高速公路挡土墙毕业设计设计书

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目 录

第1章 绪论 ....................................................................................................................... 1

1.1 挡土墙的发展 ..................................................................................................... 1 1.2 加筋土挡土墙的介绍 ......................................................................................... 1 1.3 设计的内容 ......................................................................................................... 2 第2章 设计基本资料 ....................................................................................................... 3

2.1 工程概况 ............................................................................................................. 3 2.2 设计范围 ............................................................................................................. 3 2.3 基本资料 ............................................................................................................. 3 第3章 计算内容 ............................................................................................................... 5

3.1 设计资料 ............................................................................................................. 5 3.2 设计计算理论 ..................................................................................................... 5

3.2.1 荷载组合 .................................................................................................. 5 3.2.2 基础设计及整体稳定性验算 .................................................................. 6 3.2.3 轴向力偏心距 ........................................................................................ 11 3.2.4 内部稳定性验算 .................................................................................... 12 3.3 设计计算 ........................................................................................................... 18

3.3.1 筋带受力计算 ........................................................................................ 18 3.3.2 内部稳定计算 ........................................................................................ 19 3.3.3 外部稳定计算 ........................................................................................ 21

第4章 地基处理 ............................................................................................................. 26

4.1 石灰桩的原理及分类 ....................................................................................... 26 4.2 加固机理 ........................................................................................................... 26

4.2.1 桩间土加固机理 .................................................................................... 27 4.2.2 桩身加固机理 ........................................................................................ 28 4.2.3 复合地基 ................................................................................................ 29 4.3 理论设计 ........................................................................................................... 29 4.4 设计过程 ........................................................................................................... 31 4.5 施工工艺 ........................................................................................................... 31

4.5.1 施工准备 ................................................................................................ 31

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4.5.2 施工顺序 ................................................................................................ 32 4.5.3 成桩 ........................................................................................................ 32

第5章 理正验算 ............................................................................................................. 33

5.1 理正软件介绍 ................................................................................................... 33 5.2 计算结果 ........................................................................................................... 33

5.2.1 墙身尺寸及筋带资料 ............................................................................ 33 5.2.2 物理参数 ................................................................................................ 34 5.2.3 一般情况墙体验算 ................................................................................ 35 5.2.4 各组合最不利结果 ................................................................................ 37

第6章 挡土墙施工 ......................................................................................................... 38

6.1 施工准备 ........................................................................................................... 38 6.2 挡土墙基础 ....................................................................................................... 38 6.3 排水 ................................................................................................................... 40 6.4 沉降缝与伸缩缝 ............................................................................................... 40 6.5 墙背填料 ........................................................................................................... 40 6.6 加筋土挡土墙 ................................................................................................... 41 第7章 结论与展望 ......................................................................................................... 44

7.1 结论 ................................................................................................................... 44 7.2 展望 ................................................................................................................... 44 参考文献 ............................................................................................................................. 46 致 谢 ............................................................................................................................. 47 附录A 外文资料翻译 ..................................................................................................... 55 附录B 有关图纸 ............................................................................................................. 60

B.1 墙面板图 ........................................................................................................... 60 B.2 挡土墙横断面图 ............................................................................................... 60 B.3 基底桩位图 ....................................................................................................... 60

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第1章 绪论

1.1 挡土墙的发展

挡土墙是公路工程中广泛采用的一种构造物。随着我国高等级公路建设的飞速发展，特别是高等级公路建设向中西部地区的推进，路基挡土墙越来越显得重要，应用越来越多，而且其结构形式日新月异，设计理论也在不断发展。

重力式挡土墙是最古老的结构形式，因其料源丰富、取材方便、形式简单、施工简便，所以仍然是目前应用最广泛的结构形式。为了适应不同的使用要求如：建筑高度稳定性等，以及不同地区的建筑条件如：地基、料源、地形等。研究开发了各种形式的挡土墙如悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚杆式和锚定板式等这些形式都是钢筋混凝土结构。悬臂式和扶壁式挡土墙在国外应用十分广泛但在我国应用尚未普及不过随着高等级公路向中西部地区推进，其应用会越来越多。悬臂式和扶壁式挡土墙适用于缺乏石料的地区。它通过墙趾板和墙踵板宽度来调节控制基底应力[1]。

从实际使用来看，在我国，加筋土技术的应用范围已由单一的挡墙发展到桥台、护岸、货场站台、水运码头等方面。开展这项研究工作的也已扩展到公路、铁路、煤炭、林业、城市建设、高等学校等各个部门。从理论研究来看。既有作用机理的研究，这就是进行实验室模型试验和现场原型试验、分析，又有基本设计参数试验和拉筋材质的试验。所有这些反映了我国在加筋土技术的研究和应用上已出见成效。可以预计加筋土技术在我国是有很大发展前途的。

1.2 加筋土挡土墙的介绍

加筋土挡土墙指的是由填土、拉带和镶面砌块组成的加筋土承受土体侧压力的挡土墙。

加筋土挡土墙是在土中加入拉筋，利用拉筋与土之间的摩擦作用，改善土体的变形条件和提高土体的工程特性，从而达到稳定土体的目的。加筋土挡土墙由填料、在填料中布置的拉筋以及墙面板三部分组成。一般应用于地形较为平坦且宽敞的填方路段上，在挖方路段或地形陡峭的山坡，由于不利于布置拉筋，一般不宜使用[2]。

加筋土是柔性结构物，能够适应地基轻微的变形，填土引起的地基变形对加筋土挡土墙的稳定性影响比对其他结构物小，地基的处理也较简便；它是一种很好的抗震

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结构物；节约占地，造型美观；造价比较低，具有良好的经济效益。加筋土挡土墙指的是由填土、拉带和镶面砌块组成的加筋土承受土体侧压力的挡土墙。

