重力式擋土墻

重力式擋土墻目錄1.設(shè)計(jì)資料 32.墻型選擇 33.擋土墻布置 43.1基礎(chǔ)埋置深度 44.擋土墻的構(gòu)造和尺寸初擬 55.擋土墻的主動(dòng)土壓力 65.1車輛荷載作用下的土壓力 65.2復(fù)雜邊界條件下的主動(dòng)土壓力 65.3土壓力作用位置 86.擋土墻的驗(yàn)算 96.1抗滑移驗(yàn)算 96.2抗傾覆驗(yàn)算 106.3地基應(yīng)力及偏心距驗(yàn)算 106.4基礎(chǔ)強(qiáng)度驗(yàn)算 116.5墻底截面強(qiáng)度驗(yàn)算 116.6極限狀態(tài)驗(yàn)算法 117.改進(jìn)措施 15重力式擋土墻設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)資料（1）高速公路，雙向四車道路基寬度為路基寬度26米，即：3.50(中間帶)+4×3.75(行車道)+2×3.00(硬路肩)+2×0.75(土路肩)。邊坡坡度為1：1.5，高填方路堤段，中心填筑高度為10m，地面坡度平均為5%。（2）基本可變荷載只考慮正常使用情況下的行車荷載。（3）擋土墻墻身材料，石料為MU30，砂漿為M7.5，其容許壓應(yīng)力為,容許剪應(yīng)力為。（4）地基為土質(zhì)地基，以砂性土為主要，擋土墻基底的摩擦系數(shù)為0.36，地基的承載能力特征值為350kPa。（5）墻后填料為砂類土，填土重度取19，內(nèi)摩擦角為，粘聚力近似為0kPa。（6）墻背與填土間的摩擦角為。（7）季節(jié)性冰凍地區(qū)，當(dāng)?shù)刈畲髢錾顬?.8m。（8）擋土墻設(shè)計(jì)荷載組合取組合Ⅱ。（9）其他需要的建筑供應(yīng)充足，自行選擇，相關(guān)資料參照規(guī)范選取。2.墻型選擇常見的擋土墻形式有重力式、衡重式、懸臂式、扶壁式、加筋土式、錨桿式和錨定板式及樁板式等。重力式擋土墻主要依靠墻身自重保持穩(wěn)定，取材容易，形式簡(jiǎn)單，施工簡(jiǎn)便，適用范圍廣泛。重力式擋土墻墻身截面大，圬工數(shù)量也大，在軟弱地基上修建往往受到地基承載力的限制。如果墻過高，材料耗費(fèi)多，則不經(jīng)濟(jì)。由于該路段填筑高度為10m，一般情況下?lián)跬翂π∮?2m，擋土墻高度較小，而且當(dāng)?shù)赜惺?，所以在此設(shè)計(jì)中選擇重力式擋土墻。重力式擋土墻的墻背可做成仰斜、垂直、俯斜、凸形折線和衡重式五種。仰斜墻背所受的土壓力較小，用于路塹墻時(shí)，墻背與開挖面邊坡較貼合，因而開挖量和回填量均較小，但墻后填土不易壓實(shí)，不便施工。當(dāng)墻趾處地面橫坡較陡時(shí)，采用仰斜墻背將使墻身增高，斷面增大，所以仰斜墻背適用于路塹墻及墻趾處地面平坦的路肩墻或路堤墻。俯斜墻背所受土壓力較大，其墻身斷面較仰斜為大，通常在地面橫坡陡峻時(shí)，借陡直的墻面以減小墻高。垂直墻背的特點(diǎn)，介于仰斜和俯斜墻背之間。凸形折線墻背系由仰斜墻背演變而來，上部俯斜、下部仰斜，以減小上部斷面尺寸，多用于路塹墻，也可用于路肩墻。衡重式墻背在上下墻間設(shè)有衡重臺(tái)，利用衡重臺(tái)上填土的重力使全墻重心后移，增加了墻身的穩(wěn)定。因采用陡直的墻面，且下墻采用仰斜墻背，故可以減小墻身高度，減少開挖工作量。衡重式墻背適用于山區(qū)地形陡峻處的路肩墻和路堤墻，也可用于路塹墻。由于地面平均坡度為5%，坡度較緩，墻背選擇仰斜式，土壓力較小，從而提高擋土墻的抗滑和抗傾覆能力，對(duì)地基的承載能力要求也比較低，減小圬工量。同時(shí)考慮到路堤較高會(huì)有較高的土壓力，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加墻頂高度，增加自重來抵抗傾覆與滑移，要是仍然不滿足，坡腳做為傾斜。