《路基路面》課程設(shè)計(擋土墻設(shè)計與驗算)

3擋土墻設(shè)計與驗算3.1 設(shè)計資料3.1.1 墻身構(gòu)造本設(shè)計任務(wù)段中K67+650K67+670的橫斷面左側(cè)坡度較陡，為了減少填方量，收縮邊坡，增強(qiáng)路基的穩(wěn)定性，擬在本段設(shè)置一段重力式路堤擋土墻，其尺寸見擋土墻設(shè)計圖。擬采用漿砌片石仰斜式路堤擋土墻，墻高H=8m,墻頂填土高度為a2m,頂寬2m,底寬2.25m,墻背仰余,坡度為-0.25:1,(a=-14.04°),基底傾斜，坡度為1:5,(0=11.180),墻身分段長度為10m。3.1.2 車輛荷載根據(jù)路基設(shè)計規(guī)范(JTG2004)»,車輛荷載為計算的方便，可簡化換算為路基填土的均布土層，并采用全斷面布載。換算土層厚ho91250.694182010其中：根據(jù)規(guī)范和查表q(108)1012.5KN/m102Y為墻后填土容重18KNm33.1.3 土壤地質(zhì)情況填土為粘土，土的粘聚力C23Kpa，內(nèi)摩擦角=34,墻背與填土問的摩擦角/217，容重為18KNm3粘性土地基，容許承載力為0350Kpa,基底摩擦系數(shù)取0.38。3.1.4 墻身材料采用7.5號砂漿，25號片石，砌體容重為23KN/33；按規(guī)范：砌體m容許壓應(yīng)力為a900Kpa,容許剪應(yīng)力為180Kpa,容許拉應(yīng)力為90Kpa。3.2 墻背土壓力計算對于墻趾前土體的被動土壓力呼，在擋土墻基礎(chǔ)一般埋深的情況下，考慮到各種自然力和人畜活動的作用，以偏于安全，一般均不計被動土壓力，只計算主動土壓力。本設(shè)計任務(wù)段的路堤擋土墻，采用二級臺階，分析方法采用“力多邊形法”，按粘性土的公式來計算土壓力；邊坡坡度為1:1.5其計算如下：圖4.1擋土墻設(shè)計圖3.2.1 破裂面計算假設(shè)破裂面交于荷載中部，則：/、(a+H)AlQ+H+2X%)*=(2+8+2X0.694)X(2+8)/2=56.94B0ab/2(bd)h00.5H(H2a2h0)tg=2X3/2+(3+0.75)義0.694+0.5X8X(8+2X2.0+2X0.694)義0.249=18.93tgtg.ctgtgtgB0/A00.7526(1048260.7526)1.076550.7986其中：a14.0217343830'破裂角：3836'3.2.2 驗算破裂面是否交于荷載內(nèi)：破裂面至墻踵(H+a)tg0=(8+2)xtg38°36'=7.99m荷載內(nèi)緣至墻踵-Htga+b+d=8X0.249+3+0=4.99m荷載外緣至墻踵-Htga+b+d+lo=8X0.249+3+0+7.5=12.492m4.99<7.99<12.49假設(shè)滿足要求。3.2.3 主動土壓力計算Ea( 0tgBo)cos( )sin()cos(3836'34)18(56.940.79918.93)()-0sin(3836'3830')151.67KNEXEy3.2.4Eacos(aEasin(a)151.67cos(1714.02)151.36KN151.67sin(1714.02)7.88KN土壓力作用點(diǎn)位置確定h1h2batg0tg0tgad3.020.79862.560.79860.250.75h3tg0tgaHh1h2H3a(H20.79860.2582.561.363%Hh22)1.36m4.08m3h0h32一2一一3(H2aHah12h0h3)83_2_2_一_22(832.5681.36)30.6944.083.3墻身截面性質(zhì)計算3.3.1 截面面積2A=2X8=16mA2=2.295X0.55=1.26m2A3=2.295X0.45/2=0.516m22A=A1+A2+A3=17.776m23.3.2 各截面重心到墻趾的水平距離：X1=2.255+9X0.25-2/2-8X0.25/2=2.5mX2=(2.25+2.25/5X0.25)/2+0.55/2X0.25=1.25mX3=(0.0+2.25+(2.25+2.25/5X0.25)/3=1.5m墻身重心到墻趾的水平距離ZgAXiA=(10.8X2.28+0.72X0.77+1.81X1.59)/17.776=2.382墻身重力：G=kAi=23X17.776=408.848kN3.4墻身穩(wěn)定性驗算3.4.1 抗滑穩(wěn)定性驗算驗算采用“極限狀態(tài)分項系數(shù)法”?