西南交通大学
本科毕业设计（论文）
预制钢筋混凝土块拼装式绿色挡土墙设计与计
算-工点1
DESIGN AND CALCULATION OF PRECAST
REINFORCED CONCRETE ASSEMBLING BLOCK
GREEN RETAINING WALL
年级：2014级
学号：
姓名：
专业：铁道工程
指导老师：
2014年6月
院系：专业：
年级：姓名：
题目：
指导教师：
评语：
指导教师：（签章）评阅人：
评语：
评阅人：（签章）成绩：
答辩委员会主任：（签章）
年月日
毕业设计（论文）设计书
班级：土木茅班2010-01班学生姓名：范国泉学号： 20100230
发题日期：2013年12月1日完成时间：06月10日
题目：预制钢筋混凝土块拼装式绿色挡土墙设计与计算—工点1
1、本论文的目的、意义：
在追求效率和质量的今天，传统挡土墙已经越来越不适用。无论是材料的选用，结构形式的变化，挡土墙已经有了一个较大的发展。但这些还不能适应现代社会对
土木工程的要求。研究预制钢筋混凝土块拼装式挡土墙的目的就在于解决在挡土墙
施工时混凝土必须现浇的问题，通过在工厂预制好混凝土块之后，再将其运到现场
进行拼装。可以节省大量的人力和费用。并且也不需要在施工的现场堆放大量材料
和施工机具，场地大小对其限制不大。
对于个人而言，通过这次的毕业设计，让自己对学习过的专业知识进行了一个
系统的复习和运用。了解了现在挡土墙应用和发展，学习了新的土压力的计算方式，对动应力对挡土墙的影响有了一个更深刻的认识，熟悉了挡土墙的设计与计算方法，对Autocad和理正挡土墙设计软件的应用更加的熟悉，对挡土墙的施工工艺有所了解。
2、学生应该完成的任务
1）收集与本课题相关的资料并进行认真阅读和整理分析；
2）做不少于一万字符的英文资料的翻译；
3）根据所给题目本身自带的原始资料，应用已经掌握的相关知识，进行挡土
墙土压力计算分析和挡土墙设计与计算，绘制必要的图纸；
4）编写毕业设计设计说明书并按规范整理进行打印；
5）学习有关挡土墙、土压力的相关知识；
6）撰写毕业设计实习日志及毕业设计实习报告。
3、论文各部分内容及时间分配：（共 16 周）
第一部分查阅相关文献，收集相关资料，并进行认真学习与整理分析
( 2 周) 第二部分毕业设计实习日志及实习报告的整理 ( 2 周) 第三部分外文资料的翻译 ( 2 周) 第四部分学习土压力计算挡土墙和路基面参数设计，挡土墙结构设计与
cad图的绘制。 ( 2 周) 第五部分挡土墙的设计与检算，列车动应力作用下的挡土墙的检算，用理正挡土墙软件进行分析与检算。 ( 5 周) 第六部分毕业设计说明书的编写整理及打印 ( 2 周) 评阅及答辩 ( 1 周)
备注:
指导教师：年月日
审批人：年月日
摘要
挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物。随着科学技术的发展与人民生活水平质量的不断提高，其在铁路边坡、公路工程、水利工程岸堤防护、建筑物四周、矿山坑道等工程中的运用也愈加广泛。本文研究的钢筋混凝土块拼装式挡土墙是近年来新兴的一种绿色支挡结构，虽然在国内，其应用范围与传统挡土墙相比并不是非常广泛，但其特有的一些优点决定了其定能渐渐的走进人们的视野，得到人们的认可。其优点表现为：
（1）其施工方便快捷，施工工期可提前；
（2）其对环境影响很小，基本不污染环境；
（3）其外表简洁美观，容易进行美化设计；
（4）其工程造价并不昂贵，性价比高。
本文首先对挡土墙的发展史和各类挡土墙的特点作了简单的介绍，然后进行了土压力计算方法的整理与分析。本文采用重力式结构挡土墙进行设计。首先对挡土墙墙后土体土压力的分布情况进行了分析，并对挡土墙进行了检算。同时，考虑了动荷载对于挡土墙的影响，运用换算土柱法对其进行了检算。
最后，对于拼装式挡土墙的施工工艺与挡土墙的美化工作做了简单介绍。
关键词：拼装式挡土墙；土压力计算方法；动荷载影响；施工工艺。
Abstract
Retaining wall is the structure to support embankment or hillside soil and prevent soil deformation falling or instability. With the development of technology and continuous improvement of people’s living standard, retaining walls used in highway, railway slope, hydraulic embankment protection, surrounding of buildings, tunnels and other projects has become even more widespread. In this paper, reinforced concrete assembling block retaining wall emerges in recent year as a green retaining structures. although in China its slope of application compared with conventional retaining wall is not very extensive, it will go into people’s vision gradually and be recognized by people due to some of its unique advantages. Advantages are as follows,
(1)Construct conveniently and quickly and the construction period can be reduced;
(2)Minimal impaction the environment;
(3)Tidy and beautiful appearance and easy to conduct landscaping design;
(4)Project cost is not expensive and cost-effective
Firstly, this paper simply introduce the history and characteristics of various type of of retaining wall, then does the work of collation and analysis of earth pressure calculation method. This paper uses the gravity retaining wall to design. The paper analyses the distribution of earth pressure behind retaining wall and sizes count the retaining wall. This paper also considers the impact of dynamic load for the wall and uses method translating dynamic load into the conversion soil column and the static load of the same width to check and calculate.
At last, this paper has a simple introduction to construction techniques and landscaping work of the assembly retaining wall.
Key words:the assembly retaining wall; earth pressure calculation method; impact of dynamic load; construction techniques.
目录
摘要 (4)
Abstract (5)
目录 (6)
第1章绪论 (1)
1.1 引言 (1)
1.2挡土墙发展史介绍 (1)
1.3 关于本课题 (5)
第2章挡土墙土压力计算分析 (7)
2.1 各类挡土墙介绍 (7)
2.1.1重力式挡土墙 (7)
2.1.2锚定式挡土墙 (8)
2.1.3薄壁式挡土墙 (8)
2.1.4加筋式挡土墙 (8)
2.2作用在挡土墙上的力系 (9)