3.擋土墻布置3.1基礎(chǔ)埋置深度擋土墻基礎(chǔ)置于土質(zhì)地基時(shí)，其基礎(chǔ)深度應(yīng)符合下面的要求：基礎(chǔ)埋置深度不應(yīng)小于1m，當(dāng)有凍結(jié)時(shí)，應(yīng)在凍結(jié)線下不小于25cm。當(dāng)?shù)氐淖畲髢錾顬?.8m，則基礎(chǔ)埋置深度可取2.05m。3.2墻趾和墻高的選定仰斜式擋土墻墻高適用范圍為不大于10m，而該路段的填筑高度為10m，考慮埋深和地面橫坡，路肩墻的高度是大于10m的，所以此設(shè)計(jì)不宜采用路肩墻，只能選擇路堤墻。墻的高度受很多因素的影響，一般來說，墻的高度增加時(shí)，墻所受的土壓力就會(huì)增大，進(jìn)而增加墻的圬工量，施工難度也會(huì)提高，但是墻后填土量就會(huì)減小，擋土墻收縮坡腳的效果也就越明顯，從而節(jié)約土地資源，減少征地的費(fèi)用。由平均坡度和最大凍深，大致判斷該路段處于平原區(qū)，平原區(qū)往往土地肥沃，人口密集，土地資源非常寶貴，而且高速公路的施工條件比較好，所以盡量提高墻高。因此確定地面線以上墻高為8m。4.擋土墻的構(gòu)造和尺寸初擬重力式擋土墻斷面的構(gòu)造要求如下：重力式擋土墻的墻頂寬度，當(dāng)墻身為混凝土澆筑時(shí)，不應(yīng)小于0.4；當(dāng)為漿砌圬工時(shí)，不應(yīng)小于0.5m；當(dāng)為干砌圬工時(shí)，不應(yīng)小于0.6m。仰斜式擋土墻墻背仰斜坡度不宜緩于1：0.25，墻面坡度不宜陡于墻背坡度，地面橫披平緩時(shí)，墻面坡度可較緩，但不宜緩于1：0.30。建筑材料選擇漿砌圬工，根據(jù)擋土墻驗(yàn)算程序，頂墻頂寬度為為3.25m，墻背仰斜坡度為1：0.2，墻面仰斜坡度為1：0.25，基底水平，寬度為3.425m。設(shè)計(jì)擋土墻如圖一所示圖一：擋土墻布置圖5.擋土墻的主動(dòng)土壓力采用庫倫土壓力理論來計(jì)算墻后填土對(duì)擋土墻的主動(dòng)土壓力。5.1車輛荷載作用下的土壓力將作用于墻背后填土表面的車輛荷載近似的按均布荷載來考慮，并將其換算為重度與墻后填土相同均布土層。擋土墻高度為10m，則附加荷載強(qiáng)度取10kPa。換算均布土層厚度為式中，——填土的重度，。5.2復(fù)雜邊界條件下的主動(dòng)土壓力5.2.1破裂角計(jì)算由于擋土墻后的填土表面不是平面，而且在路基表面有行車荷載的作用，所以邊界條件比較復(fù)雜。按破裂面交會(huì)與路基面的位置不同，可分為下列幾種圖式。大部分情況下，破裂面會(huì)處在荷載作用的位置，下面進(jìn)行破裂面角度的計(jì)算。（公式來自公路路基設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版570頁）。。圖2破裂角--一個(gè)角度參數(shù)，便于計(jì)算形狀系數(shù)5.2.2驗(yàn)算破裂面是否與假設(shè)一致 堤頂破裂面距墻踵距離：荷載內(nèi)邊緣距墻踵距離：荷載外邊緣距墻踵距離：因?yàn)?8.68<11.83<21.68，故破裂面交于荷載內(nèi)，所以假設(shè)計(jì)算圖式符合實(shí)際。5.2.3主動(dòng)土壓力系數(shù)K5.2.4主動(dòng)土壓力E式中，a——路堤傾斜段至路堤頂面距離，；——墻背傾角，，當(dāng)墻背俯斜時(shí)值為正，仰斜為負(fù)；——墻背摩擦角，； 5.3土壓力作用位置圖3擋土墻受力6.擋土墻的驗(yàn)算6.1抗滑移驗(yàn)算 墻身截面積：34.97(m2)

