路基擋土牆設計

2022-10-12 03:21:03 字數 4741 閱讀 7617

從k0+660~k0+840的路基橫斷面圖可以得知,k0+700處斷面的路基邊坡最高,故先在此斷面上布置擋土牆,以確定擋土牆的修建位置、基礎形式與埋置深度、牆身斷面尺寸等。

採用兩種方案進行計算。

根據沿線土質情況,並參考規範得出設計資料和技術要求如表3-1:

表3-1 設計資料

擬定擋土牆的截面尺寸見圖3-1,試按本細則的規定對其進行驗算:

圖3-1 擋土牆布置圖

取單位牆長(1m),如圖3-2所示,將擋土牆截面劃分為三部分,截面各部分對應的牆體重量為:

圖3-2 擋土牆橫斷面圖

(kn)

(kn)

(kn)

截面各部分的重心至牆趾()的距離為:

(m)(m)

(m)單位牆長的自重重力為:

(kn)

全截面重心至牆趾的距離為:

(m)後踵點介面處,牆後填土和車輛荷載所引起的主動土壓力計算按規範的規定,當牆身高度為5m時,附加荷載標準值為:

(kn/m2)

換算等代均布土層厚度為:(m)

因為基礎埋置較淺,不計牆前被動土壓力。

當採用庫倫土壓力理論計算牆後填土和車輛荷載引起的主動土壓力時,其計算圖示如圖3-3所示。

圖3-3 擋土牆土壓力計算圖示

按土壓力計算公式,計算結果如下:

因為,所以

所以:牆頂至後踵點()的牆背高度為:(m)

後踵點土壓力為:(kn/m3)

單位牆長(1m)上土壓力的水平分量:

(kn)

單位牆長(1m)上土壓力的豎直分量:

(kn)

土壓力水平分量的作用點至牆趾的距離:

(m)土壓力豎直分量的作用點至牆趾的距離:

(m)按基礎寬、深作修正的地基承載力特徵值

基礎最小深度(算至牆趾點):

(m)>1.0(m)

符合基礎最小埋深的規定:

但<3.0(m),且基礎寬度<2.0(m),

所以修正後的地基承載力特徵值等於地基承載力特徵值。

當採用荷載組合h時,地基承載力特徵值提高係數,所以(kpa)

驗算地基承載力時,計入作用在擋土牆頂面的護欄荷載強度與車輛附加荷載標準值,基底應力計算的力系圖式如圖3-4。

圖3-4 擋土牆基底應力驗算力系圖式

在地基承載力計算中,基礎的作用效應取正常使用極限狀態下作用效應標準組合。

作用於基底形心處的彎矩:

==29.48(kn·m)

作用於傾斜基底的垂直力:

=188.61(kn)

傾斜於基底合力的偏心距為:

(m)<=0.243(m)

偏心距驗算符合規定。

(kpa)

(kpa)

基底最大壓應力與地基承載力特徵值比較:

(kpa)<=400(kpa)

地基承載力驗算通過。

擋土牆及基礎沿基底平面、牆踵處地基水平面的滑動穩定驗算:

計算擋土牆及地基穩定時,荷載效應應按承載能力極限狀態下的作用效應組合。

1)沿基地平面滑動的穩定性驗算,如圖3-5。

圖3-5 沿擋土牆基底平面滑動穩定性驗算圖示

不計牆前填土的被動土壓力,即,計入作用於牆頂的護欄重力。

①滑動穩定方程應符合:

>0 按規範規定,土壓力作用的綜合效應增長對擋土牆結構起不利作用時,,則有:

(kn)>0

符合沿基底傾斜平面滑動穩定方程的規定。

②抗滑動穩定係數

(kn)

根據規範,荷載組合ⅱ時,抗滑動穩定係數>1.3,所以沿傾斜基底的抗滑動穩定係數符合規定。

2)沿過牆踵點水平面滑動穩定性驗算,如圖3-6。

計入傾斜基底與水平滑動面之間的土塊重力,粘性土粘聚力

(kn)

①滑動穩定方程應符合

>0即:計算結果符合滑動穩定方程的規定。

②抗滑動穩定係數

>1.3

符合抗滑動穩定係數的規定。

圖3-6 沿牆踵點水平面滑動穩定性驗算圖示

1)傾覆穩定方程應符合

>0即:

(kn·m)>0

計算結果符合傾覆穩定方程的規定。

2)抗傾覆穩定係數:

規範規定,荷載組合ⅱ時,抗傾覆穩定係數≥1.5,所以該抗傾覆穩定係數符合規定。

1)基頂截面壓力計算,如圖3-7

由牆踵點土壓力的計算結果:

,(m)

基頂截面寬度:(m)

基頂截面處的計算牆高為: (m)

按: 基頂處的土壓力為:

(kn·m)

圖3-7 基頂載土壓力計算圖式

單位牆長(1m)上土壓力的水平分量:

(kn)

單位牆長(1m)上土壓力的豎直分量:

(kn)

土壓力水平分量的作用點至基頂截面前緣的力臂長度:

(m)2)基頂截面偏心距驗算

截面寬度:(m)

取單位牆長(1m),基頂截面以上牆身自重:

