(重力式)挡土墙

挡土墙设计说明书一、设计内容1．根据所给设计资料分析挡土墙设置的必要性和可行性； 2．确定的挡土墙位置和类型； 3．进行挡土墙结构设计； 4．进行挡土墙稳定性分析； 5．挡土墙排水设计；6．对挡土墙的圬工材料及施工提出要求。

二、设计步骤1．根据所给设计资料分析挡土墙设置的必要性和可行性挡土墙是为防止土体坍滑而修筑的，主要承受侧向土压力的墙式建筑物。

在公路工程中广泛用于支撑路堤填土或路堑边坡，以及桥台、隧道洞口及河流堤岸等。

现拟定在某二级公路路基宽10.0m ，其2980k +—3120k +两侧设置路堤挡土墙。

2．拟定挡土墙的结构形式及断面尺寸设此挡土墙为重力式挡土墙，为增加挡土墙的抗滑稳定性，设置倾斜基底，且设010α=︒。

墙顶宽设为1.5m ，墙背坡度设为20α=︒，挡墙的最大计算高度设为 6.0H m =。

墙身采用浆砌块石，砌体的单位重324/kN m γ=，砌体极限抗压强度为700kPa ，极限抗拉强度为120kPa ，抗剪强度为80kPa 。

墙背填土的重度为18/kN m γ=，内摩擦角为35ϕ=︒，墙后填土表面的倾斜角为30β=︒，亚粘土地基315k f kPa =，地基与墙底的摩擦系数0.4μ=，墙背与填土间的摩擦角为18δ=︒。

挡土墙顶面至路面的高度为2.0a m =，挡墙分段长度为10m 。

图1：挡土墙截面尺寸（单位：m ）3．确定车辆荷载及换算土柱高度按墙高确定的附加荷载强度进行换算因墙高 6.0H m =，由表1-1内插法得20102062102q --=--，即15q kPa = 所以换算均布土层厚度0150.8318q h m γ===4．土压力计算计算挡土墙压力a E ，首先要确定产生最大土压力的破裂面，求出破裂角θ。

但是这在事先并不知道，必须进行试算。

试算时，通常先假定破裂面位置通过荷载中心，计算图示如下：图2破裂面交于荷载中心计算图示（单位：m ）主动土压力的计算： 由挡土墙各部分尺寸知，cos()sin()a E G θϕθψ+=+tan tan θψ=-±其中挡土墙的自重00(tan )G A B γθ=-，其中001(2)()2A H a h H a =+++ 1(6220.83)(62)38.642=⨯++⨯⨯+=0001()(22)t a n 22HB ab b d h H a h α=++-++ 112 3.46(3.460.5)0.836(64 1.66)tan 20 5.9822=⨯⨯++⨯-⨯⨯++⨯︒=-所以tan tan θψ=-±t a n 73t a n 73)=-︒3.27 3.830.56=-±=（负值舍去）由计算图示可知 1.5 3.460.53 3.68tan 0.5962θ+++-==+故可近似认为计算图示破裂面与原假定破裂面相符。

取30θ≈︒。

00cos()cos65(tan )18(38.640.58 5.98)221.66/sin()sin103a E A B kN m θϕγθθψ+︒=-=⨯⨯+⨯=+︒则土压力的水平和垂直分力分别为：水平分力cos()x a E E αδ=+221.66cos38174.67/kN m =⨯︒= 垂直分力sin()y a E E αδ=+221.66sin 38136.47/kN m =⨯︒=5．稳定性验算--抗滑稳定性和抗倾覆稳定性验算 ①抗滑稳定性验算为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其他外力作用下，基底摩擦力抵抗挡土墙滑移的能力，在一般的情况下，应满足下式：10(0.9)0.9tan Q y G E G γμα++≥1Q x E γ 则有10(0.9)0.9tan Q y G E G γμα++(0.914.3424 1.4136.47)0.40.914.3424tan10254.94/kN m =⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯︒= ≥1 1.4174.67244.54/Q x E kN m γ=⨯=由上式可知挡土墙满足抗滑稳定性要求。

②抗倾覆稳定性验算为保证挡土墙抗倾覆稳定性，须验算它抵抗墙身绕墙脚趾向外转动倾覆的能力，在一般的情况下，应满足下式：10.9()G Q y x x y GZ E Z E Z γ+->0计算图示如下：图3 挡土墙的抗倾覆稳定即0.914.3424 1.38 1.4(136.47 2.95174.67 2.0)501.99⨯⨯⨯+⨯⨯-⨯=>0 由上可知挡土墙满足抗倾覆稳定性要求。

