1、重力式擋土墻設(shè)計(jì)任務(wù)書一、目的 本課程設(shè)計(jì)任務(wù)是路基工程重要內(nèi)容，通過系統(tǒng)地完成擋土墻的課程設(shè)計(jì) 掌握工程設(shè)計(jì)的基本方法、步驟，鞏固和深化所學(xué)知識(shí)，為進(jìn)一步掌握本 課程打下基礎(chǔ)。二、涉及內(nèi)容（一）題目：重力式擋土墻設(shè)計(jì)（二）設(shè)計(jì)資料：某新建公路 K2+310 K2+420 路段擬采用漿砌片石重力式路肩墻，具 體設(shè)計(jì)資料列于下：1、路線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：一般三級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度 40Km/h;路基寬 8.5m;2、橫斷面原地面實(shí)測值及路基設(shè)計(jì)標(biāo)高如表 1 所示；表 1 實(shí)測橫斷面左側(cè)樁號(hào)右側(cè)中樁標(biāo)高路基設(shè)計(jì)標(biāo) 高-0.8、-1.0K2+3101.6.、2.0623.45630.57866-1.0、-1.6

2、K2+3301.8、1.6624.08630.628668-1、2.0K2+3500.4、0.8624.62630.6886410-1.0、-0.8K2+3700.8、1.0624.51630.7310468-1.0、-2.0K2+3901.0、1.2624.30630.798659-1.0、-1.2K2+4001.4、0625.08630.857768-0.4、-1.2K2+4200.4 、0.2625.03630.91862123、 K2+370 擋土墻橫斷面布置及擋土墻形式如圖 1 所示（參考）；4、填料為砂性土， 其密度 =18KN/m3，計(jì)算內(nèi)摩擦角 =35°，填料與 墻背

3、間的摩擦角 = /2；5、地基為密實(shí)的砂礫石地基， 其容許承載力 =450Kpa，基底摩擦系數(shù) =0.456、墻身材料采用 5 號(hào)片石，砌體密度 =22 KN/m3，砌體容許壓應(yīng)力 =600 Kpa ，容許剪應(yīng)力 =100 Kpa；三、具體要求： 擋土墻設(shè)計(jì)包括擋土墻的平面、立面、橫斷面設(shè)計(jì)，其中擋土墻橫斷面 設(shè)計(jì)以 K2+370 橫斷面為例。大致步驟如下：1、擋土墻平面、立面布置；2、擋土墻橫斷面布置，并擬定斷面尺寸；3、計(jì)算主動(dòng)土壓力；4、驗(yàn)算擋土墻抗滑、抗傾覆穩(wěn)定性；5、驗(yàn)算基底應(yīng)力及偏心距；6、擋土墻的伸縮縫與沉降縫，以及排水設(shè)計(jì)；7、繪制擋土墻立面、橫斷面；8、編制設(shè)計(jì)說明書。四、設(shè)

4、計(jì)完成后應(yīng)提交的文件：1、擋土墻平面、立面與橫斷面圖；2、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書；3、寫出設(shè)計(jì)小結(jié)五、要求文字整潔，全部完成設(shè)計(jì)圖表后，應(yīng)按一定順序裝訂成冊(cè)，所 有圖表格式應(yīng)符合工程設(shè)計(jì)要求；學(xué)生應(yīng)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)，發(fā)揮獨(dú)立思考能 力，主動(dòng)查找有關(guān)資料。五、 主要參考資料1、俞高明，金仲秋編著 .公路工程 .北京：人民交通出版社出版.2005年 10月。2、姚祖康編著 .道路路基和路面工程 .上海：同濟(jì)大學(xué)出版社.1994年 7月。3、夏連學(xué)，趙衛(wèi)平編著 .路基路面工程 .北京：人民交通出版 社出版.1997年 9月。4、鄧學(xué)鈞主編 . 路基路面工程. 北京：人民交通出版社出版 .2002 年 2 月。5

5、、中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（ JTGB01-2003），北京：人民交通出版社出版6、中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD30-2004），北京：人民交通出版社出版（執(zhí)筆：鄭丹燕 ）方案一 擬定擋土墻尺寸如圖所示1. 壞棱體長度 L,由設(shè)計(jì)資料知 =35° = /2 ； =11.30993247 滑動(dòng)面與水平面的夾角為 ，設(shè) = + +因?yàn)閴斔剑杂晒?ctg=-tg( )+ ctg tg tg tg 代入數(shù)據(jù)后得 ctg =0.028755709 即 =88.35287314o ，由公式L=H(tg +ctg ) 可計(jì)算得 L=2.058711381m

6、(因?yàn)?H=9m)2. 求擋土墻的計(jì)算長度 B,由設(shè)計(jì)資料知該路是一般三級(jí)公路，計(jì)算荷載為汽車 20，掛 100。本設(shè)計(jì)取擋土墻的分段長度為 15m，公路橋涵通用設(shè)計(jì) 規(guī)范(JTG D60-2004)規(guī)定擋土墻的計(jì)算長度按公式 B=13+Htg30但不超過擋土墻得分段長度，經(jīng)計(jì)算取計(jì)算 長度 B=15m，則破裂面寬度方向上可布置 一列車的半軸重，在分段長度方向上只能布置一輛重車， 如圖所示： G=( 60+120+120)/2=150KN換算成等代均 布土層厚度 h e=G/BL0 =0.269857m。3. 求主動(dòng)土壓力 A由公式 A= H(H+2he )K a/2 ，由課本 土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)

