挡土墙设计与验算

第三章挡土墙设计与验算

挡土墙（简称挡墙）是支挡路基填土或山坡坡体的墙式结构物。它是支挡土体而承受其侧压力的墙体。它具有阻挡墙后土体下滑，保护路基和收缩坡脚等功能。在路基工程中，挡土墙用来克服地形或地物的限制和干扰，减少土石方、拆迁和占地数量，防止填土挤压河床和水流冲陶岸边，整治坡体下滑等病害。

挡土墙的适用范围：

（1）路堑开挖深度较大，山坡陡峻，用以降低边坡高度，减少山坡开挖，避免破坏山体平衡。

（2）地质条件不良，用以支挡可能坍滑的山坡土体或破碎岩层。

（3）为了避免与其它建筑物(如房屋、铁路、水渠等)干扰或防止多占农田。

（4）为防止沿河路堤受水流冲刷和淘刷。

（5）防止陡坡路堤下滑。

（6）路堤填筑高度较大或是陡坡路堤，为减少土石方、拆迁和占地数量，必须约束坡脚。

3.1 设计资料

3.1.1 墙身构造

以本设计段中K23+660桩号的横断面为例，填方高11.88米

图3-1 挡土墙几何尺寸图

拟在本段设置重力式路肩挡土墙，墙高H=8米，底宽3.84米；墙背1:0.1, 墙面1:0.2；基底倾斜度10·，墙身分段长度为11米，设计荷载为公路Ⅰ级。采用7.5号砂浆砌25号片石，砌体容重=22kN/m。挡土墙如图3-1所示。

3.1.2车辆荷载

根据《路基设计规范》(JTG 2004)，车辆荷载为计算的方便，可简化换算为路基填土的均布土层，并采用全断面布载。

当墙高H m时，q取20.0；当墙高H10.0m时，q取10;墙高在2-10米之间时，附加荷载强度用直线内插法计算。

，因此这里内插得q=11.25kN/m3，γ为墙后填土容重所以：

，为墙后填土容重18kN/m3。

3.1.3土壤地质情况

路基填土的粘聚力C=20Kpa，内摩擦角=30°，则土的内摩擦系数f =tan30°=0.577。根据土力学课本由土的孔隙比和液限指数查表得土的地基容许承载力=380Kpa，基底与基底土间的摩擦系数=0.36，偏安全考虑取地基容许承载力=250Kpa，基底与基底土间的摩擦系数=0.30。粘性土地基，容许承载力为，基底摩擦系数取0.38。

3.1.4 墙身材料

采用7.5号砂浆，25号片石,砌体容重为3；按规范:砌体容许压应力为，容许剪应力为，容许拉应力为。

3.2 墙背土压力计算

对于墙趾前土体的被动土压力，在挡土墙基础一般埋深的情况下，考虑到各种自然力和人畜活动的作用，以偏于安全，一般均不计被动土压力,只计算主动土压力。

采用库伦土压力理论来进行土压力的计算，而库伦土压力理论只考虑不具有粘聚力的砂性土。当填料为粘性土时，土的粘聚力对主动土压力的影响很大，因此应考虑粘聚力的影响，而采用等效内摩擦角法来求主动土压力，考虑到墙高与填土的性质，取填土的综合内摩擦角φ=35°(取值范围为35°～40°)，则墙背摩擦

角=17°30’，填土的容重=18 KN/m。边坡坡度为其计算如下：3.2.1破裂面计算

图3-2 边坡破裂面图

由图3-3可验证破裂面交于荷载中部的假设成立，破裂面交于荷载中部的主动土压力计算公式。

假设破裂面交于荷载中部，则:

= (3.876+8+2×0.694) ×(3.876+8)/2

=78.762

=+(5.814+0.75)×0.694-0.5×8×(8+2×3.876+2×0.694) ×0.1

=8.625

=0.6765

其中：

破裂角：

3.2.2验算破裂面是否交于荷载内：

破裂面至墙踵(H+a)×tgθ=(8+3.876)×tg=8.035m

荷载内缘至墙踵：-Htanα+b+d=-8×0.1+5.814+0.75=5.726m

荷载外缘至墙踵：-Htanα+b+d +lo=-8×0.1+5.814+0.75+7.5=13.226m

∴5.726<8.035<13.226 假设满足要求。

3.2.3主动土压力计算

=307.0314 KN

3.2.4 土压力作用点位置确定

=1.810

（，，如图3-2所示）

=2.824m

3.3 墙身截面性质计算

3.3.1截面面积

A= A1+ A2+A3- A5- A4=20.305m 3.3.2各截面重心到墙趾的水平距离:

墙身重心到墙趾的水平距离

=2.11

墙身重力:

G=k A=23×20.305=467.015 K N

3.4墙身稳定性验算

3.4.1 抗滑稳定性验算

验算采用“极限状态分项系数法”。

滑动稳定方程：

=[1.1×467.015+1.0×(122.538+281.827×0.1763)-0.5×0]×0.38+(1.1×610.236+

1.0×12

2.538) ×0.1763-1.0×281.827+0.3×0

=91.081>0

将数据代入方程后计算，满足要求。

N= G +=467.015+122.538=589.553 K N

∴所以抗滑稳定性满足要求。

3.4.2抗倾覆稳定性验算

验算采用“极限状态分项系数法”。

倾覆稳定方程：

=0.8×467.015×2.11+1.0×(122.538×3.543-281.827×2.824)+0.3×0

= 426.499>0

将数据代入方程后计算，满足要求，所以抗倾覆稳定性满足要求

∴所以抗倾覆稳定性满足要求

3.4.3基底应力及合力偏心距验算

为了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。

基础地面压应力

①轴心荷载作用时：

=(467.015×0.9+1.0×122.538-0) ×cos+1.0×281.827×sin

=721.518kN

所以==152.361 K Pa<[σ]=350K Pa

故基础地面压应力满足要求。

②偏心荷载作用时

主动土压力作用点对基底形心的力臂为=1.658m，=0.786m。则