挡土墙验算资料：车辆荷载换算及计算参数

长沙理工大学备课纸第1页路基路面工程-----李强车辆荷载换算及计算参数1.车辆荷载换算作用于墙后破裂棱体上的车辆荷载，使土体中出现附加的竖直应力，从而产生附加的侧向压力。考虑到这种影响，可将车辆荷载近似地按均布荷载考虑，换算成容重与墙后填料相同的均布土层。车辆荷载作用在挡土墙墙背填土上所引起的附加土体侧压力按等代均布土层厚度计算。⑴按墙高确定的附加荷载强度进行换算换算均布土层厚度可直接由挡土墙高度确定的附加荷载强度计算：（P140）0qh式中：0h－换算土层厚度(m)；q－车辆荷载附加荷载强度：墙高小于2m，取20kN/m2；墙高大于10m，取10kN/m2；墙高在2m～10m之内时，附加荷载强度用直线内插法计算。作用于墙顶或墙后填土上的人群荷载强度规定为3kN/m2；作用于挡墙栏杆顶的水平推力采用0.75kN/m，作用于栏杆扶手上的竖向力采用1kN/m。－墙背填土的容重（kN/m3）。⑵根据破裂棱体范围内布置的车辆荷载计算根据墙后破裂棱体上的车辆荷载换算为重度与墙后填土相同的均布土层，其厚度h0的计算公式为：00QhBL式中：γ为墙后填土的重度（kN/m3）；B0为不计车辆荷载作用时破裂棱体的宽度（m），对于路堤墙为破裂棱体范围内的路基宽度（即不计边坡部分的宽度b）；L为挡土墙的计算长度（m）；Q为布置在B0×L范围内的车轮总重（kN），Q为每辆标准汽车总重550kN。破裂棱体的宽度B0按下式计算：0tantanBHaHb（教材有误，强调α代入正负号）长沙理工大学备课纸第2页路基路面工程-----李强挡土墙的扩散长度为汽车荷载在挡墙半高（H/2）处的扩散长度，扩散长度l按下式计算：02tan30lLHa式中：L0为标准汽车前后轴轴距加轮胎着地长度（12.8+0.2=13m）。当挡土墙的扩散长度≤20m时，挡土墙的计算长度L=扩散长度；否则计算长度L按20m计算。车辆荷载总重Q按下述规定计算：纵向：当取用挡土墙分段长度时，为分段长度内可能布置的车轮；当取标准汽车的扩散长度时为一辆标准汽车重力。横向：破裂棱体宽度B0范围内可能布置的车轮。车辆外侧车轮中线距路面（或硬路肩）、安全带边缘的距离为0.5m。路肩墙则车轮外缘靠墙顶内缘布置。若横向布置的车辆不为整数，则小数部分按半辆标准车计算。2.计算参数⑴填料的计算内摩擦角和重度墙后填料的内摩擦角值对土压力值的影响很大。因此，设计挡土墙时应根据所采用的填料性质和湿密状态选用计算内摩擦角值。最好按填料的实际工作情况进行试验，并考虑一定的安全度后再确定。当缺乏可靠试验数据时，填料内摩擦角可参照下表选用（规范P34，教材P141表6-6）。路堑墙后原状土层的计算内摩擦角值，在水文地质条件良好时，可参考自然山坡的坡角，比下表中所列的数值酌情增大。填料内摩擦角或综合内摩擦角（°）填料种类综合内摩擦角φD内摩擦角φ重度（kN/m3）粘性土墙高H≤6ｍ35～40―17～18墙高H＞6ｍ30～35―碎石、不易风化的块石―45～5018～19大卵石、碎石类土、不易风化的岩石碎块―40～4518～19小卵石、砾石、粗砂、石屑―35～4018～19中砂、细砂、砂质土―30～3517～18注：填料重度可根据实测资料作适当修正，计算水位以下的填料重度采用浮重度。⑵墙背摩擦角墙背摩擦角δ值视墙背的粗糙程度和墙后填料的性质及排水条件而定。无试验资料时，可参考下列数据选用：墙背光滑、排水不良时：1(0)3～混凝土墙身时：1(0)2～粗糙、排水良好的浆砌片、块石墙身：11()32～很粗糙、排水良好的干砌片、块石墙身：12()23～台阶形的石砌墙背、排水良好时：32第二破裂面或假想墙背时：⑶基底与基底土间的摩擦系数（教材P145表6-12）缺乏试验资料时，挡土墙基底与基底土间的摩擦系数可参考下表选用：长沙理工大学备课纸第3页路基路面工程-----李强表5.4.3-2基底与基底土间的摩擦系数μ地基土的分类摩擦系数μ软塑粘土0.25硬塑粘土0.30砂类土、粘砂土、半干硬的粘土0.30～0.40砂类土0.40碎石类土0.50软质岩石0.40～0.60硬质岩石0.60～0.70长沙理工大学备课纸第4页路基路面工程-----李强第四节挡土墙设计总则一、挡土墙设计步骤1.