2.3一般条件下库伦（Coulomb）主动土压力计算 (10)
2.4大俯角墙背的主动土压力—第二破裂面法 (18)
2.5郎肯土压力计算 (22)
2.5.1概述 (22)
2.5.2主动土压力计算 (23)
2.5.3被动土压力计算 (25)
2.6建筑地基基础设计规范中重力式挡土墙土压力计算方法 (26)
2.7库伦理论与郎肯理论优缺点分析 (28)
第3章挡土墙设计 (29)
3.2结构设计 (34)
3.2.1路基断面设计 (34)
3.2.2挡土墙结构设计 (36)
3.2.3预制钢筋混凝土块设计 (38)
第4章挡土墙计算 (39)
4.1静荷载作用下土压力计算 (39)
4.1.1基本公式 (39)
4.1.2基本数据收集与计算 (40)
4.1.3主动土压力计算 (41)
4.2挡土墙检算 (42)
4.2.1作用在挡土墙上的力系 (42)
4.2.2滑动稳定性简算 (43)
4.2.3抗倾覆稳定性检算 (45)
4.2.4挡土墙基底应力及偏心距检算 (47)
4.2.5挡土墙墙身截面强度检算 (49)
4.3动荷载对挡土墙的影响 (54)
4.3.1路基面动应力 (54)
4.3.2换算土柱法 (55)
4.3.3抗滑移稳定性检算 (56)
4.3.4抗倾覆稳定性检算 (56)
4.3.5挡土墙基底应力及偏心距检算 (57)
4.3.6挡土墙墙身截面强度检算 (58)
4.4基础钢筋配置 (61)
第5章拼装式挡土墙施工 (63)
5.1挡土墙的施工要求及注意事项 (63)
5.2施工工艺流程 (64)
第6章挡土墙绿化设计 (66)
6.1 挡土墙绿化必要性分析 (66)
6.2生态挡土墙系统分析 (66)
6.3挡土墙绿化设计 (68)
结论 (1)
致谢 (2)
参考文献 (3)
附录一：附图 (1)
附录二：实习报告 (2)
第1章绪论
1.1 引言
挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物[1]。随着科学技术分发展于与人民生活质量的不断提高，其在铁路、公路边坡、建筑物四周、矿山坑道、水利工程岸堤防护等工程中的作用越来越重要，其应用范围也越来越广泛。
挡土墙类型多式多样，分类方式也很多，按其作用性质不同分可分为：路肩墙、路堤墙、路堑墙、山坡墙、隧道及明洞口挡土墙、桥梁两端挡墙等；按其结构性质不同可分为：重力式挡土墙、锚定式挡土墙、薄壁式挡土墙、加筋土挡土墙、其它挡土墙（柱板式挡土墙、桩板式挡土墙、垛式挡土墙）等[2]。
拼装式预制钢筋混凝土块挡土墙是最近一些年新兴的一种挡土墙形式，其与传统的现浇挡土墙相比具有很多优点：第一是其施工速度快，施工工期可提前；二是，由于其不产生大量的废渣，故对环境影响很小，基本不污染环境；三是其外表美观简洁，容易进行美化设计；四是其工程造价并不昂贵，性价比很高。同时，其施工工艺与结构形式与传统挡土墙也有很大区别，主要表现在其无需现场浇筑，只需简单的进行拼装，其工程量较小。但是相比较于部分拼装的挡土墙而言，预制钢筋混凝土拼装式挡土墙虽然还没有在国内大量的使用，但是其发展前景也相当可观。因为其完全是拼装的，所以在施工过程中不会用到大量的人力，且施工简单方便。但是由于结构形式的选择面较小所以有时候不会将其作为优先考虑。但是其优点还是比较明显的，设计计算也较方便。
1.2挡土墙发展史介绍
在古代人民反复不断的实践中，人们渐渐总结出了有关于挡土墙设计的丰富的经验并世代相传下来，从中国的具有悠久历史的古长城、古代望星台、古墓及古墓周边的古驿道、古栈道的两侧，都可以发现前人进行边坡防护而修筑挡土墙的痕迹。在近代，挡土墙的作用越发明显，其更是被广泛应用于各种各样土木及建筑工程中，
特别是铁道与公路的路基工程、建筑工程、市政园林工程、水利水电工程、水土保持工程中。挡土墙可以说是随着现代工业与科学技术的发展而迅速发展起来的。
重力式挡土墙是从古至今历史最悠久的一种挡土墙结构形式，因为其材料资源丰富、结构形式容易理解、取材方便无需大范围搬运、施工简便快捷，所以其仍然是目前各国应用的最为广泛的结构形式。为了适应各式各样不同地形条件和不同地基承载力的复杂要求，在重力式挡土墙的基础上，渐渐发展形成了半重力式挡土墙与衡重式挡土墙。
为了适应不同地区的建筑条件（如地基、料源、地形等）和不同的使用要求（如建筑高度、稳定性等），研究开发了多种形式的挡土墙，如悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚定板式、锚杆式、土钉式及卸荷板式等，这些形式都是钢筋混凝土结构[3]。
扶臂式和悬臂式挡土墙在国外各个国家中应用非常广泛，但在我国尚未大范围的进行普及，相信随着高等级高要求的公路工程向中西部地区的大力推进，其在建筑工程中的应用将越来越广。
加筋土式挡土墙的结构设计运用了先进的加筋土技术，这是在上个世纪60年代由法国的一个著名工程师亨利一维达尔(Hneri一Vidal)在实验中进行多次试验发现的，试验结果表明当土中掺有纤维材料时，挡土墙的强度能够提高到原来挡土墙强度的几倍以上。同时，他还通过三轴压缩试验的试验结果首次提出了加筋土的概念，并且将其研究成果撰写成论文，分析了挡土墙内力计算分析的方法，为现代加筋土技术具有的广阔的应用前景奠定了坚实的基础。从而，工程师亨利一维达尔(Hneri一Vidal)荣获了加筋土技术创始人的称号。我国对于加筋土技术的研究与进行应用20世纪70年代的中期才渐渐开始，1978年在云南的田坝贮煤场首次建成了我国第一座加筋土挡土墙进行试验，1980年在山西晋城—陵川公路上修建了第一座公路加筋土挡土墙。加筋土挡土墙已在铁路、建筑、水利、公路和各种矿产部门得到广泛的应用。
锚杆技术在土木工程中的应用已经具有非常悠久与辉煌的历史。最早于1890年北威尔士的一个煤矿加固工程中，由于结构需要最先出现运用钢筋加固岩层，美国于1912年在阿伯施来辛德的大型煤矿中使用锚杆来进行顶板的支付工作。从20世纪四、五十年代开始，法国、英国、美国、德国等国家就渐渐的开始运用锚杆的特殊作用来对隧道及其洞口的边坡、各种建筑物的边坡进行加固工作。到20世纪50
年代开始，由于工程建筑的需要，我国开始从国外引进锚杆技术，最初是将其运用于煤炭系统中的加固与防护。从20世纪60年代之后，锚杆技术在各个领域中的应用迅猛发展并且越来越广泛的应用于土木工程建设过程中的大量领域中。锚杆挡土墙作为一种轻型的支挡结构，由于其大量的有点被认可，其开始逐渐取代早期的笨重的重力式挡土墙，并广泛应用于铁路、公路路、煤矿及水利等工程的支挡结构当中。
锚定板挡土墙是由我国铁道部门在不断实践与总结中发明而出的，它在20世纪70年代的初期开始得到迅猛的发展，1974年首次运用于太焦铁路上，目前由于其独特的性能，在铁路部门各类工程中的应用非常广泛，其在铁路、公路、煤矿、水利等部门的立交桥台的防护、边坡的支撑、坡脚的防护等大量工程中也有非常广泛的应用。
从20世纪70年代开始，法国、美国、英国以及原德意志联邦共和国这几个国家均各自独立的发明了一种用于边坡稳定和土坑开挖的的一种称为土钉支护的新型挡土墙支护技术，并在法国、德国两国中得到了迅猛的大范围推广运用。尤其在是20世纪70年代和其后面的一段短的时间内，土钉支护结构先后在德国的法兰克福地铁工程与纽伦堡地铁工程的基坑土体开挖工程中的应用获得巨大成功，这次的成功应用对于土钉墙的技术出现与推广发展产生了重大的积极影响。
我国于1980年第一次将土钉墙支护技术在山西柳湾煤矿的边坡稳定工程中应用，其后，土钉墙技术在我国也得到发展。近年来，一些高等教育院校、建筑设计院和科研院等部门在土钉墙技术的研究与开发应用方面也进行了大量的试验与研究工作。
卸荷板挡土墙结构在外国建筑工程中的应用比较早，小的日本、前苏联等这些国家在港口一些工程建筑物中对这种新型结构的应用与研究比较多。印度于20世纪70年代对在建筑物边坡工程中设置卸荷板的悬臂式挡土墙进行了大量的研究，通过理论上的分析与在现实中的试验对其结构形式做了一些讨论。我国国内对于卸荷板挡土墙在港口工程建筑物中的运用也相对较早，主要在重力式码头与岸壁结构中对其进行大量的运用。原德意志联邦共和国还进行了长达10年的工程观测，获得了许多有价值的数据。
随着现代科学技术的发展，我国对新型结构的研究也更加广泛，诞生了大量复合式挡土墙结构，如下图所示的重力式锚杆复合挡土墙与竖向预应力锚杆挡土墙等。
竖向预应力锚杆挡土墙是重力式挡土墙与竖向设置的预应力锚杆组合形成的一种新型支挡构造物，如图1-1所示[4]。
重力式锚杆挡土墙是在原本的重力式挡土墙的结构基础上，添加进锚杆技术而产生的一种新型的支挡结构，如图1-2所示。