加筋土挡土墙是在土中加入拉筋，利用拉筋与土之间的摩擦作用，改善土体的变形条件和提高土体的工程特性，从而达到稳定土体的目的。加筋土挡土墙由填料、在填料中布置的拉筋以及墙面板三部分组成。一般应用于地形较为平坦且宽敞的填方路段上，在挖方路段或地形陡峭的山坡，由于不利于布置拉筋，一般不宜使用。

加筋土是柔性结构物，能够适应地基轻微的变形，填土引起的地基变形对加筋土挡土墙的稳定性影响比对其他结构物小，地基的处理也较简便；它是一种很好的抗震结构物；节约占地，造型美观；造价比较低，具有良好的经济效益[3]。

1.3 设计的内容

青银高速公路(或G035，035国道，青银线)，是横贯中国大陆北部一条国道主干线，为中国高速公路规划五纵七横的一条横向线。起点为山东青岛市，终点为宁夏回族自治区银川市，全长1610km，是中国“十五”在建投资最大、线路最长的国家级高速动脉。该路双向四车道，设计时速100km。途经山东、河北、山西、陕西、宁夏5个省区，是中国能源东送及出口的主要通道，对于加强西北内陆和东部沿海之间的资源互通，促进沿线地区的经济发展发挥着巨大作用。目前有部分建成高速公路，其它为一级或二级公路。

根据青银高速公路的路况，设计一段路堤式加筋土挡土墙。主要内容包括；墙体选型，内部稳定性验算及外部稳定性验算，地基处理，理正验算，施工方法，外文翻译等。

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第2章 设计基本资料

2.1 工程概况

青银高速公路(或G035，035国道，青银线)，是横贯中国大陆北部一条国道主干线，为中国高速公路规划五纵七横的一条横向线。起点为山东青岛市，终点为宁夏回族自治区银川市，全长1610km，是中国“十五”在建投资最大、线路最长的国家级高速动脉。该路双向六车道，设计时速120km。途经山东、河北、山西、陕西、宁夏5个省区，是中国能源东送及出口的主要通道，对于加强西北内陆和东部沿海之间的资源互通，促进沿线地区的经济发展发挥着巨大作用。目前有部分建成高速公路，其它为一级或二级公路。

青银线河北段，全长181.859km，主线以石家庄为中心，西接太原，东达济南，是冀中平原的经济大动脉和运输主。该路段东起冀鲁交界的清河县，西至石太高速公路鹿泉立交桥，途径邢台、石家庄两个市的清河、南宫、威县、新河、宁晋县、赵县、栾城县、元氏县、鹿泉9个县。

2.2 设计范围

本设计是以青银高速公路(K46+099.06)岩土工程勘察报告为基础，设计一座挡土墙。随着经济的快速发展，交通量势必快速增长，早期修建的高速公路势必将不能满足交通量快速增长的要求。根据国家政治、经济发展的需要高速公路在当今社会发挥着重要的作用，随着社会经济的发展，生产建设项目逐年增加，由此带来的生态环境破坏、安全生产隐患等逐渐增多，而挡土墙在其中发挥了重要作用。

2.3 基本资料

表2-1 挡土墙基本资料

墙身及基础 挡土墙类型 墙高H(m) 筋带类型 筋带长度(m) 筋带宽度(mm) 筋带厚度(mm)

加筋土挡土墙 8

聚乙烯土工带 10 18 1

填料及地基 填料种类

重度? (kN/m3) 填料内摩擦角?(°) 基础埋深(m) 地基土

砾碎石类土

20 40 1.5 黄土

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毕业设计 表2-1 挡土墙基本资料

公路等级及荷载强度 公路等级 汽车荷载

墙顶护栏荷载强度

Ⅰ级 公路Ⅰ级 7

筋带强度设计值 极限断裂强度标准值

220

(MPa)

筋带容许拉应力(MPa) 50 填料与筋带的似摩擦系数

0.4

qL(kN/m2)

按一次建成双向4车道高速公路的标准设计，路基宽度为28m，计算行车速度为100km/h，公路一级。标准横断面尺寸如下表所示：

表2-2 公路宽度尺寸表

中央分隔带宽度(m) 3

两侧行车道宽度(m) 2×3.75

两侧路缘带宽度(m) 0.75

两侧硬路肩宽度(m) 3.5

两侧土路肩宽度(m) 0.75

表2-3 地基土层参数

天然含水量(%) 地基承载力特征值(kPa) 粘聚力(kPa)

18 150 40

天然重度?0 (kN/m3) 地基内摩擦角?(°) 孔隙比

14 25

0.7

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第3章 计算内容

3.1 设计资料

(1)挡土墙不受浸水影响，墙高H?8m，顶部填土0.6m (2)路基宽28m，路面宽19.5m (3)荷载标准：公路一级

(4)面板规格：0.8m?0.56m十字型混凝土板。板厚300mm ,混凝土强度等级C30； (5)筋带：采用聚乙烯土工带，带宽为18mm，厚1.0mm，断裂极限强度标准值

fk?220MPa，抗拉容许应力[?]=50MPa，摩擦系数f?0.4；

(6)筋带节点间距：sx?0.42 m，sy?0.4 0m；

(7)填料：砾碎石类土，重度?1?20.00 kN/m3，内摩擦角??40?；

(8)地基：黄土，重度??14.00kN/m3，内摩擦角??25?，黏聚力c??40 kPa，地基承载力特征值fa?150kPa；

(9)墙体采用矩形断面，加筋体宽为10.0m； (10)墙顶填料与加筋土填料相同。

3.2 设计计算理论

3.2.1 荷载组合

加筋土挡土墙所承受的作用(或荷载)及其组合如表3-1所示，本设计采用荷载组合Ⅱ。

表3-1 常用作用(或荷载)

