悬臂式挡土墙结构设计验算.(优选)
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悬臂式挡土墙结构设计验算
第五工程有限公司路桥七公司 付卫朋
摘 要:本文对甘河工业园区铁路专用线挡土墙设计进行荷载、抗倾覆稳定性、抗滑稳定性及地基承载力验算,结果表明此挡土墙设计初步拟定方案是可行的。
关键词:挡土墙 承载力 验算
甘河工业园区铁路专用线挡土墙设计:墙背填土与墙前地面高差为2.6m ,填土表面水平,路基上的轨道及列车荷载换算土柱高度为3.0m ,上有均布标准荷载P k =54KN/m 2,地基设计承载力为240KN/m 2,填土标准容重为18KN/m 3,内摩檫力φ=30°,底板与地基摩擦系数f=0.60,由于采取钢筋混凝土挡土墙,墙背竖直且光滑,可假定墙背与填土之间的摩擦角 ò=0。
1.截面选择
选择悬臂式挡土墙,墙体选择采用钢筋混凝土结构,墙高低于6m 。尺寸按悬臂式挡土墙规定初步拟定,如下图所示。
2.挡土墙荷载、抗倾覆稳定性、抗滑稳定性及地基承载力验算
2.1荷载计算
2.1.1土压力计算
由于地面水平,墙背竖直且光滑,土压力计算选用郎金理论公式计算:
K a =tan 2(45-φ/2)=0.333
地面活荷载的作用,采用换算土柱高H 0=3.0,地面处水平压力:
σA =r t H 0 K a =18×3×0.333=18KN/ m 2
悬臂底B 点水平压力:
σB =r t (H 0 +3)K a =18×(3+3)×0.333=36KN/ m 2
底板C点水平压力:
σC=r t(H0 +3+0.25)K a=18×(3+3+0.25)×0.333=37.46KN/ m2
土压力合力:
E x1=σA×3=18×3=54 KN/ m
Z f1=3/2+0.25=1.75m
E x2=1/2(σC -σA)×3=29.19KN/ m
Z f2=1/3×3+0.25=1.25m
2.1.2竖向荷载计算
(1)立板自重力
钢筋混凝土标准容重r k=25 KN/ m3,其自重力:
G1k=(0.15+0.25)/2×3×25=15KN/ m
X1=0.4+{(0.1×3)/2×(2×0.1)/3+0.15×3×(0.1+0.15/2)}/{(0.1×3)/2+0.15×3}=0.55m
(2)底板自重力:
G2k={(0.15+0.25)/2×0.4+0.25×0.25+(0.15+0.25)/2×1.6}×25
=0.4625×25=11.56 KN/ m
X2={(0.15+0.25)/2×0.4×(40/3×(2×0.25+0.15)/(0.25+0.15)+0.25×0.25×(0.4+0.125)+(0.15+0.25)/2×1.6×(1.6/3×(2×0.15+0.15)/(0.15+0.25)+0.65}/0.4625=1.07m
(3)地面均布活载及填土的自重力
G3k=(P k+ r t*3)×1.6=(54+18×3)×1.6=172.8 KN/ m
X3=0.65+0.8=1.45m
2.2抗倾覆稳定验算
稳定力矩
M zk= G1k X1+ G2k X2+ G3k X3=15×0.55+11.56×1.07+172.8×1.45=271.18KN.m/m
倾覆力矩
M qk= E x1 Z f1+ E x2 Z f2=54×1.75+29.19×1.25=130.99 KN.m/m
K0= M zk/ M qk=271.18/130.99=2.07﹥1.5 稳定
2.3抗滑稳定验算
竖向力之和 G k=15+11.56+172.8=199.36 KN/ m
抗滑力 G k×f=199.36×0.60=119.62KN
滑移力 E=54+29.19=83.19KN
K c=119.62/83.19=1.44﹥1.3 稳定
2.4地基承载力验算
地基承载力采用设计荷载,分项系数:地面活荷载1.3,填土荷载1.2,自重1.2。基础底面偏心距e0,先计算总竖向力到墙趾的距离:e0=(M v-M h)/ G k
M v为竖向荷载引起的弯矩:
M v=(G1k X1+ G2k X2+ r t×3×1.6×X3)×1.2+P k×1.6×X3×1.3
=(15×0.55+11.56×1.07+18×3×1.6×1.45)×1.2+54×1.6×1.45×1.3
=337.94 KN.m/m
M h为水平力引起的弯矩:
M h=1.3 E x1 Z f1+ 1.2E x2 Z f2=1.3×54×1.75+1.2×29.19×1.25
=166.63 KN.m/m
总竖向力:
G k=1.2×(G1k + G2k + r t×3×1.6)+1.3×54×1.6
=1.2×(15+11.56+18×3×1.6)+112.32
=247.87 KN/m
e=(337.94-166.63)/ 247.87=0.69m
偏心距: e0=B/2- e=2.25/2-0.69=0.43m﹥B/6
地基压力
σmax = 2G k/3 e =2×239.23/2.07
= 231.14 KN/ m2﹤240 KN/ m2
σmin = 0
3.结束语
通过对此段挡土墙荷载、抗倾覆稳定性、抗滑稳定性及地基承载力验算,结果说明挡土墙设计方案是可行的。
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