图1-1 竖向预应力锚杆挡土墙图1-2 重力式锚杆挡土墙这些年以来，在熟悉掌握了传统挡土墙结构形式与构造技术的基础上，同时也研究与开发了一些新的结构形式的挡土墙，如常见的U形挡土墙和倒Y形挡土墙。倒Y形挡土墙这一新型结构是由日本的神户大学的田中博士通过实验首次发现的，倒Y形挡土墙它首先是将混凝土通过预制做成1～4m的不同尺寸的砌体块状物，然后再将预制的砌形块状物通过组合铺筑在碎石类基础之上，最后回填碎石从而构成完整的挡土墙。倒Y形挡土墙在力学性能上具有较高的抗倾覆、抗滑动的重要特点，另外倒Y形挡土墙还具有良好的排水性能，避免地下水位对挡土墙造成严重侵蚀的优点。
U形挡土墙在结构形式上与传统的悬臂式挡土墙类似，它是通过将底板和侧壁通过钢筋连成一个整体，形成与字母“U”相似的形状。在需要采取挖方的地段，需要我们将路基面铺筑在地下水位之下时，很适合采用采用U形挡土墙结构进行设计。在进行U形挡土墙的设计时，其与传统的挡土墙相比，主要不同之处在于应该考虑地下水水压力对于路基的影响，同时在进行检算时必须考虑上浮稳定性验算。U形挡土墙的底板宽度与传统挡土墙相比更宽，可将其看作一个弹性的地基梁。当遇到地下水的水位较高的情况时，为保证挡土墙的上浮稳定性也可以将地板进行加厚设计或者设计成横向悬出。
在现代，进行一些新型结构的研究开发的同时，开发对挡土墙应用新材料、新施工工艺也是挡土墙向前发展的一种新趋势。
加筋土挡土墙当中最为常用的筋材形状是条带式，而通过网状加筋和土工合成材料进行平面加筋能够很大程度上增强填土和加筋材料之间的摩擦力，从而从另一方面提高挡土墙的抗倾覆与抗滑移稳定性。除此之外，由于挡土墙填土发生的固结沉降，会改变挡土墙中加筋的受力情况，同时使加筋所受拉力与墙面板所受的基础压力增大增强，所以在一些国家中，在墙面板与加筋连接部位之间安装了可以发生上下自由滑动的机构来对墙面板和填土之间发生的不均匀沉降引起的不利因素进行调节。
锚索挡土墙是在锚杆挡土墙的基础上，使用锚索代替传统锚杆从而形成的。目前锚索在防护、加固工程中应用非常广泛。
为了能够满足挡土墙所受到的上部荷载的支承力，可以通过减轻墙后填料的重度，从而墙后的填料重度越轻就越能减少墙基所受支承力和墙背所受土压力。对于修筑于软弱地层地基上的挡土墙，为了防止挡土墙发生滑移，可采用高炉炉渣等轻质且具有良好摩擦的填料，也可以力用空心结构物（如箱型、管形等结构形式）对挡土墙背后进行填充。
伴随着科学技术的迅猛发展与聚合物研究日趋成熟，聚合物的应用更加广泛，泡沫砂浆、泡沫聚苯乙烯等这些具有良好性能的轻质填料也开始得到广泛的应用。
另外，从另一方面来讲，也可以通过添加水泥或石灰等具有粘性的稳定剂来改善土壤的含水性能，从而降低土壤的含水量，进一步提高墙后填料的强度和稳定性。通常来讲，由于改善后的填料各方面性质都普片得到了较大程度上的提高，对于减小墙后的土压力作用效果是非常明显的。
1.3 关于本课题
在追求效率和质量的今天，传统挡土墙已经越来越不适用。无论是材料的选用，结构形式的变化，挡土墙已经有了一个较大的发展。但这些还不能适应现代社会对
土木工程的要求。研究预制钢筋混凝土块拼装式挡土墙的目的就在于解决在挡土墙
施工时混凝土必须现浇的问题，通过在工厂预制好混凝土块之后，再将其运到现场
进行拼装。可以节省大量的人力和费用。并且也不需要在施工的现场堆放大量材料
和施工机具，场地大小对其限制不大。
因此，本文首先对挡土墙背景资料进行了收集并整理，其中包括了挡土墙背景资料的了解、学习，外文文献的翻译与学习，有关专业资料的查找与整理。然后对各种土压力方法进行了分析与学习，包括了库伦与郎肯土压力计算方法、第二破裂面法、以及建筑地基规范方法计算重力式挡土墙土压力计算方法等的分析与比较。最后对挡土墙进行了设计与计算，包括土压力的计算，工点资料的研究，路基面和挡土墙结构的设计，挡土墙的检算，以及在列车动应力作用下的挡土墙的检算，基础的设计与钢筋的配置，理正挡土墙设计软件的应用，施工方法的研究。
第2章挡土墙土压力计算分析
2.1 各类挡土墙介绍
2.1.1重力式挡土墙
重力式挡土墙可分为三类：普通形式的重力式挡墙、衡重式挡土墙与无衡重台的折线形墙背形式重力挡土墙[5]。在这三类挡土墙形式中，衡重式挡土墙由于具有衡重台的这一结构的存在，改善了挡土墙墙体的承受力的性能，增强了挡土墙的抗倾覆能力和抗滑移能力，而使其在土工建筑物中的运用范围更加广泛。因此，清楚正确地了解衡重式挡土墙的受力及变形特性，同时进行精确的土压力计算和合理的结构设计便具有非常重要的价值与作用。日前，对于挡土墙所受的土压力计算方法仍然采用经典的库伦土压力理论和朗金土压力理论两大理论。经典土压力理论计算比较简便，基本能达到工程建设所需的精度要求，但库伦土压力理论中的一些基本假设并不与实际情况完全相符，使其的可靠性、准确性与使用范围等都受到不同程度的影响。为了进一步发展和研究挡土墙的土压力计算方法理论，很多专家学者在既有的经典库伦土压力理论的基础上做了很多更深一步的试验工作，对粘性土的土压力计算方法、形成的破裂面的形态、土压力的非线性分布、土压力分布规律及大小及影响土压力变化的因素等问题进行了深入的研究。衡重式挡土墙的由于具有衡重台这一结构存在，其墙背土压力的分布及大小、土压力的变化规律和一般的重力式挡土墙有一些不同。目前，对于衡重式挡土墙的土压力计算方法采用的方法是将挡土墙上、下墙段分开进行计算，取其两段受力的矢量和作为墙背所受总土压力。由于在分开的计算过程中没有考虑挡土墙上、下墙背土压力之间产生的相互影响，从而使所计算表得出的结果与实际情况相比误差较大。总的说来，这种计算方法表明现在我们对衡重式挡土墙的认识还不够深入，所得到的研究成果比较少；对衡重式挡土墙墙背土压力分布规律及影响土压力变化的因素、土压力作用机理的研究，还没有形成系统的理论，需要更多的努力。对挡土墙土压力进行研究的方法，可以通
过先进行理论推导与数值计算，然后进行现场监测与室内普通模型试验、立新模型试验一系列有效的途径。离心模型试验因为其能够在实验条件下很有效的模拟出在重力作用下构筑物发生的变形与位移的真实性状，展现了很大的优越性，同时由于其具有时间比尺的特殊性使其在模拟岩土工程试验时能够很大程度的缩短实验所需要的时间，提高工作效率，在岩土工程领域的试验中得到了非常广泛的应用。已有很多学者通过理论推导与数值计算，人后进行现场监测测试的方法对衡重式挡土墙进行了大范围的研究，但将离心模型试验运用于衡重式挡土墙的研究还比较少。
2.1.2锚定式挡土墙
锚定式挡土墙由于其结构特殊，是属于轻型挡土墙中的一种，通常包括锚定板式挡土墙和锚杆式挡土墙两种类型。锚定式挡土墙由墙面系、拉杆、锚定板和填土共同组成。通过挡土板和预制好的钢筋混凝土立柱共同构成挡土墙墙面，挡土墙墙面与处于水平或倾斜的钢锚杆结合成整体共同起到支挡土体的作用，其主要是依靠埋置在岩土中的锚杆的具有的抗拉力拉住立杆从而保证土体稳定[6]。
2.1.3薄壁式挡土墙
薄壁式挡土墙一种钢筋混凝土构成的结构形式，通常有扶壁式和悬臂式两种不同的结构型式。悬臂式挡土墙通过地板与立壁组合构成，其拥有三个悬臂，即踵板、趾板和立壁。当悬臂式挡土墙的墙身比较高时，可通过沿墙长方向一定距离安置肋板，使其将立壁板与踵板连接起来，从而形成另一种挡土墙形式，即扶壁式挡土墙。
2.1.4加筋式挡土墙
加筋式挡土墙的组成分为墙后填土、墙后填土中的拉筋条和墙面板三部分。加筋式挡土墙是通过墙后填土与填土中拉筋间的摩擦力的作用把土对挡土墙的侧向压力削减，然后传递到土体中起到稳定土体的作用。加筋土挡土墙从结构形式上属于一种柔性结构，对于地基变形情况适应性较大，其建筑的高度也可以很大，适合于在填土路基中使用；但在选用的同时，需考虑挡土墙挡板后填土的渗水稳定性与地基发生变形对其的不利影响，需要进行计算与分析之后合理选用。
2.2作用在挡土墙上的力系
分析与确定作用于挡土墙上的力系是挡土墙设计的关键，其中最主要的是确定所受土压力情况。作用在挡土墙上的由各种力形成的力系，按其对于挡土墙不同的作用性质可将它们分为主要力系、附加力和特殊力[7]。
1.主要力系：是指平常时间段经常作用于挡土墙上的各式各样的力。如图2-1所示，它包括：
(1)挡土墙的自身重量G；
(2)挡土墙墙背上承受的由填料和活荷载所引起的侧向力；
(3)挡土墙墙顶上或墙背与第二破裂面之间的有效荷重；
(4)基地的法向反力N及摩擦力T；
(5)一年中大部分时间内保持的常水位时静水压力和浮力。
图2-1 挡土墙力系
2.附加力系：指在平常一般情况下不发生，而是偶然时候发生的或发生概率很小的力，包括：
（1）季节性洪水位以下最不利计算水位对于挡土墙产生的静水压力和浮力；
（2）水位退落时对挡墙的动水压力；
（3）波浪对挡墙的压力；
（4）冻胀压力与冻压力；
（5）温度变化引起的力。
