公路挡土墙设计优质毕业设计.doc
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1、攀枝花市主干道沿线工程挡土墙设计作者姓名:罗 伟专业名称:土木工程指导老师:任宏伟 讲师摘要扶壁式挡土墙是一个钢筋混凝土薄壁式挡土墙,其关键特点是结构简单、施工方便,墙身断面较小,本身质量轻,能够很好发挥材料强度性能,能适应承载力较低地基。相对悬臂式挡土墙受力愈加好,适用612m高填方边坡,可有效地预防填方边坡滑动。本设计剖析了挡土墙作用原理;分析了挡土墙应用现实状况、研究现实状况及发展趋势;并完成了该扶壁式挡土墙总体设计(关键尺寸确实定)、荷载及土压力计算,内力计算,滑移稳定计算,倾覆稳定计算,地基承载力计算,结构计算;并深入依据地质条件和现场要求进行优化设计。以求达成安全适用目标,寻求最好
2、经济效益。关键词:扶壁式挡土墙、土压力、荷载计算、结构、施工ABSTRACTButtressed retaining wall is a kind of reinforced concrete thin wall type retaining wall, its main characteristic is simple structure, convenient construction, wall body section is small, its quality is light, can better play to the strength of the material prop
3、erties, and can adapt to the low bearing capacity of foundation. Relative cantilever retaining wall stress better, it is suitable for 6 12 m high embankment slope, can effectively prevent the fill slope sliding.The design analyzes the principle of retaining wall; Analyzes the present situation of th
4、e application of retaining wall, research status and development trend; And complete the overall design of the buttressed retaining wall (proposed) main dimensions, load and the calculation of earth pressure, internal force calculation and sliding stability calculation, overturning stability calcula
5、tion of foundation bearing capacity calculation, structural calculation. And to further optimize design according to the geological conditions and the field requirement. In order to achieve the goal of safe using, seeking the best economic benefits.KEYWORDS:Buttressed retaining wall, earth pressure,
