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重力式挡土墙设计任务书
一、 目的
本课程设计任务是路基工程重要内容，通过系统地完成挡土墙的课程设计掌握工程设计的基本方法、步骤，巩固和深化所学知识，为进一步掌握本课程打下基础。
二、 涉及内容
（一）题目：重力式挡土墙设计
（二）设计资料：
某新建公路K2+310~ K2+420路段拟采用浆砌片石重力式路肩墙，具体设计资料列于下：
1、 路线技术标准：一般三级公路，设计速度40Km/h;路基宽8.5m;
2、 横断面原地面实测值及路基设计标高如表1所示；
表1 实测横断面
左侧
桩号
右侧
中桩标高
路基设计标高
-0.8、 -1.0
8 6
K2+310
1.6.、 2.0
6 6
623.45
630.57
-1.0、 -1.6
8 6
K2+330
1.8、 1.6
6 8
624.08
630.62
-1、 -2.0
8 6
K2+350
0.4、 0.8
4 10
624.62
630.68
-1.0、 -0.8
10 4
K2+370
0.8、 1.0
6 8
624.51
630.73
-1.0、 -2.0
8 6
K2+390
1.0、 1.2
5 9
624.30
630.79
-1.0、 -1.2
7 7
K2+400
1.4、 0
6 8
625.08
630.85
-0.4、 -1.2
8 6
K2+420
0.4 、0.2
2 12
625.03
630.91
3、 K2+370挡土墙横断面布置及挡土墙形式如图1所示（参考）；
4、 填料为砂性土，其密度=18KN/m³，计算内摩擦角=35°，填料与墙背间的摩擦角=/2；
5、 地基为密实的砂砾石地基，其容许承载力=450Kpa，基底摩擦系数µ=0.45
6、 墙身材料采用5号片石，砌体密度=22 KN/m³，砌体容许压应力=600 Kpa，容许剪应力τ=100 Kpa；
三、 具体要求：
挡土墙设计包括挡土墙的平面、立面、横断面设计，其中挡土墙横断面设计以K2+370横断面为例。大致步骤如下：
1、 挡土墙平面、立面布置；
2、 挡土墙横断面布置，并拟定断面尺寸；
3、 计算主动土压力；
4、 验算挡土墙抗滑、抗倾覆稳定性；
5、 验算基底应力及偏心距；
6、 挡土墙的伸缩缝与沉降缝，以及排水设计；
7、 绘制挡土墙立面、横断面；
8、 编制设计说明书。
四、 设计完成后应提交的文件：
1、 挡土墙平面、立面与横断面图；
2、 设计计算说明书；
3、 写出设计小结。
五、
要求文字整洁，全部完成设计图表后，应按一定顺序装订成册，所有图表格式应符合工程设计要求；学生应独立完成设计，发挥独立思考能力，主动查找有关资料。
五、 主要参考资料
1、 俞高明，金仲秋编著.《公路工程》.北京：人民交通出版社出版.2005年10月。
2、 姚祖康编著.《道路路基和路面工程》.上海：同济大学出版社.1994年7月。
3、 夏连学，赵卫平编著.《路基路面工程》.北京：人民交通出版社出版.1997年9月。
4、 邓学钧主编.《路基路面工程》. 北京：人民交通出版社出版.2002年2月。
5、 中华人民共和国行业标准《公路工程技术标准》 （JTG B01--2003），北京：人民交通出版社出版.
6、 中华人民共和国行业标准《公路路基设计规范》 （JTG D30--2004），北京：人民交通出版社出版.
(执笔：郑丹燕)