6．基底应力及合力偏心距验算为保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，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 基底的平均压应力为11010()cos sin G Q y Q x N G E E γγαγα=++(14.3424 1.2 1.4136.47)cos10 1.4174.67sin10637.34kN =⨯⨯+⨯⨯︒+⨯⨯︒= 1637.34173.193.68 1.0N p kPa A ===⨯ <1122(3)(0.5)ak k f f b h κγκγ=+-+-3150 1.118(1.50.5)334.8kPa =++⨯⨯-=②基底合力偏心距作用于基底的合力偏心距为111.4 1.2E GM M M e N N +==1.4(174.672136.47 1.11) 1.2(14.34240.46)0.73637.34⨯⨯-⨯+⨯⨯⨯== 因填土为亚黏土，其地基的合力偏心距应满足0e ≤/5B 所以0.73e =<0/5 3.68/50.74e B ===满足要求。

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，即满足max p ≤1.2ak f 因0.73e =>/60.61B =， 所以1max 22637.34382.793(/2)3(1.840.73)N p kPa B e ⨯===-⨯-<1.2401.76ak f kPa =综上所述，挡土墙满足地基承载力要求。

7．截面应力验算为保证墙身具有足够的强度，选取1/2墙高处控制截面进行验算。

现选取1/2墙高以上部分为隔离体，其计算图示如下：图4 挡土墙1/2墙高处控制截面计算图示根据《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61—2005）的规定，当构件采用分项安全系数的极限状态设计时，荷载效应不利组合的设计值，应小于或等于结构抗力效应的设计值。

①强度计算：j N ≤/k k k AR αγ设计轴向力（按每延米墙长计算）011()j G G Q Q QiCi Qi N N N N γγγγψ=++∑据题意可知挡土墙无静水压力、动水压力、地震力等引起的轴向力，所以011() 1.0(1.2 6.1424 1.436.71)228.22j G G Q Q N N N kN γγγ=+=⨯⨯⨯+⨯= 由图示计算可知偏心距00.60e m =，则轴向力偏心影响系数为8802200.601256()1256() 3.680.760.60112()112()3.68k eB e Bα--===++则有：228.22j N kN =</0.76 2.591700/1.92717.65k k k AR kN αγ=⨯⨯⨯= 因此挡土墙的1/2墙高处控制截面的强度满足要求。

②稳定计算：j N ≤/k k k k AR ψαγ弯曲平面内的纵向翘曲系数为2011(3)[116(/)]k s s s e B ψαββ=+-+210.9910.0025 3.26(3.263)[116(1.09/3.68)]==+⨯⨯-⨯+⨯ 其中2/26/3.68 3.26s H B β==⨯=砌体砂浆强度等级为 2.5M 时，0.0025s α=。

则228.22j N kN =</0.990.76 2.591700/1.92710.47k k k k AR kN ψαγ=⨯⨯⨯⨯=因此挡土墙的1/2墙高处控制截面的稳定满足要求。

③正截面直接受剪时验算：j Q ≤1/j j k m A R f N γ+ 正截面剪力146.98j x Q E kN =⨯= 受剪截面面积22.591 2.59j A m =⨯= 摩擦系数0.42m f =则有：46.98j Q kN =<1/ 2.5980/2.310.42637.34357.38j j k m A R f N kN γ+=⨯+⨯= 因此正截面直接受剪时验算满足要求。

8．挡土墙排水和变形缝设置为防止地表水渗入墙背填料或地基，因此设立地面排水沟。

排水沟的横断面为梯形，底宽和沟深为0.5m ，边坡坡度为1:1，沟底纵坡为1%。

为了迅速排除墙后积水，通常在非干砌的挡土墙身的适当高度处设置3排排水孔。

排水孔采用510cm cm ⨯的方孔。

上下交错设置，间距为2.5m 。

为防止因地基不均匀沉陷而引起堵身开裂，根据地基地质条件及墙高、墙身断面的变化情况，设置沉降缝。

同时，为了减少圬工砌体因硬化收缩和温度变化作用而产生裂缝，须设置伸缩缝。

在此把沉降缝和伸缩缝结合在一起，全高设置，宽度为3.0cm 。

挡土墙排水设施如下图所示：图5 挡土墙排水和变形缝设置。