6、 load calculation, structure, construction目录摘要IABSTRACTII序言1第一章 挡土墙概述211毕业设计课题挡土墙概述212挡土墙类型及适用条件3121重力式挡土墙3122悬臂式挡土墙3123扶壁式挡土墙3124锚定板及锚杆式挡土墙4125加筋土挡土墙4126 土钉墙413 设计给定工程地质条件514支挡结构方案设计615 墙后回填土选择6第二章 公路挡土墙设计721 边坡稳定性分析7221土压力计算9222抗滑移稳定性验算10223抗倾覆稳定性验算10224地基承载力验算1123 扶壁式挡土墙设计12231墙身结构设计12232截面尺寸确定13
7、233 土压力计算14234 墙面板设计计算15235墙踵板设计计算20236 扶肋设计计算24237许可应力验算26238 配筋设计2924 施工设计方案比选3425 扶壁式挡墙结构加固方法35251基底拓展35252排水设计35253沉降缝和伸缩缝设置36第三章 总结37致谢38设计参考文件39附件一 孔隙水压力作用下土坡极限分析40序言挡土墙是一个能够抵御侧向土压力,预防墙后土体坍塌建筑物。在公路工程中可用以稳定路堤和路堑边坡,降低土石方工程量,预防水流冲刷路基,同时也常被用于整改滑坡崩坍路基病害,是用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定建筑物。在公路工程中,它广泛应用于支撑路堤或
8、路堑边坡、隧道洞口、桥梁两端及河流岸壁等。挡土墙可分很多类别,按作用分可分为:路肩墙、路堤墙、路堑墙、山坡墙、隧道及明洞口挡土墙、桥梁两端挡墙等;按结构分可分为:重力式挡土墙、锚定式挡土墙、薄壁式挡土墙、加筋土挡土墙、其它挡土墙(柱板式挡土墙、桩板式挡土墙、垛式挡土墙)等。在众多挡土墙中重力式挡土墙可分为三类:一般重力式挡墙、不带衡重台折线墙背式重力挡墙和衡重式挡墙。 选择挡土墙设计方案时,应和其它方案进行技术经济比较。比如,采取路堑或山坡挡土墙,常须和隧道、明洞或刷缓边坡方案作比较;采取路堤或路肩挡土墙,有时须和栈桥或陡坡填方等相比较,以求工程经济合理。第一章 挡土墙概述11毕业设计课题挡土
9、墙概述公路挡土墙是用来支承路基填土或山坡土体,预防填土或土体变形失稳一个结构物。在路基工程中,挡土墙可用以稳定路堤和路堑边坡,降低土石方工程量和占地面积,预防水流冲刷路基,并常常见于整改坍方、滑坡等路基病害。在山区公路中,挡土墙应用更为广泛。路基在碰到下列情况时可考虑修建挡土墙:(1) 陡坡地段;(2) 岩石风化路堑边坡地段;(3) 为避免大量挖方及降低边坡高度路堑地段;(4) 可能产生塌方、滑坡不良地质地段;(5) 高填方地段;(6) 水流冲刷严重或长久受水浸泡沿河路基地段;(7) 为节省用地、降低拆迁或少占农田地段。在考虑挡土墙设计方案时,应和其它方案进行技术经济比较。比如,采取路堤或路肩
10、挡土墙时,常和栈桥或填方等进行方案比较;采取路堑或山坡挡土墙时,常和隧道、明洞或刷缓边坡等方案进行比较,以求工程技术经济合理。12挡土墙类型及适用条件 挡土墙类型划分方法较多,通常以挡土墙结构形式分类为主,常见挡土墙形式有:重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚杆式和锚定板式。各类挡土墙适用范围取决于墙址地形、工程地质、水文地质、建筑材料、墙用途、施工方法、技术经济条件及当地经济等原因。121重力式挡土墙重力式挡土墙通常由块石或混凝土材料砌筑。重力式挡土墙是靠墙身自重确保墙身稳定,所以,墙身截面较大,适适用于小型工程,通常墙高小于8米,但结构简单,施工方便,能就地取材,所以广泛应用于实际
11、工程中。122悬臂式挡土墙当地基土质较差或缺乏石料而墙又较高时,通常采取悬臂式挡土墙,通常设计成L型,由钢筋混凝土建造,墙稳定性关键依靠墙踵悬臂以上土重来维持。墙体内设置钢筋以承受拉应力,故墙身截面较小。123扶壁式挡土墙由墙面板、墙趾板、墙踵板和扶肋组成,即沿悬臂式挡土墙墙长方向,每隔一定距离增设一道扶肋,把墙面板和墙踵板连接起来。适适用于缺乏石料地域或地基承载力较差地段。当墙高较高时,比悬臂式挡土墙更为经济。124锚定板及锚杆式挡土墙锚定板挡土墙是由预制钢筋混凝土立柱、墙面、钢拉杆和埋置在填土中锚定板在现场拼装而成,依靠填土和结构相互作用力维持其本身稳定。和重力式挡土墙相比,含有结构轻、柔
