理正挡土墙设计计算实例

张茜

摘要：北京理正软件设计研究所编制的挡土墙计算软件深受广大设计人员的喜爱。该款软件数据界面直观、操作方便，计算过程中为设计人员节省了大量的工作时间，本文借助工程实例向大家介绍一下该款软件的使用方法。

关键词：理正、悬臂式挡墙、稳定

中图分类号： TU476+.4 文献标识码： A

正文：

挡土墙是岩土工程中经常遇到的土工构筑物之一。北京理正软件设计研究所编制的挡土墙计算软件深受广大设计人员的喜爱。该款软件数据界面直观、操作方便，具有以下几点有点：

包括13种类型挡土墙；

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；

适用的地区广；

挡土墙基础的形式种类多；

该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。本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；

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；

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。

综合以上优点，设计人员在计算过程中采用该软件，可以节省大量的计算时间，降低工作强度。在实际工程设计计算中，确定挡土墙的计算类型，根据理正挡土墙软件的操作流程进行计算，能很快的得到计算结果。

工程实例：

1、项目背景

G104是国家级干线公路之一，是北京连接天津、河北、江苏、安徽、浙江和福建省福州市的一条重要国道干线，总长约2420km。G104天津段是天津西部一条重要的南北向通道。

G104改建工程（津霸公路—静霸公路段）位于天津市西青区，本工程与津晋高速相交的点位采用了下穿地道的形式，为了满足5米净空的要求，保护津晋高速两侧的承台，辅道与非机动车道相交的位置需要修筑挡土墙，挡墙高度小于5米，结合场地情况，拟定修建混凝土悬臂式挡土墙。

2、运用理正挡土墙进行计算：

2.1  选择工作路径

图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。

2.2  选择行业及挡墙形式

1．本工程适用于公路。

2．挡土墙的计算项目为悬臂式挡土墙。

图2.2  选择计算项目

2.3  增加计算项目

点击【工程操作】菜单中的“增加项目”菜单或“增”按钮来新增一个计算项目。

图2. 3  工程操作界面

2.4  编辑原始数据

当计算项目为悬臂式挡土墙时，须录入或选择如下参数：墙身尺寸、坡线土柱、物理参数、整体稳定、荷载组合等数据，交互窗口如图2.2-4。

图2. 4  挡土墙数据交互对话框

注意：

1. 集中的参数交互界面，即把几乎所有的参数置于一个界面上，操作简单，大大提高了人机交互的效率，这是理正岩土系列软件的一个共性特征。

2. 同时提供了有关参数的即时弹跳说明信息，方便用户理解参数的意义。

2.5  当前挡墙计算

在数据交互对话框中设置好各项参数，点击【挡土墙验算】按钮来进行当前题目的计算；或者单击【辅助功能】菜单的“挡土墙计算”。

2.6  计算结果查询

计算结果查询界面分为左右两个窗口，左侧窗口用于查询图形结果，右侧窗口用于查询文字结果。

图2. 5  计算结果查询窗口

2.7  计算结果整理

1、计算简图

2、墙身尺寸:

墙身高: 4.600(m)

墙顶宽: 0.400(m)

面坡倾斜坡度: 1: 0.000

背坡倾斜坡度: 1: 0.100

墙趾悬挑长DL: 1.800(m)

墙趾跟部高DH: 0.500(m)

墙趾端部高DH0: 0.500(m)

墙踵悬挑长DL1: 0.800(m)

墙踵跟部高DH1: 0.500(m)

墙踵端部高DH2: 0.500(m)

加腋类型:背坡加腋

背坡腋宽YB2: 0.300(m)

背坡腋高YH2: 0.300(m)

钢筋合力点到外皮距离: 50(mm)

墙趾埋深: 1.500(m)

3、 物理参数:

混凝土墙体容重: 25.000(kN/m3)

混凝土强度等级: C35

纵筋级别: HRB400

抗剪腹筋等级: HPB235

裂缝计算钢筋直径: 20(mm)

