挡土墙建设方案设计实例分析.doc

挡土墙设计实例挡土墙设计实例挡土墙是指支承 路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物。在挡土墙横断面中，与被支承土体直接接触的部位称为墙背；与墙背相对的、临空的部位称为墙面；与 地基直接接触的部位称为基地；与基底相对的、墙的顶面称为墙顶；基底的前端称为墙趾；基底的后端称为墙踵。根据挡土墙的设置位置不同，分为 路肩墙、路堤墙、 路堑墙和山坡墙等。设置于路堤边坡的挡土墙称为路堤墙；墙顶位于 路肩的挡土墙称为路肩墙；设置于路堑边坡的挡土墙称为路堑墙；设置于山坡上，支承山坡上可能坍塌的覆盖层土体或破碎岩层的挡土墙称为山坡墙。本实例中主要讲述了本实例中主要讲述了 5 5 种常见挡土墙的设计计算实例。种常见挡土墙的设计计算实例。1、重力式挡土墙重力式挡土墙- 原始条件:墙身尺寸: 墙身高: 6.500(m)墙顶宽: 0.660(m)面坡倾斜坡度: 1:0.250背坡倾斜坡度: 1:0.200采用1个扩展墙址台阶:墙趾台阶b1: 0.300(m)墙趾台阶h1: 0.500(m)墙趾台阶与墙面坡坡度相同墙底倾斜坡率: 0.200:1物理参数:圬工砌体容重: 23.000(kN/m3)圬工之间摩擦系数: 0.400地基土摩擦系数: 0.500砌体种类: 片石砌体砂浆标号: 5石料强度(MPa): 30挡土墙类型: 一般挡土墙墙后填土内摩擦角: 35.000(度)墙后填土粘聚力: 0.000(kPa)墙后填土容重: 19.000(kN/m3)墙背与墙后填土摩擦角: 17.500(度)地基土容重: 18.000(kN/m3)修正后地基土容许承载力: 500.000(kPa)地基土容许承载力提高系数: 墙趾值提高系数: 1.200墙踵值提高系数: 1.300平均值提高系数: 1.000墙底摩擦系数: 0.500地基土类型: 土质地基地基土内摩擦角: 30.000(度)土压力计算方法: 库仑坡线土柱:坡面线段数: 2折线序号 水平投影长(m) 竖向投影长(m) 换算土柱数1 3.000 2.000 02 5.000 0.000 0坡面起始距离: 0.000(m)地面横坡角度: 20.000(度)墙顶标高: 0.000(m)挡墙分段长度: 10.000(m)= 组合1（仅取一种组合计算）=组合系数: 1.0001. 挡土墙结构重力 分项系数 = 1.000 2. 墙顶上的有效永久荷载 分项系数 = 1.000 3. 墙顶与第二破裂面间有效荷载 分项系数 = 1.000 4. 填土侧压力 分项系数 = 1.000 5. 车辆荷载引起的土侧压力 分项系数 = 1.000 =土压力计算 计算高度为 7.309(m)处的库仑主动土压力无荷载时的破裂角 = 28.320(度)按实际墙背计算得到:第1破裂角： 28.320(度)Ea=244.312 Ex=214.072 Ey=117.736(kN) 作用点高度 Zy=2.627(m)因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面不存在墙身截面积 = 15.518(m2) 重量 = 356.925 kN(一) 滑动稳定性验算基底摩擦系数 = 0.500采用倾斜基底增强抗滑动稳定性,计算过程如下:基底倾斜角度 = 11.310 (度)Wn = 349.993(kN) En = 157.432(kN) Wt = 69.999(kN) Et = 186.825(kN)滑移力= 116.827(kN) 抗滑力= 253.713(kN)滑移验算满足: Kc = 2.172 > 1.300滑动稳定方程验算：滑动稳定方程满足: 方程值 = 164.582(kN) > 0.0地基土摩擦系数 = 0.500地基土层水平向: 滑移力= 214.072(kN) 抗滑力= 252.070(kN)地基土层水平向: 滑移验算不满足: Kc2 = 1.177 1.500倾覆稳定方程验算：倾覆稳定方程满足: 方程值 = 649.592(kN-m) > 0.0(三) 地基应力及偏心距验算基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力取倾斜基底的倾斜宽度验算地基承载力和偏心距作用于基础底的总竖向力 = 507.426(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=805.628(kN-m)基础底面宽度 B = 4.127 (m) 偏心距 e = 0.476(m)基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 1.588(m)基底压应力: 趾部=208.008 踵部=37.896(kPa)最大应力与最小应力之比 = 208.008 / 37.896 = 5.489作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.476 1.300滑动稳定方程验算：滑动稳定方程满足: 方程值 = 353.905(kN) > 0.0地基土摩擦系数 = 0.500地基土层水平向: 滑移力= 261.979(kN) 抗滑力= 396.867(kN)地基土层水平向: 滑移验算满足: Kc2 = 1.515 > 1.300(二) 倾覆稳定性验算相对于墙趾,墙身重力的力臂 Zw = 2.308 (m)相对于墙趾,上墙Ey的力臂 Zx = 4.117 (m)相对于墙趾,上墙Ex的力臂 Zy = 7.665 (m)相对于墙趾,下墙Ey的力臂 Zx3 = 3.807 (m)相对于墙趾,下墙Ex的力臂 Zy3 = 2.337 (m)验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性倾覆力矩= 943.130(kN-m) 抗倾覆力矩= 2066.104(kN-m)倾覆验算满足: K0 = 2.191 > 1.500倾覆稳定方程验算：倾覆稳定方程满足: 方程值 = 793.025(kN-m) > 0.0(三) 地基应力及偏心距验算基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力取倾斜基底的倾斜宽度验算地基承载力和偏心距作用于基础底的总竖向力 = 811.494(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=1122.975(kN-m)基础底面宽度 B = 3.275 (m) 偏心距 e = 0.254(m)基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 1.384(m)基底压应力: 趾部=362.948 踵部=132.600(kPa)最大应力与最小应力之比 = 362.948 / 132.600 = 2.737作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.254 0.250*1.850 = 0.463(m)截面上压应力: 面坡=211.665 背坡=-92.134(kPa)压应力验算满足: 计算值= 211.665 80.000(kPa)切向应力检算:剪应力验算满足: 计算值= 9.674 = 2.000- 外部稳定性验算土压力计算 计算墙背处的库仑主动土压力按假想墙背计算得到:第1破裂角： 32.600(度)Ea=246.817 Ex=202.181 Ey=141.568(kN) 作用点高度 Zy=3.400(m)墙身截面积 = 44.800(m2) 重量 = 896.000 kN墙顶上的土重(包括超载) = 171.000(kN) 重心坐标(3.667,0.889)(相对于墙面坡上角点)墙顶上的土重(不包括超载) = 171.000(kN) 重心坐标(3.667,0.889)(相对于墙面坡上角点)(一) 滑动稳定性验算基底摩擦系数 = 0.500滑移力= 202.181(kN) 抗滑力= 604.284(kN)滑移验算满足: Kc = 2.989 > 1.300滑动稳定方程验算：滑动稳定方程满足: 方程值 = 455.454(kN) > 0.0(二) 倾覆稳定性验算相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 2.804 (m)相对于墙趾点，墙土压力Ey的力臂 Zx = 6.000 (m)相对于墙趾点，墙土压力Ex的力臂 Zy = 3.400 (m)验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性倾覆力矩= 687.414(kN-m) 抗倾覆力矩= 3988.410(kN-m)倾覆验算满足: K0 = 5.802 > 1.500倾覆稳定方程验算：倾覆稳定方程满足: 方程值 = 2673.196(kN-m) > 0.0(三) 地基应力及偏心距验算基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力作用于基础底的总竖向力 = 1208.568(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=3300.996(kN-m)墙计算宽度 B = 6.000 (m) 偏心距 e = 0.269(m)墙底面合力作用点距离墙趾点的距离 Zn = 2.731(m)基底压应力: 墙趾=255.546 墙踵=147.310(kPa)最大应力与最小应力之比 = 255.546 / 147.310 = 1.735作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.269 = 1.2504、桩板式挡土墙桩板式挡土墙原始条件:墙身尺寸: 桩总长: 16.000(m)嵌入深度: 6.000(m)截面形状: 方桩桩宽: 1.000(m)桩高: 1.500(m)桩间距: 3.500(m)挡土板的类型数: 2板类型号 板厚(m) 板宽(m) 板块数1 0.200 0.500 82 0.200 0.500 8嵌入段土层数: 1柱底支承条件: 铰接计算方法: M法土层序号 土层厚(m) 重度(kN/m3) M(MN/m4)1 50.000 18.000 10.000初始弹性系数A: 0.000(MN/m3)初始弹性系数A1: 0.000(MN/m3)物理参数:桩混凝土强度等级: C40桩纵筋合力点到外皮距离: 35(mm)桩纵筋级别: HRB335桩箍筋级别: HPB235桩箍筋间距: 150(mm)板混凝土强度等级: C30板纵筋合力点到外皮距离: 35(mm)板纵筋级别: HRB335挡土墙类型: 一般挡土墙墙后填土内摩擦角: 35.000(度)墙后填土粘聚力: 0.000(kPa)墙后填土容重: 19.000(kN/m3)墙背与墙后填土摩擦角: 17.500(度)土压力计算方法: 库仑坡线土柱:坡面线段数: 2折线序号 水平投影长(m) 竖向投影长(m) 换算土柱数1 3.000 2.000 02 5.000 0.000 0地面横坡角度: 20.000(度)墙顶标高: 0.000(m)挡墙分段长度: 10.000(m)钢筋混凝土配筋计算依据:混凝土结构设计规范（GB 50010-2002）= 第 1 种情况: 组合1注意：内力计算时，土压力分项(安全)系数 = 1.000土压力计算 计算高度为 10.000(m)处的库仑主动土压力无荷载时的破裂角 = 31.530(度)第1破裂角： 31.530(度)Ea=313.264 Ex=298.765 Ey=94.200(kN) 作用点高度 Zy=3.584(m)(一) 桩身内力计算计算方法: m 法背侧为挡土侧；面侧为非挡土侧。背侧最大弯矩 = 5197.146(kN-m) 距离桩顶 12.333(m)面侧最大弯矩 = 0.000(kN-m) 距离桩顶 0.000(m)最 大 剪 力 = 2187.554(kN) 距离桩顶 15.667(m)桩 顶 位 移 = 107(mm) 点号 距顶距离 弯矩 剪力 位移 土反力(m) (kN-m) (kN) (mm) (kPa)1 0.000 -0.000 -0.000 -107 0.0002 0.323 0.148 -1.372 -104 0.0003 0.645 1.180 -5.487 -102 0.0004 0.968 3.983 -12.346 -99 0.0005 1.290 9.440 -21.948 -97 0.0006 1.613 18.438 -34.294 -94 0.0007 1.935 31.860 -49.383 -92 0.0008 2.258 50.593 -67.216 -89 0.0009 2.581 75.521 -87.793 -87 0.00010 2.903 107.526 -111.089 -84 0.00011 3.226 147.423 -136.545 -82 0.00012 3.548 195.794 -163.622 -79 0.00013 3.871 253.160 -192.320 -77 0.00014 4.194 320.046 -222.640 -74 0.00015 4.516 396.973 -254.581 -72 0.00016 4.839 484.466 -288.144 -69 0.00017 5.161 583.047 -323.328 -67 0.00018 5.484 693.239 -360.133 -64 0.00019 5.806 815.565 -398.560 -62 0.00020 6.129 950.549 -438.608 -59 0.00021 6.452 1098.713 -480.278 -57 0.00022 6.774 1260.580 -523.569 -54 0.00023 7.097 1436.673 -568.481 -52 0.00024 7.419 1627.516 -615.014 -50 0.00025 7.742 1833.631 -663.169 -47 0.00026 8.065 2055.542 -712.946 -45 0.00027 8.387 2293.770 -764.344 -43 0.00028 8.710 2548.841 -817.363 -40 0.00029 9.032 2821.276 -872.003 -38 0.00030 9.355 3111.598 -928.265 -36 0.00031 9.677 3420.331 -986.149 -33 0.00032 10.000 3747.998 -1045.653 -31 0.00033 10.333 4096.548 -1013.317 -29 -97.00934 10.667 4423.542 -921.096 -27 -179.65335 11.000 4710.613 -778.389 -25 -248.46836 11.333 4942.468 -594.221 -23 -304.03737 11.667 5106.760 -377.216 -21 -346.97938 12.000 5193.946 -135.579 -19 -377.93239 12.333 5197.146 122.912 -17 -397.54040 12.667 5112.004 390.903 -15 -406.43441 13.000 4936.544 661.452 -14 -405.21142 13.333 4671.037 927.996 -12 -394.42243 13.667 4317.880 1184.318 -10 -374.54544 14.000 3881.491 1424.492 -9 -345.97645 14.333 3368.219 1642.820 -7 -309.00946 14.667 2786.277 1833.764 -6 -263.82247 15.000 2145.709 1991.862 -4 -210.47248 15.333 1458.368 2111.647 -3 -148.88249 15.667 737.944 2187.554 -1 -78.84050 16.000 -0.000 1106.917 0 0.000(二) 桩身配筋计算点号 距顶距离 面侧纵筋 背侧纵筋 箍筋(m) (mm2) (mm2) (mm2)1 0.000 3848 3000 293 2 0.323 3000 3848 293 3 0.645 3000 3848 293 4 0.968 3000 3848 293 5 1.290 3000 3848 293 6 1.613 3000 3848 293 7 1.935 3000 3848 293 8 2.258 3000 3848 293 9 2.581 3000 3848 293 10 2.903 3000 3848 293 11 3.226 3000 3848 293 12 3.548 3000 3848 293 13 3.871 3000 3848 293 14 4.194 3000 3848 293 15 4.516 3000 3848 293 16 4.839 3000 3848 293 17 5.161 3000 3848 293 18 5.484 3000 3848 293 19 5.806 3000 3848 293 20 6.129 3000 3848 293 21 6.452 3000 3848 293 22 6.774 3000 3848 293 23 7.097 3000 3848 293 24 7.419 3000 3848 293 25 7.742 3000 4252 293 26 8.065 3000 4765 293 27 8.387 3000 5320 293 28 8.710 3000 5917 293 29 9.032 3000 6559 293 30 9.355 3000 7248 293 31 9.677 3000 7987 293 32 10.000 3000 8779 293 33 10.333 3000 9628 293 34 10.667 3000 10433 293 35 11.000 3000 11145 293 36 11.333 3000 11725 293 37 11.667 3000 12139 293 38 12.000 3000 12359 293 39 12.333 3000 12367 293 40 12.667 3000 12152 293 41 13.000 3000 11711 293 42 13.333 3000 11047 293 43 13.667 3000 10172 293 44 14.000 3000 9103 293 45 14.333 3000 7862 293 46 14.667 3000 6476 293 47 15.000 3000 4975 293 48 15.333 3000 3848 293 49 15.667 