12、性大、工程量少、造价低、施工方便等优点,尤其适适用于地基承载力不大地域。设计时,为了维持锚定板挡土墙结构内力平衡,确保锚定板结构周围整体稳定和土摩阻力大于由土自重和荷载产生土压力。锚杆式挡土墙是利用嵌入坚实岩层灌浆锚杆作为拉杆一个挡土结构。125加筋土挡土墙由墙面板、拉筋和填土三部分组成,借助于拉筋于填土间摩擦作用,把土侧压力传给拉筋,从而稳定土体。即是柔性结构,可承受地基较大变形;又是重力式结构,可承受荷载冲击、振动作用。施工简便、外形美观、占地面积小、而且对地基适应性强。适适用于缺乏石料地域和大型填方工程。126 土钉墙土钉墙是有面板、土钉和边坡相互作用形成支挡结构。它适适用于通常地域土质
13、及破碎软岩质地段,也可置于桩板挡土墙之间支挡岩土以确保边坡稳定。土钉墙面层为喷射混凝土中间夹钢筋网,土钉要和面板有效连接,外端设钢垫板或加强钢筋经过螺丝端杆锚具或焊接进行连接。13 设计给定工程地质条件图1 地形地质条件图设计资料:黄土覆盖厚度 3.0m-6.0m,黄土性质:含水率 9%-14% 重度 =13.6-15.7,红层软岩风化物:呈碎砾状,其中夹杂沙砾约35% 松散,含水率估量 5%-8%,重度=18.2-19.3,粘聚力C=0。内摩擦角=31度。墙背填土重度为14.2,墙背摩擦角取为8度,基底摩擦系数为0.5,碎石土承载力标准值等于800 kPa。挡土墙使用材料浆砌块石容重24,钢
14、筋混凝土容重为25。14支挡结构方案设计 该路基支挡工程总体方案是:在确保工程质量前提下,尽可能地优化方案,节省支挡结构造价,降低施工难度,加紧施工进程。综合分析考虑建筑场地地理地质条件及工程特征,确定最为经济合理挡土墙形式有重力式挡土墙和扶壁式挡土墙两种。为了确保设计节省经济,科学合理,将对这两种挡土墙形全部进行设计计算,确定其结构形式,和所用材料、截面尺寸、配筋等,然后进行造价工程量比较分析,最终确定一个最好方案作为施工设计。15 墙后回填土选择 依据土压力理论分析可知,不一样土质对应土压力是不一样。挡土墙设计中期望土压力越小越好,这么能够减小墙断面,节省土石方量,从而降低造价。(1)理想
15、回填土。卵石、砾砂、粗砂、中砂内摩擦角较大,主动土压力系数小,则作用在挡土墙上土压力就小,从而节省工程量,保持稳定性。所以上述粗颗粒土为挡土墙后理想回填土。本设计采取这类型填土,且回填土粘聚力等于零,墙后填土分层扎实,以提升填土质量。(2)可用回填土。细砂、粉砂、含水量靠近最好含水量粉土、粉质粘土和低塑性粘土为可用回填土,如当地无粗颗粒,外运不经济。(3)不宜采取回填土。凡软粘土、成块硬粘土、 膨胀土和耕植土,因性质不稳定,在冬季冰冻时或雨季吸水膨胀将产生额外土压力,造成墙体外移,甚至失去稳定,故不能用作墙回填土。第二章 公路挡土墙设计21 边坡稳定性分析 为了正确把握拟建挡土墙后土体稳定性及
16、土压力情况,首先要对边坡进行稳定性分析。 由设计给定工程地质条件可知,拟建挡土墙后土体为松散碎砾石土,其粘聚力为零,即该土坡为无粘性土土坡,必需根据无粘性土土坡稳定性分析方法进行分析。无粘性土形成土坡,产生滑坡时其滑动面近似于平面,常见直线滑动面分析土坡稳定性。均质无粘性土坡颗粒间无粘聚力,只要坡面上土体能保持稳定,那么整个土坡便是稳定。土坡稳定性用土坡稳定安全系数来表示,抗剪力和抗切拉之比即为土坡稳定安全系数:K=依据规范,边坡工程等级为二级土坡,采取直线式滑动法分析土坡,安全稳定系数K取1.30,故该土坡稳定坡角能够求出:其中 为土坡安全稳定坡角。显然,所得稳定坡角较小,和实际条件中约为6
17、0度边坡相距甚大,所以该土坡是不稳定,为了得到一个稳定土坡,若不采取挡墙支护,则需要放缓坡,而实际工程地质条件给定坡高较高,放缓坡所需要挖方量巨大,显著不经济,所以放缓坡不适宜,必需采取挡墙支护。22 重力式挡土墙设计 重力式挡土墙是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下稳定,它是中国现在最常见一个挡土墙形式。重力式挡土墙多用浆砌片石砌筑,缺乏石料地域有时可用混凝土预制块作为砌体,也可直接用混凝土浇筑,通常不配钢筋,或只在局部范围配置少许钢筋,这种挡土墙形式简单,施工方便,可就地取材,适用性强,所以应用广泛。由已知设计资料和工程地质条件,所设重力式挡土墙墙高9米,顶宽1米,底宽5米,选择浆砌块石
