重力式挡土墙设计任务书

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

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γ=18KN/m3，计算内摩擦角φ=35°，填料与

墙背间的摩擦角σ=φ/2；

5、地基为密实的砂砾石地基，其容许承载力σ=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γ=22 KN/m3，砌体容许压应力

σ=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φ=35°σ=φ/2；ε

=11.30993247滑动面与水平面的夹角为α，设ω

=φ+σ+ε因为墙顶水平，所以由公式ctgα

=-tg(ωctg

α=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 e=G/BL0γ=0.269857m。

3.求主动土压力ΕA

由公式ΕA=γH(H+2h e)K a/2，由课本

土质学与土力学P153表7-2查值内插

求得K a=0.334,则把有关数据带入上

式得ΕA=258.0874226KN, 因为ΕA

与水平面间的夹角θ=σ+ε=17.5+11.30993247=28.80993247o, ΕA x=Ε

A cosθ=226.1421751KN, ΕA y=ΕA sinθ=124.3737687KN。

4.挡土墙抗滑验算

挡土墙自重G=223（0.8＋2.6）39/2=336.6 KN则抗滑

稳定系数K c=μ(G+ΕA y)/ΕA x代入数据得

K c=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φ=35°σ=φ/2；ε

=16.7o滑动面与水平面的夹角为α，设ω=φ+σ+ε因为墙

顶水平，所以由公式ctgα=-tg(ω

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B3L面积内布置的汽车轴重∑G=23（60+120+120）=600KN换算成等代均布土层厚度h e=G/BL0γ=0.3668752053m。

3.求主动土压力ΕA

由公式ΕA=γH(H+2h e)K a/2，由课本土质学与土力学P153表7-2查值内插求得K a=0.4003,则把有关数据带入上式得ΕA=315.61KN, 因为ΕA与水平面间的夹角θ=σ+ε=17.5o+16.7o

=34.2o, ΕA x=ΕA cosθ=261.0349KN,

ΕA y=ΕA sinθ=177.399KN。

4.挡土墙抗滑验算

挡土墙自重G=223（1＋4.6）3

9/2=554.4KN则抗滑稳定系数K c=μ(G+

ΕA y)/ΕA x代入数据得K c=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φ=35°σ=φ/2；ε

=19.28333o滑动面与水平面的夹角为α，设ω=φ+σ+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B3L面积内布置的汽

车轴重∑G=2.53（60+120+120）=750KN换算

成等代均布土层厚度

h e=G/BL0γ=0.3973274331m。

3.求主动土压力ΕA

由公式ΕA=γH(H+2h e)K a/2，由课本土质学

与土力学P153表7-2查值内插求得K a=0.44938333,则把有关数据带入上式得ΕA=356.5259242KN, 因为ΕA与水平面间的夹角θ=σ+ε=17.5o

+19.2833o=36.7833o, ΕA x=ΕA cosθ=285.5436042KN, ΕA y=ΕA sin θ=213.4843899KN。ΕA x的作用点距墙脚B点的竖直距离C x为：C x=H （H+3h e）/3（H+2h e），C y=d(d+3d1) /3(d+2d1),其中d=Htgε, d1= h e tg ε,代入数据解得C x=3.121697223m, C y=1.092183497m。

4.挡土墙抗滑验算

挡土墙自重G=223（1＋4.35+0.9）39/2=618.75KN则抗滑稳定系数

K c=μ(G+ΕA y)/ΕA x代入数据得K c=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K0=∑M y/∑M x计算要求抗倾覆系数K0≥1.5（主要荷载组合）

∑M y=0.530.9393132230.932/3＋1.1393223(0.9+1.1/2)+0.533.15393223(2＋3.15/3)＋213.48438993(5.15－1.092)=2186.732154KN2m

∑M x=285.543604233.121697223=891.3806763 KN2m所以

K0=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SF1×0.932/3＋SF3(0.9+1.1/2)＋

SF2×(2+3.15/3)=S2x解得x=2.134m则基底合力的发向分力对0点的力臂Z n=（∑M y－∑M x）/N=[G2x+ΕA y3(5.15－C y)－

ΕA x3C x]/( G+ΕA y)，代入数据得Z n=1.556895848m则偏心距e=|B/2

－Z n|=5.15/2－1.557=1.018m

B/6=5.15/6=0.8583

宽墙趾的措施如图所示B=6.15m则e=|B/2－

Z n|=1.018m, B/6=6.15/6=1.025m ,e

不会出现拉应力。墙趾和墙踵处的压应力为σ1,3= N(1

±6e/B)/B代入数据得σ1,3=269.721 KPa和0.924Kpa,

符合基底最大压应力小于地基容许承载力σ=450Kpa，

在e>B/6情况下应力重分布基底最大压应力σmax=2 N/3Z n=4N/3（B－2e）=356.341Kpa，也满足σmax<σ=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ΕA=1838.253(8.25＋230.3973)3

0.44938=301.786KN, ΕA x=241.702KN, ΕA y=180.7066KN,墙身自重

G=8.253223(1.1＋4.813)/2=536.60475KN, C x=2.870806197m,

C y=1.0044m, Z n=1.5324m, e=0.8745m,B/6=0.802m 则e>B/6，该截面出现拉应力σl，σl=（536.60475+180.7066）(1－6e/B)/4.813=13.4389Kpa小于容许拉应力[]lσ=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σ=2（G+ΕA y）/3Z n=312.0644523Kpa,该截面的剪应力τ1=[ΕA x－（G+ΕA y）3f]/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 c=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 c=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：0510********

专业年级：05秋土木工程

（道桥方向）层次：专科

2007年7月06日