抗震重力式挡土墙设计.docx

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1、抗震重力式挡土墙设计 地震地区重力式挡土墙设计 （一）基本资料 墙身及基础 填料及地基 挡土墙类型 仰斜式路堑墙 填料种类 重度() 3 /m kN 砂类土 19 墙高()m H 00.3 填料内摩擦角()? 35 墙面坡度 25.0:1 填料与墙背摩擦角 2/? 墙背坡度 25.0:1 基础顶面埋深()m 0.1 砌筑材料 15M 浆砌 40MU 片石 地基土类别重度 ()3/m kN J 密实砂土 21 砌筑材料重度 ()3/m kN t 23 地基承载力特征值 ()kPa f a 220 基地坡度0tan 20.0 基底与地基土摩察系 数1 40.0 圬工砌体间的摩察系 数 70.0 地

2、基土摩擦系数n 70.0 公路等级及荷载强度 片石砂浆砌体强度设计值 公路等级 三级 抗压()MPa f cd 97.0 汽车荷载标准 公路-II 级 轴心抗拉()MPa f td 083.0 弯曲抗拉()MPa f tmd 125.0 直接抗剪()MPa f vd 208.0 已建挡土墙的截面基本尺寸见图1，按公路挡土墙设计与施工技术细则对其进行验算。填土坡土柱水平投影m 495.5，竖直投影m 2。 图1 挡土墙截面基本尺寸 （二）挡土墙自重及重心计算 取单位墙长()m 1，如图2虚线所示，将挡墙截面划分为三部分，截面各部分对应的墙体重量为： ()kN G t 4.4110.36.01=?

3、= ()kN G t 65.1215.01.12=?= ()kN G t 66.212/21.01.13=?= 截面各部分的重心至墙趾()1O 的距离： ()()m Z 3.12/6.025.0325.05.05.01=+?+?+= ()m Z 61.02/1.12/25.05.02=+?= ()()m Z 72.03/06.11.13=+= 单位墙长的自重重力为： ()kN G G G G 71.563210=+= 全截面重心至墙趾的距离： ()()m G G Z G Z G Z Z 12.1/03322110=?+?+?= 图2 挡土墙自重及重心计算图式 （三）后踵点截面处，墙后填土所引起

4、的主动土压力计算 因为没有车辆荷载，所以附加荷载0=q ，即()m h 00= 又因基础埋置较浅，不计墙前被动土压力。 当采用库仑土压力理论计算墙后填土引起的主动土压力时候，计算图式如图3所示。 按公路挡土墙设计与施工技术细则附录3.0.A 条所列土压力计算公式，计算结果如 下： ()?-=-=04.1425.0arctan ?=?+?-?=+=46.382/3504.1435? () tan 2200 -+= h H H dh A 因为0=d ，所以25.0tan =-=A 。 ()()A + -=?tan tan cot tan tan ()()73.025.046.38tan 46.38

5、tan 35cot 46.38tan =+?+?+ ?-=，所以 ?=11.36。 图3 挡土墙土压力计算图式 上式中：-过墙背顶点的竖直面与墙背的夹角()()3见图?，竖直面位于墙背内为正，位于墙背外为负； -填土表面与墙顶水平面的夹角()()3见图?，填土表面位于墙顶水平面之上为正，墙顶表面位于墙顶水平面之下为负； -d 路肩宽度()m ； -破裂角，其计算公式中的()()A +?tan tan cot 项，?90时，取负号。 因为墙后填料为砂性土，所以库仑理论主动土压力系数为： ()()()()() ()16.004.14tan 11.36tan 46.3811.36sin 3511.3

6、6cos tan tan sin cos =?-+?+?+?=+= ?K 0tan tan 1=+= d h 墙顶至后踵点()2O 的墙背高度为：()m H 371=，所以： 1121101=? ? ?-+ =H h H h K 后踵点土压力为： ()m kN KK H E /92.2071.3116.0192 1 2112=?= 由公路挡土墙设计中公式()292-：()() ?+=sin cos W E 可算出破裂棱体自 重：()()()() ()m kN E W /29.623511.36cos 46.3811.36sin 92.20cos sin =?+?+?=+=? 按公路挡土墙设计在

