挡土墙计算算例

挡土墙计算算例

第8章路基防护与支挡

合理的路基设计，应在路基位置、横断面尺寸、岩土组成等方面进行综合考虑。为确保路基的强度与稳定性，路基的防护，同样也是不可缺少的工程技术措施。为维护正常的交通运输，减少公路病害，确保行车安全，保持公路与自然环境协调，路基的加固更具有重要意义。路基防护应按照设计施工与养护相结合的原则，根据当地气候环境、工程地质和材料等情况，选用适当的工程类型或采用相应的综合措施。

为保持结构物两侧土体、物料有一定高差的结构称为支挡结构。支挡结构在各种土建工程中得到了广泛的应用，如公路、铁路、桥台、水利、港湾工程的河岸及水闸的岸强，建筑工程的地下连续墙、开挖支撑等。随着大量土木工程在地形较为复杂的地区的兴建，支挡结构愈加显得重要。支挡结构的设计，将直接影响到工程的经济效益和安全。路基的支档结构设计应满足在各种设计荷载组合下支档结构的稳定、坚固和耐久；结构类型选择以及位置确定应安全可靠、经济合理、便于施工养护；结构材料应符合耐久、耐腐蚀的要求。

8.1 坡面防护

路基防护与加固措施，主要有边坡坡面防护、沿河路堤防护与加固以及湿软地基的加固处治。本设计路段无不良地质情况，故只对路基采取防护措施。

K14+686.256～K14+740.000路段为深挖路堑路段，综合考虑当地气候环境、工程地质和材料供应等情况，故在此选用骨架植物防护措施。在骨架植物防护的各种类型中采用水泥混凝土骨植草护坡措施。K14+686.256～K14+740.000路段边坡为土质边坡，坡度均缓于1：0.75，分别有1：1.0、1：1.5、1：1.75三种。骨架形式为菱形，框架内采用植草辅助防护措施。

8.2 挡土墙

以刚性角较大的墙体支撑填土和物料并保证其稳定性的支挡结构称为挡土墙（简称挡墙）；而对于具有一定柔性的结构，如板桩墙、开挖支撑称为柔性挡土墙或支护结构。本设计路段主要有挡土墙的设计。挡土墙具有阻挡墙后土体下滑，保护路基和收缩坡脚等功能。在路基工程中，挡土墙用来克服地形或地物的限制和干扰，减少土石方、拆迁和占地数量，防止填土挤压河床和水流冲刷岸边，整治坡体下滑等病害。

挡土墙的适用范围：

（1）路堑开挖深度较大，山坡陡峻，用以降低边坡高度，减少山坡开挖，避免破坏山体平衡；

（2）地质条件不良，用以抵挡可能坍滑的山坡土体或破碎岩层；

（3）为了避免对其它建筑物(如房屋、铁路、水渠、高压线等)的干扰或防止多占农田；

（4）为防止沿河路堤受水流冲刷和淘刷；

（5）防止陡坡路堤下滑；

（6）路堤填筑高度较大或是陡坡路堤，为减少土石方、拆迁和占地数量，必须约束坡脚。

本设计路段途经涓水河畔及其周围居民区，在K15+250～K15+32处路线经过水塘。综合考虑各种因素需在以下三处设置挡土墙：K14+740～K14+850（左）、K14+760～K14+860（右）、K15+250.000～K15+325（右）。路堤填筑高度最大在K14+840处，因此设计K14+740～K14+850（左）挡土墙，并验算K14+840处截面。K14+760～K14+860（右）处为矮路堤墙可根据当地经验设置，其余两处挡墙参见挡墙图。相关设计依据、尺寸及其验算如下。