3.特殊力：指暂时的或属于灾害性的，发生概率极小的力，包括：
（1）由地震活动所引起的地震力
（2）临时施加的荷载、施工荷载、水流漂浮物对挡墙产生的撞击力等。
在一般地区，对挡土墙进行设计时仅需考虑主要力系的作用，在浸水区还应该考虑附加力，而在地震区还应考虑地震作用对挡土墙的影响。各种力的取舍，应根据挡土墙所处的位置的外界条件确定，按照各种力系的最不利的组合作为设计的依据[8]。
2.3一般条件下库伦（Coulomb）主动土压力计算
进行挡土墙设计的关键之处在于确定挡土墙所受土压力作用的情况。挡土墙的位移情况的不同，能够形成不同性质的土压力，如图2-2所示。当挡土墙因外力作用而发生倾覆或位移从而向外产生移动时，挡土墙所受土压力将会随着移动而减小，直到挡土墙墙后土体产生破裂面且沿破裂面向下滑动而达到极限平衡状态时，作用于挡土墙墙背上的土压力称为主动土压力；当挡土墙墙后土体发生挤压移动，土体对挡土墙的压力将会增大，墙后土体将被推动从而发生向上的移动而处于极限平衡状态，这时土体对挡土墙的抗力称为被动土压力；当挡土墙处于其原本的位置而不发生任何移动位移时，土压力性质介于两种情况之间，此时的土压力被称为静止土压力。到底应该采用何种性质的土压力作为挡土墙的设计荷载值，这要根据挡土墙所处的具体情况而具体分析。
重力式挡土墙设计实例 1、某二级公路重力式路肩墙设计资料如下： （1）墙身构造：墙高5m ，墙背仰斜坡度：1：0.25（＝14°02′），墙身分段长度20m ，其余初始拟采用尺寸如图3－40示； （2）土质情况：墙背填土容重γ=18kN/m 3，内摩擦角φ=35°；填土与墙背间的摩擦角δ＝17.5°；地基为岩石地基容许承载力[σ]＝500kPa ，基地摩擦系数f=0.5； （3）墙身材料：砌体容重γ=20kN/m 3， 砌体容许压应力[σ]＝500kPa ，容许剪应力[τ]＝80kPa 。 图3－40 初始拟采用挡土墙尺寸图 2、破裂棱体位置确定： （1）破裂角（θ）的计算 假设破裂面交于荷载范围内，则有： 14021730353828ψαδφ'''++-++＝＝＝ 90ω<因为 00000111 ()(22)tan 0(00)(2)tan 222B ab b d h H H a h h H H h αα=++-++=++-+ 01 (2)tan 2 H H h α=-+ 00011 (2)()(2)22 A a H h a H H H h =+++=+
根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部时破裂角的计算公式： tg tg θψ=- tg ψ=-+ ()()3828 35382838281402tg ctg tg tg tg ''''=-+ ++ 0.7945=-+ 0.7291= 36544θ'''= （2）验算破裂面是否交于荷载范围内： 破裂契体长度：()()050.72910.25 2.4L H tg tg m θα=+=-= 车辆荷载分布宽度：()12 1.8 1.30.6 3.5L Nb N m d m =+-+=?++= 所以0L L <，即破裂面交于荷载范围内，符合假设。 3、荷载当量土柱高度计算： 墙高5米，按墙高确定附加荷载强度进行计算。按照线性内插法，计算附加荷载强度：q ＝16.25kN/m 2， 016.25 0.918 q h m γ==＝ 4、土压力计算 ()()()()011 20 5.020 5.01722 A a H a H +++=++?+=0＝ h 0.9 ()()()()0111 22tan 5.0502tan 142 4.25 222 B ab b d H H a α'++-++?++?-=00＝h h ＝0+0-0.9 根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部土压力计算公式： ()() ()()()() a 003654435tan 18170.7291 4.2549.25sin sin 365443828E A B KN θφγθθψ'''++=-=??-=+'''''+cos cos ()()X a 49.25142173049.14E E KN αδ''=+=-+=cos cos ()()y a sin 49.25sin 1421730 2.97E E KN αδ''=+=-+= 5、土压力作用点位置计算： 5 1.36H =?=10K ＝1+2h 1+20.9 X101/3/35/30.9/3 1.36 1.59Z H h K m =+=+?=－查数学手册
（一）重力式挡土墙设计实例 1、某二级公路重力式路肩墙设计资料如下： （1）墙身构造：墙高5m ，墙背仰斜坡度：1：0.25（＝14°02′），墙身分段长度20m ，其余初始拟采用尺寸如图3－40示； （2）土质情况：墙背填土容重γ=18kN/m 3，内摩擦角φ=35°；填土与墙背间的摩擦角δ＝17.5°；地基为岩石地基容许承载力[σ]＝500kPa ，基地摩擦系数f=0.5； （3）墙身材料：砌体容重γ=20kN/m 3， 砌体容许压应力[σ]＝500kPa ，容许剪应力[τ]＝80kPa 。 图3－40 初始拟采用挡土墙尺寸图 2、破裂棱体位置确定： （1）破裂角（θ）的计算 假设破裂面交于荷载范围内，则有： 14021730353828ψαδφ'''++-++ ＝＝＝ 90ω< 因为 00000111()(22)tan 0(00)(2)tan 2 2 2 B a b b d h H H a h h H H h αα = ++- ++=++- + 01(2)tan 2 H H h α=- + 00011(2)()(2)2 2 A a H h a H H H h =+++= + 根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部时破裂角的计算公式：
tg tg θψ=-+ tg ψ=-+ 3828tg '=-+ 0.7945=-+0.7291= 36544θ'''= （2）验算破裂面是否交于荷载范围内： 破裂契体长度：()()0 50.72910.25 2.4L H tg tg m θα =+=-= 车辆荷载分布宽度：()12 1.8 1.30.6 3.5L N b N m d m =+-+=?++= 所以0 L L <，即破裂面交于荷载范围内，符合假设。 3、荷载当量土柱高度计算： 墙高5米，按墙高确定附加荷载强度进行计算。按照线性内插法，计算附加荷载强度：q ＝16.25kN/m 2， 016.250.918 q h m γ ==＝ 4、土压力计算 ()()()()01120 5.020 5.01722 A a H a H +++=++?+=0＝ h 0.9 ()()()()011122tan 5.0502tan 142 4.25 2 2 2 B a b b d H H a α'++- ++?++?-= 00＝ h h ＝0+0- 0.9 根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部土压力计算公式： () () ()() () () a 0 03654435 tan 18170.7291 4.2549.25sin sin 365443828E A B K N θφ γ θθψ'''++=- =??-=+'''''+ c o s c o s ()()X a 49.25142173049.14E E K N αδ''=+=-+= cos cos ()()y a sin 49.25sin 1421730 2.97E E K N αδ ''=+= -+= 5、土压力作用点位置计算： 5 1.36H =?=10K ＝1+2h 1+20.9 X 101/3/35/30.9/3 1.36 1.59Z H h K m =+=+?=－查数学手册 X 1Z －土压力作用点到墙踵的垂直距离；
1、某二级公路重力式路肩墙设计资料如下： （1）墙身构造：墙高5m ，墙背仰斜坡度：1：0.25（＝14°02′），墙身分段长度20m ，其余初始拟采用尺寸如图4－41示； （2）土质情况：墙背填土容重γ=18kN/m 3，内摩擦角φ=35°；填土与墙背间的摩擦角δ＝17.5°；地基为岩石地基容许承载力[σ]＝500kPa ，基地摩擦系数f=0.5； （3）墙身材料：砌体容重γ=20kN/m 3， 砌体容许压应力[σ]＝500kPa ，容许剪应力[τ]＝80kPa 。 图4－41 初始拟采用挡土墙尺寸图 2、破裂棱体位置确定： （1）破裂角（θ）的计算 假设破裂面交于荷载范围内，则有： 14021730353828ψαδφ'''++-++＝＝＝ 90ω<因为 00000111 ()(22)tan 0(00)(2)tan 222B ab b d h H H a h h H H h αα=++-++=++-+ 01 (2)tan 2 H H h α=-+ 00011 (2)()(2)22 A a H h a H H H h =+++=+ 根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部时破裂角的计算公式：