初步拟定若干个方案；2.初拟挡土墙断面形式、布设位置以及基础类型；3.初步进行挡土墙纵向布置与横向布置；4.选择最不利断面进行试算；5.反复调整试算，确定断面尺寸；6.进行方案比较，选择最佳方案；7.绘制挡土墙设计图（平面布置图、纵向布置图和特征点断面图）；8.编制设计说明。二、挡土墙的荷载施加于挡土墙的荷载按性质划分见教材P142表6-8。设计时应按荷载的可能不利组合（P143表6-9）进行计算。不同组合将相应采用不同的荷载系数和抗力安全系数。作用在一般地区挡土墙上的力，可只计算永久荷载和基本可变荷载，浸水地区、地震动峰值加速度值为0.2ｇ及以上的地区、产生冻胀力的地区等，尚应计算其它可变荷载和偶然荷载。荷载分类表6-8荷载分类荷载名称永久荷载挡土墙结构重力填土（包括基础襟边以上土）重力填土侧压力墙顶上的有效永久荷载墙顶与第二破裂面之间的有效荷载计算水位的浮力及静水压力预加力混凝土收缩及徐变基础变位影响力可变荷载基本可变荷载车辆荷载引起的土侧压力人群荷载、人群荷载引起的土侧压力其他可变荷载水位退落时的动水压力流水压力波浪压力冻胀压力和冰压力温度影响力施工荷载与各类型挡土墙施工有关的临时荷载偶然荷载地震作用力滑坡、泥石流作用力作用于墙顶护栏上的车辆碰撞力常用荷载组合表6-9组合荷载名称I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II组合I与基本可变荷载相组合III组合II与其他可变荷载、偶然荷载相组合注：①洪水与地震力不同时考虑；②冻胀力、冰压力与流水压力或波浪压力不同时考虑；③车辆荷载与地震力不同时考虑。长沙理工大学备课纸第5页路基路面工程-----李强三、挡土墙的设计原则挡土墙设计以分项系数极限状态设计法为主。1.极限状态挡土墙设计分承载力极限状态和正常使用极限状态①承载力极限状态承载力极限状态是当挡土墙出现以下任何一种状态，即认为超过了承载力极限状态整个挡墙或一部分作为刚体失去平衡；构件或连接部件因超过材料强度而破坏或塑性过大而不适于继续承载；结构变为机动体系或局部失衡。②正常使用极限状态正常使用极限状态是当挡土墙出现以下任何一种状态，即认为超过了正常使用极限状态影响正常使用的外观变形；影响正常使用的局部破坏（包括裂缝）；影响正常使用的其它特定状态挡土墙构件承载力极限状态表达式：kkQiKciQiKQQGKGrRSrSrSrr/)(110式中：0r为结构重要系数，取值如下表：墙高公路等级高速公路、一级公路二级及以下公路≤5.0ｍ1.00.95＞5.0ｍ1.051.0Gr为垂直恒载引起的效应分项系数；1Qr为恒载及汽车活载的土压力效应分项系数；Kr为抗力安全系数；GKS为恒载效应（包括挡土墙自重及后踵板上或基础襟边以上的土重）；KQS1为恒载及汽车活载的土压力效应；QiKS为其它荷载效应；kR为构件抗力标准值；ci为荷载效应组合系数；Qir为其它荷载效应分项系数。2.计算状态与荷载系数①承载力极限状态承载能力极限状态荷载分项系数情况荷载增大对挡土墙结构起有利作用时荷载增大对挡土墙结构起不利作用时组合I，IIIIII，IIIII垂直恒载Gr0.901.20恒载或车辆荷载、人群荷载的主动土压力1Qr1.000.951.401.30被动土压力2Qr0.300.50水浮力3Qr0.951.10静水压力4Qr0.951.05动水压力5Qr0.951.20地震作用6Qr0.901.10②正常使用极限状态：通常采用上表列的各分项系数。③当对挡土墙进行基础、圬工结构合力偏心距计算时，被动土压力用0.3，其它荷载系数采用1.0。