重量：抗滑穩(wěn)點(diǎn)先按基底水平計(jì)算：，不滿足將基底改為傾斜基地，坡度0.2安全6.2抗傾覆驗(yàn)算

相對(duì)于墻趾點(diǎn)，墻身重力的力臂

Zw

=

2.97

(m)

相對(duì)于墻趾點(diǎn)，Ey的力臂

Zx

=

3.57

(m)

相對(duì)于墻趾點(diǎn)，Ex的力臂

Zy

=

4.13

(m)

驗(yàn)算擋土墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)定性 傾覆力矩=1065.5(kN-m)抗傾覆力矩=2508(kN-m) 傾覆驗(yàn)算滿足:K0=2.35>1.500，安全6.3地基應(yīng)力及偏心距驗(yàn)算基礎(chǔ)為天然地基，驗(yàn)算墻底偏心距及壓應(yīng)力取傾斜基底的傾斜寬度驗(yàn)算地基承載力和偏心距作用于斜基礎(chǔ)底的法向力=793.94(kN)作用于墻趾下點(diǎn)的總彎矩=1236(kN-m)基礎(chǔ)底面寬度偏心距基底壓應(yīng)力:趾部=281.5Kpa踵部=183.3Kpa，均小于350Kpa，合格最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之比=281.5/183.3=1.536.4基礎(chǔ)強(qiáng)度驗(yàn)算基礎(chǔ)為天然地基，不作強(qiáng)度驗(yàn)算6.5墻底截面強(qiáng)度驗(yàn)算6.5.1過墻趾的水平截面法向應(yīng)力和偏心距驗(yàn)算驗(yàn)算截面以上，墻身截面積=34.97(m2)重量=804.31kN 相對(duì)于墻趾點(diǎn)，墻身重力的力臂

Zw

=

2.97

(m)

相對(duì)于墻趾點(diǎn)，Ey的力臂

Zx

=

3.57

(m)

相對(duì)于墻趾點(diǎn)，Ex的力臂

Zy

=

4.13

(m) 6.5.2過墻趾的水平截面剪應(yīng)力驗(yàn)算 ，滿足。6.6極限狀態(tài)驗(yàn)算法6.6.1極限狀態(tài)法的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則擋土墻承載能力極限狀態(tài)的基本條件為式中，——結(jié)構(gòu)重要系數(shù)；——荷載效應(yīng)的組合設(shè)計(jì)值；——抗力材料的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；——抗力材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；——結(jié)構(gòu)材料、巖土性能的分項(xiàng)系數(shù)；——結(jié)構(gòu)或構(gòu)件幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)值。當(dāng)采用荷載效應(yīng)組合時(shí)，荷載效應(yīng)的組合設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算：式中，——荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；——在荷載組合起控制作用的一個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；——第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；——第i個(gè)可變荷載組合值系數(shù)，當(dāng)計(jì)算地基應(yīng)力時(shí)，可取1.0。6.6.2抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算沿墻踵處地基土水平面滑動(dòng)的穩(wěn)定性驗(yàn)算抗滑穩(wěn)定性滿足要求。6.6.3抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算加了傾斜基底之后土壓力的增量產(chǎn)生的彎矩對(duì)結(jié)構(gòu)有利，而且產(chǎn)生的彎矩較小，所以傾覆力矩仍按沒加傾斜基底時(shí)來算。抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。6.6.4基底應(yīng)力及合力偏心距驗(yàn)算荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合，重力增大對(duì)擋土墻有利作用，分項(xiàng)系數(shù)取0.9，墻后主動(dòng)土壓力增大對(duì)擋土墻起不利作用，分項(xiàng)系數(shù)取1.3，作用于基底形心的彎矩和垂直力為基底合力偏心距為基底兩邊緣的壓應(yīng)力為基底最大壓應(yīng)力有滿足要求。6.6.5墻身截面驗(yàn)算在某一類荷載效應(yīng)組合下，荷載效應(yīng)的組合設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算：式中，S——荷載效應(yīng)的組合設(shè)計(jì)值；、——荷載的分項(xiàng)系數(shù)；——第i個(gè)垂直永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)；——土側(cè)壓力、水浮力、靜水壓力、其他可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)；——荷載的綜合效應(yīng)組合系數(shù)。Ⅰ-Ⅰ截面為最危險(xiǎn)截面，只須驗(yàn)算此截面即可。如圖三所示圖41-1截面6.6.5.1合力偏心距驗(yàn)算在荷