某挡土墙施工图设计计算书课程设计

'昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094土木工程交建2003级《路基路面工程》课程设计设计题目：某挡土墙施工图设计指导教师：吴培关专业：交通土建方向学生姓名：曹仙祖学号：031003094日期：2006年12月5日20- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094目录目录…………………………………………………………………………1一、路基路面工程课程设计任务书……………………………………………2二、挡土墙设计计算书…………………………………………………………41、初拟尺寸……………………………………………………………………………………42、挡土墙土压力计算………………………………………………………………………53、挡土墙稳定性验算（右侧最高断面处挡土墙）………………………………………164、挡土墙的构造和布置……………………………………………………………………18参考文献……………………………………………………………………………………1920- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094一、土木工程交建2003级路基路面工程课程设计任务书一、课程设计目的使学生进一步熟悉交通土建专业主干课—《路基路面工程》部分内容的设计理论及设计方法。二、设计时间、地点安排1、设计时间：2006年12月5日—2005年12月12日。2、设计地点：白龙生化楼—402、407三、设计内容“中甸~白水台旅游公路改建路面设计”、“厦门至漳州高速公路路面设计”“某挡土墙设计”三个题目中任选一题作为设计内容。（选题时请根据各自对路基路面工程知识的掌握情况，以借此机会加强自己的薄弱环节）。四、设计要求1、将计算说明书和设计图纸装订成册：按封面、任务书、计算说明书、设计图纸的顺序装订。2、图纸按A3幅面，即长420mm×297mm。3、字迹清晰，字体工整，符合规范，计算正确，图纸整洁。20- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094题三：某挡土墙施工图设计1、设计资料已知三级公路某路段中心线上纵坡为-3%（下坡），纵断面设计资料见下表（表中设计高程为路肩外缘的设计高程）：桩号K4+300+330+370+400+420原地面高程80.3072.0068.8070.5076.60设计高程77.20各横断面左右与中心桩原地面点的高差见下表：桩号K4+300+330+370+400+420左20m+2.0m+2.5m+3.2m+2.4m+1.8m右20m-1.5m-1.8m-2.2m-1.7m-1.4m路基宽度为8.5m，左侧路肩墙，右侧可占地（离路中心线8m）。K4+350之前地基为坚硬砾石，之后为砾石土。采用浆砌石重力式挡土墙，墙面垂直，俯斜式，墙背坡度为1：0.25，也可设计成衡重式挡土墙。墙背填料为路线开挖的砾石土，路基边坡为1：1.5。地基为中密砾石土，基底摩擦系数f=0.45，地基承载力[σ]=392KPa。填料容重γ=18.62KN/ｍ³，内摩擦角Φ=40º；墙身容重γ=23KN/ｍ³，砌体容许压应力为700KPa，容许拉应力为70KPa，容许剪应力为150KPa；墙背与土的外摩擦角δ=Φ/2；地基土容重γ=29KN/ｍ³，内摩擦系数f=0.80；车辆荷载：汽车—20级。2、设计步骤和成果要求（1）绘制挡土墙设计图（包括各桩号横断面图，左右墙趾纵断面图，最高断面处大样图，及施工说明等内容。比例自定。）（2）试作右侧最高断面处挡墙的稳定性验算。20- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094二、挡土墙设计计算书1、初拟尺寸按照已知的设计资料，初步拟定挡土墙的尺寸为三种，均为重力式挡土墙，设计的尺寸如下图所示：图1重力式挡土墙类型一（路堑）图2重力式挡土墙类型二（路堤）其中桩号K4+300,20- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094K4+420处的挡土墙横断面为重力式挡土墙类型一（路堑），K4+330，K4+370,K4+400处的挡土墙横断面尺寸为重力式挡土墙类型二（路堤）。2、挡土墙土压力计算2.1、桩号K4+300处的挡土墙土压力计算桩号K4+300处的挡土墙情况如图4所示：图42.1.1、主动土压力计算：路左：Ea==Ka=0.5×18.62×3.12×=33.66KN/m路右：Ea==Ka=0.5×18.62×22×20- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094=12.47KN/m式中：Ka—库仑主动土压力系数；—填土的容重（KN/m3）；H—墙背高度（m）;φ—墙背的内摩擦角（。）;δ—墙背摩擦角（。）;β—填土表面的倾角（。）;α—墙背倾角（。）墙背俯斜时为正,仰斜时为负。主动土压应力沿墙高呈三角形分布，土压力作用点为离墙踵高度为H/3，方向与墙背的法线成δ角，与水平方向成δ+α角。2.1.2、被动土压力计算：路左：Ep==Kp=0.5×18.62×3.12×=819.56KN/m路右：Ep==Kp=0.5×18.62×22×=195.52KN/m式中：Kp—库仑被动土压力系数；—填土的容重（KN/m3）；H—墙背高度（m）;φ—墙背的内摩擦角（。）