中南大学本科生毕业设计 第6章 挡土墙设计
墙顶宽0.6m，台宽0.63 m，面坡倾斜坡度: 1:0.05，上墙背坡倾斜坡度: 1:0.32，下墙背坡倾斜坡度: 1: 0.25，墙趾台阶宽 0.18 m，墙趾台阶高0.5m，墙趾台阶与墙面坡坡度相同，墙底倾斜坡率: 1:0.3。 （2）车辆荷载
计算活载按公路路基设计规范中的挡土墙车辆荷载进行计算，在7m宽车行道范围内布置满布荷载。通过计算，换算均布土层厚度为0.724m。挡土墙的结构重要性系数取1.0。按照规范要求等进行荷载组合。由于基础的埋置深度较浅，不计入墙前的被动土压力。 （3）土壤工程地质情况
墙后填土容重?=17KN/m3，等效内摩擦角?=35o，填土与墙背间的摩擦角???=17.5 o；粘性土地基，允许承载力[?]=430Kpa，基底摩擦系数f=0.30。
2（4）墙身材料
圬工材料选择7.5号砂浆砌25号片石，砌体容重?k=23KN/m3；砌体允许压应力[?a]=900KPa，允许剪应力[?]=90KPa，允许拉应力[?L]=90Kpa，容许弯拉应力[?wl]=140KPa。 6.3上墙断面强度验算 6.3.1 破裂角的计算
计算破裂角时，先假设墙背后方土体的第二破裂面为假想墙背， 假象墙背tan?1?H1?0.35?B11?0.602,?1?31.1
H1按假想墙背计算得到的第一破裂角为28.31o，因为墙背俯斜，需判断第二破裂面是否存在。经计算：?i?28.12?，?i?28.64?。对于衡重式挡土墙的上墙，假想墙背???，又?1??i，所以第二破裂面存在。
根据墙后破裂棱体上的车辆荷载换算成重度与墙后填土相同的均
布土层，计算得B0?0.46m。人群 图6-3上墙面土压力计算简图 荷载的换算均布土层厚度为0.176m。 6.3.2 土压力计算
计算土压力系数：
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cos2(???1)k??1.60 sin2?sin?cos2?1cos(???1)[1?]2cos(???1)cos?1H1'=H1=2.55（m）
1E1x=?H1'2K=115（KN）
2作用于实际墙背上的土压力为：
E1x'= E1x=E1xcos??i???=506（KN） E1y'=E1x'tan?1=30.5（KN）
假定此土压力沿墙背呈直线分布，作用在上墙的下三分点处。
6.3.3 上墙截面强度验算
先计算验算截面的弯矩：
上墙重力W1s = 114.494 (kN)，上墙重力的力臂Z1w= 0.805 (m)；
''上墙墙背处E1x= 36.568 (kN)，上墙E1x的力臂Z1y= 1.267 (m)；
''
上墙墙背处E1y = 12.799 (kN)，上墙E1y的力臂 Z1x= 1.627 (m)； （上面所求的力臂为相对于上墙墙趾处的长度）
'竖直方向的合力：?N1?E1y?W1s=144.96（KN）；
'水平方向的合力：?H1?E1x=50.6（KN） 相对于上墙墙趾处的总弯矩：
''M?EZ?E?11y1x1xZ1y?W1sZw=77.68 （1）偏心距验算：
e1?B1?M12.0766.66??0.511?0.25?2.07?0.517，截面偏心距验?=2127.2932?N1算满足要求。
（2）法向应力验算：
N1?6e1???1??背坡?min??=32.56 kPa，?min<[?L]=90 kPa，拉应力验算满足B1?B1??N6e1??1?1?要求。面坡?max???=172.54 kPa<[?a]=900 kPa，压应力验算满足要B1?B1?求。
（3）直剪应力验算：
?1??H1?f0?N1/B1=-7.175 kPa<90 kpa，其中f0为圬工之间的摩擦系数
??这里根据规范取值为0.4。 （4）斜剪应力计验算如下：
?H?0.5?B?tanj?N?f??Htanj??N?=0.347 A??Htanj??N?f??H?0.5?B?tanj?N?211k1011211101k1中南大学本科生毕业设计 第6章 挡土墙设计
。 tan??A?A2?1=1.405，所以?=54.56°斜剪应力：
1??cos2???H1?1?f0tan???1?tanjtan????N1?tan??f0??1?tanjtan????kB21tan??tan??f0??2???2?B1 =39.82kpa<90kpa。
6.4 基底截面强度及稳定性验算
根据墙后破裂棱体上的车辆荷载换算为重度与墙后填土相同的均布土层，计算得B0?3.84m，换算成均布土层厚度为0.724m。采用力多边形法求解下墙的土压力，通过软件计算得到破裂角?2=35.614°。计算简图如下:
图6-4 采用力多边形法计算下墙土压力
通过计算得到：