4、挡土墙类型: 抗震区挡土墙

地震烈度: 设计烈度7度

水上地震角: 1.50

水下地震角: 2.50

水平地震系数: 0.10

重要性修正系数: 1.70

综合影响系数: 0.25

抗震基底容许偏心距:B/6

公路等级及工程类别: 1级公路抗震重点工程

土压力计算方法: 库仑

5、 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 2.000 0.0201

第1个: 距离0.000(m),宽度2.000(m),高度0.167(m) 2004路基规范挡土墙人群荷载

2 1.160 0.0111

第1个: 距离0.000(m),宽度1.160(m),高度0.167(m) 2004路基规范挡土墙人群荷载

坡面起始距墙顶距离: 0.000(m)

地面横坡角度: 1.000(度)

墙顶标高: 0.000(m)

挡墙分段长度: 15.000(m)

6、第 1 种情况:组合1组合系数: 1.000

1. 挡土墙结构重力 分项系数 = 0.900 √

2. 填土重力 分项系数 = 1.200 √

3. 填土侧压力 分项系数 = 1.200 √

4. 车辆荷载引起的土侧压力 分项系数 = 1.200 √

5. 地震作用力 分项系数 = 1.000 √

[土压力计算] 计算高度为 4.600(m)处的库仑主动土压力

无荷载时的破裂角 = 32.470(度)

按假想墙背计算得到:

第1破裂角： 32.040(度)

Ea=100.251 Ex=67.295 Ey=74.308(kN) 作用点高度 Zy=1.603(m)

因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面不存在

墙身截面积 = 4.361(m2)重量 = 109.025 kN

整个墙踵上的土重 = 32.818(kN) 重心坐标(0.978,-2.705)(相对于墙面坡上角点)

墙踵悬挑板上的土重 = 11.427(kN) 重心坐标(1.293,-3.438)(相对于墙面坡上角点)

墙趾板上的土重 = 32.400(kN) 相对于趾点力臂=0.900(m))

全墙地震力=8.043(kN) 作用点距墙顶高度=3.063(m)

(一) 滑动稳定性验算

基底摩擦系数 = 0.500

滑移力= 75.338(kN)抗滑力= 124.275(kN)

滑移验算满足: Kc =1.650 > 1.300

滑动稳定方程验算：

滑动稳定方程满足: 方程值 = 51.621(kN) > 0.0

(二) 倾覆稳定性验算

验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性

倾覆力矩= 120.223(kN-m)抗倾覆力矩= 573.935(kN-m)

倾覆验算满足: K0 = 4.774 > 1.300

倾覆稳定方程验算：

倾覆稳定方程满足: 方程值 = 411.407(kN-m) > 0.0

(三) 地基应力及偏心距验算

基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力

作用于基础底的总竖向力 = 248.551(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=453.712(kN-m)

基础底面宽度 B= 3.680 (m) 偏心距 e = 0.015(m)

基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 1.825(m)

基底压应力: 趾部=69.145踵部=65.937(kPa)

最大应力与最小应力之比 = 69.145 / 65.937 = 1.049

作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.015 <= 0.167*3.680 = 0.613(m)

墙趾处地基承载力验算满足:压应力=69.145 <= 750.000(kPa)

墙踵处地基承载力验算满足:压应力=65.937 <= 812.500(kPa)

地基平均承载力验算满足:压应力=67.541 <= 625.000(kPa)

结语：理正挡土墙计算软件在进行主动土压力计算是，可以选择库伦、郎肯和静止土压力三种计算方法，本文仅介绍了库伦主动土压力的计算方法，在不同的项目中，根据实际情况，设计人员可以选择适合的计算方法，由于采用的原理不同，结果是有差别的，建议工程设计人员加以注意并进行适当的处理。

参考文献：

1、《公路路基设计规范》JTG D30—2004

2、《公路挡土墙设计与施工技术细则》