18、砌筑,墙背垂直,图2-1所表示。图2-1 重力式挡土墙截面尺寸图221土压力计算 墙体自重W = 依据拟建挡土墙条件浆砌块石,查得墙背摩擦角为,此处取,墙后填土倾斜,=25, 则查表可知主动土压力系数Ka=0.46,墙后填土选择为黄土,容重为13.615.7kN/m,取为14.2kN/m。所以土压力竖向分力:土压力水平分力:222抗滑移稳定性验算223抗倾覆稳定性验算求出作用在挡土墙上诸力对墙趾O点力臂:自重W力臂:将挡墙截面分为一个矩形和一个三角形分别计算自重:图所表示,得各自力臂: Eay力臂:b=5.0mEax力臂:h=3.0m应用公式可得抗倾覆稳定安全系数: 224地基承载力验算作用在
19、基础底面上总竖向力: N=W+Eay=648+90.5=738.5KN/m协力作用点和墙前趾O点距离: 偏心距: 基底边缘力: 要求满足下列公式: 因为基底为碎石土,密实状态下,基底承载力f=800kPa.所以f=800kPa 基底平均应力及最大压力均满足要求。 最终确定挡土墙尺寸:顶宽1.0m,底宽5.0m。23 扶壁式挡土墙设计 扶壁式挡土墙设计内容关键包含墙身结构设计、墙身截面尺寸确实定,墙身稳定性和基底应力及协力偏心距验算、墙身配筋设计和裂缝开展宽度等。231墙身结构设计扶壁式挡土墙墙高不宜超出15m,通常在910m左右,段长度不宜大于20m,扶肋间距应依据经济性要求确定,通常为1/4
20、1/2墙高,每段中宜设置三个或三个以上扶肋,扶肋厚度通常为扶肋间距1/101/4,但不应该小于0.3m。采取随高度逐步向后加厚变截面,也能够采取等厚式,方便于施工。墙面板宽度和墙底板厚度和扶肋间距成正比,墙面板顶宽不得小于0.2m,可采取等厚垂直面板。墙踵板宽通常为墙高1/41/2,且大于0.5m。墙趾板宽宜为墙高1/201/5,墙底板板端厚度大于0.3m。图2-1所表示。232截面尺寸确定依据建筑边坡工程技术规范及工程地质条件,此扶壁式挡土墙墙高确定为H=10m,分段长度为20m,扶肋间距L=4m,扶肋宽度0.6m。墙面板顶宽b=300m,为了利于施工,采取等厚垂直面板,墙底板板端厚度0.4
21、m,墙踵板宽度B1=1m。(a)平面图; (b)横断面图 图2-1 扶壁式挡土墙结构(单位cm)233 土压力计算 图2-2 主动土压力计算图其中 ,。图2所表示,扶壁式挡土墙墙背垂直,BC为开挖后土坡坡面,作为第一破裂面,BC和垂直方向夹角为25度,ADBC即为破裂棱体。这个棱体作用着三个力,即破裂棱体自重W,主动土压力反力Ea,破裂面反力R。其中Ea方向和墙背成角,由工程地质条件所给得=,且偏于阻止棱体下滑方向。R方向和破裂面法线成角,一样偏于阻止棱体下滑方向。因为棱体处于平衡状态,所以力三角形闭合。从力三角形中可得:式中依据前面计算得稳定坡角,此处挡墙后填土坡度确定为25度,填土重度为,
22、则:其中 。 所以,算得。主动土压力反力。234 墙面板设计计算1.计算模型和计算荷载墙面板计算通常取扶肋中到扶肋中或跨中到跨中一段为计算单元,视为固支于扶肋及墙踵板上三向固支板,属于超静定结构,通常作简化近似计算。计算时,将其沿墙高或墙长划分为若干单位宽度水平板条和竖向板条,假设每一个单位条上作用均布荷载,其大小为该条单位位置处平均值,近似按支承于扶肋连续板来计算水平板条弯矩和剪力,按固支于墙底板上刚架梁来计算竖向板条弯矩。墙面板荷载仅考虑墙后主动土压力水平分力,而墙自重、土压力竖向分力及被动土压力等均不考虑。其中土压应力为: 图2-3 墙面板简化土应压力图( ) ()()2. 水平内力依据
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