挡土墙设计参考

路基挡土墙在工程中常采用的路基支护形式是重力式挡土墙，其主要类型包括：直立式、仰斜式、俯斜式等。由于该路线某段路基填土高度较高，要进行路基的防护。仰斜式挡墙适用范围大、较经济而且稳定性较好，所以优先选取仰斜式挡墙设计[5]。（1）基本资料挡土墙墙后的填料宜选用砂土，重度为17.7kN/m3，填料与墙背摩擦角为18.5°，计算内摩擦角为39°。地基土的重度为18.4kN/m3，内聚力为28.5kPa，内摩擦角为23.9°，承载力特征值为273kPa，基底与地基摩擦系数为0.42，地基土摩擦系数为0.77。根据横断面设计成果，选取最不利横断面，布置挡土墙。在道路填土较高的和在与其他路接触处K1+180～K1+250、K1+460～K1+510路段，设置仰斜式挡墙。（2）挡土墙设计及重心计算根据填土高度和经济要求来设置挡土墙尺寸和选用材料。本设计K0+180～K0+240路段，挡土墙选用仰斜式路堤墙，墙高6m，宽1.5m，墙面与墙背坡度保持一致为1：0.25。选用M7.5砂浆和片石作为砌筑材料，MU30片石的重度为tg=23kN/m3，查相关资料，抗压强度fcd=0.63MPa，直接抗剪强度fvd=0.147MPa。设计布置的挡土墙横断面图见图3.2。图3.2挡土墙横断面图（单位：m）挡土墙计算参数图示见图3.3。全截面重心到墙趾的距离：50.12)5.125.06(=+×=GZm每m墙长的自重为：2071650.1=×××=tgGkN/m图3.3挡土墙计算参数图示（3）主动土压力计算（a）检验破裂面能否交于荷载内当挡土墙墙高不大于2m时，附加荷载强度q取20kPa。当挡土墙墙高不小于10m时，附加荷载强度q取10kPa。附加荷载强度q的取值：本设计墙高为6m，采用线性内插法求得附加荷载标准值：q=15kPa先将附加荷载换算成为均布土层厚度布置在路面上：847.07.17150===gqhm由墙背坡度为1：0.25，所以o02.14-=a由《公路挡土墙设计与施工技术细则》附录A公式（A.0.1-6）得：o48.435.1802.1439=+-=++=dajy根据图3.2所示，计算参数：a=4.51m，b=6.76m，d=0.8m，H=6m，B=1.5m，h0=0.847m53.0)2)((tan)22()(2000=+++++-++=haHaHhaHHdbhabAa))(tantan(cottantanA++±-=yyjyq848.0)53.048.43)(tan48.43tan39(cot48.43tan=+++-=oooo换算得：o3.40=q计算破裂面的顶点距离内侧的水平距离L：()25.06848.0)51.46(tantan)(-×-×+=-+=aqHaHL=10.41m＞6.76+9.8=7.56m因此，由以上检验得到破裂面是交于荷载内的。（b）主动土压力计算及其作用点位置确定在本次设计中，埋置基础的深度很浅，可忽略墙前填土的被动土压力。)sin()tan(tan)cos(Kayqaqjq+++=113.0)48.433.40sin())04.14tan(3.40(tan)393.40cos(=+-++=oooooo338.125.085.08.0tantan1=-=+=aqdhm909.425.085.0848.051.476.6tantantan3=-×-=+-=aqqabhm247.0909.4338.16314-=--=--=hhHhm240312)21(21KHhhHhHa+-+=89.16247.085.02)6290.41(651.4212=××+×-××+=2121EHKKaag=24.66689.111.07.175.02=××××=kN/m土压力在每m墙长上的分量：04.66)5.1804.14cos(24.66)cos(E=+-×=+=oodaaxEkN()15.55.1804.14sin24.66)sin(E=+-×=+=oodaayEkN土压力各分量作用点分别至墙趾的距离：12440233)23()(3ZKHHhhhhHaHy-+-+=03.289.163)6224.03(24.085.0)90.46(51.43622=×××--××-×+-×+=m007.2)04.14tan(03.25.1tanZ=-×-=-=oayxZBm（4）挡土墙抗滑移和抗倾覆稳定性的验算（a）抗滑移验算根据《公路挡土墙设计施工技术细则》式（5.3.2-1），忽略墙前填土的被动土压力，即Ep=0，将其代入滑动稳定方程如下：[]pQxQyQpQxyQEEEGEEEG21010201tan)1.1(tan)tan(1.1ggagmagag+-++-++()21.6004.664.1042.0004.6615.54.142.02071.1=+×-+××+×+××=kN＞0根据《公路挡土墙设计施工技术细则》式（5.3.2-2），计算实际抗滑稳定系数：15.21215.5207=+=+=yEGNkN47.204.6677.015.212tan)tan(00=×=-+=amaNEENkxnxc根据《公路挡土墙设计施工技术细则》中表5.3.5规定，kc取1.3。在本设计中kc=2.47＞1.3，抗滑移验算满足要求。（b）抗倾覆稳定性验算根据《公路挡土墙设计施工技术细则》式（5.3.4-1），可忽略墙前填土的被动土压力，抗倾覆稳定性方程如下：()ppQyxxyQGZEZEZEGZ218.0gg+-+=0.8×207×1.50+1.4×（5.15×2.007-66.04×2.03）+0=75.18kN·m＞0根据《公路挡土墙设计施工技术细则》式（5.3.4-2），计算实际抗倾覆稳定系数：39.203.204.66007.215.550.12070=××+×=+=yxxyGZEZEGZk根据《公路挡土墙设计施工技术细则》中表5.3.5规定，k0取1.5。