tg tg θψ=-+ tg ψ=-()()38 2835382838281402tg ctg tg tg tg ''''=-+ ++ 0.7945=- 0.7291= 36544θ'''= （2）验算破裂面是否交于荷载范围内： 破裂契体长度：()()050.72910.25 2.4L H tg tg m θα=+=-= 车辆荷载分布宽度：()12 1.8 1.30.6 3.5L Nb N m d m =+-+=?++= 所以0L L <，即破裂面交于荷载范围内，符合假设。 3、荷载当量土柱高度计算： 墙高5米，按墙高确定附加荷载强度进行计算。按照线性内插法，计算附加荷载强度：q ＝16.25kN/m 2， 016.25 0.918 q h m γ==＝ 4、土压力计算 ()()()()011 20 5.020 5.01722 A a H a H +++=++?+=0＝ h 0.9 ()()()()0111 22tan 5.0502tan 142 4.25 222 B ab b d H H a α'++-++?++?-=00＝h h ＝0+0-0.9 根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部土压力计算公式： ()() ()()()() a 003654435tan 18170.7291 4.2549.25sin sin 365443828E A B KN θφγθθψ'''++=-=??-=+'''''+cos cos ()()X a 49.25142173049.14E E KN αδ''=+=-+=cos cos ()()y a sin 49.25sin 1421730 2.97E E KN αδ''=+=-+= 5、土压力作用点位置计算： 5 1.36H =?=10K ＝1+2h 1+20.9 X101/3/35/30.9/3 1.36 1.89Z H h K m =+=+?= X1Z －土压力作用点到墙踵的垂直距离；
路基与路面工程课程设计任务书 题目: 重力式挡土墙设计 （一）初始条件： （1）浆砌片石重力式仰斜路堤墙，墙顶填土边坡1:1.5，墙身纵向分段长度为10m ；路基宽度26m ，路肩宽度3.0m ； （2）基底倾斜角0α：tan 0α＝0.190，取汽车荷载边缘距路肩边缘d =0.5m ； （3）设计车辆荷载标准值按公路－I 级汽车荷载采用，即相当于汽车?超20级、挂车?120（验算荷载）； （4）墙后填料砂性土容重γ=183 /m kN ,填料与墙背的外摩擦角τ=0.5φ；粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数μ=0.30，地基容许承载力[0σ]=250a kP ； （5）墙身采用 2.5号砂浆砌25号片石，圬工容重k γ=223 /m kN ，容许压应力 a a kP 600][=σ，容许剪应力a j kP 100][][==στ，容许拉应力a L kP 60][=σ； 墙后砂性土填料的内摩擦角φ： 34° 墙面与墙背平行，墙背仰斜坡度（1:n ）： 1:0.25 墙高H ： 7m 墙顶填土高a ： 3.0m （二）要求完成的主要任务： 按《公路路基设计规范》（JTG D30－2004）“5.4 挡土墙”一节，采用极限状态设计法进行设计： （1）车辆荷载换算；
（2）计算墙后主动土压力a E 及其作用点位置； （3）设计挡土墙截面，墙顶宽度和基础埋置深度应符合规范要求。进行抗滑动稳定性验算及抗倾覆稳定性验算； （4）基础稳定性验算与地基承载力验算； （5）挡土墙正截面强度及抗剪强度验算。 重力式挡土墙设计 1 设计参数 挡土墙墙高H=7m ，取基础埋置深度D=1.5m ，挡土墙纵向分段长度取L=10m ；路基宽度26m ，路肩宽度3.0m ； 墙面与墙背平行，墙背仰斜，仰斜坡度1:0.25，α=－14.03°，墙底（基底）倾斜度tan 0α=0.190，倾斜角0α=10.76°； 墙顶填土高度a =3.0m ，填土边坡坡度1:1.5，β=arctan （1.5）1 -=33.69°，汽车荷载边缘距路肩边缘d =0.5m 墙后填土砂性土内摩擦角φ=? 34，填土与墙背外摩擦角δ=φ/2=?17，填 土容重γ=18kN/m 3 ；粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数μ=0.30； 墙身采用2.5号砂浆砌25号片石，墙身砌体容重k γ=22kN/m 3,砌体容许 压应力[a σ]=600kPa,砌体容许剪应力[τ]=100kPa,砌体容许拉应力 [ wl σ]=60kPa ； 地基容许承载力[ 0σ]=250kPa 。
路基路面课程设计例题
4.2.1 重力式挡土墙的设计 （1）设计资料： ① 车辆荷载，计算荷载为公路-Ⅱ级。 ② 填土内摩擦角：42°，填土容重：17.8kN/m 3，地基土容重：17.7kN/m 3，基底摩擦系数：0.43，地基容许承载力：[σ]=810kPa 。 ③ 墙身材料采用5号砂浆砌30号片石，砌体a γ=22kN/m 3，砌体容许压应力为[]600=a σkPa ，容许剪应力[τ]=100kPa ，容许拉应力[wl σ]=60 kPa 。 （2）挡土墙平面、立面布置 图4.1 挡土墙横断面布置及墙型示意图（尺寸单 位：m ） 路段为填方路段时，为保证路堤边坡稳定，少占地拆迁，应当设置路堤挡土墙，拟采用重力式挡土墙。 （3）挡土墙横断面布置，拟定断面尺寸 具体布置如上图所示。 （4）主动土压力计算 ①车辆荷载换算 当H ≤2m 时，q=20.0kPa;当H ≥10m 时，q=10.0kPa 此处挡土墙的高度H=10m ，故q=10.0 kPa 换算均布土层厚度：010 0.6m 17.8 q h γ = = = ②主动土压力计算（假设破裂面交于荷载中部） 破裂角θ：
由14α=-?，42φ=?，42212 2 φ δ? = = =? 得：42142149ψφαδ=++=?-?+?=? 0011 (2)()(31020.6)(310)92.322A a H h a H =+++=?++??+= 00011 ()(22)tan 2211 3 4.5(4.5 1.5)0.610(102320.6)tan(14)2231.8B ab b d h H H a h α= ++-++=??++?-??+?+?-?= 00tan tan (cot tan )tan 31.8tan 49(cot 42tan 49)tan 4992.30.68834.5B A θψφψψθ?? =-+++ ? ???? =-?+?+?+? ??? ==? 验核破裂面位置： 堤顶破裂面至墙踵：()tan (103)tan34.58.93m H a θ+=+?= 荷载内缘至墙踵：()tan 4.510tan14 1.58.49m b H d α+-+=+??+= 荷载外缘至墙踵：()0tan 4.510tan14 1.5715.49m b H d l α+-++=+??++= 由于破裂面至墙踵的距离大于荷载内缘至墙踵的距离并且小于荷载外缘至墙踵的距离抗滑稳定性验算，所以破裂面交于路基荷载中部的假设成立。并且直线形仰斜墙背，且墙背倾角α较小，不会出现第二破裂面。 主动土压力系数K 和K 1 [] cos()cos(34.542) (tan tan )tan 34.5tan(14)sin()sin(34.549) 0.10a K θ?θαθψ+?+?= +=??+-?+?+?= 1tan 4.53tan 34.5 5.57m tan tan tan 34.5tan(14) b a h θθα--?? = ==+?+-? 2 1.5 3.43m tan tan tan 3 4.5tan(14) d h θα= ==+?+-? 31210 5.57 3.431m h H h h =--=--=
重力式挡土墙课程设计 作者姓名 学号 班级 学科专业土木工程 指导教师 所在院系建筑工程系 提交日期