组合 Ⅰ Ⅱ Ⅲ

作用(或荷载)名称

挡土墙结构重力、墙顶上的有效永久荷载、填土重力、填土侧压力及其他永久作用(或荷载)相组合

组合Ⅰ与基本可变作用(或荷载)相组合 组合Ⅱ与其他可变作用(或荷载)相组合

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3.2.2 基础设计及整体稳定性验算

3.2.2.1 基础设计

(1)挡土墙的基础类型，除特殊地基情况需采用桩基础外，宜采用明挖基础。明挖基础宜设置在地质情况较好的地基上，当地基为松软土层时，可采用换填、砂桩、搅拌桩等方法处理地基。挡土墙采用刚性基础时，基础底部的扩展部分不应超过材料的刚性角。对于混凝土基础，刚性角不应大于40°；对于片石、块石、粗料石砌体基础，当用M5以上砂浆砌筑时，刚性角不应大于35°，当用M5及低于M5砂浆砌筑时，刚性角不应大于30°。挡土墙的基础采用钢筋混凝土条形扩展基础时，应按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)的规定进行设计

[4]

。

(2)基础的埋置深度应符合下列规定：

当冻结深度小于或等于1.00m时，基底应在冻结线以下不小于0.25m，并应符合

基础最小埋置深度不小于1.00m。

当冻结深度超过1.00m时，基底最小埋置深度不小于1.25m，还应将基底至冻结线0.25m深度范围的地基土换填为弱冻胀材料。

受水流冲刷时，应按路基设计洪水频率计算冲刷深度，基底置于局部冲刷线以下不小于1.00m。

路堑式挡土墙的基础顶面应低于路堑边沟底面不小于0.50m。

在风化层不厚的硬质岩石地基上，基底宜置于基岩表面风化层以下；在软质岩石地基上，基底最小埋置深度不小于1.00m。

(3)建筑在斜坡地面的挡土墙，基础前趾埋入地面的深度和距地表的水平距离应符合表3-2。

表3-2 斜坡地面基础埋置条件

土层类别 较完整的硬质岩石 一般硬质岩石 软质岩石 土层

最小埋入深度h(m) 0.25 0.60 1.00

距地表水平距离l(m) 0.25~0.50 0.60~1.50 1.00~2.00 1.50~2.50

?1.00

(4)明挖基础的基坑面，应设置不小于4%的排水横坡。在湿陷性黄土地区，应采取消除湿陷或防止水流下渗的措施。 3.2.2.2 地基计算

(1)挡土墙地基承载力计算时，传至基础底面上的作用(或荷载)效应，宜按正常使用极限状态下作用(或荷载)效应标准组合，相应的抗力采用地基承载力特征值。计算

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挡土墙及地基稳定时，荷载效应应按承载能力极限状态下的作用(或荷载)效应组合。计算基础结构的作用(或荷载)效应、配置钢筋、验算材料强度时，作用(或荷载)效应应按承载能力极限状态下的作用(或荷载)效应组合。

(2)挡土墙明挖基础底面的压应力可按下列公式计算： pmax?6eNK(1?0) (3-1) AB6eNK(1?0) (3-2) ABMK (3-3) NK pmin? e0?公式(3-1)及公式(3-2)的使用条件为： e0?B (3-4) 6式中：pmax——采用作用(或荷载)效应标准组合的基底边缘最大压应力值(kPa)； pmin——采用作用(或荷载)效应标准组合的基底边缘最小压应力值(kPa)； NK——采用作用(或荷载)效应标准组合时，作用于基底上的垂直力

(kN/m)；

A——基础地面每延米的面积，即基础宽度B?1(m2)； B——基础底面宽度，对于倾斜地基为其斜宽(m)； e0——基底合力的偏心距(m)；

MK——采用作用(或荷载)效应标准组合时，作用于基底形心的弯矩

(MPa)。

(3)设置在岩石地基上的挡土墙明挖基础，当e0?仅按受压区计算最大压应力，可按下列公式计算：

pmax?B时，不计基底承受拉应力，62NK (3-5) 3a1 pmin?0 (3-6) 垂直于基底面的合力对受压边缘的力臂a1，可按下式计算：

B a1??e0 (3-7)

2(4)垂直于基础底面的合力偏心距e0应符合表3-3的规定。

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表3-3 垂直于基础底面的合力的偏心距限制

作用(或荷载)组合 作用(或荷载)组合Ⅰ

作用(或荷载)组合Ⅱ、Ⅲ施工荷载 作用(或荷载)组合Ⅱ、Ⅲ施工荷载 作用(或荷载)组合Ⅱ、Ⅲ施工荷载

地基条件 非岩石地基 非岩石地基 较差的岩石地基 坚密的岩石地基

合力偏心距

e0?B/8e0?B/6e0?B/5e0?B/4

注：岩石地基上的挡土墙，在荷载组合Ⅰ作用下，当满足地基承载力特征值与稳定性要求时，合力的偏心不

受限制。

(5)挡土墙地基的承载力特征值fa，应根据地质勘测、原位测试、荷载试验，调查、对比邻近已建构造物的地基承载力资料及经验、理论公式的计算数据，综合分析后确定。

(6)挡土墙基础底面置于软土地基上时，可按下式计算基底最大压应力值： pmax??1(h?z)??(p??2h) (3-8) 式中：h——基底埋置深度(m)，当受水流冲刷时，由一般从冲刷线算起； z——基底到软土层顶面的距离(m)； p——基底平均压应力(kPa)； ?——土中附加压力系数；