长沙理工大学备课纸第6页路基路面工程-----李强第五节重力式挡土墙设计一、稳定性验算1.抗滑稳定性验算（稳定性系数教材无）为保证挡墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其它外力作用下，基底摩阻力抵抗挡墙滑移的能力。挡土墙的滑动稳定方程与抗滑稳定系数Kc按下列公式计算：1010.90.9tanQyQxGEGE000000cossintancossintanxxcxxNENEKENEN式中：G为作用于基底以上的重力（kN），浸水挡土墙的浸水部分应计入浮力；xE、yE为墙后主动土压力的水平分量和竖向分量（kN）；0为基底倾斜角（°）；1Qr为主动土压力分项系数；为基底与地基间的摩擦系数；N为作用于基底上合力的竖向分力（kN），浸水挡土墙应计浸水部分的浮力。2.抗倾覆稳定性验算为保证挡土墙抗倾覆稳定性，必须验算它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力。挡土墙的倾覆稳定方程与抗倾覆稳定系数K0按下列公式计算：10.90GQyxxyGZrEZEZ0GyxxyGZEZKEZ式中：GZ为墙身重力、基础重力、基础上填土的重力及作用于墙顶的其它荷载的竖向力合力重心到墙趾的距离（ｍ）；xZ、yZ为墙后主动土压力的竖向分量和水平分量到墙趾的距离（ｍ）。在验算挡土墙的稳定性时，一般均未计趾前土层对墙面所产生的被动土压力。挡土墙的抗滑动和抗倾覆稳定系数不宜小于下表的规定。验算结果如不满足以上要求，则表明抗滑稳定性或抗倾覆稳定性不够，应改变墙身断面尺寸重新核算。抗滑动和抗倾覆的稳定系数荷载情况验算项目稳定系数荷载组合I、II抗滑动1.3抗倾覆1.5荷载组合III抗滑动1.3抗倾覆1.3施工阶段验算抗滑动1.2抗倾覆1.2长沙理工大学备课纸第7页路基路面工程-----李强设置于不良土质地基、表土下为倾斜基岩地基及斜坡上的挡土墙，应对挡土墙地基及填土的整体稳定性进行验算，其稳定系数不应小于1.25。二、基底应力及合力偏心距验算基底应力验算：保证挡土墙基底应力不超过地基容许承载力。合力偏心距验算：使挡土墙墙型结构合理和避免发生显著的不均匀沉陷。1.基础底面的压应力⑴轴心荷载作用时1NpA11010cossinGQyQxNGEWE式中：p为基底平均压应力（kPa）；A为基础底面没延米的面积=基础宽度B×1.0（m2）；N1为每延米作用于基底的总竖向力设计值（kN）；Ey为墙背主动土压力的垂直分力；Ex为墙背主动土压力的水平分力；W为常水位浮力（kN）。其它符号含义同前。⑵偏心荷载作用时作用于基底的合力偏心距e为：1MeN式中：M为作用于基底形心的弯矩，可按教材P146表6-13采用；①当|e|≤B/6时：1maxmin61NepAB，②当|e|B/6时：基底出现拉应力，一般不考虑地基能承受拉应力，则基底应力进行重分布。1maxmin2032NppBe2.基底合力偏心距基底合力偏心距应满足教材P146页表6-14的要求：长沙理工大学备课纸第8页路基路面工程-----李强3.地基承载力抗力值地基应力的设计值应满足地基承载力的抗力值要求。⑴轴向荷载作用时：pf⑵偏心荷载作用时：1.2pf⑶地基承载力抗力值f的计算当挡土墙的基础宽度大于3m，或埋置深度大于0.5m时，除岩石地基外，地基承载力抗力值按下式计算：112230.5kffkbkh式中：f为地基承载力抗力值；fk为地基承载力标准值；k1、k2为地基承载力修正系数，见教材P147表6-15；γ1为基底下持力层上土的天然重度（kN/m3），如在水面以下且不透水者，应采用水中重度；γ2为基础底面以下各土层的加权平均重度（kN/m3），水面以下用有效水中重度；b为基础底面宽度小于3m时取3米，大于6米时取6m；h为基础底面的埋置深度（m），从天然地面算起；有水流冲刷时，从一般