;δ—墙背摩擦角（。）;β—填土表面的倾角（。）;α—墙背倾角（。）墙背俯斜时为正,仰斜时为负。2.2、桩号K4+330处的挡土墙土压力计算桩号K4+330处的挡土墙情况如图5所示：20- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094图52.2.1、主动土压力计算：β=1·路左：Ea==Ka=0.5×18.62×7.52×=185.65KN/m墙前主动土压力：Ea=cosβ=Ka=0.5×18.62×3.092×0.993×=19.61KN/m路右：Ea==Ka20- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094=0.5×18.62×7.52×=185.65KN/m墙前主动土压力：Ea=cosβ=Ka=0.5×18.62×1.752×0.996×=6.25KN/m式中：Ka—库仑主动土压力系数；—填土的容重（KN/m3）；H—墙背高度（m）;φ—墙背的内摩擦角（。）;δ—墙背摩擦角（。）;β—填土表面的倾角（。）;α—墙背倾角（。）墙背俯斜时为正,仰斜时为负。2.2.2、被动土压力计算：路左：Ep==Kp=0.5×18.62×7.52×=825.19KN/m墙前被动土压力：EP=cosβ=KP=0.5×18.62×3.092×0.993×=384.52KN/m路右：Ep==Kp20- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094=0.5×18.62×7.52×=825.19KN/m墙前被动土压力：EP=cosβ=KP=0.5×18.62×1.752×0.996×=128.95KN/m式中：Kp—库仑被动土压力系数；—填土的容重（KN/m3）；H—墙背高度（m）;φ—墙背的内摩擦角（。）;δ—墙背摩擦角（。）;β—填土表面的倾角（。）;α—墙背倾角（。）墙背俯斜时为正,仰斜时为负。2.3、桩号K4+370处的挡土墙土压力计算桩号K4+370处的挡土墙情况如图6所示：图62.3.1、主动土压力计算：路左：Ea==Ka20- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094=0.5×18.62×92×=267.33KN/m墙前主动土压力：Ea=cosβ=Ka=0.5×18.62×2.812×0.988×=16.40KN/m路右：Ea==Ka=0.5×18.62×112×=399.35KN/m墙前主动土压力：Ea=cosβ=Ka=0.5×18.62×3.122×0.995×=19.92KN/m式中：Ka—库仑主动土压力系数；—填土的容重（KN/m3）；H—墙背高度（m）;φ—墙背的内摩擦角（。）;δ—墙背摩擦角（。）;β—填土表面的倾角（。）;α—墙背倾角（。）墙背俯斜时为正,仰斜时为负。2.3.2、被动土压力计算：路左：Ep==Kp20- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094=0.5×18.62×92×=1188.27KN/m墙前被动土压力：EP=cosβ=KP=0.5×18.62×2.812×0.988×=321.65KN/m路右：Ep==Kp=0.5×18.62×112×=1775.09KN/m墙前被动土压力：EP=cosβ=KP=0.5×18.62×3.122×0.995×=408.29KN/m式中：Kp—库仑被动土压力系数；—填土的容重（KN/m3）；H—墙背高度（m）;φ—墙背的内摩擦角（。）;δ—墙背摩擦角（。）;β—填土表面的倾角（。）;α—墙背倾角（。）墙背俯斜时为正,仰斜时为负。2.4、桩号K4+400处的挡土墙土压力计算桩号K4+400处的挡土墙情况如图7所示：20- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094图72.4.1、主动土压力计算：路左：Ea==Ka=0.5×18.62×62×=118.81KN/m墙前主动土压力：Ea=cosβ=Ka=0.5×18.62×2.162×0.993×=9.58KN/m路右：Ea==Ka20- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094=0.5×18.62×72×=161.72KN/m墙前主动土压力：Ea=cosβ=Ka=0.5×18.62×1.882×0.996×=7.21KN/m式中：Ka—库仑主动土压力系数；—填土的容重（KN/m3）；H—墙背高度（m）;φ—墙背的内摩擦角（。）;δ—墙背摩擦角（。）;β—填土表面的倾角（。）;α—墙背倾角（。）墙背俯斜时为正,仰斜时为负。2.4.3、被动土压力计算：路左：Ep==Kp=0.5×18.62×62×=528.11KN/m墙前被动土压力：EP=cosβ=KP=0.5×18.62×2.162×0.993×=194.16KN/m路右：Ep==Kp20- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094=0.5×18.62×72×=718.83KN/m墙前被动土压力：EP=cosβ=KP=0.5×18.62×1.882×0.996×=148.91KN/m式中：Kp—库仑被动土压力系数；—填土的容重（KN/m3）；H—墙背高度（m）;φ—墙背的内摩擦角（。）