?1——深度(h+z)之间各土层的换算重度(kN/m3)；

?2——基底以上土的重度(kN/m3)，地下水位以下为浮重度?b； P——基础宽度(m)。

(7)地基承载力特征值提高系数k，可按表3-4的规定确定。

表3-4 地基承载力特征值fa?的提高系数

作用(或荷载)与使用情况 作用(或荷载)组合Ⅰ、Ⅱ 作用(或荷载)组合Ⅲ、 施工荷载

提高 系数k 1.00

经多年压实未受破坏的

1.25

旧基础

1.50

作用(或荷载)与使用情况

提高 系数k

注：地基承载力特征值小于150kPa的地基，对于序号第二项情况，k=1.0；对于序号第三项情况k=1.25。

(8)基础底面最大压应力值，应符合下式要求：

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pmax?kfa? (3-9) 式中：fa?——经基础埋深修正后的地基承载力特征值(kPa)； k——地基承载力特征值提高系数。 3.2.2.3 稳定性验算

(1)挡土墙的滑动稳定方程与抗滑动稳定系数可按下列公式计算： ①滑动稳定方程：

[1.1G??Q1(Ey?E xtan?0)??Q2Eptan?0]??(1.1G??Q1Ey)tan?0??Q1Ex

??Q2EP?0 (3-10)

式中：G——墙身重力、基础重力、基础上填土的重力及作用于墙顶的其他竖向荷载

的标准值(kN)，浸水挡土墙的浸水部分应计入浮力； Ey——墙后主动土压力标准值的竖向分量(kN)；

Ex——墙后主动土压力标准值的水平分量(kN)；

EP——墙前被动土压力标准值的水平分量(kN)，当为浸水挡土墙时，EP?0；

?0——基底倾斜角(°)，基底水平时?0?0；

?——基底与地面间摩擦系数，当缺乏可靠试验资料时，可按表3-5的规定采

用；

?Q1、?Q2——主动土压力分项系数、墙前被动土压力分项系数。 ②抗滑动稳定系数Kc计算公式： Kc??)tan?[N?(Ex?EP?0]??EP (3-11)

Ex?Ntan?0式中：N——基底上作用力的合力标准值的竖向分量(kN)，浸水挡土墙应计入浸水部

分的浮力；

?——墙前被动土压力标准值水平分量的0.3倍(kN)。 EP地基土的分类 软塑黏土

硬塑黏土

砂类土、黏砂土、 半干硬的黏土 砂类土

表3-5 基底与基底土间的摩擦系数?

? 地基土的分类

0.25 0.30 0.30~0.40 0.40

碎石类土 软质岩石 硬质岩石

?

0.50

0.40~0.60 0.60~0.70

(2)采用倾斜基底的挡土墙，还需验算沿墙踵处地基土水平面滑动的稳定性，其滑动稳定方程与抗滑动稳定系数可按下列公式计算：

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①滑动稳定方程：

(1.1G??Q1Ey)?n?0.67cB1??Q1Ex?0 (3-12) 式中：B1——挡土墙基底水平投影宽度(m)；

?n——地基土的内摩擦系数，?n?tan?；

?——地基土的内摩擦角；

c——地基土的粘聚力(kN/m)；

G——作用于基底水平滑动面上的墙身重力、基础重力、基础上填土的重

力、作用于墙顶的其他竖向荷载及倾斜基底与滑动面间的土楔的重力(kN)的标准值，浸水挡土墙的浸水部分应计入浮力。

②抗滑动稳定系数Kc计算公式： Kc?(N??N)?n?cB1 (3-13)

Ex倾斜基底与水平滑动面间的土楔重力标准值?N可按下式计算： ?N??2B2sin?0co?s0 (3-14)

式中：N——基底上作用力的合力标准值的竖向分量(kN)，浸水挡土墙应计入浸

水部分的浮力；

?——地基土(岩)的重度，透水性的水下地基土为浮重(kN/m3)。 (3)挡土墙的倾覆稳定方程与抗倾覆稳定系数可按下列公式计算： ①倾覆稳定方程：

0.8GZG??Q1(EyZx?ExZy)??Q2EPZP?0 (3-15) 式中：ZG——墙身重力、基础重力、基础上填土的重力及作用于墙顶的其他竖

向荷载的合力重心到墙趾的距离(m)；

Zx——墙后主动土压力的竖向分量到墙趾的距离(m)；

Zy——墙后主动土压力的水平分量到墙趾的距离(m)； ZP——墙前被动土压力的水平分量到墙趾的距离(m)。

②抗倾覆稳定系数K0计算公式： K0??ZPGZG?EyZx?EPExZy (3-16)

(4)验算挡土墙的抗滑动和抗倾覆稳定时，稳定系数不应小于表3-6的规定。

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表3-6 抗滑动和抗倾覆稳定系数

作用(或荷载)情况

验算项目 抗滑动

作用(或荷载)Ⅰ、Ⅱ

抗倾覆 抗滑动

作用(或荷载)Ⅲ

抗倾覆 抗滑动

施工阶段验算

抗倾覆

稳定系数

Kc K0 Kc K0 Kc K0

1.3 1.5 1.2 1.3 1.2 1.2

注：①大于适宜墙高时，稳定系数宜大于表中所列值，相同填料下，稳定系数宜随墙高增大而增大； ②大于适宜墙高时，相同墙高下，稳定系数宜根据填料的粘聚力c取值：粘聚力小者取较小值；粘聚力

