重力式挡土墙设计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一、 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 实测横断面左侧桩号右侧中桩标高路基设计标高-0.8、 -1.08 6K2+3101.6.、 2.06 6623.45630.57-1.0、 -1.68 6K2+3301.8、 1.66 8624.08630.62-1、 -2.08 6K2+3500.4、 0.84 10624.62630.68-1.0、 -0.810 4K2+3700.8、 1.06 8624.51630.73-1.0、 -2.08 6K2+3901.0、 1.25 9624.30630.79-1.0、 -1.27 7K2+4001.4、 06 8625.08630.85-0.4、 -1.28 6K2+4200.4 、0.2 2 12625.03630.913、 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=18KN/m³，计算内摩擦角=35°，填料与墙背间的摩擦角=/2；5、 地基为密实的砂砾石地基，其容许承载力=450Kpa，基底摩擦系数µ=0.456、 墙身材料采用5号片石，砌体密度=22 KN/m³，砌体容许压应力=600 Kpa，容许剪应力τ=100 Kpa；二、 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、 编制设计说明书三、 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，主动查找有关资料四、 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=35°=/2；ε=11.30993247滑动面与水平面的夹角为α，设ω=++ε因为墙顶水平，所以由公式ctgα=-tg(ω)+ 代入数据后得ctgα=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=G/BL=0.269857m 3.求主动土压力Ε 由公式Ε=H(H+2h)K/2，由课本土质学与土力学P153表7-2查值内插求得K=0.334,则把有关数据带入上式得Ε=258.0874226KN, 因为Ε与水平面间的夹角θ=+ε=17.5+11.30993247=28.80993247º, Ε=Εcosθ=226.1421751KN, Ε=Εsinθ=124.3737687KN4.挡土墙抗滑验算挡土墙自重G=22×（0.8＋2.6）×9/2=336.6 KN则抗滑稳定系数K=µ(G+Ε)/Ε代入数据得K=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=35°=/2；ε=16.7º滑动面与水平面的夹角为α，设ω=++ε因为墙顶水平，所以由公式ctgα=-tg(ω)+ 代入数据后得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B×L面积内布置的汽车轴重∑G=2×（60+120+120）=600KN换算成等代均布土层厚度h=G/BL=0.3668752053m3.求主动土压力Ε 由公式Ε=H(H+2h)K/2，由课本土质学与土力学P153表7-2查值内插求得K=0.4003,则把有关数据带入上式得Ε=315.61KN, 因为Ε与水平面间的夹角θ=+ε=17.5º+16.7º=34.2º, Ε=Εcosθ=261.0349KN, Ε=Εsinθ=177.399KN。
4.挡土墙抗滑验算挡土墙自重G=22×（1＋4.6）×9/2=554.4KN则抗滑稳定系数K=µ(G+Ε)/Ε代入数据得K=126<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=35°=/2；ε=19.28333º滑动面与水平面的夹角为α，设ω=++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B×L面积内布置的汽车轴重∑G=2.5×（60+120+120）=750KN换算成等代均布土层厚度h=G/BL=0.3973274331m。
3.求主动土压力Ε 由公式Ε=H(H+2h)K/2，由课本土质学与土力学P153表7-2查值内插求得K=0.44938333,则把有关数据带入上式得Ε=356.5259242KN, 因为Ε与水平面间的夹角θ=+ε=17.5º+19.2833º=36.7833º, Ε=Εcosθ=285.5436042KN, Ε=Εsinθ=213.4843899KNΕ的作用点距墙脚B点的竖直距离C为：C=H（H+3h）/3（H+2h），C=d(d+3d) /3(d+2d),其中d=Htgε, d= htgε,代入数据解得C=3.121697223m, C=1.092183497m4.挡土墙抗滑验算挡土墙自重G=22×（1＋4.35+0.9）×9/2=618.75KN则抗滑稳定系数K=µ(G+Ε)/Ε代入数据得K=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K=∑M/∑M计算要求抗倾覆系数K≥1.5（主要荷载组合）∑M=0.5×0.9×9×1×22×0.9×2/3＋1.1×9×22×(0.9+1.1/2)+0.5×3.15×9×22×(2＋3.15/3)＋213.4843899×(5.15－1.092)=2186.732154KN·m∑M=285.5436042×3.121697223=891.3806763 KN·m所以K=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SF×0.9×2/3＋SF×(0.9+1.1/2)＋SF×(2+3.15/3)=S·x解得x=2.134m则基底合力的发向分力对0点的力臂Z=（∑M－∑M）/N=[G·x+Ε×(5.15－C)－Ε×C]/( G+Ε)，代入数据得Z=1.556895848m则偏心距e=|B/2－Z|=5.15/2－1.557=1.018mB/6=5.15/6=0.8583B/6情况下应力重分布基底最大压应力=2 N/3Z=4N/3（B－2e）=356.341Kpa，也满足<=450Kpa1.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Ε=18×8.25×(8.25＋2×0.3973)×0.44938=301.786KN, Ε=241.702KN, Ε=180.7066KN,墙身自重G=8.25×22×(1.1＋4.813)/2=536.60475KN, C=2.870806197m, C=1.0044m, Z=1.5324m, e=0.8745m, B/6=0.802m 则e>B/6，该截面出现拉应力，=（536.60475+180.7066）(1－6e/B)/4.813=13.4389Kpa小于容许拉应力=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=2（G+Ε）/3Z=312.0644523Kpa,该截面的剪应力τ=[Ε－（G+Ε）×f]/B=-9.3959Kpa<。