重力式挡土墙设计

挡土墙设计

一、设计题目

重力式挡土墙设计

二、设计内容

1.计算作用在挡土墙上的相关荷载

⑴.明确挡土墙的类型，挡土墙上存在的荷载类型、荷载组合类型；

⑵.进行车辆荷载的换算；

⑶.进行土压力的计算，计算中应先假设出一种破裂面交于路基面的位置后(通常首

先

假设破裂面交于路基面荷载中部)才开始计算，并要考虑到土压力、挡土墙自重

的

大小及作用位置。

2.挡土墙自重作用点的确定，应结合理论力学中重心计算的方法进行。

3.主动土压力作用点的确定可根据以下公式计算

13y Z H =，

tan x y Z B Z α=- 4.进行挡土墙的基底应力及合力偏心距的验算和进行挡土墙的截面稳定性验算时均需

要计算偏心距，应注意区分两者的不同；并要考虑到圬工结构容许偏心距是否符合 要求。

5.进行验算过程中一定要理解相关角度的含义和不同，以及它们的关系。

6.演算过程中应正确选择相关的参数，并及时调整挡土墙的尺寸，保证各项验算符合要

求。

三、设计步骤

1．根据所给设计资料分析挡土墙设置的必要性和可行性

挡土墙是为防止土体坍滑而修筑的，主要承受侧向土压力的墙式建筑物。在公路工程中 广泛用于支撑路堤填土或路堑边坡，以及桥台、隧道洞口及河流堤岸等。现有某二级公 路路基7.0 m ，其K2+345--K2+379路段采用浆砌片石重力式挡土墙。

2．拟定挡土墙的结构形式及断面尺寸

设此挡土墙为重力式挡土墙，为增加挡土墙的抗滑稳定性，设置倾斜基底，且010α=︒。 墙顶宽设为1.5m ，墙背坡度设为20α=︒，挡墙的最大计算高度设为8.0H m =。墙身

采用浆砌块石，砌体的单位重323/kN m γ=，片石砂浆砌体强度设计值如下：抗压强

度0.71ed MPa f =，轴心抗拉强度0.048td MPa f =，弯曲抗拉强度0.072tmd MPa f =，

直接抗剪强度0.120vd MPa f =。

。墙背填土的重度为18/kN m γ=，内摩擦角为 35ϕ=︒，墙后填土表面的倾斜角为30β=︒，亚粘土地基315k f kPa =，地基与墙底的 摩擦系数0.4μ=，墙背与填土间的摩擦角为18δ=︒。挡土墙顶面至路面的高度为 2.0a m =，挡墙分段长度为10m 。

图1：挡土墙截面尺寸（单位：m ）

3．确定车辆荷载及换算土柱高度

按墙高确定的附加荷载强度进行换算

1-1

墙高()H m ()q kPa 墙高()H m

()q kPa ≤2.0 20.0

≥10.0 10.0 因墙高 6.0H m =，

由表1-1内插法得20102062102

q --=--，即15q kPa = 所以换算均布土层厚度0150.8318

q h m γ===

4．土压力计算

计算挡土墙压力a E ，首先要确定产生最大土压力的破裂面，求出破裂角θ。但是这在事先并不知道，必须进行试算。试算时，通常先假定破裂面位置通过荷载中心，计算图示如下：

图2破裂面交于荷载中心计算图示（单位：m ）

主动土压力的计算：

由挡土墙各部分尺寸知，cos()sin()

a E G θϕθψ+=+ 00

tan tan (cot tan )(

tan )B A θψϕψψ=-±++其中挡土墙的自重00(tan )G A B γθ=-， 其中001(2)()2

A H a h H a =

+++ 1(6220.83)(62)38.642

=⨯++⨯⨯+= 0001()(22)tan 22

H B ab b d h H a h α=++-++ 112 3.46(3.460.5)0.836(64 1.66)tan19 3.2922=⨯⨯++⨯-⨯⨯++⨯︒=- 所以00

tan tan (cot tan )(tan )B A θψϕψψ=-±++ 3.29tan 72(cot 35tan 72)(

tan 72)38.64-=-︒︒+︒+

3.27 3.850.58=-±=（负值舍去）

由计算图示可知 1.5 3.460.53 3.58tan 0.6062

θ+++-==+

故可近似认为计算图示破裂面与原假定破裂面相符。取30θ≈︒。

00cos()cos 65(tan )18(38.640.58 3.29)199.89/sin()sin102a E A B kN m θϕγθθψ+︒=-=⨯⨯+⨯=+︒

则土压力的水平和垂直分力分别为：

水平分力cos()x a E E αδ=+

199.89cos37159.63/kN m =⨯︒=

垂直分力sin()y a E E αδ=+

199.89sin37120.69/kN m =⨯︒=

5．稳定性验算--抗滑稳定性和抗倾覆稳定性验算

①抗滑稳定性验算

为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其他外力作用下，基底摩擦力抵抗挡土墙滑移的能力，在一般的情况下，应满足下式：

10(0.9)0.9tan Q y G E G γμα++≥1Q x E γ

则有10(0.9)0.9tan Q y G E G γμα++

(0.914.3424 1.4120.69)0.40.914.3424tan10245.8/kN m =⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯︒= ≥1 1.4159.63223.48/Q x E kN m γ=⨯=

由上式可知挡土墙满足抗滑稳定性要求。

②抗倾覆稳定性验算

为保证挡土墙抗倾覆稳定性，须验算它抵抗墙身绕墙脚趾向外转动倾覆的能力，在一般的情况下，应满足下式：

10.9()G Q y x x y GZ E Z E Z γ+->0

计算图示如下：

图3 挡土墙的抗倾覆稳定

即0.914.3424 1.38 1.4(120.69 2.95153.69 2.0)477.28⨯⨯⨯+⨯⨯-⨯=>0

由上可知挡土墙满足抗倾覆稳定性要求。

6．基底应力及合力偏心距验算

为保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力验算。同时，为了避免挡土墙不均匀沉陷，控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。