7、 P153 表 7-2 查值內(nèi)插 求得 Ka=0.334, 則把有關(guān)數(shù)據(jù)帶入上 式得 A=258.0874226KN, 因?yàn)?A與水平面間的夾角 = +=17.5+11.30993247=28.80993247 o, Ax=Acos=226.1421751KN, A y = Asin =124.3737687KN。4. 擋土墻抗滑驗(yàn)算擋土墻自重 G=22×( 0.8 2.6 )× 9/2=336.6 KN 則抗滑 穩(wěn)定系數(shù) Kc=(G+ A y)/ A x代入數(shù)據(jù)得 Kc=0.91729<1.3, 所以該擋土墻穩(wěn)定性不足，需要重新設(shè) 計(jì)。方案二 擬定擋土墻尺寸如圖所示

8、1. 求破壞棱體長度 L, 由設(shè)計(jì)資料知 =35° = /2 ； =16.7 o滑動(dòng)面與水平面的夾角為 ，設(shè) = + +因?yàn)閴斔?，所以由公?ctg =-tg( )+ ctg tg tg tg 代入數(shù)據(jù)后得ctg =0.44506519 即 =66.00781834o ，由公 式 L=H(tg +ctg ) 可計(jì)算得 L=6.70571611m (因?yàn)?H=9m)。2. 求擋土墻的計(jì)算長度 B, 由設(shè)計(jì)資料知該路 是一般三級(jí)公路，計(jì)算荷載為汽車 20，掛100。本設(shè)計(jì)取擋土墻的分段長度 為 15m，公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范 ( JTG D60-2004)規(guī)定擋土墻的計(jì)算長度按公式B=

9、13+Htg30但不超過擋土墻得分段長度，經(jīng)計(jì)算取計(jì)算長度 B=15m，則破裂面寬度方向上可布置兩列汽 -20 重車，在分段長度方向上只能布置一輛 重車，如圖所示，所以在 B×L面積內(nèi)布置的汽車軸重 G=2×( 60+120+120) =600KN換算成等代均布土層厚度 h e=G/BL0 =0.3668752053m。3. 求主動(dòng)土壓力 A由公式 A= H(H+2he )K a/2 ，由課本土質(zhì)學(xué)與土力學(xué) 求得 Ka=0.4003, 則把有關(guān)數(shù)據(jù)帶入上式得 平面間的夾角 = + =17.5 o+16.7 o =34.2 o, A x= A cos =261.0349KN,

10、 A y = Asin =177.399KN。4. 擋土墻抗滑驗(yàn)算 擋土墻自重 G=22×（ 14.6 ）×P153 表 7-2 查值內(nèi)插 A=315.61KN, 因?yàn)?A與水9/2=554.4KN 則抗滑穩(wěn)定系數(shù) Kc=(G+Ay)/ A x代入數(shù)據(jù)得 Kc =1。26<1.3, 所以該擋土墻穩(wěn)定性不足，需要 重新設(shè)計(jì)。方案三 擬定擋土墻尺寸如圖所示1. 求破壞棱體長度 L, 由設(shè)計(jì)資料知 =35° = /2 ； =19.28333o滑動(dòng)面與水平面的夾角為 ，設(shè)= + +因?yàn)?墻頂水平，所以由公式 ctg =-tg( )+ ctg tg tg tg 代入數(shù)

11、據(jù)后得 ctg =0.426926253 即 =66.88109171o ，由 公式 L=H(tg +ctg )可計(jì)算得 L=6.9911552697m(因?yàn)?H=9m)。2. 求擋土墻的計(jì)算長度 B,由設(shè)計(jì)資料知該路是一般三級(jí)公 路，計(jì)算荷載為汽車 20，掛 100。本設(shè)計(jì)取擋土墻的分段長度為 15m，公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范 (JTGD60-2004)規(guī)定擋土墻的計(jì)算長度按公式 B=13+Htg30 但不超過擋土墻得分段長度，經(jīng)計(jì)算取計(jì)算長度 B=15m，則破裂面寬度方向上可布置兩列汽 -20 重車和一列重車的 一側(cè)車輪，在分段長度方向上只能布置一輛重 車，如圖所示，所以在 B×L

12、面積內(nèi)布置的汽 車軸重 G=2.5×(60+120+120)=750KN換算 成等代均布土層厚度he =G/BL0 =0.3973274331m。3. 求主動(dòng)土壓力 A由公式 A= H(H+2he )K a/2 ，由課本土質(zhì)學(xué) 與土力學(xué) P153表7-2 查值內(nèi)插求得 Ka=0.44938333,則把有關(guān)數(shù)據(jù)帶入上式 得 A =356.5259242KN, 因?yàn)?A與水平面間的夾角 = +=17.5 o +19.2833o=36.7833o, A x= A cos=285.5436042KN, A y = Asin=213.4843899KN。 A x的作用點(diǎn)距墻腳 B點(diǎn)的豎直距離