7、挡土墙抗震验算中只考虑破裂棱体W 的水平地震力h P 和挡土墙墙身自重产生的水平地震惯性力h Q 。其中破裂棱体W 的水平地震力h P 按公路挡土墙设计中公式()602-计算： W K C P h Z h = 式中：-Z C 综合影响系数，25.0=Z C ； -h K 水平地震力影响系数，按公路挡土墙设计表32-查取，1.0=h K 。 即： ()m kN P h /6.129.621.025.0=?= 挡土墙墙身自重产生的水平地震惯性力h Q ，按公路挡土墙设计中公式()603-计算: i i h Z i h G K C C Q = 式中：-i C 重要性修正系数，按公路挡土墙设计表42-

8、查取，6.0=i C ； -i G 验算截面以上的墙身圬工重力()kN ； -i 水平地震作用沿墙高的分布系数。 按公路挡土墙设计本设计挡土墙为三级公路挡土墙，不考虑地震作用沿墙高的影响1=i 。 所以当验算基底截面时()kN G G i 71.560=，此时挡土墙墙身自重产生的水平地震惯性力h Q 为：()kN Q h 85.071.5611.025.06.01=?=；当验算基顶截面时()kN G G i 4.411=，此时挡土墙墙身自重产生的水平地震惯性力h Q 为： ()kN Q h 62.04.4111.025.06.02=?= 单位墙长()m 1上土压力的水平分量： ()()() k

9、N Q P E E h h x 33.2385.06.115.1704.14cos 92.201cos 1=+?+?-?=+?+= 单位墙长()m 1上土压力的竖直分量： ()()()kN E E y 26.115.1704.14sin 92.201sin =?+?-?=?+= 土压力水平分量的作用点至墙趾的距离： ()()m H H K h h h H h H Z y 03.121.003 71 .3323212 1010 =-+=?-+= 土压力竖直分量的作用点至墙趾的距离： ()()m Z B Z y x 32.104.14tan 03.106.1tan 4=?-?-=-= （四）按基础

10、宽、深作修正的地基承载力特征值a f 基础最小埋深（算至墙趾点）： ()()m m h 0.15.1.50.01=+=埋，符合基础最小埋深的规定；按公路挡土墙设 计与施工技术细则式()17.2.5-计算修正后的地基承载力特征值a f ： ()()322211-+-+=h k B k f f a a 式中：-a f 地基承载力特征值，已取定()kPa 220； -B 基础底面宽度，当m B 2时，按m 10计算； -h 基础底面的最小埋置深度()m ，对于受水流冲刷的基础，由一般冲刷线算起；不受水流冲刷者，由天然底面算起；位于挖方区的基础，由开挖后的底 面算起；当m h 3+-+-+P Q x

11、Q y Q P Q x y Q E E E G E E E G 式中：-G 墙身自重、基础重力、基础上填土的重力及作用在墙顶的其他竖向荷载的标准值 ()kN ，浸水挡土墙的浸水部分应计入浮力； -p E 墙前被动土压力标准值的水平分量()kN ，当为浸水挡土墙时，0=p E ； -基底与基底间的摩察系数，当缺乏可靠实验资料时，可按公路挡土墙设计与施工技术细则表2.3.5的规定采用； -21Q Q 、主动土压力分项系数、墙前被动土压力分项系数，按公路挡土墙设计与施工 技术细则表7.1.4的规定采用。 综上，可查得0=p E ；4.0=；40.11=Q ；因为本设计没有计入被动土压力，所以 2Q

12、没有取值，按其值为0计算。即滑动稳定方程应符合： () ()0tan 1.1tan 1.110101 -+x Q y Q x y Q E E G E E G 即：()()()0 44.833.2340.12.026.140.171.561.14.02.033.2326.140.171.561.1=?-?+?+?+?+?kN 符合沿基底倾斜平面滑动稳定方程的规定。 抗滑动稳定系数 竖向力：()kN E G N y 97.5726.171.560=+=+= 抗滑稳定系数：0 0tan tan N E E E E N K x p p x c -+? ?-+= 式中： p E 墙前被动土压力的合力标准值水平分量的3.0倍()kN 。 由于本设计挡土墙不计入墙前被动土压力，所以0= p E 。即： ()()13.22 .097.5733.234.02.033.2397.57tan tan 0 0=?-?+=-+= N E E N K x x c 按公路挡土墙设计第六章第三节（五、地震条件下挡土墙的验算）中规定：由于地震力系特殊力要求可适当放宽抗滑稳定系数c K 不应小于1.1；抗倾覆稳定系数0K 亦不应小于1.1。因为1.113.2=c K 故本设计沿倾斜基底的滑动稳定系数，符合公路挡土墙设计