大者取较大值。

(5)适宜于不良土质地基、表土下为倾斜基岩地基及斜坡上的挡土墙，应对挡土墙地基及填土的整体稳定性进行验算，其稳定系数不应小于1.25。

(6)挡土墙设计为滑动稳定控制时，可采取下列增加抗滑动稳定性措施： ①采用倾斜基底；

②采用凸基底，凸应设置在坚实地基上； ③可计入墙前被动土压力； ④采用桩基础。

(7)挡土墙设计为倾覆稳定控制时，可采用下列增加抗倾覆稳定措施：

①扩展挡土墙基础的前趾，当刚性基础的前趾扩展受到刚性角限制时，可采用配筋扩展基础；

②调整墙面、墙背坡度；

③改变墙身形式，可采用衡重式、扶壁式等抗倾覆稳定性较强的挡土墙形式。

3.2.3 轴向力偏心距

(1)挡土墙墙身或基础为圬工构件时，偏心受压构件计算截面上的轴向力偏心距e0(m)，应符合表3-7的规定：

e0? 11

Md (3-17) Nd 毕业设计

式中：Md——在某一类作用(或荷载)组合下，作用(或荷载)对计算截面形心的总

力矩设计值(kN·m)；

Nd——在某一类作用(或荷载)组合下，作用于计算截面上的轴向力合力的

设计值(kN)。

表3-7 圬工挡土墙截面上轴向力合力偏心距e0的限值

作用(或荷载)

组合 Ⅰ、Ⅱ Ⅲ

容许偏心距 0.25B

施工荷载

0.30B

0.33B

作用(或荷载)组合

容许偏心距

注：B为沿力矩转动方向的矩形计算截面宽度(m)。

(2)在岩土地基上，垂直于挡土墙墙长方向的基础为台阶形布置，可按台阶基础底面的水平投影计算基底应力及作用于基底上轴向合力的偏心距。

3.2.4 内部稳定性验算

(1)加筋体顶面上填土的计算分界面，应为通过加筋体墙面顶端的水平面(如图3-1)，该面以上的填土自重应作为加筋体上的填土重力，其大小可按下式换算成等待均布土层厚度计算：

h1?1H(?bb) (3-18) m2式中：h1——墙顶填土重力换算等代均布土层厚

度(m)，当h1?H?时，应取h1?H?；

m——加筋体顶面填土的边坡坡率； H——加筋体墙高；

bb——边坡坡脚至面板的水平距离(m)；

H?——加筋体以上路堤的高度(m)。

(2)车辆荷载作用在挡土墙墙后填土上所引起的附加土体侧压力，可按下式换算成等代均布土层厚度计算：

h0?q/? (3-19) 式中：h0——车辆荷载换算等代均布土层厚度(m);

图3-1 等代土层厚度计算图式

?——墙后填料的重度(kN/m2)；

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q——车辆附加荷载标准值(kN/m2)，可按表3-8的规定采用；

表3-8 车辆附加荷载标准值表

墙高(m) ≤2.0 ≥10.0

附加荷载标准值q(kN/m2) 20 10

(3)浸水加筋土挡土墙设计时，应按下列规定计入水的浮力： ①筋带断面设计采用低水位时的浮力。

②地基应力验算采用低水位时的浮力或不考虑浮力；加筋体的滑动稳定验算、倾覆稳定验算，采用设计水位时的浮力。

③其他情况采用最不利水位时的浮力。

(4)加筋体活动区与稳定区的分界面可采用简化破裂面。简化破裂面上部的竖直部分与墙面板背面的距离bH为0.3H；简化破裂面下部的倾斜面部分与水平面的夹角β为(45???/2)，简化破裂面上、下两部分的高度H1、H2,可按下式计算：

H2?bH?tan(45??) (3-20)

2 H1?H?H2 (3-21) 式中：bH——简化破裂面前的破棱体顶面宽度；

??——加筋体填料的内摩擦角(°)，当填料为细粒土时，采用综合内摩擦

角?0；

H——加筋体高度(m)。

(5)加筋体顶面有水平荷载作用时，深度zi处，面板后的水平向压应力?di及水平荷载影响深度zc，可按下式计算：

2QHz(1?i) zczc?di? zc?0.3Htan(45??)2?

(3-22)

式中：?di——水平荷载作用下，深度zi处的水平向的压应力(kPa)，zi?zc时，

?di?0；

QH——单位墙长顶面的水平荷载(kN/m)； zc——水平荷载影响深度(m)；

zi——第i单元结点至加筋体顶面的竖直距离(m)。

(6)加筋体内部稳定验算时，土压力系数可按下式计算：

13

毕业设计

Ki?K?j(1?ziz)?Kai (zi?6m) 66Ki?Ka (zi?6m) K?j?1?sin?

(3-23)

Ka?tan2(45??) 2?(3-24)

式中：Ki——加筋体内，深度zi处土压力系数；

K?j——静止土压力系数；

Ka——主动土压力系数；

zi——第i单元结点至加筋体顶面的垂直距离(m)。

(7)加筋土填料作用于墙面板上的水平土压应力，可按下式计算： 墙后非浸水加筋体时：

?zi?Ki?zi (3-25) 墙后为浸水加筋体时：

?zi?Ki?satzi (3-26)