在本设计中k0=2.39＞1.5，满足要求。（c）基底应力及偏心距验算根据《公路挡土墙设计施工技术细则》规定，在计算挡土墙地基承载力时，传至基础底面上的作用效应，标准组合应采用极限状态下的作用效应，采用地基承载力特征值作为相应抗力[5]。作用在挡墙基底形心处时产生的弯矩Mk：yxxyGkZEBZEBZGM-⎟⎠⎞⎜⎝⎛-+⎟⎠⎞⎜⎝⎛-×=22=67.2703.204.66)25.1007.2(15.525.150.1207=×--×+⎟⎠⎞⎜⎝⎛-×kN·m作用在挡墙基底时的垂直力Nk：15.2121)15.5207(cos)(0=×+=+=aykEGNkN基底合力的偏心距为e0：25.065.1613.015.21267.270=====bNMekk综上，偏心距验算满足《公路挡土墙设计施工技术细则》表5.2.4及式（5.2.2-4）的规定。根据《公路挡土墙设计施工技术细则》表5.2.8，当荷载组合采用II时，K取1.0，即地基承载力特征值无需提高，则：2732730.1'=×=afkPa98.2145.113.0615.115.212610max=⎟⎠⎞⎜⎝⎛×+×=⎟⎠⎞⎜⎝⎛+=bebNpkkPa基底最大压力与地基承载力特征值的比较：89.675.113.0615.115.212610min=⎟⎠⎞⎜⎝⎛×-×=⎟⎠⎞⎜⎝⎛-=bebNpkkPa273,max=afPkPa因此，地基承载力符合要求。（d）墙身截面强度验算在进行挡土墙墙身截面强度和稳定性验算时，取基顶截面作为验算截面。基顶截面的偏心距：207==GNGkN，15.51==yQENkN根据《公路挡土墙设计施工技术细则》查表6.3.5，取综合效应组合系数0.1=zcy，并根据查表4.1.7，荷载的分项系数取4.12.11==QGgg，，根据《公路挡土墙设计施工技术细则》公式（6.3.5），截面形心处的竖向力组合设计值为：()()61.25515.54.12072.10.111=×+××=+=QQGGzcdNNNggykN墙身由于自重作用在基底截面形心处产生的力距：25.15525.150.12072=⎟⎠⎞⎜⎝⎛-×=⎟⎠⎞⎜⎝⎛-=BZNMGgGkN·m土压力作用在基底截面形心处产生的力矩：59.12703.204.6625.1007.215.52-=×-⎟⎠⎞⎜⎝⎛-×=-⎟⎠⎞⎜⎝⎛-=yxxyEZEBZEMkN·m根据相关资料，取作用分项系数，如下：4.19.01==QGgg，根据《公路挡土墙设计施工技术细则》表6.3.5-1，取综合效应组合的系数0.1=zcy，挡墙截面形心总力矩的组合设计值：()()()90.3859.1274.125.1559.00.11-=-×+××=+=EQGGzcdMMMggykN·m根据《公路挡土墙设计施工技术细则》表6.3.6，取合力偏心矩容许的极限值为：[]375.025.00==bem根据《公路挡土墙设计施工技术细则》式（6.3.6），得截面上轴向力合力偏心距：152.061.2559.380=-==ddNMem＜0.375m因此，偏心距的验算符合要求。（e）截面承载力验算由上述计算所得，作用于挡墙截面形心处的竖向力组合设计值为Nd=255.61kN，根据《公路挡土墙设计施工技术细则》表3.1.5，查到挡土墙的结构重要性系数取0.10=g，根据表6.3.8，查得长细比的修正系数为：3.1=bg。根据《公路挡土墙设计施工技术细则》式（6.3.8-3），计算长细比：4.105.163.122=××==BHsbgb根据《公路挡土墙设计施工技术细则》条文6.3.8中规定，砂浆等级不小于M7.5时，sa取0.002。10.05.115.00==Be根据《公路挡土墙设计施工技术细则》式（6.3.8-2），得长细比sb和构件轴向力的偏心距0e对受压构件承载力的影响系数：()20.11613111212561202080=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛+-+×⎟⎠⎞⎜⎝⎛+⎟⎠⎞⎜⎝⎛-=BeBeBessskbbay5.15.111=×=×=BAm2，根据《公路挡土墙设计施工技术细则》附录C表C.0.6-5，查得63.0=cdfMPa=630kN/m2挡土墙墙身受压构件的抗力效应的设计值：11346305.12.1=××=cdkAfykN113461.25561.2550.10=×=dNgkN因此，截面尺寸的验算也符合要求。（f）正截面直接受剪验算根据《公路挡土墙设计施工技术细则》式（6.3.12）的规定，要求：dNAfVGrddamg+≤0在截面上的剪切组合设计值：46.9204.664.11=×==xQdEVgkN()()61.25515.54.12072.10.111=×+××=+=QQGGzcGdNNNggykN根据《公路挡土墙设计施工技术细则》附录C表C.0.6-5，查得：147147.0==MPafvdkN/m2由5.1=Am2，可计算得轴压比为：27.05.163061.255=×=AfNcdGd根据《公路挡土墙设计施工技术细则》表6.3.12，查得15.0=ma，再根据式（6.3.12）得：46.9246.920.184.25861.25515.01475.10=×==×+×=+dGdvdVNAfgamkN因此，符合正截面直接受剪切验算要求。综上，挡土墙尺寸设计符合规范要求。在挡土墙布置段，每隔10米布置挡土墙，变形缝宽度为2cm，泄水孔采用直接10cm的圆孔，最下排泄水孔至少高出施工后实际地面30cm，泄水孔横竖间距都为3m。