挡土墙设计与验算

3.1 设计资料

以本设计段中K5+320桩号的横断面为例，此路堤左边坡经边坡稳定计算虽然稳定，但从避免多占农田，减少土石方、拆迁方面考虑，仍需设置挡墙。此桩号填方高度达7.31米，中线与右公路用地界限之间的距离为30.78米，占用了大量的土地面积，尤其是K5+260－K5+400右侧有较多建筑物需要拆迁，故在此段右侧设置挡土墙，设置挡土墙后，将会大幅度收缩坡脚，减少拆迁工作量，降低公路总造价。

拟在本段采用俯斜式浆砌片石式路堤挡土墙，墙高H=6.91米，墙顶填土高度a=2米；填土边坡为1：1.5；填料容重γ=18kN/m3，土基的粘聚力c=25Kpa，内摩擦角30°,查《路基设计规范》得粘性土填料,墙高大于6m时综合内摩擦角取值为30°-35°,这里取φ=30°.墙背墙背选用俯斜1：0.3（a=16.7°）,δ=φ/2=15°，

墙面垂直；地基容许承载力为

0380Kpa,由设计资料基底土多为可塑性粘土，基底摩擦系数取

k3f=0.3。

墙身分段长度为10米。设计荷载为公路Ⅰ级。采用7.5号砂浆,25号片石,砌体容重3.2 换算车辆荷载

=23kN/m。

据《路基设计规范》(JTG D30-2004)，将车辆荷载简化换算为路基填土的均布土层,全断面布载，由车辆荷载引起的附加土侧压力按等代均布土层厚度计算：依据规范当墙高H2.0m时，q取20.0；当墙高H 10.0m时，q取10.0;墙高在2-10米之间时，附加荷载强度用直线内插法计算。因此这里内插得q=13.86kN/m3，所以hoq=0.77，

为墙后填土容重18kN/m。

3

3.3 主动土压力计算

3.3.1 假设破裂面交于荷载内

H=6.81m,a=2m,b=3m,h0=0.64m,d=0.75m,墙背倾斜角α=16.7°,土的内摩擦角φ=30°，δ=15°，ψ=

φ=61.7°。根据路基设计手册公式，则有：

A0=

12a12H2h0(aH)=46.555

12HH2a2h0tan=-7.012

B0ab(bd)h0 tantanB0Atan0cotφtan=0.618 故arctg0.61831.716 验算破裂面是否交于荷载内:

堤顶破裂面至墙踵:(H+a)tan=(6.91+2)×0.618=5.506 荷载内缘至墙踵:b-Htan+d=3-6.91×0.3+0.75=1.677

荷载外缘至墙踵:b-Htan+d+b0=3-6.91×0.3+0.75+26.5=28.177 因1.677<5.506<28.177,故破裂面交于荷载内,所假设成立. 3.3.2 求主动土压力系数

Kcossintan30tan0.3

cos31.716sin31.7160.61861.70.436h1h2batantantandtantan320.6180.6180.30.750.6180.31.922m 0.817m

h3Hh1h26.911.9220.8174.171m

K112aH(1h12H)2h0h3H21226.91(11.92226.91)20.774.1716.9121.633

3.3.3 求主动土压力

Ea12HKK210.5186.910.4361.633305.898KN

2ExEacos()260.319KN EyEasin()160.600KN

3.4 墙身截面性质计算

选择墙面垂直,墙背倾斜1:0.3，基底倾斜1：5。通过试算，选定墙顶宽b1=2.5m，H=6.91m，，a=2m,b=3m。设计图如下：（rk23/m）

由挡土墙设计尺寸与破裂角等数据做出边坡破裂面图，如下图所示。

3

图3.1挡土墙几何尺寸图

3.4.1主动力土压力作用点的位置 作用点位置:

ZyH3aHh1h0h33h32H23Hk126.91326.911.92220.774.17134.17126.9136.911.6332

2.498m因基底倾斜,土压力对墙趾的力臂改为:

Zy1Zy0.911.588m

Zx1BZy1tan4.5731.5880.34.097m

3.4.2 计算墙身重和其力臂

图3.2挡土墙墙身重计算示意图

G1=4.573×6.91×23=726.787 KN G2=4.573×0.91×0.5×23=47.856KN G3=2.073×6.91×0.5×23=164.731KN

G=G1-G2-G3 =726.787+47.856-164.731=514.200KN

ZGG1ZG1G2ZG2G3ZG3G232.0732.5)

