挡土墙计算方法
挡土墙计算方法
挡土墙的形式多种多样,按结构特点可分为:重力式、衡重式、轻型式、半重力式、钢悬臂式、扶壁式、柱板式、锚杆式、锚定板式及垛式等类型。当墙高<5时,采用重力式挡土墙,可以发挥其形式简单,施工方便的优势。所以这里只介绍应用最为广泛的重力式挡土墙的设计计算方法。 一:基础资料
1. 填料内摩擦角。当缺乏试验数据时,填料的内摩擦角可参照表一选用。 表一:填料内摩擦角ψ
3. 墙背摩擦角δ(外摩擦角)
填土与墙背间的摩擦角δ应根据墙背的粗糙程度及排水条件确定。对于浆砌片石墙
体、排水条件良好,均可采用δ=ψ/2。
1)按DL5077-1997〈水工建筑物荷载设计规范〉及SL265-2001〈水闸设计规范〉
:δ=(0-0. 33)ϕ⎧墙背平滑,排水不良时
⎪
:δ=(0. 33-0. 5)ϕ⎪墙背粗糙,排水良好时
⎨
时:δ=(0. 5-0. 67)ϕ⎪墙背很粗糙,排水良好
⎪墙背与填土不可能滑动时:δ=(0. 67-1. 0)ϕ⎩
从经济合理的角度考虑,对于浆砌石挡土墙,应要求施工时尽量保持墙后粗糙,可采用δ值等于或略小于ϕ值。
ξ:填土表面倾斜角;θ:挡土墙墙背倾斜角;ϕ:填土的内摩擦角。
` 4. 基底摩擦系数
基底摩擦系数μ应依据基底粗糙程度、排水条件和土质确定。 5. 地基容许承载力
地基容许承载力可按照《公路设计手册·路基》及有关设计规范规定选取。 6. 建筑材料的容重
根据有关设计规范规定选取。 7. 砌体的容许应力和设计强度 根据有关设计规范规定选取。 8. 砼的容许应力和设计强度 根据有关设计规范规定选取。 二:计算
挡土墙设计的经济合理,关键是正确地计算土压力,确定土压力的大小、方向与分布。土压力计算是一个十分复杂的问题,它涉及墙身、填土与地基三者之间的共同作用。计算土压力的理论和方法很多。由于库伦理论概念清析,计算简单,适用范围较广,可适用不同墙背坡度和粗糙度、不同墙后填土表面形状和荷载作用情况下的主动土压力计算,且一般情况下计算结果均能满足工程要求,因此库伦理论和公式是目前应用最广的土压力计算方法。填土为砂性土并且填土表面水平时,采用朗肯公式计算土压力较简单。
土压力分为主动、被动、静止土压力,为安全计,应按主动土压力计算。 1)库伦主动土压力公式:
F =
1
γH 2K a 2
F H =F cos(ε+δ)
F V =F sin(ε+δ) K a =
cos 2(ϕ-ε)
⎡sin(ϕ+δ) sin(ϕ-β) ⎤
cos εcos (ε+δ) ⎢1+⎥
cos(ε+δ) cos(ε-β) ⎣⎦
2
2
ε:墙背与铅直面的夹角,β:墙后回填土表面坡度。
2)朗肯主动土压力公式:
F =
1
γH 2K a 2
K a =tg 2(45o -ϕ/2)
注意:F 为作用于墙背的水平主动土压力,垂直主动土压力按墙背及后趾以上的土重计算。
3)回填土为粘性土时的土压力
按等值内摩擦角法计算主动土压力,可根据工程经验确定,也可用公式计算。 经验确定时:
挡土墙高度
值内摩擦角可采用25~280。挡土墙高度>6m时,等值内摩擦角随挡土墙高度的加大而相应降低,具体可参照SL265-2001〈水闸设计规范〉。
公式计算时:
tg (450-
ϕd
2
γH tg (45-) -4CHtg (45-) +
) =
2
2
220
ϕ
ϕ4C 2
γ
γH 2
ϕd :等值内摩擦角,H :墙高,C :土的粘聚力,KN/m2。
4)挡土墙的稳定验算及强度验算
4.1 挡土墙沿基底的滑动稳定系数K c 应不小于1.3。 计算公式为:
K c =
f G
H
f :基底与地基的摩擦系数;∑G :所有垂直荷载之和;∑H :所有水平荷载之和。
∑G 根据情况需要考虑挡土墙自重、墙背及后趾上的土重、扬压力等,∑H 根据情
况需要考虑水平土压力、水压力等。
f 值按SL265-2001〈水闸设计规范〉,根据岩土地基类别由下表查得。
4.2 挡土墙绕墙趾的倾覆稳定系数K 0应不小于1.5。 计算公式为:
K 0=(WZw+EyZx)/(ExZy )
式中:Zx ——Ey 对墙趾O 点的力臂 (m),Zy ——Ex 对墙趾O 点的力臂 (m),Zw ——W
对墙趾O 点的力臂 (m)。
4.3 基底应力按下式计算:
P
max min
G 6⨯∑M ∑=±
B
B 2
∑M :所有作用力矩之和,KN ∙M 。
按照规范,应满足,平均基底应力小于地基允许承载力,最大基底应力小于地基允许承
载力的1.2倍。
土基上最大基底应力与最小基底应力之比要满足下表要求。
表格来源于:SL265-2001〈水闸设计规范〉