重力式路堤墙课程设计

《土力学地基基础》课程设计题目：重力式路堤墙
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指导教师：***
编写日期：2012.05.16
目录
重力式路堤墙设计 (3)
设计任务书 (3)
一、设计资料 (3)
二、确定设计参数 (3)
设计计算书 (3)
一、主动土压力计算 (3)
二、设计挡土墙截面 (5)
设计图纸 (6)
附录 (8)
参考文献 (9)
致谢 (10)
重力式路堤墙设计
设计任务书
一、设计资料
1. 地层：地基埋置深度不小于1.0m ，持力层为②号土层含砂粉质黏性土层，地基容许承载力R=250kPa 。

2. 载荷资料：车辆荷载换算等代土层厚度为0.84m ，布置在7.5m 全宽路基上。

3. 其他设计参数：填料容重γ=18kN/m 3，035=ϕ。

基底摩擦系数ƒ=0.4，墙身容重γk =22kN/m 3，截面容许应力[σa ]=600kPa ，kPa 50i =τ，2/ϕδ=。

填土边坡1:1.5。

二、确定设计参数
根据给定设计资料，初步确定墙身尺寸如下：挡土墙高H=5m ，墙上填土高度a=2m ，墙背仰斜1:0.25（α=-14°02′），墙面为平行于墙背的直线，墙顶宽1.54m ，墙身分段长10m 。

为增大墙身抗滑稳定性，设置基底按坡度0.2:1内倾。

设计计算书
一、主动土压力计算
1. 破裂角θ
假设破裂面交于载荷内，根据公式计算则有
︒≤︒='︒='︒+'︒-︒=++=9047.3828383017021435δαϕψ
401
.0)
84.0225()25(25
.0)84.02225(5384.0232)2)((tan )22()(2000=⨯++⨯+⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯+⨯=
+++++-++=
h a H a H h a H H d b h ab A α
836
.0)401.047.38(tan )47.38tan 35(cot 47.38tan )
)(tan tan (cot tan tan =+︒⨯︒+︒+︒-=++±-=A ψψϕψθ
则
θ=39.90°
验核破裂面位置如下： 提顶破裂面距墙踵距离为
()()m a H 852.5836.025tan =⨯+=+θ
荷载内边缘距墙踵距离为
m H b 25.425.053tan =⨯+=-α 荷载外缘距墙踵距离为
m b H b 75.115.725.053tan 0=+⨯+=+-α
4.25<
5.852<11.75，故破裂面交于荷载内，与设计相符，可采用所选计算公式。

2. 求主动土压力系数K 和K 1计算如下：
1559.0)25.0836.0()
47.3890.39sin()
3590.39cos()tan (tan )sin()cos(=-︒+︒︒+︒=+++=
αθψθφθK
由于
m a b h 266.225
.0836.0836
.023tan tan tan 3=-⨯-=+-=
αθθ
m h H h 734.234=-=
则
8024.15
734.284.02)52266.21(52212)21(21224031=⨯⨯+⨯-⨯⨯+=+-+
=H h h H h H a K 3. 求主动土压力E 及其作用点位置Z y 主动土压力E 为
kN KK H E 224.638024.11559.05182
1
21212=⨯⨯⨯⨯==
γ 主动土压力的作用点位置Z y 为
m K H H h h h h H a H Z y 747.18024
.153)52734.23(734.284.0)266.25(2353)23()(322
1244023=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯+-⨯+=
-+-+
=
二、设计挡土墙截面
由于墙面平行墙背，基底倾斜0.2:1（α0=11°19′）.通过试算，选墙顶墙宽1.54m 。

1. 计算墙身重G 及其力臂Z G
墙身重G 及其力臂Z G 计算结果，列于表1。

表1墙身重G 及其力臂Z G 计算结果
体积V(m)
自身重G （kN ）
力臂Z G （m ）
25.754.1191.0554.1191.02
2
111=⨯-⨯=-=b H b V
57
.1591=G
36.154
.1476.05125.0476.0125.011=⨯+⨯=+=b H Z G
23
.054.1095.0095.02212=⨯==b V 1.52=G
00
.154.1651.0651.012=⨯==b Z G 48.721=+=V V V
67
.16421=+=G G G
2. 滑动稳定性验算 抗滑稳定系数为
()[]()()[]()30.147.232.11sin 67.16432.115.1703.14cos 224.634.032.115.1703.14sin 224.6332.11cos 67.164sin cos sin cos 0
000>=︒
-︒+︒+︒-⨯⨯︒+︒+︒-+︒⨯=
-+++++=ααδααδααG E f E G K e 3. 倾覆稳定验算
()()N E E x k 11.635.1703.14cos 224.63cos =︒+︒-⨯=+=δα ()()N E E y k 83.35.1703.14sin 224.63sin =︒+︒-⨯=+=δα
因基底倾斜，土压力对墙址O 的力臂改为
m b Z Z y y 453.154.1191.0747.1191.011=⨯-=-=
m Z B Z Y x 903.125.0747.154.1952.0tan 11=⨯+⨯=-=α
则
30
.150.2453
.111.63903
.183.300.11.536.157.1591
1
22110>=⨯⨯+⨯+⨯=
++=y x x y G G Z E Z E Z G Z G K
稳定性验算的结果表明，断面尺寸由滑动控制，上述估计符合实际。