式中：zi——第i层筋带距墙顶的高度(m)；

?——加筋体填料重度(kN/m3)；

?sat——加筋体填料饱和重度(kN/m3)；

?zi——深度zi处的水平土压应力(kPa)；

Ki——计算土压力系数。

(8)加筋体顶面以上，填土重力换算均布土层厚度h1所引起的墙面板上的水平土压应力?bi(kPa)，可按下式计算：

?bi?Ki?1h1 (3-27) 式中：h1——墙顶填料重度换算等代均布土层厚度(m)；

?1——墙顶填土的重度(kN/m3)。

(9)永久荷载重力作用下，拉筋所在位置的竖直压应力可按下式计算：

?i??zi??1h1 (3-28) 式中：?i——在zi层深度处，作用于筋带上的竖直压应力(kPa)；

?——加筋体的重度(kN/m3)，当为浸水挡土墙时，应按最不利水位上下

的不同重度分别计入。

14

毕业设计

(10)车辆(或人群)附加荷载作用下，墙面板上的附加水平土压应力?ai(kPa)，可按下式计算：

?ai?Ki?fi (3-29) 附加荷载作用下，加筋体深度zi处的附加竖直压应力?fi(kPa)，可按下式计算。 附加荷载边缘在填土内的扩散线与加筋体深度zi处的水平线的交点为D点。当D点进入加筋体活动区时：

?fi??1h0当D点未进入加筋体活动区时：

?fi?0 (3-31) 加筋体深度zi处，附加竖直压应力?fi的扩散宽度Lci(m)，可按下式计算：

H??zi (zi?H??2bc) Lci?Lc?bc?2(3-32)

Lci?Lc?H??zi (zi?H??2bc) 式中：h0——车辆(或人群)附加荷载换算等代均布土层厚度(m)；

Lc——加筋体计算时，附加荷载的布置宽度(m)，可取路基全宽； bc——面板背面至路基边缘的水平距离(m)。

Lc (3-30) Lci(11)计算筋带抗拔力时，不计基本可变荷载的作用效应。一个筋带结点的抗拔稳定性，可按下列公式验算：

Tpi?0Ti0??R1

Ti0??Q1Ti

(3-33)

?ibiLai TPi?2f?Ti?(??Ei)SxSy

式中：?0——结构重要性系数；

Ti0——zi层深度处，筋带所承受的水平拉力设计值(kN)； Ti——zi层深度处，筋带所承受的水平拉力(kN)；

??Ei——zi层深度处，面板上的水平土压力(kPa)及水平压应力，包括?zi和

?bi，墙顶有水平荷载作用时，还包括?di；

15

毕业设计

?Q1——加筋体及墙顶填土主动土压力或附加荷载土压力的分项系数； Tpi——永久荷载重力作用下，zi层深度处，筋带有效长度所提供的抗拔

力(kN)；

?R1——筋带抗拔力计算调节系数，可按下表3-9的规定采用； Sx——筋带结点水平间距(m)；

Sy——筋带结点垂直间距(m)；

f?——填料与筋带间的似摩擦系数，由实验确定； bi——结点上的筋带总宽度(m)；

Lai——筋带在稳定区内的有效锚固长度(m)。

表3-9 筋带抗拔力计算调节系数?R1表

作用(或荷载)组合

Ⅰ、Ⅱ 1.4

Ⅲ 1.3

施工荷载 1.2

?R1

(12)筋带长度可按下式计算：

Li?Lfi?Lai (3-34)

活动区的筋带长度可按下式计算：

Lfi?0.3H (0?zi?H1)

(3-35)

Lfi?(H?zi)tan(45??) (H1?zi?H)

2式中：Li——第i层筋带总长度；

Lfi——第i层筋带在加筋体活动区内的长度(m)；

?H1——简化破裂面的上段高度(m)；

H——加筋体高度；

?——填料内摩擦角(°)。

(13)筋带截面的抗拉承载力验算宜符合下式：

Afk (3-36)

1000?f?R2?0Ti0?式中：A——筋带截面的有效净截面积(mm2)；

fk——筋带材料抗拉强度标准值(MPa)；

?f——各类筋带材料的抗拉性能分项系数，均取等于1.25；

16

毕业设计

?R2——筋带材料抗拉计算调节系数， 当为钢筋混凝土带时，受拉钢筋的

含筋率应小于2.0%。

(14)墙面板设计宜符合下列规定：

①作用于单块墙面板上的土压力，可按均布分布；

②墙面板可作为两端外伸的简支板，应沿竖直方向和水平方向分别计算作用效应；

③墙面板与筋带联结部分的钢筋布置或构建强度宜适当加强； ④钢筋混凝土面板的配筋计算，应按相关规定执行。 (15)全墙抗拔稳定性验算宜按以下规定执行： ①当墙高小于或等于12m时，应符合下式的规定： Kb?式中：Kb——全强抗拔稳定系数；

?T?Tpii?2 (3-37)

?T——各层拉筋所产生的摩擦力总和； ?T——各层拉筋承担的水平拉力总和。

pii本计算公式的作用(或荷载)分项系数，均取等于1.0。

②当墙高大于12m时，除应符合上式的规定，还应符合下式的规定：

1

Pi?Sj?mij?1.25 (3-38)

加筋体破裂锲体及其上荷载作用下的水平滑力Pi(kN)，按下式计算： Pi?Gi?QviSx (3-39)

tan(???)被潜在破裂面所截割的第j层筋带的抗拔力容许值Fj(kN)，按下式计算：

Laj?j (3-40) Fj?bjf?被潜在破裂面所截割的第j层筋带容许拉力Tj(kN),按下式计算： Tj?Ajfk?0?Q1?f?R2?10?3 (3-41)