(kn)

牆身重心至驗算截面前緣力臂長度:

(m)牆頂防撞護欄重量換算集中力:(kn)

護欄換算集中力至驗算截面前緣的力臂長度:

(m)(kn)

(kn)

按規範,查表取綜合數應組合係數,並取荷載分項係數,,截面形心上的豎向力組合設計值為:

(kn)

基底截面形心處,牆身自重及護欄重量作用的力矩:

kn·m)

基底截面形心處,牆身自重及護欄重量作用的力矩:

(kn·m)

根據規範,分別取作用分項係數:,。

根據規範,取綜合效應組合係數,截面形心上的總力矩組合設計值:

(kn·m)

規範規定的合力偏心距容許限值為:

(m)截面上的軸向力合力偏心距:

(m)<0.3(m)

符合偏心距驗算要求,應驗算受壓構件牆身承載力。

3)截面承載力驗算

作用於截面形心上的豎向力組合設計值為:

(kn)

按規範規定,本擋土牆結構重要性係數為:

查規範得長細比修正係數:

計算構件的長細比:

根據規範:,

則構件軸向力的偏心距和長細比對受壓構件承載力的影響係數:

0.47

(m2),由基本資料知:(mpa)=710(kn/m2)

牆身受壓構件抗力效應設計值:(kn)

因為(kn)<400.44(kn),符合規定,所以截面尺寸滿足承載力驗算要求。

4)正截面直接受剪驗算

按規範要求:

≤計算截面上的剪力組合設計值:

(kn)

(kn)

由基礎資料得:

(mpa)=120(kn/m2),(mpa)=710(kn/m2)

又:(m)

可計算得到軸壓比為:

查規範得:

(kn)>71.16(kn)

符合正截面直接受剪驗算要求。

第二種方案如下:

1.牆身構造:牆高5m,牆背仰斜坡度:1:0.25(=14°02′),牆身分段長度20m,其餘初始擬採用尺寸如圖3-8所示;

2.土質情況:牆背填土容重=18kn/m3,內摩擦角=35°;填土與牆背間的摩擦角=17.5°;地基為岩石地基容許承載力=500kpa,基地摩擦係數=0.5;

3.牆身材料:砌體容重=20kn/m3, 砌體容許壓應力=500kpa,容許剪應力=80kpa。

圖3-8 初始擬採用擋土牆尺寸

1)破裂角()的計算

假設破裂面交於荷載範圍內,則有:

根據路堤擋土牆破裂面交於荷載內部時破裂角的計算公式:

2)驗算破裂面是否交於荷載範圍內:

破裂楔體長度: m

車輛荷載分布寬度: m

所以,即破裂面交於荷載範圍內,符合假設。

牆高5m,按牆高確定附加荷載強度進行計算。按照線性內插法,計算附加荷載強度:=16.25kn/m2,

m =

根據路堤擋土牆破裂面交於荷載內部土壓力計算公式:

=knknkn

m-土壓力作用點到牆踵的垂直距離;

土壓力對牆趾力臂計算

基地傾斜,土壓力對牆趾力臂:mm

1)牆體重量及其作用點位置計算:

擋牆按單位長度計算,為方便計算從牆趾處沿水平方向把擋土牆分為兩部分,上部分為四邊形,下部分為三角形:

m=94.28knmm

knm2)抗滑穩定性驗算:

,驗算公式:

所以抗滑穩定性滿足。

3)抗傾覆穩定性驗算:

所以傾覆穩定性不足,應採取改進措施以增強抗傾覆穩定性。

重新擬定=1.02m傾斜基地,土壓力對牆址力臂:mm

mknmm

knm所以傾覆穩定性滿足。

1)合力偏心矩計算

上式中彎矩為作用與基底形心的彎矩,所以計算時先要計算對形心的力臂:根據前面計算過的對牆趾的力臂,可以計算對形心的力臂。mm

=1.5m

mm<=0.26m

所以基底合力偏心矩滿足規範的規定。

2)基地應力驗算

所以基底應力滿足要求。

牆面牆背平行,截面最大應力出現在接近基地處,由基地應力驗算可知偏心矩及基地應力滿足地基承載力,牆身應力也滿足,驗算內力通過,牆頂頂寬1.02m,牆高5m。

比較結果

根據方案1和方案2的計算可以看出,兩種方案設計的擋土牆均滿足要求。方案1相對於方案2計算量較大,斷面較為複雜,工程量相應較多,因此,在方案的最後選取上取方案2的設計形式。

1.典型斷面如圖3-9所示,立面布置圖3-10所示,平面布置圖3-11所示。

2.計算斷面處的擋土牆工程數量見表3-2。

表6-2 工程數量表

擋土牆設計總結

1 一般規定 1 擋土牆工程應布置在滑坡主滑地段的下部區域。當滑體長度大而厚度小時宜沿滑坡傾向設定多級擋土牆。2 擋土牆牆高不宜超過8m,否則應採用特殊形式擋土牆,或每隔4 5m設定厚度不小於0.5m 配比適量構造鋼筋的混凝土構造層。3 牆後填料應選透水性較強的填料,當採用粘土作為填料時,宜摻入適量...

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