4. 基底应力验算
()
m B
m E G G Z E Z E Z G Z G b Z B
e y
y x x y G G N 245.06100.083
.31.557.159453
.111.63903.183.300.11.536.157.159254.1952.02952.02
1211122111=<=++⨯-⨯+⨯+⨯-⨯=
++-++-
=-=
()Pa R kPa B e B E G y k 25061
.6759
.16147.16147.183.367.16461min max =≤⎩⎨⎧=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛±⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛±+=σσ 5. 截面应力验算
墙面与墙背为平行的直线，截面的最大应力出现于接近基底处。

由基底应力验算可知，偏心距及基底应力均满足地基的要求，则截面应力肯定也满足墙身材料的要求，故可不作验算。

通过上述验算，所拟截面符合各项要求，决定采用此截面，顶宽为1.54m 。

设计图纸
根据上述计算，绘制浆砌片石重力式路堤墙立面图，断面图做法示意图及大
样图如图1所示。

具体图纸见附录。

设计说明：
1. 墙身为片石砌注，片石厚度不小于0.15m，体积不小于0.01m3。

石料应采用无风化石才，面石要平整，挡土墙外露面采用1:3水泥砂浆勾凸缝。

2. 挡土墙采用M10水泥浆砌筑，施工前作好配比试验，强度要求达到设计等级，砌筑时砂浆要密实，饱满，不得有空洞。

3. 挡土墙分段：每10m设置一条沉降缝，缝宽2cm，外露面1cm，缝线竖直美观，可用C15混凝土角石砌筑，沉降缝内用1.5cm浸沥青软木板分隔。

4. 应先把挡土墙后原土坡放成45°坡，然后施工挡土墙。

基坑开挖应搞好地面排水，保持基坑干燥，基础施工完毕应及时回填，夯实。

墙后回填料的干密度大于或等于1.65t/m3。

回填料应分层夯实。

5. 挡土墙开挖至持力层下300mm，而后做C10混凝土垫层100mm，密度每边基础底边放大50mm。

6. 混凝土强度大于80%设计强度时，才能回填墙后回填上。

图1 浆砌片石重力式路堤墙立面图、断面做法示意图及大样图
附录
立面图
断面图
大样图
参考文献
[1]姚仰平．土力学[M]．北京：高等教育出版社，2004：137．153．
[2]梁钟琪．土力学及路基[M]．北京：中国铁道出版社，2006：249-263．
[3]郝瀛．路堤墙设计[M]．北京：中国铁道出版社，1999：179．192．
[4] 赵勇．高速铁路刚性挡土墙土压力模型试验与数值分析[D]．成都：西南交通大学土木工程学院，2003．
[5] 罗一农，刘会娟．路堤墙课程设计[J]．科学技术通讯，2005(4)：48-51．
[6] 袁聚云，徐超，赵春风，等．土工试验与原位测试[M]．上海：同济大学出版社，2004：25-55．
致谢
时光荏苒，岁月如歌，转眼间在江苏交通技师学院求学的三年就要过去了，必会给我今生留下美好的回忆。

在此感谢我的老师陈美云，感谢你们在生活和学习上给予我的指点和帮助。

陈老师平易近人，治学严谨，在各方面都给了我很大的关心，从论文的选题到论文撰写的每一个环节，都得到了老师的关怀和指导。

在遇到问题时，陈老师都能帮助我指正方向，使我能够顺利地完成论文的各项工作。

最重要的是我从他那里学到许多科学研究和考虑问题的方法。

值此论文完成之际，首先向陈美云老师表示衷心的感谢和深深的敬意！需要特别感谢的是我的父母，感谢您们这些年来对我的默默支持，我会继续努力，永不言弃，您们将是我一直前进下去的动力。

最后，衷心感谢所有关心和帮助过我的朋友们，谢谢你们为我所做的一切。