设计任务书 一、 设计题目 本次课程设计题目：重力式挡土墙设计 二、 设计资料 1、线路资料：建设地点为某一级公路DK23+415.00~DK23+520.00段，在穿过一条深沟时，由于地形限制，无法按规定放坡修筑路堤，而采取了贴坡式（仰斜式）浆砌片石挡土墙。线路经过的此处是丘陵地区，石材比较丰富，挡土墙在设计过程中应就地选材，结合当地的地形条件，节省工程费用。 2、墙后填土为碎石土，重度30/18m kN =γ，内摩擦角 35=?；墙后填土表面为水平，即 0=β，其上汽车等代荷载值2/15m kN q =；地基为砾石类土，承载力特征值 kPa f k 750=；外摩擦角δ取 14；墙底与岩土摩擦系数6.0=μ。 3、墙体材料采用MU80片石，M10水泥砂浆，砌体抗压强1.142/mm N ，砌体重度30/24m kN =γ。 4、挡土墙布置形式及各项计算参数如下图所示： 图4-1 挡土墙参数图（单位：m ）
目录 设计任务书 (2) 一、设计题目 (2) 二、设计资料 (2) 设计计算书 (4) 一、设计挡土墙的基础埋深、断面形状和尺寸 (4) 二、主动土压力计算 (4) 1、计算破裂角 (4) 2 、计算主动土压力系数K和K1 (4) 3、计算主动土压力的合力作用点 (5) 三、挡土墙截面计算 (5) 1、计算墙身重G及力臂Z G (6) 2、抗滑稳定性验算 (6) 3、抗倾覆稳定性验算 (6) 4、基底应力验算 (7) 5、墙身截面应力验算 (7) 四、设计挡土墙的排水措施 (8) 五、设计挡土墙的伸缩缝和沉降缝 (8) 六、参考文献 (8) 七、附图 (8)
挡土墙设计实例 挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物。在挡土墙横断面中，与被支承土体直接接触的部位称为墙背；与墙背相对的、临空的部位称为墙面；与地基直接接触的部位称为基地；与基底相对的、墙的顶面称为墙顶；基底的前端称为墙趾；基底的后端称为墙踵。 根据挡土墙的设置位置不同，分为路肩墙、路堤墙、路堑墙和山坡墙等。设置于路堤边坡的挡土墙称为路堤墙；墙顶位于路肩的挡土墙称为路肩墙；设置于路堑边坡的挡土墙称为路堑墙；设置于山坡上，支承山坡上可能坍塌的覆盖层土体或破碎岩层的挡土墙称为山坡墙。 本实例中主要讲述了5种常见挡土墙的设计计算实例。 1、重力式挡土墙 ------------------------------------------------------------------------ 原始条件: 墙身尺寸: 墙身高: 6.500(m) 墙顶宽: 0.660(m)
面坡倾斜坡度: 1:0.250 背坡倾斜坡度: 1:0.200 采用1个扩展墙址台阶: 墙趾台阶b1: 0.300(m) 墙趾台阶h1: 0.500(m) 墙趾台阶与墙面坡坡度相同 墙底倾斜坡率: 0.200:1 物理参数: 圬工砌体容重: 23.000(kN/m3) 圬工之间摩擦系数: 0.400 地基土摩擦系数: 0.500 砌体种类: 片石砌体 砂浆标号: 5 石料强度(MPa): 30 挡土墙类型: 一般挡土墙 墙后填土内摩擦角: 35.000(度) 墙后填土粘聚力: 0.000(kPa) 墙后填土容重: 19.000(kN/m3) 墙背与墙后填土摩擦角: 17.500(度) 地基土容重: 18.000(kN/m3) 修正后地基土容许承载力: 500.000(kPa) 地基土容许承载力提高系数: 墙趾值提高系数: 1.200 墙踵值提高系数: 1.300 平均值提高系数: 1.000 墙底摩擦系数: 0.500 地基土类型: 土质地基 地基土内摩擦角: 30.000(度) 土压力计算方法: 库仑 坡线土柱: 坡面线段数: 2 折线序号水平投影长(m) 竖向投影长(m) 换算土柱数 1 3.000 2.000 0 2 5.000 0.000 0 坡面起始距离: 0.000(m) 地面横坡角度: 20.000(度) 墙顶标高: 0.000(m) 挡墙分段长度: 10.000(m) ===================================================================== 组合1（仅取一种组合计算）
第一章功能概述 挡土墙是岩土工程中经常遇到的土工构筑物之一。为了满足工程技术人员的需要，理正开发了本挡土墙软件。下面介绍挡土墙软件的主要功能： ⑴包括13种类型挡土墙――重力式、衡重式、加筋土式、半重力式、悬臂式、扶壁式、桩板式、锚杆式、锚定板式、垂直预应力锚杆式、装配式悬臂、装配式扶壁、卸荷板式； ⑵参照公路、铁路、水利、市政、工民建等行业的规范及标准，适应各个行业的要求；可进行公路、铁路、水利、水运、矿山、市政、工民建等行业挡土墙的设计。 ⑶适用的地区有：一般地区、浸水地区、抗震地区、抗震浸水地区； ⑷挡土墙基础的形式有：天然地基、钢筋砼底板、台阶式、换填土式、锚桩式； ⑸挡土墙计算中关键点之一是土压力的计算。理正岩土软件依据库仑土压力理论，采用优化的数值扫描法，对不同的边界条件，均可快速、确定地计算其土体破坏楔形体的第一、第二破裂面角度。避免公式方法对边界条件有限值的弊病。尤其是衡重式挡土墙下墙土压力的计算，过去有延长墙背法、修正延长墙背法及等效荷载法等，在理论上均有不合理的一面。理正岩土软件综合考虑分析上、下墙的土压力，接力运行，得到合理的上、下墙的土压力。保证后续计算结果的合理性； ⑹除土压力外，还可考虑地震作用、外加荷载、水等对挡土墙设计、验算的影响； ⑺计算内容完善――土压力、挡土墙的抗滑移、抗倾覆、地基强
度验算及墙身强度的验算等一起呵成。且可以生成图文并茂的计算书，大量节省设计人员的劳动强度。
1第二章快速操作指南 1.1操作流程 图2.1-1 操作流程 1.2快速操作指南 1.2.1选择工作路径 图2.2-1 指定工作路径 注意：此处指定的工作路径是所有岩土模块的工作路径。进入某一计算模块后，还可以通过按钮【选工程】重新指定此模块的工作路径。
重力式挡土墙设计 一、设计依据 1.某公路8+636~8+652段需设路肩墙 2.公路等级：三级公路 3.设计荷载：汽车—20级，挂车—100 4.路基宽：9米 5.墙后填料：碎石土，内摩擦角m KN /.61840==γ? 6.墙身材料：2.5号砂浆砌片石，m kN a /3.22=γ 片石：[]KPa 680=σ压 []KPa 78=σ拉 []KPa 100=σ剪 7.地基：坚硬岩石，地基容许承载力[]KPa 1470=σ，地基与墙底摩擦 系数f=0.6 8.墙背摩擦角：2? δ= 9.路堑边坡1:0.25，边沟底宽0.4米，深0.4米 10.8+636~8+652段纵坡i=0.5%，路基设计标高：8+636处为37.74米 11.中桩地面高：8+636处为39.94米，8+642处为40.38米，8+652处为39.54米 12.路基横断面地面线：
注：表中单位为米 二、车辆荷载换算 当m H 2≤时，q=20.0KPa 当m H 10≥时，q=10.0KPa 由直线内插法得到：H=8m 时，().5KPa 122020102 1028=+-?-- 换算均布土层厚度：672.06 .185.120===r q h 三、主动土压力计算 假设破裂面交于荷载中部 1.破裂角θ 由 202 14014====?δ?α得到：
()()()()()()()()' 0000003225.02232.914tan 672.0202882 1672.0000021tan 222 121376 .3780672.02802 122 174201440???? ???==-=??+?+??-?++??=++-++==+??++?=+++==++=++=θαδα?ψh a H H h d b ab H a h H a B A 验核破裂面位置 路肩破裂面位置距路基内侧水平距离为9m 由于5.23m<9m ，所以破裂面交于荷载内，假设成立。 2.主动土压力系数K 和1K ()() ()()()()168.18 8672.021********.014tan 05.22tan 7405.22sin 4005.22cos tan tan sin cos 223011=??+=+??? ??-+==+++=+++=H h h H h H a K K αθψθ?θ 其中： 0tan tan tan 1=+-=α θθa b h