13、Cx為： Cx =H (H+3he )/3 (H+2he )，Cy =d(d+3d1) /3(d+2d 1), 其中 d=Htg, d1= hetg , 代入數(shù)據(jù)解得 Cx=3.121697223m, C y =1.092183497m。4. 擋土墻抗滑驗(yàn)算擋土墻自重 G=22×( 14.35+0.9 )× 9/2=618.75KN 則抗滑穩(wěn)定系數(shù)Kc=(G+ A y)/ A x代入數(shù)據(jù)得 Kc =1.31155>1.3, 所以該擋土墻穩(wěn)定性 滿足要求。1. 驗(yàn)算抗傾覆能力由公式 K0 = My /Mx計(jì)算要求抗傾覆系數(shù) K0 1.5(主要荷載組合)My =0.5&#

14、215;0.9×9×1×22×0.9×2/31.1×9×22×(0.9+1.1/2)+0.5×3.15×9×22×(23.15/3)213.4843899×(5.151.092)=2186.732154KN·mMx =285.5436042× 3.121697223=891.3806763 KN·m所以K0 =2186.732154/891.3806763=2.45319672>21.5 即該擋土墻的抗傾覆能力滿 足要求。1. 驗(yàn)

15、算基底應(yīng)力 求圖的形心位置，對(duì) y 軸求面積矩 SF1×0.9× 2/3SF×(0.9+1.1/2) SF2 ×(2+3.15/3)=S ·x解得 x=2.134m則基底合力的發(fā)向分力對(duì) 0點(diǎn)的力臂Zn=(MyMx)/N=G·x+A y ×(5.15 Cy) A x×Cx /( G+ A y ) ，代入數(shù)據(jù)得 Zn =1.556895848m則偏心距 e=|B/2Zn |=5.15/2 1.557=1.018mB/6=5.15/6=0.8583< e,基底將出現(xiàn)拉應(yīng)力，現(xiàn)采取展 寬墻趾的措施如圖所示 B=6.

16、15m則 e=|B/2 Z n |=1.018m, B/6=6.15/6=1.025m ,e<B/6, 此時(shí)基底將 不會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力。 墻趾和墻踵處的壓應(yīng)力為 1,3= N(1 ±6e/B)/B代入數(shù)據(jù)得 1,3=269.721 KPa 和0.924Kpa, 符合基底最大壓應(yīng)力小于地基容許承載力=450Kpa，在 e>B/6 情況下應(yīng)力重分布基底最大壓應(yīng)力max=2 N/3Z n =4N/3(B2e) =356.341Kpa，也滿足 max< =450Kpa。1. 驗(yàn)算墻身截面強(qiáng)度 計(jì)算墻身底基礎(chǔ)頂截面強(qiáng)度，由前計(jì)算知該圖形的形心位置距墻趾的距離 x=2.134m作用

17、的土壓力 A =18×8.25 ×(8.25 2×0.3973) × 0.44938=301.786KN, A x =241.702KN, A y =180.7066KN,墻身自重 G=8.25×22×（1.1 4.813）/2=536.60475KN, C x =2.870806197m,Cy =1.0044m, Zn =1.5324m, e=0.8745m, B/6=0.802m 則 e>B/6，該截面出現(xiàn) 拉應(yīng)力 l， l =（536.60475+180.7066）（16e/B）/4.813=13.4389Kpa 小 于容

18、許拉應(yīng)力 l =80Kpa，該截面強(qiáng)度符合要求。因?yàn)?e>B/6，壓應(yīng)力重分 布，則該截面最大壓應(yīng)力為 =2（G+ A y）/3Zn =312.0644523Kpa,該截面 的剪應(yīng)力 1= A x （G+ A y ）×f/B=-9.3959Kpa< =100Kpa，（ 取摩 擦系數(shù) f=0.4） 各項(xiàng)應(yīng)力均符合要求。課程設(shè)計(jì)小結(jié)1、 根據(jù)設(shè)計(jì)資料確定路面和原地面的高差， 并考慮擋土墻有一定的埋置 深度。初步擬定路肩擋土墻的斷面尺寸， 即頂寬為 0.8 米，底寬為 2.6 米墻背采用 1：0.2 的坡度，墻面豎直 ，經(jīng)計(jì)算該擋土墻的抗滑穩(wěn)定 性不足， Kc =0.917。2、 重新設(shè)計(jì)擋土墻的斷面尺寸頂寬為 1 米，底寬為 4.6 米墻背采用 1： 0.3 的坡度，墻面采用 1：0.1 的坡度，進(jìn)一步增大擋土墻的自重，經(jīng) 計(jì)算抗滑穩(wěn)定性抗滑穩(wěn)定性系數(shù) Kc =1.26 仍達(dá)不到要求的 1.3 ，還需 重新設(shè)計(jì)斷面。3、斷面頂