重力式挡土墙

重力式挡土墙
设计步骤
1．根据所给设计资料分析挡土墙设置的必要性和可行性
    挡土墙是为防止土体坍滑而修筑的，主要承受侧向土压力的墙式建筑物。在公路工程中广泛用于支撑路堤填土或路堑边坡，以及桥台、隧道洞口及河流堤岸等。
    现拟定在某二级公路路基宽，其―两侧设置路堤挡土墙。
2．拟定挡土墙的结构形式及断面尺寸
设此挡土墙为重力式挡土墙，为增加挡土墙的抗滑稳定性，设置倾斜基底，且设。墙顶宽设为，墙背坡度设为，挡墙的最大计算高度设为。
墙身采用浆砌块石，砌体的单位重，砌体极限抗压强度为，极限抗拉强度为，抗剪强度为。墙背填土的重度为，内摩擦角为，墙后填土表面的倾斜角为，亚粘土地基，地基与墙底的摩擦系数，墙背与填土间的摩擦角为。挡土墙顶面至路面的高度为，挡墙分段长度为。



图1：挡土墙截面尺寸（单位：）
3．确定车辆荷载及换算土柱高度
按墙高确定的附加荷载强度进行换算
                  附加荷载强度                    表1-1




墙高



墙高




≤2.0

20.0

≥10.0

10.0
因墙高，
由表1-1内插法得，即
所以换算均布土层厚度

4．土压力计算
计算挡土墙压力，首先要确定产生最大土压力的破裂面，求出破裂角。但是这在事先并不知道，必须进行试算。试算时，通常先假定破裂面位置通过荷载中心，计算图示如下：


                 
 图2破裂面交于荷载中心计算图示（单位：）

主动土压力的计算：
由挡土墙各部分尺寸知，
                      
其中挡土墙的自重，
其中
       
    


所以
     

         （负值舍去）

由计算图示可知

故可近似认为计算图示破裂面与原假定破裂面相符。取。



则土压力的水平和垂直分力分别为：
水平分力
           
垂直分力
           


5．稳定性验算--抗滑稳定性和抗倾覆稳定性验算
①抗滑稳定性验算
为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其他外力作用下，基底摩擦力抵抗挡土墙滑移的能力，在一般的情况下，应满足下式：
≥
则有

≥
由上式可知挡土墙满足抗滑稳定性要求。

②抗倾覆稳定性验算
为保证挡土墙抗倾覆稳定性，须验算它抵抗墙身绕墙脚趾向外转动倾覆的能力，在一般的情况下，应满足下式：
>
计算图示如下：

图3 挡土墙的抗倾覆稳定

即>
由上可知挡土墙满足抗倾覆稳定性要求。

6．基底应力及合力偏心距验算
为保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力验算。同时，为了避免挡土墙不均匀沉陷，控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。
①基础地面的压应力
基底的平均压应力为


 <
                                    
②基底合力偏心距
 作用于基底的合力偏心距为
 
   
因填土为亚黏土，其地基的合力偏心距应满足≤
所以<满足要求。

③地基承载力抗力值
 地基应力的设计值应满足地基承载力的抗力值要求，即满足≤
因>，
所以<
综上所述，挡土墙满足地基承载力要求。



7．截面应力验算
为保证墙身具有足够的强度，选取墙高处控制截面进行验算。现选取墙高以上部分为隔离体，其计算图示如下：

图4 挡土墙墙高处控制截面计算图示

根据《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61―2005）的规定，当构件采用分项安全系数的极限状态设计时，荷载效应不利组合的设计值，应小于或等于结构抗力效应的设计值。

①强度计算：
≤
    设计轴向力（按每延米墙长计算）
据题意可知挡土墙无静水压力、动水压力、地震力等引起的轴向力，
所以
由图示计算可知偏心距，则轴向力偏心影响系数为

则有：<
因此挡土墙的墙高处控制截面的强度满足要求。

②稳定计算：
≤
弯曲平面内的纵向翘曲系数为

   
其中
    砌体砂浆强度等级为时，。
则<
因此挡土墙的墙高处控制截面的稳定满足要求。

③正截面直接受剪时验算：
≤
  正截面剪力
  受剪截面面积
  摩擦系数
则有：<
因此正截面直接受剪时验算满足要求。

8．挡土墙排水和变形缝设置
   为防止地表水渗入墙背填料或地基，因此设立地面排水沟。排水沟的横断面为梯形，底宽和沟深为0.5，边坡坡度为，沟底纵坡为。
为了迅速排除墙后积水，通常在非干砌的挡土墙身的适当高度处设置3排排水孔。排水孔采用的方孔。上下交错设置，间距为。
为防止因地基不均匀沉陷而引起堵身开裂，根据地基地质条件及墙高、墙身断面的变化情况，设置沉降缝。同时，为了减少圬工砌体因硬化收缩和温度变化作用而产生裂缝，须设置伸缩缝。在此把沉降缝和伸缩缝结合在一起，全高设置，宽度为。
   挡土墙排水设施如下图所示：

图5 挡土墙排水和变形缝设置