重力式挡土墙
重力式挡土墙课程设计任务书
课程设计任务
(1)了解设计任务,拟定工作计划,查阅资料。 (2)按《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)“5.4 挡土墙”一节,采用极限状态设计法进行重力式挡土墙设计;
(3)根据指导教师的要求,采用指定的初始条件进行设计:重力式挡土墙的设计计算按所选方案手算;
(4)在设计说明书(设计报告书)中应画计算图,采用A4纸打印设计报告书。 (5)出图:重力式挡土墙,绘制构造及钢筋布置图。
重力式挡土墙设计报告书主要内容 (一)初始条件:
(1)浆砌片石重力式仰斜路堤墙,墙顶填土边坡1:1.5,墙身纵向分段长度为10m;路基宽度26m,路肩宽度3.0m;
(2)基底倾斜角α0:tanPi(KN)=0.190,取汽车荷载边缘距路肩边缘d=0.5m; (3)设计车辆荷载标准值按公路-I级汽车荷载采用,即相当于汽车超20级、挂车120(验算荷载);
(4)墙后填料砂性土容重C2=18kN/m,填料与墙背的外摩擦角
3
C1C2n1
1
(Pi/P)4.35
/(次日)
许承载力[σ0]=250kPa;
k
=0.5υ;粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数μ=0.30,地基容
(5)墙身采用2.5号砂浆砌25号片石,圬工容重γk=22kN/m,容许压应力
3
合计:N1=∑C1C2n1
i=1
4.35
,容许剪应力η=,容许拉应力(Pi/P)
;
(6) 以下设计参数区别为每人一题,根据指导教师的安排指定采用(对所采用的参数
值打“√”标记):
墙后砂性土填料的内摩擦角υ: 34° 墙面与墙背平行,墙背仰斜坡度(1:n): 1:0.25 墙高H: 10m
墙顶填土高a: 3.0m
(二)要求完成的主要任务: 按《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)“5.4 挡土墙”一节,采用极限状态设计法进行设计:
(1)车辆荷载换算;
(2)计算墙后主动土压力Ea及其作用点位置; (3)设计挡土墙截面,墙顶宽度和基础埋置深度应符合规范要求。进行抗滑动稳定性验算及抗倾覆稳定性验算;
(4)基础稳定性验算与地基承载力验算; (5)挡土墙正截面强度及抗剪强度验算。
重力式挡土墙设计
1 设计参数
挡土墙墙高H=10m,取基础埋置深度D=1.5m,挡土墙纵向分段长度取L=10m;路基宽度26m,路肩宽度3.0m;
墙面与墙背平行,墙背仰斜,仰斜坡度1:0.25,=-14.03°,墙底(基底)倾斜度tanα0=0.190,倾斜角α0=10.76°; 墙顶填土高度a=3.0m,填土边坡坡度1:1.5,H1(2.0m~2.2m)=arctan(1.5)H2(0.9m~1.1m)=33.69°,
车荷载边缘距路肩边缘d=0.5m
墙后填土砂性土内摩擦角υ=34,填土与墙背外摩擦角δ=υ/2=17°,填土容重γ=18kN/m;粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数μ=0.30;
墙身采用2.5号砂浆砌25号片石,墙身砌体容重γk=22kN/m,砌体容许压应力[Ab=1.0]=600kPa,砌体容许剪应力[τ]=100kPa,砌体容许拉应力[]=60kPa;
地基容许承载力[σR=σsp/Ks]=250kPa。
3
3
2 车辆荷载换算
q14h0===0.78m
γ18
3 主动土压力计算
3.1 计算破裂角θ
A=
ab+2h0(b+d)H(H+2a+2h0)tanα
(H+a)(H+a+2h0)
3×4.5+2×0.78×(4.5+0.5)10×(10+2×3+2×0.78)tan(14.03°)
=
(10+3)×(10+3+2×0.78)
=0.344
ω=+α+δ=34°14.03°+17°=36.97°
tanθ=
=
tanω±+tanω)(tanω+A)
tan36.97°±(cot34°+tan36.97°)(tan36.97°+0.344)
=0.8129θ=39.10°
墙底到路肩的水平距离为3.75m,路肩宽3m,墙底至破裂面与路基交点距离为(7+2.5)×0.86=8.17m ,3+3.75=6.75<8.17 破裂面交于荷载内进行计算。
直线形仰斜墙背,且墙背倾角α较小,不会出现第二破裂面。
3.2 计算主动土压力Ea及其作用点位置 3.2.1计算主动土压力Ea
h2=
d0.5
==0.89m
tanθ+tanα0.81290.25batanθ4.53×0.8129h3===3.66m