；瑒臃€(wěn)定方程：1.1GQi(EyExtg0)Q2Eptgo(1.1GQiEy)tg0QiExQ?Ep=1.1X408.848+1.40X(7.88+151.36X0.2)-0.5X0X0.38+(1.1X408.848+1.40X7.88)X0.2-1.40X151.36+0.3XO=71.438>0將數(shù)據(jù)代入方程后計算，滿足要求。N(ExEp)tg0EpKcExNtg0408.848(151.360)tg1118'0.380151.36408.848tg1118'2.35Kc1.3所以抗滑穩(wěn)定性滿足要求。3.4.2 抗傾覆穩(wěn)定性驗算驗算采用“極限狀態(tài)分項系數(shù)法”。傾覆穩(wěn)定方程：0.8GZg+如(EyZx-ExZy)+EpZp0=0.8X408.848X2.382+1.3X(7.88X2.67-151.36X2.14)+0.5XO=385.37>0將數(shù)據(jù)代入方程后計算,Ko滿足要求，所以抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求GZgEyZxExZy408.8482.3827.882.785151.362.143.07K01.5所以抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求3.4.3 基底應(yīng)力及合力偏心距驗算為了保證擋土墻基底應(yīng)力不超過地基承載力，應(yīng)進(jìn)行基底應(yīng)力驗算；同時，為了避免擋土墻不均勻沉陷，控制作用于擋土墻基底的合力偏心距?；A(chǔ)地面壓應(yīng)力軸心荷載作用時：Np云N(GgQ1EyW)cos0Qsin。=(408.848X1.2+1.4X7.88)Xcos11.18+1.4X151.36Xsin11.18=533kN所以pN=533-(2.29X1)=232.75kPa<(r=350kPaA故基礎(chǔ)地面壓應(yīng)力滿足要求。偏心荷載作用時作用于基底的合力偏心距e-Zn2ZNMYMiGZgEyZyExZx=408.848x2.382+7.88乂NGEy2.14-2.785X151.36/408.848+7.88=1.36B|e|2Zn|2.29/21.36|0.215-0.3816B:傾斜基底寬度，B=2.25/cos11.182.29m則：Pm：xNi(1408.848 (1 2.29max 319.71Pmin89.12760.215)2.290350KPa故偏心距與基礎(chǔ)地面壓應(yīng)力均滿足要求。地基承載力抗力值：地基應(yīng)力的設(shè)計值應(yīng)滿足地基承載力的抗力值要求，即滿足以下各式，因為如圖一所示擋土墻的基礎(chǔ)寬度大于3m且埋置深度大于0.5m,則:ffkk11(b2.25)k22(h0.5)=350+0.3X18X(3-2.25)+1.6X18X(2.1-0.5)=400.85軸心荷載作用時，P=232.75<400.85當(dāng)偏心荷載作用時，Pmax=319.71<400.85X1.2=481.02故地基承載力抗力值符合要求。3.4.4 墻身截面強(qiáng)度計算(1)強(qiáng)度計算，要求：0NdkARk/k81256曳Bak=二=0.69為軸向力偏心影響系數(shù)，112包B按每延米長計算：°Nd0(gNgqiNqiQiciNQi)=1.05akARkX1.2X408.848+1.4X16.06=538.748kN=0.69X2.29X900+2.31=615.62kNa,AR所以Nj注一,故強(qiáng)度滿足要求。k(2)穩(wěn)定計算：要求：oNdkkAR-k其中1k=-21ss(s3)116(eo/B)2=1+1+0.002X6.98X(6.98-3)X1+16X(0.215/2.29)2=0.9420心&kakARk=0.769x589.792=579.91kN,故穩(wěn)定性滿足要求。k3.4.5正截面直接受剪驗算一、AjRj一，要求：Qjw，_LfmN1，其中Qj=Ex=151.36kN,kAjRjfmN1=2.29X180+2.31+0.42X408.848=350.156kNk口AjRj一即QjfmNi,抗男滿足要求。k由上述可得K67+660截面的擋土墻符合要求，擋土墻最終截面按照擬定設(shè)計3(8222822.5620.6944.08)2.14mxBytg2.252.140.252.785m