重力式挡土墙设计计算过程.doc
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挡土墙设计说明书 一、设计内容 1.根据所给设计资料分析确定的挡土墙位置和类型; 2.进行挡土墙结构设计; 3.进行挡土墙稳定性分析; 4.挡土墙排水设计; 5.对挡土墙的圬工材料及施工提出要求。 二、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 此次设计的浆砌石挡土墙是为防止墙后堆积的煤矸石坍滑而修筑的,主要承受侧向土压力的墙式建筑物。 2.拟定挡土墙的结构形式及断面尺寸 给定资料:挡土墙高3.5m,堆渣坡坡比为 1:0.5 。设此挡土墙为重力式挡土墙,为增加挡土墙的稳定性,设置水平基底,为方便计算,挡土墙长度取单位长度L=1m。设墙顶宽为b1=0.5m,墙背坡比为1:0.5 ,墙面坡比为1:0.2 ,地基深h=1m,前墙趾宽为0.5m,后墙趾宽为0.5m。则可计算基底宽B=3.95m,墙身与基底交接除宽b2=2.95m。 查阅相关资料可知: 浆砌石重度γ=22kN/m³, 煤矸石堆积重度γ煤=12 kN/m³~18 kN/m³,取15 kN/m³,煤矸石内摩擦角φ=33°。地基与墙底的摩擦系数,墙背与填土间的摩擦角为 δ=0.67φ=22.11°。 挡土墙草图 3.土压力计算 计算挡土墙主动土压力,首先要确定挡土墙主动土压力系数Ka,计算公式如下: ① Ea=1/2*γ煤H²Ea ② 式中: Ea——作用在挡土墙上的主动土压力(kN/m),其作用点距基底h′(土压力图形的形心距基底的距离)。 H——挡土墙墙身高(m); γ煤——墙后煤矸石堆积重度(kN/m³); β——挡土墙墙后填土表面坡角(°) ε——挡土墙墙背面与铅直面的夹角(°) φ——挡土墙墙后回填煤矸石的内摩擦角(°) δ——挡土墙墙后煤矸石对墙背的摩擦角(°) 由已知条件可得: γ煤=15 kN/m³ β=26.5651° ε=26.5651° φ =33° δ=22.11° H=3.5m 将相关数据代入①②式中,可得: Ka=0.9914 Ea=91.08 kN/m 则土压力的水平和垂直分力分别为: 水平分力Eax=Ea cos(ε﹢δ) =91.08×cos(26.5651°+22.11°) =60.1427 (kN/m) 垂直分力Eay=Ea sin(ε+δ) =91.08×sin(26.5651°+22.11°) =68.4018 ( kN/m) 主动土压力的作用点距基底距离为:h′=1/3H+h=2.17m 则 :水平分力Ex距基底左下部竖直距离为2.17m 垂直分力Ey距基底左下部水平距离为2.87m 挡土墙的自重 G=γ(b1+b2) ×H×1/2×L =22×(0.5+2.95) ×3.95×1/2×1 =219.725 (kN/m) 重力力矩的计算: MGⅠ=1/2×0.2H²Lγ×0.97 =1/2×0.2×3.5²×1×22×0.97 =26.0517 (kN·m) MGⅡ=b1×H×γ×1.45 =0.5×3.5×22×1.45 =55.825 (kN·m) MGⅢ=1/2×0.5H²γ×2.28 =1/2×0.5×3.5²×22×2.28 =153.840 (kN·m) MGⅣ=Bhγ×1.975 =3.95×1×22×1.975 =171.63 (kN·m) MG= MGⅠ+ MGⅡ+ MGⅢ+MGⅣ =26.0517+55.825+152.840+171.63 =407.3437 (kN·m) MEx=2.17×Ex =2.17×60.1427 =130.5096 (kN·m) MEy=2.87×Ey =2.87×68.4018 =196.3132 (kN·m) 则抗倾覆力矩∑My=MG+MEy =407.3437+196.3132 =603.6569 (kN·m) 倾覆力矩∑Mx= MEx =130.5096 (kN·m) 当|e|≤B/6时 Pmax=(Ey+G)(1+6e/B)/(BL) ③ Pmin=(Ey+G)(1-6e/B)/(BL) ④ 根据资料得e=B/2-Zn 其中 Zn=(∑My-∑Mx)/(G+Eay) =(603.6069-130.5096)/(219.725+68.4018) =1.642 则 e=0.333<B/6 将相关数据代入③式与④式中可求得: Pmax =109.8424 (kPa) Pmin=36.0478 (kPa) Pmax /Pmin≈3 符合挡土墙基底应力最大值与最小值之比的允许值。 4、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 基底抗滑力与滑动力之比称为抗滑安全系数Ks。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,要求抗滑安全系数Ks应满足下式: Ks=(G+Eay) μ/Eax≥1.3 代入相关数据可得 Ks=2.2>1.3,可知挡土墙满足抗滑稳定性要求。 ②抗倾覆稳定性验算 抗倾覆力矩与倾覆力矩之比称为抗倾覆安全系数Kt。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,要求抗倾覆安全系数Kt应满足下式: Kt=∑My/∑Mx≥1.6 代入相关数据可得 Kt=4.6>1.3,可知挡土墙满足抗倾覆稳定性要求。 5.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。在距地面0.3m处设置一排排水孔,排水沟的横断面为10cm×10cm的矩形,间距为2.5m。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。 挡土墙排水设施如下图所示:- 配套讲稿:
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