tanθ+tanα0.81290.25
cos(θ+)
tanθ+tanα)
sin(θ+ω)cos(39.10°+34°)
[tan39.10°=+tan(14.03°)]
sin(39.10°+36.97°)=0.168
h1=Hh2h3=100.893.66=5.45m Ka=
K1=1+
h32hh2a(1)+021H2HH2×33.662×0.78×5.45=1+(1)+
102×10100=1.58
11
γH2KaK1=×18×100×0.168×1.58
22
=238.896m
Ex=Eacos(α+δ)=91.02×cos(17°14.03°)=90.9mEa=
Ey=Easin(α+δ)=91.02×sin(17°14.03°)=4.72m
3.2.2计算主动土压力的合力作用点位置
Ha(HZx=+
3
h3)2+h0h1(3h12H)3H2K1
103×(103.1)2+0.78×5.45×(3×5.452×10)
=+
33×100×1.58=3.60m
B=b1+b1tanαtanα0=1.7+1.7×tan(14.03°)×0.190
=1.61m
Zy=BZxtanα=1.61+2.55×0.25=2.25m
墙底(基底)倾斜,需把求得的Zx、Zy修正为Zx1、
Zy1
,即:Zx1=Zx
-b1tanα0 ,
Zy1
=b1-Zx1tanα(见“附录”的图)
Zx1=Zxb1tanα0=2.551.7×0.190=2.18mZy1=b1Zx1tanα=1.72.18×tan(14.03°)=2.24m
3.3 被动土压力
墙前的被动土压力忽略不计。偏于安全。
4 挡土墙计算
只对荷载组合II进行计算。
4.1 拟定挡土墙顶宽
经试算,取挡土墙顶宽为b1=1.6m
4.2 抗滑动稳定性验算
墙身体积计算:
V1=b1(Hb1tanα0)=1.6×(101.6×0.190)=15.51m3
V2=0.5b1tanα0=0.5×1.62×0.190=0.24m3
V=V1+V2=15.51+0.24=15.75m3 墙身自重计算:
G1=Vγ=15.51×22=341.22kN,G2=Vγ=0.24×22=5.28kN,
1k2k
G
=G1+G2=341.22+5.28=346.5kN
2
[1.1G+γ
抗滑稳定性验算:
Q1
(Ey+Extanα0)μ+(1.1G+γQ1Ey)tanα0
]
γQ1Ex
=[1.1×240.9+1.4×(4.72+90.9×0.190)]×0.3+(1.1×240.9+1.40×4.72)×0.1901.40×90.9=13.08>0
墙身自重力臂计算:
(ZG1=0.5[(Hb1tanα0)n+b1]=0.5×[101.6×0.190)×0.25+1.6]=2.01
1
ZG2=[1/2+1/3(1/2tanαtanα0)]b1=0.5+(0.5+0.047)×1.6=1.09
3
(GZ+G2ZG2)(341.22×1.65+5.28×1.09)ZG=1G1==1.64
G346.5
N=G1+G2+Ey=346.5+4.72=351.22kN 抗滑稳定系数:
[N+Extanα0]μ[351.22+90.9×0.190]×0.3KC===1.57>1.3
ExNtanα090.9351.22×0.190满足要求
4.3 抗倾覆稳定性验算
0.8GZG+γQ1(EyZy1
ExZx1)=0.8×346.5×1.63+1.4×(4.72×2.2590.9×2.55)
=4.2>0
抗倾覆稳定系数:
G1ZG1+G2ZG2+EyZy1
K0=
ExZx1
341.22×1.65+5.28×1.09+4.72×2.24
90.9×2.18
=2.92>1.5
满足要求
=
4.4 基底合力偏心距验算
N至墙趾A的距离
G1ZG1+G2ZG2+EyZy1ExZx1
ZN=
N
341.22×1.65+5.28×1.09+4.72×2.2490.9×2.18
=
351.22
=0.95m
B1.61
基底合力偏心距e0=ZN=0.95=0.145;
22
4.5 地基承载力验算
6eN351.226×0.035
(1+0)=×(1+)=246.6kPa<[σ0]=250kPa BB1.611.61
6e0N351.226×0.035
σ2=(1)=×1=189.69kPa<[σ0]=250kPa
BB1.611.61满足要求 σ1=
4.6 墙身强度验算
墙面与墙背平行,截面最大应力位于接近基底处。由基底应力计算结果知墙身正应力满足墙体材料强度要求。墙身剪应力及弯拉应力很小,计算从略。