3000 3848 293 50 16.000 3848 3000 293 (三) 挡土板内力配筋计算板类型 板厚 板下缘距顶 最大土压力 单块板弯矩 单块板全部纵筋号 (mm) 距离(m) (kPa) (kN-m) 面积(mm2)1 200 4.000 26.711 20.451 437 2 200 8.000 44.519 34.084 762 5、锚杆式挡土墙锚杆式挡土墙- 原始条件:墙身尺寸: 墙身总高: 8.500(m)肋柱的宽: 0.450(m)肋柱的高: 0.450(m)肋柱的间距: 2.500(m)挡土板的类型数: 2板类型号 板厚(m) 板宽(m) 板块数1 0.150 0.600 82 0.150 0.600 8锚杆数: 3锚杆序号 距顶距离(m) 入射角(度) 自由段长度(m) 锚固段长度(m)1 0.000 15.000 4.000 6.0002 2.000 15.000 4.000 6.0003 4.000 15.000 4.000 6.000钢筋直径: 20(mm)锚孔直径: 100(mm)柱底支承条件: 铰接物理参数:立柱混凝土强度等级: C30钢筋纵筋合力点到外皮距离: 35(mm)立柱纵筋级别: HRB335立柱箍筋级别: HPB235立柱箍筋间距: 200(mm)挡土板混凝土强度等级: C30板纵筋合力点到外皮距离: 35(mm)挡土板板纵筋级别: HRB335钢筋容许拉应力: 235000.000(kPa)砂浆-岩石容许剪应力: 123.000(kPa)砂浆-钢筋容许剪应力: 124.000(kPa)挡土墙类型: 一般挡土墙墙后填土内摩擦角: 35.000(度)墙后填土粘聚力: 0.000(kPa)墙后填土容重: 19.000(kN/m3)墙背与墙后填土摩擦角: 17.500(度)土压力计算方法: 库仑坡线土柱:坡面线段数: 2折线序号 水平投影长(m) 竖向投影长(m) 换算土柱数1 3.000 2.000 02 5.000 0.000 0地面横坡角度: 20.000(度)墙顶标高: 0.000(m)挡墙分段长度: 10.000(m)钢筋混凝土配筋计算依据:混凝土结构设计规范（GB 50010-2002）= 第 1 种情况: 组合1注意：内力计算时，库仑土压力分项(安全)系数 = 1.000土压力计算 计算高度为 8.500(m)处的库仑主动土压力无荷载时的破裂角 = 31.900(度)第1破裂角： 31.900(度)Ea=234.534 Ex=223.679 Ey=70.526(kN) 作用点高度 Zy=3.047(m)(一) 立柱内力配筋计算 基本信息 左支座简支 右支座简支跨号 跨长(m) 截面宽度(mm) 截面高度(mm)1 2.000 450 4502 2.000 450 4503 4.500 450 450 计算结果 跨号: 1左 中 右背侧弯矩(kN-m): 0.00 0.00 0.00面侧弯矩(kN-m): 0.00 26.49 23.99剪 力(kN ): 24.66 15.16 -13.34背侧纵筋(mm2): 434 434 434面侧纵筋(mm2): 434 434 434抗剪箍筋(mm2): 147 147 147跨号: 2左 中 右背侧弯矩(kN-m): 0.00 45.59 170.04面侧弯矩(kN-m): 23.99 0.00 0.00剪 力(kN ): -47.43 -94.80 -155.94背侧纵筋(mm2): 434 434 1463面侧纵筋(mm2): 434 434 434抗剪箍筋(mm2): 147 147 147跨号: 3左 中 右背侧弯矩(kN-m): 170.04 0.00 0.00面侧弯矩(kN-m): 0.00 159.00 0.00剪 力(kN ): 225.37 47.17 -187.31背侧纵筋(mm2): 1463 434 434面侧纵筋(mm2): 434 1363 434抗剪箍筋(mm2): 147 147 147(二) 挡土板内力配筋计算板类型 板厚 板下缘距顶 最大土压力 单块板弯矩 单块板全部纵筋号 (mm) 距离(m) (kPa) (kN-m) 面积(mm2)1 150 4.800 30.236 14.173 440 2 150 8.500 46.686 21.884 711 (三) 锚杆计算锚杆 所受拉力 钢筋与砂浆 岩石与砂浆 钢筋抗 抗拔力 抗拔安全道号 (kN) 粘结力(kN) 粘结力(kN) 拉力(kN) (kN) 系数 1 25.533 46.747 231.850 59.800 46.747 1.8312 -35.291 46.747 231.850 59.800 46.747 4674690.0003 394.759 46.747 231.850 59.800 46.747 0.118