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悬臂式挡土墙设计
A、内容要求
悬臂式挡土墙由立臂和墙底板组成，呈倒“T”字型。其具有三个悬臂，即立臂、墙趾板和墙踵板，适用于墙高小于6米的挡土墙，其形式如图2所示。
悬臂式挡土墙的设计，包括墙身构造设计、墙身截面尺寸的拟定、结构稳定性和基底应力验算以及墙身配筋计算等。墙身构造设计是指挡土墙的外形构造设计，一般悬臂式挡土墙的外形即如上图所示；墙身截面尺寸的拟定是指已知部分条件，根据对挡土墙的使用要求设计其它部位的尺寸；结构稳定性和基底应力验算是根据设计的一定尺寸的挡土墙，验算其在荷载、土压力等因素作用下是否满足规范的设计要求等。
B、工程实例
某城市道路拓宽改造工程，采用轻型悬臂式路肩墙，其构造特点、荷载条件、道路状况初步见图3：
面层基层2.4m墙前填土粉媒灰＋固化剂踵板立臂底趾板
图2 轻型悬臂式路肩墙
其它资料：
（1）行车荷载：道路行车荷载为汽—20级，换算为汽车等代土层厚H0＝0.96m； （2）墙后填土：墙后填土的容重?1＝15kN/m3，内摩擦角?＝35o； （3）墙前填土：墙前填土的容重?2＝18kN/m3；
（4）墙底参数：基底摩擦系数?＝0.4，地基承载应力值为f=200kPa； （5）墙体参数：墙体采用30号混凝土浇筑，容重为?3＝25kN/m3。
C、课程设计内容
1）根据以上工程实例资料，参照悬臂式挡墙设计内容要求，设计该挡土墙。
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2）将其改为普通重力式挡墙，重新设计该挡土墙，并比较其与悬臂式挡墙在结构形式和计算方法方面的异同。
（一）悬臂式挡土墙设计
一、确定墙身断面构造与尺寸
图3 墙身结构设计图（单位：cm）
墙身断面如图所示，各项数据符合作业设计要求，下面进行挡墙计算。
二、力学计算 1. 土压力计算
墙外土体水平，墙背竖直且光滑，采用朗肯土压力理论进行土压力计算。
35?Ka?tan(45?)?tan(45?)?0.271
22
2??2?汽车等效土层厚度：H0?Pk?0.96mrc
地面处水平应力：
?A?r1H0Ka?15?0.96?0.271?3.90kN/m2悬臂底B点水平应力：底板C点水平应力：压力、力臂分开计算：
?B?r1(H0?3)Ka?15?3.96?0.271=16.10kN/m2?C?r1(H0?3?0.5)Ka?15?4.46?0.271=18.13kN/m2由于挡土墙所受应力图为梯形，力臂难以确定，故将荷载产生的压力、力臂和土产生的 荷载合力：Ex1??A?3?3.90?3=11.7kN/m
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3?0.5?2m 21 土压力： Ex2?(?B??A)?3?0.5?12.2?3=18.3kN/m
21 土压力臂：Zf2??3?0.5?1.5m
32. 竖向荷载计算
荷载力臂：Zf1?（1）立板自重力
0.25?0.35G1k?S1?3=?3?25?22.5kN/m
20.25120.25?3?(0.1?)?(0.1?3)??0.1223立板重心坐标x1?0.5??0.70m 10.25?3?(0.1?3)2（2）底板自重力
G2k?S2?3=(1.25?0.35?0.5)?0.5?25?26.25kN/m
1底板重心坐标x2??(1.25?0.35?0.5)?1.05m
2（3）地面均布荷载及填土的自重力：
G3k?(H0?r1?r1?3)?1.25?(0.96?15?15?3)?1.25?74.25kN/m 地面均布荷载及填土的总重心坐标x3?0.625?0.35?0.5?1.475m
三、稳定性计算与分析 1. 抗滑稳定性
竖向力之和 Gk??Gik?22.5?26.25?74.25?123kN/m 抗滑力 T?Gkf?123?0.4?49.2kN/m 滑移力
?Kc?E?Ex1?Ex2?11.7?18.3?30kN/m
Gkf49.2??1.64?1.3 E30
故挡土墙抗滑稳定性满足要求。
2. 抗倾覆稳定性 稳定力矩：
M2k?G1kx1?G2kx2?G3kx3?22.5?0.7?26.25?1.05?74.25?1.475?152.8kNgm/m 倾覆力矩：
Mgk?Ex1Zf1?Ex2Zf2?11.7?2?18.3?1.5?50.85kNgm/m
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K0?
M2k152.8??3.001?1.5 Mgk50.85故挡土墙抗倾覆稳定性满足要求。 四、基底应力与偏心距计算 1. 偏心距计算
地面承载力采用设计荷载，各项荷载的分项系数查《规范》可得：地面活荷载
y1?1.30；土荷载
y2?1.20；自重
y3?1.20。
竖向荷载引起的弯矩：
Mv?(G1kgx1?G2kgx2?G3kgx3)?1.2?H0?r1?B3?x3?0.1?186.015kNgm/m
水平力引起的弯矩
MH?1.3Ex1gZf1?1.2Ex2gZf2?1.3?11.7?2?1.2?18.3?1.5?63.36kNgm/m 总竖向力：
Gk'?1.2(G1k?G2k?G3k)?0.1H0r1B3?123?1.2?0.096?15?1.25?149.4kN/m 初始偏心距： 186.015?63.36e??0.821m
149.4 偏心距：
B2.1Be0??e??0.821?0.229??0.35m
226 基底应力计算;
G6e149.46?0.229max?min?k(1?0)?(1?)?117.6924.60KN/m2?1.2f?240kPa
BB2.12.1故挡土墙基底应力满足要求。
（二）改为重力式挡土墙
一、确定墙身断面构造与尺寸