用于基地上合力的豎向分力(Ep墻前被動土壓力水平分量的p其他符號意義同前。所以有：Kc252.77108.83132.960.310.4132.96(252.77108.83)0.317.721.3,所以抗滑穩(wěn)定性滿足

11、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(shè)計規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.37)可得滑動穩(wěn)定方程為：0.8GZgQ1(EyZxExZy)Q2EpZp0式中：Zg墻身重力、基礎(chǔ)重力、基礎(chǔ)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(m);其他符號意義同前。所以有：0.8(1151.9286.250.5814.721.636.82.13)1.4(108.831.87132.962.28)158.100,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(shè)計規(guī)范(JTGD-20O

12、4)中式(5.4.3-8)可得抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)Ko為:62KoGZgEyZxExZyEpZp)所以有：Ko372.76203.51303.591.901.5,所以抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。ExZy式中：符號意義同前8.2.2.5合力偏心距及基底應(yīng)力驗算(1)合力偏心距驗算根據(jù)公路路基設(shè)計規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.3-1)可得合力偏心距eo為：Mde0Nd式中：Md作用于基底形心的彎矩組合設(shè)計值(MPa);Nd作用于基底上的垂直力組合設(shè)計值(kN/m)。所以有：542Md132.96(-0.20.5)108.83(-0.750.21.6)115(-0.750.21.6)3330.753.

13、286.25(1.60.20-12)匹)36.8307.17(MPa)23Nd(GgQ1Ey)cos0Q1Exsin0417.86(kN)所以備町307衛(wèi)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(yīng)力驗算根據(jù)公路路基設(shè)計規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.33)可得基底壓應(yīng)力為：eB時，2Nd311擋土墻趾部的壓應(yīng)力(MPa);1擋土墻踵部的壓應(yīng)力(MPa；其余符號意義同前。2N所以1-323.93MPa0(300MPa),350MRi,故基底壓應(yīng)力潴足要求。318.2.2.6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

14、性，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗選擇12個控制斷面進行驗62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(shè)計規(guī)范（JTGD-2004）中式（5.4.4-2）計算截面強度時：oNdkAR/f式中：Nd驗算截面上的軸向力組合設(shè)計值（kN）；圖8-3驗算截面示意圖o重要性系數(shù)，按公路路基設(shè)計規(guī)范（JTGD-2004）中第5.4.2條取用；f療工構(gòu)件或材料分項系數(shù)，按公路路基設(shè)計規(guī)范（JTGD-2004）中表5.4.4-1取用；R材料抗壓極限強度（kN）;A擋土墻構(gòu)件的計算截面面積（mn）;k軸向力偏心影響系數(shù)，由式（8.2.2.52）確定；根據(jù)公路路基設(shè)計規(guī)范（JTGD-2004）中式（

15、5.4.4-4）得:1256（包）8ke2112（包）2B式中：e0軸向力偏心距（m）,由式（8.2.2.5-3）確定；B擋土墻計算截面寬度（m）。根據(jù)公路路基設(shè)計規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.4-5)得:e0式中：Mo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);No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：0.7523.20.21151.60.20.7523No310.08(kN)113.21(kNm)11586.25108.83e0MoNo113.21310.08”,、B,0.37(m)(0.69m)4620N

16、d1256(e°-)8112(曳)2B310.08kN0.3781256(不)決0.82112(絲7)22.75kAR/f(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(shè)計規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.43)計算穩(wěn)定時:0NdkkAR/f式中：k偏心受壓構(gòu)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(JTG42004)定，軸心受壓構(gòu)件的縱向彎曲系數(shù)，可采用公路路基設(shè)計規(guī)范中表5.4.4-40其余符號意義同前。根據(jù)公路路基設(shè)計規(guī)范(JTGD-2004)中式(5.4.4-6)得:12s(s3)11612H式中:,H為墻局(m);s與材料有關(guān)的系數(shù)，按公路路基設(shè)計規(guī)范(JTGD-2004)中表5.4.4-3采用；其余符號意義同前。所以：2HB經(jīng)3.642.7512e01s(s3)11670B10,002(3.643)1161.000.372.75kAR/f1.000.822.751.6103/2.311561.90NdkkAR/f成立，所以穩(wěn)定性滿足要求。