8.2.1挡土墙工程概况

挡土墙技术条件及参数：

（1）地基为中密碎、砾石、中砂，基底摩擦系数0.4μ=，地基承载力特征值f =350Pa ；

（2）填土边坡为1:m=1:1.5，路基宽度为10m,土路肩宽为0.75m ；

（3）墙背填料为就地开挖砂性土，重度为γ=18kN/m 3，填料内摩擦角为35φ︒=；

（4）墙体用5.0号砂浆砌30号片石，重度为γ片石=23kN/m 3，墙背与填土的摩擦

角取17.5δ︒=，30号片石5.0号砂浆砌筑的圬工砌体极限抗压强度为1.6MPa ；弯曲极限抗拉强度为0.12MPa ；抗剪极限强度为0.16MPa 。

8.2.2 挡土墙设计及其计算

根据挡土墙所在地形、工程地质、水文地质、水文资料、建筑材料、结构用途、结构本身的特征、施工方法，技术经济条件及当地的经验，K14+740～K14+850左挡土墙方案选择俯斜式重力式挡土墙。此类挡墙依靠自重承受土压力，保持平衡，形式简单，取材容易，施工简便，适用于地质情况较好有石料的地区。桩号K14+820.000处的地形高差最大，路基的填方最高，挡土墙的墙高最大，因此，以K14+820.000处为设计依据。此处挡土墙的相关尺寸如图8-1所示。

图8－1 挡土墙示意图 单位：m

8.2.2.1 土压力计算

(1)土层厚度换算

车辆荷载作用在挡土墙背填土上所引起的附加土体侧压力可按《公路路基设计规范》（JTG D-2004）中式（5.4.2-3）换算成等代均布土层厚度计算：

0q h γ

= 式中：0h ——换土层厚度（m ）；

q ——车辆荷载附加荷载强度，墙高小于2m ，取20kN/m 2；墙高大于10m ，取10kN/m 2；墙高在2～10m 之间，附加荷载强度用直线内插法计算。

其他符号意义同前。

所以可得q =14.75kN/m 2

，0h =0.82m (2)破裂面位置验算

假设破裂面位于荷载中部，由《路基路面工程》（第二版，邓学均编著）P128得破裂棱体的断面面积00s=A tan θ-B ，其中00A B 和为边界条件系数。由图8-1可推算出:

11250.255 6.2 6.2tan 0.82(6.2tan 0.2520.75)22

s θθ=⨯⨯+⨯+⨯⨯+⨯++- 7.4824.3tan θ=+

所以0024.3,7.48A B ==-

由《路基路面工程》（第二版，邓学均编著）中式（6-10）得：

G 1G 2G 4G 3()00

tan tan cot tan (tan )B A θψφψψ=-++ 式中：21.817.53574.3ψαδφ︒︒︒︒=++=++=，所以tan 3.56,cot 1.43ψφ==

所以tan 0.47(7.59)θ=-舍去

又tan 0.476.2

x x H θ===，式中H 为挡土墙高。 2.91m,1.5m 8.5m x x =≤≤,所以假设成立，破裂面交于荷载中部。

(2)主动土压力计算

由《路基路面工程》（第二版，邓学均编著）中式（6-9）得

cos()(tan )sin()

a E A B θφγθθψ︒︒+=-+ 式中a E ——墙后主动土压力（kN/m ）；

其他符号意义同前。

所以171.82a E =kN

墙后主动土压力的水平分力x E 和y E 分别为：

cos()171.82cos(21.817.5)132.96(kN/m)

x a E E αδ︒︒=+=⨯+=sin()171.82sin(21.817.5)108.83(kN/m)y a E E αδ︒︒=+=⨯+=

8.2.2.2 挡土墙的自重i G 及重心距墙趾距离i x 计算

112523115(kN/m)2G =⨯⨯⨯= 110.20.752 1.92(m)3

x =++⨯= 20.7552386.25(kN/m)G =⨯⨯=

3 3.20.22314.72(kN/m)G =⨯⨯=

3 1.6(m)x = 图8－2 挡土墙截面分块尺寸示意图

411 3.22336.8(kN/m)2G =⨯⨯⨯= 42 3.2 2.13(m)3

x =⨯= 252.77(kN/m)G =总

8.2.2.3 抗滑稳定性验算

（1）用滑动稳定方程验算