式中：Sj——被潜在破裂面所截割的第j层筋带的有效拉力，应取Tj与Fj中的

较小者(kN)；

Qvi——加筋体上的附加荷载(kN/m)； Gi——加筋体破裂楔体重力(kN/m)；

17

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?——破裂面与墙角的夹角(°)；

?j——加筋体内深度zj处的竖直压应力(kPa)；

Aj——第j单元筋带的有效截面积(mm2)； bj——筋带宽度(m)；

Laj——第j单元筋带的有效锚固长度(m)。

(16)加筋土挡土墙的抗滑动整体稳定系数Ks，可按下式计算：

Ks??(c?Xii?Wicos?i?tan?i)?Wsin?i (3-42)

i式中：ci?——第i土条的黏结力(kPa)；

Xi——第i土条弧长(m)； Wi——第i土条重力(kN)；

?i——第i土条滑动弧的法线与竖直线的夹角(°)； ?i——第i土条滑动面处的内摩擦角(°)。

作用(或荷载)组合Ⅰ~Ⅲ时，加筋土挡土墙的整体滑动稳定系数均应符合下式规定：

Ks?1.25 (3-43)

3.3 设计计算

本例加筋土挡土墙墙高不大于12m，内部稳定性可采用应力分析法计算。

3.3.1 筋带受力计算

(1)加筋体上填土重力换算为等代均布土层厚度h1的计算

由图可知：H?8m，bb?0.5m，m?1.5，H??0.6m，则等代均布土层厚度按公式(3-18)计算：

h1?1H1(?bb)??(4.0?0.5)?2.33(m) m21.5因h1?2.33m?H??0.6m，故取h1?H??0.6m。

(2)车辆荷载换算为等代均布土层厚度h0按公式(3-19)计算：

3当墙高H?2m时，q?20kN/m3;当墙高H?10m时，q?10kN/m；当墙高

H?8m，由内插法可得q?12.5kN/m3，则h0?q/??12.5/20?0.625(m)。

(3)筋带所受拉力计算

18

毕业设计

表5-1 墙体筋带布置表

筋带序号 15 16 17 18 19 20

距墙顶距离(m) 5.80 6.20 6.60 7.00 7.40 7.80

筋带宽(mm) 108 108 108 108 108 108

5.2.2 物理参数

表5-2 加筋土及筋带的物理参数表

加筋土容重(kN/m3) 筋带容许拉应力(MPa) 加筋土浮容重(kN/m3) 筋带抗拔力调节系数

筋带材料强度标准值(MPa)

21.000 50.000 10.000 1.400 220.000

加筋土内摩擦角(°)

土与筋带之间的摩擦系数 地基土浮重度(kN/m3) 筋带材料抗拉调节系数

筋带材料抗拉性能的分项系数

40.000 0.400 10.000 3.000 1.250

表5-3 挡土墙及地基土的物理参数

挡土墙类型

墙后填土粘聚力(kPa) 地基土容重(kN/m3) 墙趾值提高系数 平均值提高系数 地基土类型

一般挡土墙 0.000 14.000 1.200 1.000 土质地基

墙后填土内摩擦角(°) 墙后填土容重(kN/m3)

修正后地基土容许承载力(kPa) 墙踵值提高系数 墙底摩擦系数

地基土内摩擦角(°)

40.000 20.000 262.36 1.300 0.400 30.000

表5-4坡线土柱表

折线序号 1 2 3

水平投影长(m) 0.500 0.900 28.000

竖向投影长(m) 0.000 0.600 0.000

表5-5 计算参数表

稳定计算目标

搜索时的圆心步长(m) 搜索时的半径步长(m) 筋带对稳定的作用 地基土粘聚力(kPa)

自动搜索最危险滑裂面 0.500 0.200

筋带力沿圆弧切线 40.000

内部稳定分析采用方法 条分法的土条宽度(m) 墙后填土粘聚力(kPa) 墙体填土粘聚力(kPa) 土条切向分力与滑动方向反向时

应力分析法 0.500 6.000 10.000

当作下滑力对待

换算土柱数 0 0 1

换算土柱高度(m) 0 0 0.625

34

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5.2.3 一般情况墙体验算

5.2.3.1 内部稳定性验算

表5-6内部稳定性验算

筋带号 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

宽度(m)

总长度(m)

稳定区长度(m) 7.600 7.600 7.600 7.600 7.600 7.600 7.600 7.668 7.855 8.042 8.228 8.415 8.601 8.788 8.974 9.161 9.347 9.534 9.720 9.907

竖向压应力(kPa) 16.200 24.600 33.000 41.400 49.800 58.200 66.600 75.000 83.400 91.800 100.200 108.600 117.000 125.400 133.800 142.200 150.600 159.000 167.400 175.800

水平应力(kPa) 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

最大拉力(kN) 0.840 2.110 2.515 2.894 3.248 3.576 3.882 4.162 4.416 4.644 4.846 5.022 5.172 5.295 5.393 5.584 5.889 6.193 6.498 6.803

抗拉力(kN) 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 5.400 5.400 5.400 5.400 5.400 5.400 5.400 5.400 5.400

抗拔力(kN)

抗拔安全系数

抗拉安安全系数 4.287 1.706 1.432 1.244 1.109 1.007 0.927 0.865 0.815 0.775 0.743 1.075 1.044 1.020 1.001 0.967 0.917 0.872 0.831 0.794

0.072 0.072 0.072 0.072 0.072 0.072 0.072 0.072 0.072 0.072 0.072 0.108 0.108 0.108 0.108 0.108 0.108 0.108 0.108 0.108 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 10.000 7.092 10.769 14.446 18.123 21.800 25.478 29.155 33.128 37.734 42.521 47.488 78.954 86.947 95.210 103.744 112.548 121.624 130.970 140.587 150.475 8.446 5.104 5.745 6.263 6.713 7.125 7.511 7.960 8.545 9.156 9.800 15.723 16.812 17.980 19.236 20.154 20.653 21.147 21.635 22.120

筋带抗拔验算满足：最小安全系数为5.104≥2.000 5.2.3.2 外部稳定性验算

计算墙背处的库仑主动土压力

表5-7 计算结果

第1破裂角(°)

