重力挡土墙初步设计探讨

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1、基本概况

　　根据挡土墙上方要堆沙石料的情况，挡土墙初步设计高度5米，底宽2.5米，底部设1.5米齿坎加强整体抗滑性，M5水泥砂浆砌筑。

　　2、剖面设计

　　挡土墙断面设计中，在计算原则上假定了如下条件，并确定以下计算参数：

　　（1）墙后填料用土方也可能碎石回填，其力学指标取内摩擦角ψ=35°，容量γ=180kN/m³；

　　（2）因无地下水影响，且墙体考虑设多层排水孔，故不考虑墙背有水情况；

　　（3）滑动时摩擦系数f值取：混凝土与片石圬工之间取f=0.65；

　　（4）墙背填土上活荷载按30米段1000立方砂料考虑，不考虑抗震计算。

　　（5）浆砌石容重取γ=22kN/m³。

　　在断面尺寸及型式上，考虑了为墙面直立及美观，墙背仰斜的一般重力式断面；其断面尺寸分别如图纸所示。

　　土压力计算公式以采用库伦理论公式较为适宜。对于墙背填土表面水平且有活载情况，库伦土压力计算公式为：

　　E=（Atgθ-B）cos（θ+θ1）/sin（θ+θ2）（1）

　　式中：A=γH（H+2h0）/2

　　B=（Ch0-H（H+αho）tgα/2）γ

　　θ1=ψ

　　θ2=α+δ+ψ

　　γ--填料容重；

　　H--墙高；

　　h0--墙背填土表面活载折算土柱高度，

　　h0=q/γ土；

　　θ--破裂面与垂直线夹角；

　　ψ--填料内摩擦角；

　　α--墙背与垂直面夹角；

　　δ--墙背与墙后填料摩擦角，取δ=ψ/2；

　　C--墙背顶点至墙背填土表面活载分布边缘的距离。

　　由于墙后存在一个稳定陡坡，致使填土体内的破裂面受到限制，计算以墙背最低角点与陡坡顶点连线作为破裂面，所示，由此可预先确定破裂角θ。

　　将已知数值代入公式（1），即可求得土压力E值，E值分解成水平及垂直土压力，计算公式分别是：

　　Ex=Ecos（δ+α）Ey=Esin（δ+α）

　　根据计算假定及计算原则对挡土墙进行滑动稳定及倾覆稳定计算，滑动稳定安全系数按下式计算：

　　Kc=（W+Ey）f/Ex≥1.30（2）

　　式中：Kc--滑动稳定系数；

　　W--墙重，kN；

　　Ey--主动土压力垂直向分力，kN；

　　Ex--主动土压力水平向分力，kN；

　　f--基底摩擦系数。

　　倾覆稳定系数按下式计算：

　　Ko=∑My/∑Mo=（W*Zw+Ey*Zy）/（Ex*Zx）≥1.50（3）

　　式中：Ko--倾覆稳定系数；

　　∑My--稳定力矩，kN·m；

　　∑Mo--倾覆力矩，kN·m；

　　Zw--W之力臂，m；

　　Zx--Ex之力臂，m；

　　Zy--Ey之力臂，m；

　　其它符号的意义同前。

　　挡土墙基底应力计算按下式进行：

　　σ1，2=（W+Ey）×（1+6e/B）/B≤〔σ〕（4）

　　式中：e=B/2-C=B/2-（∑My-∑Mo）/（W+Ey）≤B/6

　　〔σ〕--地基允许承载力，参考值〔σ〕=5MPa。

　　计算基底应力时，考虑到结构物的高度和重要性，不允许基底出现拉应力，即要求σ1，2≥0.稳定及应力计算成果为：Kc=2.35，Ko=1.85，σ1=2.5Pa，σ2=0.537MPa，计算结果表明，原拟定的断面尺寸满足要求。