课程设计-挡土墙设计教材

第一章绪论

1.1重力式挡土墙定义

重力式挡土墙，指的是依靠墙身自重抵抗土体侧压力的挡土墙。重力式挡土墙可用块石、片石、混凝土预制块作为砌体，或采用片石混凝土、混凝土进行整体浇筑。半重力式挡土墙可采用混凝土或少筋混凝土浇筑。重力式挡土墙可用石砌或混凝土建成，一般都做成简单的梯形。

1.2重力式挡土墙构造

重力式挡土墙的尺寸随墙型和墙高而变。重力式挡土墙墙面胸坡和墙背的背坡一般选用1：0.2～1：0.3，仰斜墙背坡度愈缓，土压力愈小。但为避免施工困难及本身的稳定，墙背坡不小于1：0.25，墙面尽量与墙背平行。

对于垂直墙，如地面坡度较陡时，墙面坡度可有1：0.05～1：0.2，对于中、高挡土墙，地形平坦时，墙面坡度可较缓，但不宜缓于1：0.4。

采用混凝土块和石砌体的挡土墙，墙顶宽不宜小于0.4m；整体灌注的混凝土挡土墙，墙顶宽不应小于0.2m；钢筋混凝土挡土墙，墙顶不应小于0.2m。通常顶宽约为H／12，而墙底宽约为（0.5～0.7）H，应根据计算最后决定墙底宽。当墙身高度超过一定限度时，基底压应力往往是控制截面尺寸的重要因素。为了使地基压应力不超过地基承载力，可在墙底加设墙趾台阶。加设墙趾台阶时挡土墙抗倾覆稳定也有利。墙趾的高度与宽度比，应按圬工（砌体）的刚性角确定，要求墙趾台阶连线与竖直线之间的夹角θ，对于石砌圬工不大于35°，对于混凝土圬工不大于45°。一般墙趾的宽度不大于墙高的二十分之一，也不应小于0.1m。墙趾高应按刚性角定，但不宜小于0.4m。

墙体材料：挡土墙墙身及基础，采用混凝土不低于C15，采用砌石、石料的抗压强度一般不小于MU30，寒冷及地震区，石料的重度不小于20kN/m3，经25次冻融循环，应无明显破损。挡土墙高小于6m砂浆采用M5；超过6m高时宜采用M7.5，在寒冷及地震地区应选用M10。

1.3重力式挡土墙特点

重力式挡土墙优点是就地取材，施工方便，经济效果好。所以，重力式挡土墙在我国铁路、公路、水利、港湾、矿山等工程中得到广泛的应用。

重力式挡土墙靠自重维持平衡稳定，因此，体积、重量都大，在软弱地基上修建往往受到承载力的限制。如果墙太高，它耗费材料多，也不经济。当地基较好，挡土墙高度不大，本地又有可用石料时，应当首先选用重力式挡土墙。

重力式挡土墙一般不配钢筋或只在局部范围内配以少量的钢筋，墙高在6m 以下，地层稳定、开挖土石方时不会危及相邻建筑物安全的地段，其经济效益明显。

第二章 挡土墙地质条件概述

2.1 地形

平原山地过渡地带，为一系列呈带状延伸的平行岭谷分布区，以丘陵、台地为主。

2.2 工程地质条件

工程地质条件如表2-1

表2-1 各层土特性

2.3 墙身及墙后填土材料参数

k γ=22kN/m 3，2/ϕδ=

截面容许应力：[a σ]=600kPa ，i τ=50kPa 填料容重：3/18m kN =γ，︒=35ϕ 基底摩擦系数：4.0=f 填土边坡：1:1.5

2.4 荷载参数

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。

2.5 水文地质条件

本次勘探未见地下水，可不考虑地下水的影响。

2.6 设计参数和墙身高度参数

表2-2重力式路堤墙参数

第三章 重力式挡土墙设计

3.1 初步设计

确定墙身尺寸如图3-1：

挡土墙高5.2m ，墙背仰斜1:0.3，墙面为平行墙背的直线，墙顶宽1.0m ，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 墙背仰斜角： '4216︒-=α

图3-1 挡土墙示意图

3.2 主动土压力计算

3.2.1 破裂角

假设破裂面交于荷载内，则

)

2)((tan )22()(2000h a H a H h a H H d b h ab A +++++-++=

α

=

)

84.025.22.5()5.22.5(3

.0)84.025.222.5(2.575.384.0275.35.2⨯++⨯+⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯+⨯ （3—1）

=0.4763

︒≤︒=︒+︒-︒=++=9048353017421635'''δαϕψ （3—2） ()[]881.0tan )tan (cot tan tan =+++-=A ψψϕψθ （3—3） 则，

'2241︒=θ

3.2.2 验核破裂面位置

堤顶破裂面距墙踵距离为：

m a H 7837.6881.0)5.22.5(tan )(=⨯+=+θ （3—4） 荷载内边缘距墙踵距离为：

31.53.02.575.3tan =⨯+=-αH b m （3—5）

荷载外边缘距墙踵距离为：

81.125.731.5tan 0=+=+-b H b αm （3—6）

5.31<

6.7837<12.81，故破裂面交于荷载内，鱼设计相符，可采用所选用的公式

3.2.3 求主动土压力系数K 和K1

主动土压力系数K 和K1计算如下：

1405.0)tan (tan )

sin()

cos(=+++=

αθψθϕθK （3—7）

由于

664.23

.0881.0881

.05.275.3tan tan tan 3=-⨯-=+-=

αθθa b h m （3—8）

536.2664.22.534=-=-=h H h m （3—9）

则

2.52.5536

.284.02)2.52664.21(2.55.2212)21(2124031⨯⨯⨯+

⨯-⨯+=+-+

=H

h h H h H a K （3—10） =1.8728

3.2.4 求主动土压力E 及其作用点位置Z Y

主动土压力E 为： 035.648728.11405.02.5182

1

21212=⨯⨯⨯⨯==KK H E γkN （3—11）

主动土压力的作用点位置Zy 为：

1

2

440233)

23()(3K H H h h h h H a H Z y -+-+= =8728

.12.52.53)2.52536.23(536.284.0)664.22.5(5.232.52⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯+-+ （3—12） =1.8m

3.3 设计挡土墙截面

由于墙面平行墙背，基底倾斜0.2:1（’19110︒=α）。暂且选墙顶墙宽b1=1.0m 。

3.3.1 计算墙身重G 及其力臂Z G

墙身重G 及其力臂ZG 计算结果如下：