29.563 178.057 136.400 114.453

墙身截面积(m2) 墙身重量kN

墙顶上的土重(包括超载) (kN)

包括超载重心坐标 (相对于墙面坡上角点)

80.000 1680.000 216.100 (5.585,0.758)

Ea(kN) Ex(kN) Ey(kN)

35

毕业设计 表5-7 计算结果

作用点高度Zy(m) 墙顶上的土重(不包括超载)(kN)

3.049 108.600

不包括超载重心坐标 (相对于墙面坡上角点)

(5.471，0.295)

(1)滑动稳定性验算

基底摩擦系数为0.400；滑移力为136.400(kN)；抗滑力为804.221(kN) 滑移验算满足：Kc=5.896>1.300 (2)倾覆稳定性验算

相对于墙趾点，墙身重力的力臂Zw=5.000(m)； 相对于墙趾点，墙土压力Ey的力臂Zx=10.000(m)； 相对于墙趾点，墙土压力Ex的力臂Zy=3.049(m)。 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性

倾覆力矩为415.822(kN?m)；抗倾覆力矩为10751.459(kN?m) 倾覆验算满足：K0=25.856>1.500 (3)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为2010.553(kN)； 作用于墙趾下点的总弯矩为10335.636(kN?m)； 墙计算宽度B=10.000(m)；偏心距e=-0.141(m)； 墙底面合力作用点距离墙趾点的距离Zn=5.141(m)； 基底压应力：墙趾为184.083；墙踵为218.028(kPa)； 最大应力与最小应力之比为1.184；

作用于基底的合力偏心距验算满足：e=-0.141<0.250×10.000=2.500(m)。 墙趾处地基承载力验算满足：压应力为184.083<315.156(kPa)； 墙踵处地基承载力验算满足：压应力为218.028<314.419 (kPa)； 地基平均承载力验算满足：压应力为201.055<262.360(kPa)。 (4)整体稳定验算

表5-8 最不利滑动面计算表

圆心 半径(m) 安全系数

总的下滑力 (kN)

(-5.558,9.359) 9.356 1.471 284.701

总的抗滑力 (kN) 土体部分下滑力(kN) 土体部分抗滑力(kN) 筋带的抗滑力(kN)

418.898 284.701 273.184 145.714

整体稳定验算满足：最小安全系数为1.471>1.250

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毕业设计

5.2.4 各组合最不利结果

(1)内部稳定性验算 采用应力分析法

筋带抗拔验算最不利为：组合1(一般情况) 筋带抗拔验算满足：最小安全系数为5.104>2.000 (2)外部稳定性验算 ①滑移验算

安全系数最不利为：组合1(一般情况)

抗滑力为804.221(kN)；滑移力为136.400(kN)。 滑移验算满足：Kc=5.896>1.300 ②倾覆验算

安全系数最不利为：组合1(一般情况)

抗倾覆力矩为10751.459(kN?m)；倾覆力矩为415.822(kN?m)。 倾覆验算满足：K0=25.856>1.500 ③地基验算

作用于基底的合力偏心距验算最不利为：组合1(一般情况)

作用于基底的合力偏心距验算满足：e=-0.141 <0.250×10.000=2.500(m) 墙趾处地基承载力验算最不利为：组合1(一般情况)

墙趾处地基承载力验算满足：压应力为184.083<360.000(kPa) 墙踵处地基承载力验算最不利为：组合1(一般情况)

墙踵处地基承载力验算满足：压应力为218.028<390.000(kPa) 地基平均承载力验算最不利为：组合1(一般情况)

地基平均承载力验算满足：压应力为201.055<300.000(kPa) ④整体稳定验算

整体稳定验算最不利为：组合1(一般情况) 最小安全系为1.471

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第6章 挡土墙施工

6.1 施工准备

(1)施工单位在接受任务后，应建立正常的施工秩序，尽快做好各项准备工作。其中包括清理场地，布置现场和安排施工所需劳力、材料、工具、机械等的分期、分批、有序进场。

(2)测量放样的主要内容，一是在施工准备阶段，对设计单位提交的重要测量数据及标志进行复核或加固；二是在施工阶段中，对挡土墙的墙身进行放样，核实墙长、位置是否正确，如发现错误，及时纠正。因此，施工单位必须进行复测工作。

(3)高速公路和一级公路水准点闭合差为±20L(mm)；二级以下公路水准点闭合差为±30L(mm)。

(4)现场核对的重点是根据实际地形核查设计图中挡土墙布置、沉降缝设置是否合理，基础埋置深度及地质描述与实际地基情况是否符合，挡土墙两端与路基或构造物连接是否平顺、稳定等。

(5)挡土墙在施工中，一般都附属在路基范围内，故挡土墙的施工组织设计可配合路基施工方案统一编制。其主要内容为：

①工程特点和施工环境；

②主要施工方法和所采取的相应技术措施； ③施工布置及现场布置的平面图；

④根据工程量制定所需人力、机械、材料、车辆运输和开工、完工日期等计划。 (6)挡土墙的水泥材料，应按进场日期先到先用，散装水泥必须采用适当的密闭仓储设备贮存，以防止受潮变质、流失或污染环境[14]。

6.2 挡土墙基础

(1)本条对有渗水基坑的开挖作了增大面积的规定，无渗水基坑开挖的尺寸，可以省去因设置排水系统所需的面积，对土质密实，不需设置基础模板的基坑，可按基底平面尺寸开挖。

(2)无论何种土质，一经暴露于空气中或浸泡于水中，很易降低承载能力，故对土质基底如暂不进行基础施工的，宜保留0.10～0.20m的厚度，留待基础施工时再开挖。

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