726.7872.28747.8564.5733-164.731(1.847m3.5 设计验算

514.200采用极限状态验算法验算本次设计，在挡土墙基础一般埋深的情况下，以偏于安全，一般不计被动土压力,只计主动土压力。本节验算公式均见挡土墙设计手册、JTG-D30公路路基设计手册以及《路基路面工程》(第三版)。

3.5.1抗滑与抗倾覆稳定性验算

Zy=1.588m, Zx=4.097 已知条件：G=514.200KN, Ea=305.898KN,Ex= 260.319KN,Ey=160.600KN，

m,底截面宽度B’=4.663,底截面水平宽度B=4.573m.G =1.2,0 =1.05,0 =11.31°。本验算采用荷载组合Ⅰ，即挡土墙结构重力、墙顶上的有效永久荷载、填土重力、填土侧压力及其他永久荷载组合，不考虑被动土压力。

①抗滑稳定性验算方程：

1.1GQ1(EyExtan0)1.1GQ1Eytan0Q1Ex=52.65KN＞0，满足要求。式中：Q1为主动压力分项系数，组合为Ⅰ时Q1=1.4,为基底摩擦系数。根据基底土的性质和JTG-D30公路路基设计手册取=0.3.

②抗滑稳定系数：

KC(GEyExtan0)Ex(GEy)tan0

=

(514.44160.597260.3190.2)0.3260.319(514.44160.597)0.2

=1.74>[KC]=1.3

③抗倾覆稳定性方程为：

  1 . 1GZ G   Q1

( E y Z x E x Z y ) 0

1.1514.441.8471.4(160.5974.097260.3191.588)=1197.56KN>0 ④抗倾覆稳定系数：

K0(GZ=

GEYZX)/ExZy

514.441.847＋160.5974.097260.3191.5880=3.89>[K]=1.5

满足要求。

3.5.2 基底应力及合力偏心距验算

为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载里，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。

① 基础地面的压应力

轴心荷载作用时 PN1A，N1(GGQ1EY)cos0Q1EXsin0

式中：p为基底平均压应力(kpa)；A为基础底面每延米的面积，即基础宽度，B1.0(m)；N1为每延米作用于基底的总竖向力设计值（kN）；。所以有

2N1(GGQ1EyW)cos0Q1Exsin0

(514.441.21.4160.5970)cos1118'1.4260.319sin1118' 896.752KN/m

0。基地平均压应力②偏心荷载作用时

pN1A896.7524.663192.312kpa

作用于基底的合力偏心距e为eMN1,M为作用于基底形心的弯矩，由于是第Ⅰ类荷载组合，所以

M1.4ME1.2MG,ME为填土恒载土压力所引起的弯矩，MG为墙身及基础自重和基础上的土重

引起的弯矩。

其中M1.4ME1.2MGExZ1.4(EyZx)1.2GZGy

1.5880.9122.043mZy4.907Zx4.57322.621m4.57321.8470.44mZGM1.4160.5972.6211.4260.3192.0431.2514.440.44116.355KN

e=

116.355896.352=0.130m<

B6=0.762m

所以PmaxN1A(16eB)=225.121Kpa, PminN1A(16eB)=159.503Kpa

Pmax和

Pmin均小于380kpa，故满足要求。

3.5.3 墙身截面验算

采用截1-1为验算截面，如图所示，已知条件为G=514.44kN, Ea=305.898kN, Ex=260.319kN, Ey =160.597KN, Zy’=2.043m, Zx＇=2.621m,截面宽度B’=4.663m. ZG’=0.44m, Zy’, Zx＇, ZG’分别为Ey，Ex，G对1-1截面形心产生的力矩。

akAfcu①强度验算

0N1=896.752KN＜

f=5401.21KN

其中

01256(为重要性系数，取值1.05；αke0B))28=

112(rfe0B=0.991为轴向力偏心影响系数；fcu为材料

极限抗剪强度，取2700kpa；为抗剪系数，取2.31。

kakAfcu②稳定验算

0N1=896.752KN＜

f=5401.21KN满足要求。

其中各个参数均于B部分的系数相同；弯曲平面内的纵向翘曲系数，

k11ss(s3)(116e0B)=1.0

αs由《路基设计规范》表5.4.4-3查得，为0.002，βs=

3.6结论

2HB=3.022。

通过上述验算，所拟截面符合各项要求，决定采用此截面，顶宽为2.5m。