土压力E2?130.102kN
E2x?E2cos(?2??2)?129.864kN E2y?E2sin(?2??2)?7.86kN
挡土墙墙身重量为478.683(kN)，衡重台上填料重量为48.051(kN)。 6.4.1 滑动稳定性验算
基底摩擦系数= 0.300，采用倾斜基底增强抗滑动稳定性，滑动稳定方程为：
?1.1?W?WE'???Q1??E1y?E3y??E1x?E3x?tan?0???1.1?W?WE'???Q1?E1y?E3y?tan?0??Q1?E1x?E3x?????式中?Q1为土压力分项系数，根据规范取值为1.4，?为基底摩擦系数取值为0.4。抗滑动稳定系数Kc按下式计算：
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??W?WE'??E1x?E3x?tan?0?Kc= E1x?E3x??W?WE'?tan?0Wn= 524.119(kN)，En= 93.105(kN)，Wt= 52.412(kN)，基底倾斜角度5.711°，
Et= 155.707(kN)。计算得滑移力= 103.295(kN)，抗滑力= 185.167(kN)滑移验算满足: Kc=1.793 > 1.3。
地基土摩擦系数?=0.5，地基土层水平向: 滑移力= 164.199(kN)，抗滑力= 304.859(kN)。地基土层水平向: Kc=1.857 > 1.3。
所以抗滑动稳定性满足要求。 6.4.2 倾覆稳定性验算
抗滑动稳定系数K0按下式计算：
K0M??E?=
?E1xZ?E3xZ3x1y''1xZ1y''?E3yZ3y??
相对于墙趾，墙身重力的力臂Zw= 1.936 (m)； 上墙E1y的力臂Zx= 3.345 (m)； 上墙E1x的力臂Zy= 7.109 (m)； 下墙E3x的力臂Zx3= 3.183 (m)； 下墙E3y的力臂Zy3= 2.293 (m)
倾覆力矩?M= 541.821(kN?m)，抗倾覆力矩?Mk= 1317.260(kN?m)； K0= 2.431 > 1.5，所以倾覆稳定性系数满足要求。 6.4.3 地基应力及偏心距验算
作用在基础底部的总竖向力?N= 617.225(kN)，作用在墙趾下顶点的总弯矩?M=775.439(kN-m)。基础底面的宽度B= 2.559 (m)，偏心距e= 0.023(m)。计算得：趾部基底压应力?1=254.307(kPa)，踵部基底压应力?2=228.080(kPa)，最大应力与最小应力之比?1/?2= 254.307 / 228.080 = 1.115。
B41?MBe3??=0.023<41=0.427；
62?N作用于基底的合力偏心距满足要求。 压应力?=241.194 <= 430.000(kPa)； 地基平均承载力满足。 应力验算：?1,2'N?6e??1??B41????254.307kPa?430kPa??=??。
228.08kPa?430kPaB41????3
计算表明，设计的衡重式挡土墙是安全合理的。重力式挡土墙在公路工程建设中应用普遍，对加强边坡稳定和减少占地都具有重要意义。而设计好挡土墙，
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尤其是高挡墙的设计是保证路基稳定和道路安全的首要环节。挡土墙设计的核心内容则是做好挡土墙结构安全性验算以及根据场地条件选择适宜的地基加固处理方案。
涵洞计算说明书
1、 涵洞设计
本路段有三处涵洞，三处均选用无压力式钢筋混凝土圆管涵汇水面积及设计流量计算，由于K0+359.500处汇水区较大，故本例以K0+359.500处涵洞进行计算。根据路线平面图，通过对由山脊线组成的汇水区在平面图上的投影面积进行测量得：汇水面积S=0.296km2
根据《公路涵洞设计细则》，采用径流形成法，计算公式如下： 43QP??(h?Z)2F5???；
式中：Qp——规定频率的雨洪设计流量； ψ——地貌系数，查表取0.1； h——径流宽度，查表取28mm；
z——被植被或坑洼滞留的径流厚度，查表取10mm； F——汇水面积；
β——洪峰传播的流量折减系数，查表取1；
r——汇水区不均匀量的折减系数，由于汇水区得长度宽度均小于5Km，故不予考虑，取γ=1；
δ——小水库调节作用影响洪峰流量的折减系数，本地区没有水库，所以取1；
计算可得Qp=0.1×（0.028-0.010）1.5×2958850.8 =3.53m3/s 2、 涵洞断面计算
（1）确定涵洞孔径d
初选临界水深hk时的充满度为
hkd?0.8。查表的，k=0.382。则管径为：
23.53 d?5=1.27m
9.8?0.382取管径d=1.5m。
(1) 临界水深
以d=1.5m代入计算时，可得