从工程实例详述重力式挡土墙设计计算.docx

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1、从工程实例详述重力式挡土墙设计计算 从工程实例详述重力式挡土墙设计计算 刘悦强华南理工大学土木与交通学院 202220222281 摘要：本文主要通过工程实例详述重力式挡土墙的设计计算。 关键词：设计计算 一、引言 在土建工程中，经常用挡土墙来支挡上下高差的土体，而重力式挡土墙是用得较多的一种形式。重力式挡土墙就是利用挡土墙自身的重量，来抵抗较高土体所产生的主动土压力，以满足土体及挡土墙本身的滑移、倾覆和整体稳定的一种挡土墙形式。根据墙背倾角的不同，重力式挡土墙又可细分为仰斜式、竖直式、衡重式、俯斜式和凸形等5种。 二、工程概述 佛山市某道路工程实施过程中，因道路南侧处山体与道路之间落差太大，

2、约57m。该山体地质主要为泥岩，泥岩具有吸水、遇水变粘变滑的特性，在下暴雨后容易造成滑坡。为防止该处山体滑坡,需结合该处路段实际情况设置挡土墙。挡土墙采用竖直式挡土墙结构。 三、设计计算 现以高度为7m的重力式挡土墙为典型截面进行设计计算，执行标准：公路。 计算项目：重力式挡土墙H=7m - 原始条件: 墙身尺寸: 墙身高: 7.000(m) 墙顶宽: 2.000(m) 面坡倾斜坡度: 1:0.250 背坡倾斜坡度: 1:0.000 采用1个扩展墙址台阶: 墙趾台阶b1: 0.600(m) 墙趾台阶h1: 0.900(m) 墙趾台阶与墙面坡坡度相同 墙底倾斜坡率: 0.000:1 物理参数:

3、圬工砌体容重: 23.000(kN/m3) 圬工之间摩擦系数: 0.400 地基土摩擦系数: 0.500 砌体种类: 片石砌体 砂浆标号: 7.5 石料强度(MPa): 30 挡土墙类型: 一般挡土墙 墙后填土内摩擦角: 30.000(度) 墙后填土粘聚力: 0.000(kPa) 墙后填土容重: 19.000(kN/m3) 墙背与墙后填土摩擦角: 17.500(度) 地基土容重: 18.000(kN/m3) 修正后地基土容许承载力: 200.000(kPa) 地基土容许承载力提高系数: 墙趾值提高系数: 1.200 墙踵值提高系数: 1.300 平均值提高系数: 1.000 墙底摩擦系数: 0

4、.500 地基土类型: 土质地基 地基土内摩擦角: 30.000(度) 土压力计算方法: 库仑 坡线土柱: 坡面线段数: 2 折线序号水平投影长(m) 竖向投影长(m) 换算土柱数 1 5.000 5.000 0 2 10.000 0.000 1 第1个: 定位距离0.000(m) 公路-I级 坡面起始距离: 0.000(m) 地面横坡角度: 70.000(度) 墙顶标高: 0.000(m) 挡墙分段长度: 10.000(m) = 第 1 种情况: 组合1 = 组合系数: 1.000 1. 挡土墙结构重力分项系数 = 1.000 2. 墙顶上的有效永久荷载分项系数 = 1.000 3. 墙顶与

5、第二破裂面间有效荷载分项系数 = 1.000 4. 填土侧压力分项系数 = 1.000 5. 车辆荷载引起的土侧压力分项系数 = 1.000 = 土压力计算 计算高度为 7.000(m)处的库仑主动土压力 无荷载时的破裂角 = 20.000(度) 公路-I级 路基面总宽= 10.000(m), 路肩宽=0.000(m) 安全距离=0.500(m) 单车车辆外侧车轮中心到车辆边缘距离= 0.350(m), 车与车之间距离=0.600(m) 经计算得，路面上横向可排列此种车辆 4列 布置宽度= 10.000(m) 布置宽度范围内车轮及轮重列表: 第1列车: 中点距全部破裂体 轮号路边距离(m) 轮

6、宽(m) 轮压(kN) 上轮压(kN) 01 0.500 0.300 15.000 15.000 02 2.300 0.300 15.000 15.000 03 0.500 0.600 60.000 60.000 04 2.300 0.600 60.000 60.000 05 0.500 0.600 60.000 60.000 06 2.300 0.600 60.000 60.000 07 0.500 0.600 70.000 70.000 08 2.300 0.600 70.000 70.000 09 0.500 0.600 70.000 70.000 10 2.300 0.600 70.0

7、00 70.000 第2列车: 中点距全部破裂体 轮号路边距离(m) 轮宽(m) 轮压(kN) 上轮压(kN) 01 3.600 0.300 15.000 15.000 02 5.400 0.300 15.000 15.000 03 3.600 0.600 60.000 60.000 04 5.400 0.600 60.000 60.000 05 3.600 0.600 60.000 60.000 06 5.400 0.600 60.000 60.000 07 3.600 0.600 70.000 70.000 08 5.400 0.600 70.000 70.000 09 3.600 0.6

8、00 70.000 70.000 10 5.400 0.600 70.000 70.000 第3列车: 中点距全部破裂体 轮号路边距离(m) 轮宽(m) 轮压(kN) 上轮压(kN) 01 6.700 0.300 15.000 15.000 02 8.500 0.300 15.000 15.000 03 6.700 0.600 60.000 60.000 04 8.500 0.600 60.000 60.000 05 6.700 0.600 60.000 60.000 06 8.500 0.600 60.000 60.000 07 6.700 0.600 70.000 70.000 08 8.