重力式挡土墙设计 一、设计资料： 1.浆砌片石重力式路堤墙，墙身高6米，墙上填土高3米，填土边坡1:1.5，墙背仰斜，坡度1：0.25，墙身分段长度15米。 2.公路等级高速公路，车辆荷载等级为公路－II 级，挡土墙荷载效应组合采用荷载组合I 、II 。 3.墙背填土容重γ＝18kN ／m 3，计算内摩擦角Φ＝35°,填土与墙背间的内摩擦角 δ＝Φ/2。 4.地基为砂类土，容许承载力f ＝250kPa ，基底摩擦系数μ＝0.40。 5.墙身材料2.5号砂浆砌25号片石，砌体容重23kN ／m 3，砌体容许压应力[σa ]=600kPa ，容许剪应力[τ]＝50kPa ，容许弯拉应力[σwl ]＝80 KPa 。 二、确定计算参数 设计挡墙高度H=6m ，墙上填土高度a=3m ，填土边坡坡度为1:1.5,墙背仰斜,坡度1:0.25。 墙背填土计算内摩擦角 035=φ，填土与墙背间的摩擦角?==5.172/?δ;墙背与竖直平面的夹角 ?-=-=036.1425.0arctan α。墙背填土容重γ＝18kN ／m 3。查看资料知《公路工程技术 标准（2003）》中公路-Ⅱ级设计荷载为《公路工程技术标准（97）》中的汽车-20级荷载且验算荷载为：挂车-100。 三、车辆荷载换算
1．试算不计车辆荷载作用时破裂棱体宽度B ； (1)假定破裂面交于荷载内 不计车辆荷载作用r q h /0==0.83m 计算棱体参数A0、B0： 5.24)52(21 )(21))(2(212200=+=+=+++= H a H a h H a A 62 .8)036.14tan()225(521 3221tan )2(21)(21000=-?+??-??=++-++=αh a H H h d b ab B 497 .0) 83.0236()36() 036.14tan()83.02326(6)75.35.4(83.025.43) 2)((tan )22()(2000=?++?+?-??+?+++??+?= +++++-++=h a H a H h a H H d b h ab A α 46.385.1704.1435=?+?-?=++=δα?ψ； 9 .0)352.046.38(tan )46.38tan 35(cot 46.38tan ) )(tan tan (cot tan tan =+???+?+?-=++±-=A ψψφψθ 则：?=++?>==?6.266 33 25.06arctan 99.41802.0arctan θ 计车辆荷载作用时破裂棱体宽度值B ： m b H a H B 10.25.4)04.14tan(69.0)36(tan tan )(=-?-?+?+=-+?+=αθ 由于路肩宽度d=0.75m
重力式挡土墙计算实例 一、 计算资料 某二级公路，路基宽8.5m ，拟设计一段路堤挡土墙，进行稳定性验算。 1．墙身构造：拟采用混凝土重力式路堤墙，见下图。填土高a=2m ，填土边坡1：1.5（'?=4133β），墙身分段长度10m 。 2．车辆荷载：二级荷载 3．填料：砂土，容重3 /18m KN =γ，计算内摩擦角?=35?，填料与墙背的摩擦角2 ? δ= 。 4．地基情况：中密砾石土，地基承载力抗力a KP f 500=，基底摩擦系数5.0=μ。 5．墙身材料：10#砌浆片石，砌体容重3 /22m KN a =γ，容许压应力[a σ]a KP 1250=， 容许剪应力[τ]a KP 175= 二、挡土墙尺寸设计 初拟墙高H=6m ，墙背俯斜，倾角'?=2618α（1：0.33），墙顶宽b 1=0.94m ，墙底宽B=2.92m 。 三、计算与验算 1．车辆荷载换算 当m 2≤H 时，a KP q 0.20=；当m H 10≥时，a KP q 10=
由直线内插法得：H=6m 时，()a KP q 1510102021026=+-??? ? ??--= 换算均布土层厚度：m r q h 83.018 150=== 2．主动土压力计算（假设破裂面交于荷载中部） （1）破裂角θ 由'?== ?='?=30172 352618? δ?α，， 得： '?='?+'?+?=++=56703017261835δα?ω 149 .028 .77318.2381.1183.022*********.024665.0383.025.1222222000-=-=?+++' ??++-+?+??= +++++-++= ） ）（（）（）（） ）（（）（） （tg h a H a H tg h a H H d b h ab A α 55 .0443.3893.2149.0893.2893.2428.1893.2149.056705670355670=+-=-++-=-'?'?+?+'?-=+++-=））（（） ）（（） ）（（tg tg ctg tg A tg tg ctg tg tg ωω?ωθ '?=?=492881.28θ 验核破裂面位置： 路堤破裂面距路基内侧水平距离： m b Htg tg a H 4.3333.0655.0)26()(=-?+?+=-++αθ 荷载外边缘距路基内侧水平距离： 5.5+0.5=6m 因为：0.5〈3.4〈6，所以破裂面交于荷载内，假设成立 （2）主动土压力系数K 和1K 152.2261855.055.0231='?+?-=+-= tg tg tg atg b h αθθ566.0261855.05 .02=' ?+=+=tg tg tg d h αθ 282.3566.0152.26213=--=--=h h H h 395 .0261855.0() 56704928sin() 354928cos(()sin()cos(=?+'?+'??+'?=+++= ） ）tg tg tg K αθωθφθ 698 .1151.0547.016282 .383.02)12152.21(6412)21(212 23011=++=??+ -+=+-+ =H h h H h H a K
路基与路面工程课程设计任务书 题目:重力式挡土墙设计 （一）初始条件： （1）浆砌片石重力式仰斜路堤墙，墙顶填土边坡1:1.5，墙身纵向分段长度为10m；路基宽度26m，路肩宽度3.0m； （2）基底倾斜角0α：tan 0α＝0.190，取汽车荷载边缘距路肩边缘d =0.5m； （3）设计车辆荷载标准值按公路－I 级汽车荷载采用，即相当于汽车?超20级、挂车?120（验算荷载）； （4）墙后填料砂性土容重γ=183 /m kN ,填料与墙背的外摩擦角τ=0.5φ；粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数μ=0.30，地基容许承载力[0σ]=250a kP ； （5）墙身采用2.5号砂浆砌25号片石，圬工容重k γ=223 /m kN ，容许压应力a a kP 600][=σ，容许剪应力a j kP 100][][==στ，容许拉应力a L kP 60][=σ； 墙后砂性土填料的内摩擦角φ：34° 墙面与墙背平行，墙背仰斜坡度（1:n ）： 1:0.25墙高H：7m 墙顶填土高a ： 3.0m （二）要求完成的主要任务： 按《公路路基设计规范》（JTG D30－2004）“5.4挡土墙”一节，采用极限状态设计法进行设计： （1）车辆荷载换算； （2）计算墙后主动土压力a E 及其作用点位置； （3）设计挡土墙截面，墙顶宽度和基础埋置深度应符合规范要求。进行抗滑动稳定性验算及抗倾覆稳定性验算； （4）基础稳定性验算与地基承载力验算； （5）挡土墙正截面强度及抗剪强度验算。
重力式挡土墙设计 1设计参数 挡土墙墙高H=7m，取基础埋置深度D=1.5m，挡土墙纵向分段长度取L=10m；路基宽度26m，路肩宽度3.0m； 墙面与墙背平行，墙背仰斜，仰斜坡度1:0.25，α=－14.03°，墙底（基底）倾斜度tan 0α=0.190，倾斜角0α=10.76°； 墙顶填土高度a =3.0m，填土边坡坡度1:1.5，β=arctan（1.5）1-=33.69°， 汽车荷载边缘距路肩边缘d =0.5m 墙后填土砂性土内摩擦角φ=?34，填土与墙背外摩擦角δ=φ/2=?17，填 土容重γ=18kN/m 3 ；粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数μ=0.30；墙身采用2.5号砂浆砌25号片石，墙身砌体容重 k γ=22kN/m 3,砌体容许压应力[ a σ]=600kPa,砌体容许剪应力[τ]=100kPa,砌体容许拉应力[wl σ]=60kPa； 地基容许承载力[0σ]=250kPa。 2车辆荷载换算 0.78m 3主动土压力计算 3.1计算破裂角θ ===18 140γq h