;δ—墙背摩擦角（。）;β—填土表面的倾角（。）;α—墙背倾角（。）墙背俯斜时为正,仰斜时为负。2.5、桩号K4+420处的挡土墙土压力计算桩号K4+420处的挡土墙情况如图8所示：图82.5.1、主动土压力计算：路左：Ea==Ka20- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094=0.5×18.62×32×=31.13KN/m路右：Ea==Ka=0.5×18.62×22×=12.47KN/m式中：Ka—库仑主动土压力系数；—填土的容重（KN/m3）；H—墙背高度（m）;φ—墙背的内摩擦角（。）;δ—墙背摩擦角（。）;β—填土表面的倾角（。）;α—墙背倾角（。）墙背俯斜时为正,仰斜时为负。2.5.2、被动土压力计算：路左：Ep==Kp=0.5×18.62×32×=693.90KN/m路右：Ep==Kp=0.5×18.62×22×=195.52KN/m式中：Kp—库仑被动土压力系数；—填土的容重（KN/m3）；H—墙背高度（m）;φ—20- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094墙背的内摩擦角（。）;δ—墙背摩擦角（。）;β—填土表面的倾角（。）;α—墙背倾角（。）墙背俯斜时为正,仰斜时为负。3、挡土墙稳定性验算（右侧最高断面处挡土墙）3.1、用容许应力法进行验算图8荷载组合Ⅰ:路右:Ea=399.35KN/m；墙前主动土压力：Ea=19.92KN/m路右：Ep=1775.06KN/m；墙前被动土压力：Ep=408.29KN/m3.1.1、稳定性验算1）、抗滑稳定性验算==2.05≥1.3所以，抗滑稳定性满足要求。式中：∑N-作用于基底的竖向力的代数和（KN）:∑N=G+Ey;Ex-墙背主动土压力的水平分力；Ep-墙前被动土压力；μ-基底摩擦系数。主要组合时，抗滑稳定系数不应小于1.3；附加组合时，不应小于1.2；考虑偶然组合时，不小于1.1。2）、抗倾覆稳定性验算=20- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094=2.20≥1.5所以，抗倾覆稳定性满足要求。式中：∑My-各力系对墙址的稳定力矩之和（KN.m）,即：∑My-GZG+EyZy+EpZEP;∑M0-ExZx;ZG,Zy,Zx,ZEP-相应各力对墙址的力臂。抗倾覆稳定系数不应小于1.5，考虑附加组合时，不应小于1.3，考虑偶然组合时不应小于1.1。3.1.2、基底应力及合力偏心距验算作用于基底合力的法向分力为∑N，它对墙踵的力臂为：==KN.mZN===2.60m合力偏心距为：e=B/2-ZN=4.58/2-1.75=0.54m≤B/6=4.58/6=0.76m所以，偏心距满足要求。基底两边缘点，趾部和踵部的法向应力σ1，σ2为：=（1）=≤[σ]=392KPa及砌体容许压应力700KPa所以，基底应力满足要求。3.1.3、墙身截面验算（取墙身一半高处进行验算）1)、法向应力及偏心距e验算偏心距e验算：∑Ni=Gi+Eyi;=23×（2×5.5+0.5×5.5×1.29）+399.35×sin340=390.42KN/m∑Myi=GiZGi+EyiZyi;=2×5.5×23×1+0.5×5.5×1.29×2.43+399.35/4×sin340×2.86=421.29KN.m/m20- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094∑Moi=ExiZxi;=399.35×cos340×5.5/3=151.74KN.m/mZNi=;==0.69me=Bi/2-ZNi；=3.29/2-0.69=0.96m≤0.3Bi=1.05m所以，偏心距e满足要求。主要组合时，ei≤0.3Bi,附加组合时，ei≤0.35Bi法向应力验算：=(1)=KPa≤700Kpa并且不出现拉应力,所以，法向应力满足要求。主要组合时，应使最大压应力与最大拉应力不超过圬工的容许应力;附加组合时，容许应力可提高30%。2)、剪应力验算水平方向剪切验算：τi=≤[τ]==100.63KPa≤[τ]=150KPa所以，水平方向剪切应力满足要求。4、挡土墙的构造和布置4.1、挡土墙的构造4.1.1、墙身构造所有的挡土墙均为重力式挡土墙，墙背坡度均为1：0.25，墙面垂直；采用浆砌片石；挡土墙墙高高于3米时，墙顶设置人行防护栏；沿路线方向每隔15米，设置伸缩缝一道，缝宽30mm，伸缩缝与沉降缝合并设置，自墙顶做到基底，缝内采用沥青麻筋作为填料，沿内、外、顶三侧填缝，天缝深度不小于0.15m.4.1.2、排水措施20- 昆明理工大学设计说明书曹仙祖学号：031003094墙身排水采用设置一定数量泄水孔，泄水孔尺寸为0.15m×0.2m的方孔，间距为3m,最下一排泄水孔的出水口离地面0.3m,下排泄水孔的底部铺设0.3m厚的粘土层，并夯实。4.2、挡土墙的布置挡土墙位置的选定，挡土墙纵向布置，挡土墙横向布置，挡土墙平面布置，具体见图。参考文献：1、《公路挡土墙设计》人民交通出版社陈忠达编著2、《现代路基路面工程》清华大学、北京交通大学出版社尤晓日韦主编3、《路基路面工程》高等教育出版社万德臣主编4、《路基设计原理与计算》人民交通出版社李代禄主编20-'