设 计

方案一 拟定挡土墙尺寸如图所示
1.坏棱体长度L,由设计资料知=35°=/2；ε=11.30993247滑动面与水平面的夹角为α，设ω=++ε因为墙顶水平，所以由公式ctgα=-tg(ω)+ 代入数据后得ctgα=0.028755709即α=88.35287314º ，由公式L=H(tgε+ctgα)可计算得L=2.058711381m（因为H=9m）。
2.求挡土墙的计算长度B,由设计资料知该路是一般三级公路，计算荷载为汽车—20，挂—100。
本设计取挡土墙的分段长度为15m，《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60-2004）规定挡土墙的计算长度按公式B=13+Htg30但不超过挡土墙得分段长度，经计算取计算长度B=15m，则破裂面宽度方向上可布置
一列车的半轴重，在分段长度方向上只能布置一辆重车，如图所示：∑G=（60+120+120）/2=150KN换算成等代均布土层厚度h=G/BL=0.269857m。
3.求主动土压力Ε
由公式Ε=H(H+2h)K/2，由课本土质学与土力学P153表7-2查值内插求得K=0.334,则把有关数据带入上式得Ε=258.0874226KN, 因为Ε与水平面间的夹角θ=+ε=17.5+11.30993247=28.80993247º, Ε=Εcosθ=226.1421751KN, Ε=Εsinθ=124.3737687KN。
4.挡土墙抗滑验算
挡土墙自重G=22×（0.8＋2.6）×9/2=336.6 KN则抗滑稳定系数K=µ(G+Ε)/Ε代入数据得K=0.91729<1.3,所以该挡土墙稳定性不足，需要重新设计。
方案二 拟定挡土墙尺寸如图所示
1.求破坏棱体长度L,由设计资料知=35°=/2；ε=16.7º滑动面与水平面的夹角为α，设ω=++ε因为墙顶水平，所以由公式ctgα=-tg(ω)+ 代入数据后得ctgα=0.44506519即α=66.00781834º ，由公式L=H(tgε+ctgα)可计算得L=6.70571611m（因为H=9m）。
2.求挡土墙的计算长度B,由设计资料知该路是一般三级公路，计算荷载为汽车 —20，挂—100。本设计取挡土墙的分段长度为15m，《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60-2004）规定挡土墙的计算长度按公式B=13+Htg30但不超过挡土墙得分段长度，经计算取计算长度B=15m，则破裂面宽度方向上可布置两列汽-20重车，在分段长度方向上只能布置一辆重车，如图所示，所以在B×L面积内布置的汽车轴重∑G=2×（60+120+120）=600KN换算成等代均布土层厚度h=G/BL=0.3668752053m。
3.求主动土压力Ε
由公式Ε=H(H+2h)K/2，由课本土质学与土力学P153表7-2查值内插求得K=0.4003,则把有关数据带入上式得Ε=315.61KN, 因为Ε与水平面间的夹角θ=+ε=17.5º+16.7º=34.2º, Ε=Εcosθ=261.0349KN, Ε=Εsinθ=177.399KN。
4.挡土墙抗滑验算
挡土墙自重G=22×（1＋4.6）×9/2=554.4KN则抗滑稳定系数K=µ(G+Ε)/Ε代入数据得K=1。26<1.3,所以该挡土墙稳定性不足，需要重新设计。
方案三 拟定挡土墙尺寸如图所示
1.求破坏棱体长度L,由设计资料知=35°=/2；ε=19.28333º滑动面与水平面的夹角为α，设ω=++ε因为墙顶水平，所以由公式ctgα=-tg(ω)+ 代入数据后得ctgα=0.426926253即α=66.88109171º ，由公式L=H(tgε+ctgα)可计算得L=6.9911552697m（因为H=9m）。
2.求挡土墙的计算长度B,由设计资料知该路是一般三级公路，计算荷载为汽车—20，挂—100。
本设计取挡土墙的分段长度为15m，《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60-2004）规定挡土墙的计算长度按公式B=13+Htg30但不超过挡土墙得分段长度，经计算取计算长度B=15m，则破裂面宽度方向上可布置两列汽-20重车和一列重车的一侧车轮，在分段长度方向上只能布置一辆重车，如图所示，所以在B×L面积内布置的汽车轴重∑G=2.5×（60+120+120）=750KN换算成等代均布土层厚度h=G/BL=0.3973274331m。
3.求主动土压力Ε
由公式Ε=H(H+2h)K/2，由课本土质学与土力学P153表7-2查值内插求得K=0.44938333,则把有关数据带入上式得Ε=356.5259242KN, 因为Ε与水平面间的夹角θ=+ε=17.5º+19.2833º=36.7833º, Ε=Εcosθ=285.5436042KN, Ε=Εsinθ=213.4843899KN。Ε的作用点距墙脚B点的竖直距离C为：C=H（H+3h）/3（H+2h），C=d(d+3d) /3(d+2d),其中d=Htgε, d= htgε,代入数据解得C=3.121697223m, C=1.092183497m。
4.挡土墙抗滑验算
挡土墙自重G=22×（1＋4.35+0.9）×9/2=618.75KN则抗滑稳定系数K=µ(G+Ε)/Ε代入数据得K=1.31155>1.3,所以该挡土墙稳定性满足要求。
1.验算抗倾覆能力
由公式K=∑M/∑M计算要求抗倾覆系数K≥1.5（主要荷载组合）
∑M=0.5×0.9×9×1×22×0.9×2/3＋1.1×9×22×(0.9+1.1/2)+0.5×3.15×9×22×(2＋3.15/3)＋213.4843899×(5.15－1.092)=2186.732154KN·m
∑M=285.5436042×3.121697223=891.3806763 KN·m所以K=2186.732154/891.3806763=2.453196722>1.5即该挡土墙的抗倾覆能力满足要求。
1.验算基底应力
求图的形心位置，对y轴求面积矩SF×0.9×2/3＋SF×(0.9+1.1/2)＋SF×(2+3.15/3)=S·x解得x=2.134m则基底合力的发向分力对0点的力臂Z=（∑M－∑M）/N=[G·x+Ε×(5.15－C)－
Ε×C]/( G+Ε)，代入数据得Z=1.556895848m则偏心距e=|B/2－Z|=5.15/2－1.557=1.018m
B/6=5.15/6=0.8583<e,基底将出现拉应力，现采取展宽墙趾的措施如图所示B=6.15m则e=|B/2－ Z|=1.018m, B/6=6.15/6=1.025m ,e<B/6,此时基底将不会出现拉应力。墙趾和墙踵处的压应力为= N(1±6e/B)/B代入数据得=269.721 KPa和0.924Kpa,符合基底最大压应力小于地基容许承载力=450Kpa，在e>B/6情况下应力重分布基底最大压应力=2 N/3Z=4N/3（B－2e）=356.341Kpa，也满足<=450Kpa。
1.验算墙身截面强度
计算墙身底基础顶截面强度，由前计算知该图形的形心位置距墙趾的距离x=2.134m作用的土压力Ε=18×8.25×(8.25＋2×0.3973)×0.44938=301.786KN, Ε=241.702KN, Ε=180.7066KN,墙身自重G=8.25×22×(1.1＋4.813)/2=536.60475KN, C=2.870806197m, C=1.0044m, Z=1.5324m, e=0.8745m, B/6=0.802m 则e>B/6，该截面出现拉应力，=（536.60475+180.7066）(1－6e/B)/4.813=13.4389Kpa小于容许拉应力=80Kpa，该截面强度符合要求。因为e>B/6，压应力重分布，则该截面最大压应力为=2（G+Ε）/3Z=312.0644523Kpa,该截面的剪应力τ=[Ε－（G+Ε）×f]/B=-9.3959Kpa<τ=100Kpa，(取摩擦系数f=0.4)各项应力均符合要求。