1路基设计 挡土墙是用來支撑天然边坡或人工边坡以保持土体稳定的建筑物。按照墙的形式, 挡土墙可以分为重力式挡土墙，加筋挡土墙。锚定式挡土墙，薄壁式挡土墙等形式。本设计采用重力式挡土墙。 1.1挡土墙设计资料 1?浆砌片石重力式路堤墙，填土边坡1:1.5,墙背仰斜，坡度1： 0.15-1： 0.35o 2.公路等级二级，车辆荷载等级为公路一11级，挡土墙荷载效应组合采用荷载组合I、II。 3.墙背填土容重7 = 17.8kN/m3,计算内摩擦角。=42°，填土与墙背间的内摩擦角 <5=0/2=21° o 4.地基为砂类土，容许承载力[<7]=810kPa,基底摩擦系数“=0.43。 5.墙身材料采用5号砂浆砌30号片石，砌体y a =22kN/m3,砌体容许压应力为 [a a]= 600kPa,容许剪应力[r ]=100kPa,容许拉应力[]=60 kPa。 1.2确定计算参数 设计挡墙高度H=4m,墙上填土高度a=2m,填土边坡坡度为1:1.5,墙背仰斜，坡度 1:0.25。填土内摩擦角：0 = 42°，填土与墙背间的摩擦角5=02 = 21。;墙背与竖直平面的夹角a = - aictaii 0.25 =-14.036° □墙背填土容重17.8kN/m3,地基土容重:17.7kN/m3o
1.3车辆荷载换算 1.3.1试算不计车辆荷载作用时破裂棱体宽度 (1)假定破裂面交于荷载内侧 不计车辆荷载作用iio=o：计算棱体参数4、％： 4 = L(a + H + 21)o)(a + H) = -(a + H)2 =l(2 + 4)2 =18 2 2 2 B Q =— ab- —H(H + 2a)tan a =丄x2x3-丄x4 x (4 + 2x2) tan(-14.036) = 7 2 2 2 2 A= — = — = 0.389 A) 18 屮=0+ 2+ $ = 42。一14.036° + 21。= 4 8.964°; t aii8 = -1 any/ ± J(cot0+ tanp)(tanp+ 刃 =-tan4 8.964° + 7(cot42° + t an4 8.964°) x (t an4 8.964° + 0.3 89) =0.715 则：6 = arctail 0.715 = 35.57° > arctan ° "W +' = 33.59° 2 + 4 计算车辆荷载作用时破裂棱体宽度值B： B = (H + a)xt an0 + H t ana - b = (4 + 2)x0.715+4xtan(-14.03^)-3 = 0.29m 由于路肩宽度d=1.5m>B=0.29m,所以可以确定破裂面交与荷载内侧。 (2)计算主动土压力及其作用位置 最大主动土压力： COS(0 +(P)E a=yUotan^-^o)sin(, + 0) cos(33.69# + 42，) =17.8 x (18 x 0.715 -7)x sin(33.69 + 48.964 ) =26.04kN 土用力的水平和垂直分力为： E x = E a cos(a + 6) =26.04 X cos(-14.036° + 21°) =25.85kN Ey = E a sin(a + 6) =26.04 x sin(-14.036°十21*) =3.16kN
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0.4 μ=，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a E ，首先要确定挡土墙主动土压力系数 Ka ，计算公式如下： 222)cos()cos()sin()sin(1)cos(cos )(cos ??????-+-++ +-=βεεδβ?δ?δεεε?a K ① Ea=1/2*γ煤H 2Ea 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）。
1 路基设计 挡土墙是用来支撑天然边坡或人工边坡以保持土体稳定的建筑物。按照墙的形式，挡土墙可以分为重力式挡土墙，加筋挡土墙。锚定式挡土墙，薄壁式挡土墙等形式。本设计采用重力式挡土墙。 挡土墙设计资料 1.浆砌片石重力式路堤墙，填土边坡1:，墙背仰斜，坡度1：：。 2.公路等级二级，车辆荷载等级为公路－II 级，挡土墙荷载效应组合采用荷载组合I 、II 。 3.墙背填土容重γ＝／m 3，计算内摩擦角Φ＝42°,填土与墙背间的内摩擦角δ＝Φ/2=21°。 4.地基为砂类土，容许承载力[σ]=810kPa ，基底摩擦系数μ＝。 5.墙身材料采用5号砂浆砌30号片石，砌体a γ=22kN/m 3，砌体容许压应力为 []600=a σkPa ，容许剪应力[τ]=100kPa ，容许拉应力[wl σ]=60 kPa 。 确定计算参数 设计挡墙高度H =4m ，墙上填土高度a =2m ，填土边坡坡度为1:,墙背仰斜,坡度1:。填土内摩擦角：042=φ，填土与墙背间的摩擦角?==212/?δ;墙背与竖直平面的夹角?-=-=036.1425.0arctan α。 墙背填土容重m 3，地基土容重：m 3。挡土墙尺寸具体见图。 图 挡土墙尺寸 车辆荷载换算 试算不计车辆荷载作用时破裂棱体宽度 (1)假定破裂面交于荷载内侧
不计车辆荷载作用00=h ；计算棱体参数0A 、0B ： 18)42(2 1 )(21))(2 (2 1 2200 =+= += ++ + = H a H a h H a A 7 )036.14tan()224(42 1 3221tan )2(21210=-?+??-??=+-=αa H H ab B 389.018 7 00=== A B A ?=?+?-?=++=964.4821036.1442δα?ψ； 715 .0)389.0964.48(tan )964.48tan 42(cot 964.48tan ) )(tan tan (cot tan tan =+???+?+?-=++±-=A ψψ?ψθ 则：?=++?>==?69.334 23 25.04arctan 57.35715.0arctan θ 计算车辆荷载作用时破裂棱体宽度值B ： m b H a H B 29.03)036.14tan(4715.0)24(tan tan )(=-?-?+?+=-+?+=αθ 由于路肩宽度d =>B=，所以可以确定破裂面交与荷载内侧。 (2)计算主动土压力及其作用位置 最大主动土压力： 土压力的水平和垂直分力为： 主动土压力系数及作用位置： m d h 226.325 .0715.05 .1tan tan 1=-=+=αθ
1重力式挡土墙的设计要点 设计重力式挡土墙，一般先通过满足挡土墙的抗滑移要求确定挡土墙的总工程量，再进行细部尺寸调整，以满足挡土墙的抗倾覆要求。 1.1断面形式的确定 根据重力式挡土墙结构类型及其特点，我们可以根据实际条件，选择不同类型的断面结构。如果地面横坡比较陡峭，若采用仰斜式挡土墙，一定会过多增加墙高，断面增大，造成浪费，而采用俯斜式挡土墙会比较经济合理。只有在路堑墙、墙趾处地面平缓的路肩墙或路堤墙等情况下，才考虑采用仰斜式挡土墙。 1.2挡土墙的截面尺寸的确定 重力式挡土墙是靠自身重力来抵抗土压力，在设计时，重力式挡土墙的截面尺寸一般按试算法确定，可结合工程地质、填土性质、墙身材料和施工条件等方面的情况按经验初步拟定截面尺寸，然后进行验算，如不满足要求，则应修改截面尺寸或采取其它措施，直到满足为止。 1.3土压力的确定 挡土墙设计的经济合理，关键是正确地计算土压力，确定土压力的大小、方向与分布。土压力计算是一个十分复杂的问题，它涉及墙身、填土与地基三者之间的共同作用。计算土压力的理论和方法很多，由于库伦理论概念清析，计算简单，适用范围较广，因此库伦理论和公式是目前应用最广的土压力计算方法。 2重力式挡土墙的计算内容 从安全地角度考虑，当埋入土中不算很深时，作用于挡土墙上的荷载有主动土压力、挡土墙自重、墙面埋入土中部分所受的被动土压力，一般可忽略不计。重力式挡土墙的计算内容主要进行稳定性验算、地基承载力验算和墙身强度验算。 2.1挡土墙的稳定验算及强度验算 挡土墙的设计应保证其在自重和外荷载作用下不发生全墙的滑动和倾覆，并保证墙身截面有足够的强度、基底应力小于地基承载力和偏心距不超过容许值。因此在拟定墙身断面形式及尺寸之后，应进行墙的稳定及强度验算（采用容许应力法）。 2.2 墙身截面强度验算 通常选取一、两个截面进行验算。验算截面可选在基础底面、1/2墙高处或上下墙交界处等。墙身截面强度验算包括法向应力和剪应力的验算。剪应力虽然包括水平剪应力和斜剪应力两种，重力式挡土墙只验算水平剪应力。 2.3基底应力及偏心验算 基底的合力偏心距e计算公式为：e=B/2-Zn=B/2-（WZw+EyZx-ExZy）/（W+Ey） 在土质地基上，e≤B/6；在软弱岩石地基上，e≤B/5；在不易风化的岩石地基上，e≤B/4。 3挡土墙稳定性增大的措施 设计、验算之后，为保证挡土墙的安全性，必须采取必要的措施。