9、500 0.600 70.000 70.000 09 6.700 0.600 70.000 70.000 10 8.500 0.600 70.000 70.000 第4列车: 中点距全部破裂体 轮号路边距离(m) 轮宽(m) 轮压(kN) 上轮压(kN) 01 9.800 0.300 15.000 15.000 02 11.600 0.300 15.000 0.000 03 9.800 0.600 60.000 50.000 04 11.600 0.600 60.000 0.000 05 9.800 0.600 60.000 50.000 06 11.600 0.600 60.000 0.00

10、0 07 9.800 0.600 70.000 58.333 08 11.600 0.600 70.000 0.000 09 9.800 0.600 70.000 58.333 10 11.600 0.600 70.000 0.000 布置宽度B0=10.000(m) 分布长度L0=20.000(m) 荷载值SG=1881.667(kN) 换算土柱高度 h0 = 0.495(m) 按实际墙背计算得到: 第1破裂角： 20.000(度) Ea=185.336 Ex=176.758 Ey=55.732(kN) 作用点高度 Zy=2.333(m) 墙身截面积 = 20.665(m2) 重量 = 47

11、5.295 kN (一) 滑动稳定性验算 基底摩擦系数 = 0.500 滑移力= 176.758(kN) 抗滑力= 265.513(kN) 滑移验算满足: Kc = 1.502 1.300 滑动稳定方程验算： 滑动稳定方程满足: 方程值 = 112.520(kN) 0.0 (二) 倾覆稳定性验算 相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 2.804 (m) 相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx = 4.350 (m) 相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy = 2.333 (m) 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性 倾覆力矩= 412.436(kN-m) 抗倾覆力矩= 1575.135(kN-m) 倾覆验算满足:

12、K0 = 3.819 1.500 倾覆稳定方程验算： 倾覆稳定方程满足: 方程值 = 896.159(kN-m) 0.0 (三) 地基应力及偏心距验算 基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力 作用于基础底的总竖向力 = 531.027(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=1162.699(kN-m) 基础底面宽度 B = 4.350 (m) 偏心距 e = -0.015(m) 基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 2.190(m) 基底压应力: 趾部=119.628 踵部=124.522(kPa) 最大应力与最小应力之比 = 124.522 / 119.628 = 1.041 作用于基底

13、的合力偏心距验算满足: e=-0.015 1.300 滑动稳定方程验算： 滑动稳定方程满足: 方程值 = 112.520(kN) 0.0 (二) 倾覆稳定性验算 相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 2.804 (m) 相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx = 4.350 (m) 相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy = 2.333 (m) 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性 倾覆力矩= 412.436(kN-m) 抗倾覆力矩= 1575.135(kN-m) 倾覆验算满足: K0 = 3.819 1.500 倾覆稳定方程验算： 倾覆稳定方程满足: 方程值 = 896.159(kN-m) 0.0 (三) 地基应

14、力及偏心距验算 基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力 作用于基础底的总竖向力 = 531.027(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=1162.699(kN-m) 基础底面宽度 B = 4.350 (m) 偏心距 e = -0.015(m) 基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 2.190(m) 基底压应力: 趾部=119.628 踵部=124.522(kPa) 最大应力与最小应力之比 = 124.522 / 119.628 = 1.041 作用于基底的合力偏心距验算满足: e=-0.015 = 0.167*4.350 = 0.725(m) 墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=119.

15、628 = 240.000(kPa) 墙踵处地基承载力验算满足: 压应力=124.522 = 260.000(kPa) 地基平均承载力验算满足: 压应力=122.075 = 200.000(kPa) (四) 基础强度验算 基础为天然地基，不作强度验算 (五) 墙底截面强度验算 验算截面以上，墙身截面积 = 20.665(m2) 重量 = 475.295 kN 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 2.804 (m) 相对于验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx = 4.350 (m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 2.333 (m) 容许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截

16、面的总竖向力 = 531.027(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=1162.699(kN-m) 相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 2.190(m) 截面宽度 B = 4.350 (m) 偏心距 e1 = -0.015(m) 截面上偏心距验算满足: e1= -0.015 = 0.250*4.350 = 1.087(m) 截面上压应力: 面坡=119.628 背坡=124.522(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 124.522 = 1000.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -8.196 = 90.000(kPa) 极限状态法: 重要性系数0 = 1.

17、000 验算截面上的轴向力组合设计值Nd = 531.027(kN) 轴心力偏心影响系数醟= 1.000 挡墙构件的计算截面每沿米面积A = 4.350(m2) 材料抗压极限强度Ra = 1600.000(kPa) 圬工构件或材料的抗力分项系数鉬= 2.310 偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数豮= 0.999 计算强度时: 强度验算满足: 计算值= 531.027 = 3012.584(kN) 计算稳定时: 稳定验算满足: 计算值= 531.027 = 3008.354(kN) (六) 台顶截面强度验算 土压力计算 计算高度为 6.100(m)处的库仑主动土压力 无荷载时的破裂角 = 20.000(度) 公路-I级 路基面总宽= 10.000(m), 路肩宽=0.000(m) 安全距离=0.500(m) 单车车辆外侧车轮中心到车辆边缘距离= 0.350(m), 车与车之间距离=0.600(m) 经计算得，路面上横向可排列此种车辆 4列 布置宽度= 10.000(m) 布置宽度范围内车轮及轮重列表: 第1列车: 中点距全部破裂体 轮号路边距离(m) 轮宽(m) 轮压(kN) 上轮压(kN) 01 0.500 0.300 15.000 15.000 02 2.300 0.300 15.000 15.000 03 0.500 0.600 60.000 60.000