课程设计小结
1、 根据设计资料确定路面和原地面的高差，并考虑挡土墙有一定的埋置深度。初步拟定路肩挡土墙的断面尺寸，即顶宽为0.8米，底宽为2.6米墙背采用1：0.2的坡度，墙面竖直 ，经计算该挡土墙的抗滑稳定性不足，K=0.917。
2、 重新设计挡土墙的断面尺寸顶宽为1米，底宽为4.6米墙背采用1：0.3的坡度，墙面采用1：0.1的坡度，进一步增大挡土墙的自重，经计算抗滑稳定性抗滑稳定性系数K=1.26仍达不到要求的1.3，还需重新设计断面。
3、 断面顶宽设为1.1米，墙背坡度为1：0.35，墙面坡度仍为1：0.1，底宽为5.15米，经计算抗滑和抗稳定性满足要求，但基底一侧会出现拉应力，为改善基底受力情况，采取展宽基底的措施，使基底宽度达到6.15.经过验算，各项指标要求。
通过对课程设计，亲自查阅了大量相关资料，使我对该课程有了更进一步的理解，对挡土墙功能和设计过程有了具体认识。对今后的工作具有一定的指导作用。

武汉理工大学网络教育学院

路基路面课程设计
（重力式挡土墙）

设计人：孙张艳
学号：051033993002
专业年级：05秋土木工程
（道桥方向）
层次：专科
2007年7月06日

武汉理工大学网络教育学院05秋土木工程课程设计，设计：孙张艳 学号：051033993002