第三章 挡土墙设计与验算 - 陆凯

大围山至浏阳高速公路K51+500～K53+600段路基路面综合设计

大围山至浏阳高速公路K51+500～K53+600段路基路面综合设计

第三章 挡土墙设计与验算

3.1 设计资料

3.1.1 墙身构造

本设计任务段中K51+500~K53+600的横断面右侧坡度较陡，为了减少填方量，收缩边坡，增强路基的稳定性，拟在本段设置一段重力式路堤挡土墙，其尺寸见挡土墙设计图。

拟采用浆砌片石仰斜式路堤挡土墙，墙高H=7m ，墙顶填土高度为4a m =，顶宽2m ，底宽3.5m ，墙背仰斜,坡度(α=-9°)，基底倾斜，坡度为(0α=9°)，墙身分段长度为10m 。

3.1.2 车辆荷载

根据《路基设计规范(JTG 2004)》，车辆荷载为计算的方便，可简化换算为路基填土的均布土层，并采用全断面布载。

换算土层厚 013.750.808817q h γ

=== 其中: 根据规范和查表13.75/q k N m =

γ为墙后填土容重317kN

m γ= 3.1.3 土壤地质情况

填土为高液限红粘土，土的粘聚力9.8C kpa =，内摩擦角=23ϕ︒，墙

背与填土间的摩擦角=16δ︒，容重为316.66kN m γ=

高液限红粘土土地基，容许承载力为[]kpa 3500=σ，基底摩擦系数μ取0.4。

3.1.4 墙身材料

采用7.5号砂浆，25号片石,砌体容重为324kN m γ=；按规范:砌体容许压应力为[]600a kpa σ=，容许剪应力为[]100kpa τ=，容许拉应力为

大围山至浏阳高速公路K51+500～K53+600段路基路面综合设计 []60l kpa ωσ=。

3.2 墙背土压力计算

对于墙趾前土体的被动土压力，在挡土墙基础一般埋深的情况

下，考虑到各种自然力和人畜活动的作用，以偏于安全，一般均不计被动土压力,只计算主动土压力。

本设计任务段的路堤挡土墙，按高液限红粘土的公式来计算土压力；边坡坡度为5.1:1其计算如下：

图3-1 挡土墙设计图

3.2.1 破裂面计算

假设破裂面交于荷载中部，则:

大围山至浏阳高速公路K51+500～K53+600段路基路面综合设计

001(2)()2

1(4720.8088)(47)2

63.397

A a H h a H =+++=⨯++⨯⨯+= ''000o 11()-(22)tan 22

1146(60.75)0.8088-7(72420.8088)tan 922

26.649B ab b d h H H a h α=

++++=⨯⨯++⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯-=

0.80.886tg tg θψ=-+=-=

其中：9163239a ψδϕ=++=-︒+︒+︒=︒

破裂角：42.08o θ=

3.2.2 验算破裂面是否交于荷载内：

破裂面至墙踵('H +a)θtan =(7+4)×0.886=9.751m

荷载内缘至墙踵: 0tan 6.06tan 90.75 5.55o b H d α-+=-⨯-+=

荷载外缘至墙踵: 0tan 6 6.5tan90.751218.45o o b H d B α-++=-⨯++=

因为5.55<9.751<18.45所以假设成立，θ=42.08

3.2.3 主动土压力计算

00cos()

(tan )sin()

cos(42.0832)16.66(63.3970.88626.649)sin(42.0832)

165.69a E A B KN

θφγθθψ+=-++=⨯⨯-⨯+= cos()

165.69cos(16-9)164.455x a E E a KN

δ=+=⨯=

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sin()

165.69sin(16-9)20.192y E Ea a KN

δ=+=⨯=

3.2.4 土压力作用点位置确定

1tan tan 0.750.92-0.15

0.98

d h θα=+== 3tan tan tan 640.920.920.153.05b a h m θθα-=+-⨯=-= '41370.98 3.05 2.97h H h h m =--=--= 322230412'3043222

2(3)3()

3(22)

74(73 3.0570.98)30.8088 2.973(72474 3.0520.8088 2.97)

2.488y H a H h H h h h Z H aH ah h h m

+-++=+-++⨯-⨯⨯++⨯⨯=⨯+⨯⨯-⨯+⨯⨯= tan 3.5 2.4880.153.998x y Z B Z a

m

=-=+⨯=

3.3 墙身截面性质计算

图3-2 挡土墙截面图

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3.3.1截面面积

用CAD 面域工能可以算出挡土墙的截面面积

ΣA=19.1446 m 2

3.3.2 各截面重心到墙趾的水平距离:

∴ 墙身重心到墙趾的水平距离

i

i g i A X

Z A =∑∑

=2.6073m

墙身重力:

G=γk ΣAi=24×19.1466=459.4704kN

3.4 墙身稳定性验算

3.4.1 抗滑稳定性验算

验算采用“极限状态分项系数法”。

滑动稳定方程：

10201012[0.9()](0.9)Q y x Q p Q y Q x Q p G E E tg E tg G E tg E E γαγαμγαγγ++-++-+

=[0.9×459.0695+1.40×(20.192+164.455×0.15)-0]×0.4+(0.9×459.0695+1.0×20.192) ×0.15-1.40×164.455+0

=31.04>0

所以稳定性满足要求。

将数据代入方程后计算，满足要求。

00

[()t a n ]t a n X p p

C X N E E E K E N αμα+-+=- [479.663(164.4550)t a n 9]

0.40164.455342.35t a n 9

2.28[]1.3c K +-⨯︒⨯+=

-⨯︒=>= 其中：459.0695

20.192479.66

y N G E kN =+=+= ∴ 所以抗滑稳定性满足要求。

3.4.2 抗倾覆稳定性验算