挡土墙抗冻胀结构计算实例

悬臂式挡土墙抗冻结构设计举例。

1.设计资料

采用悬臂式挡土墙,墙后回填亚黏土,回填土与墙顶齐平,土壤天然容重18kN/m3。土壤内摩擦角φ=30°,地基允许承载力[R]=200kN/m2,基础摩擦系数f=0.3,C15混凝土,光圆钢筋。Rg=240000kPa,Rw=10500kPa。最大冻深150cm,地表最大冻胀量14.2cm,冻胀率10.4%。

2.挡土墙设计断面

已知按融土侧向土压力设计的断面尺寸:墙高5m,其中外露墙高3.5m,墙基埋深1.5m,各部尺寸如图6.15所示。

3.稳定计算

土压力:

抗倾安全系数:

偏心距:

地基应力:

图6.15　挡土墙断面尺寸

图6.16　挡土墙计算截面

4.结构计算

立板与底板可按悬臂梁计算,立板荷载为土压力,底板(包括内外底板要分别进行荷载组合与计算),荷载组合为 (底板+土重-地基应力),对图6.16各截面取力矩计算,其结果如下,各截面最大弯矩为

B—B 截面:M=5.2kN·m;

A—A 截面:M=41.6kN·m;

2—2 截面:M=66.9kN·m;

3—3截面:M=14.4kN·m;

4—4截面:M=85.7kN·m。

5.配筋计算

公式为

B—B 截面:

MB—B=5.2kN·m H0=35-3=32cm Ag=3.2cm2(构造配筋)

A—A 截面:

MA—A=41.6kN·m H0=46-3=43cm Ag=5.83cm2

2—2截面:

M2—2=66.9kN·m H0=50-3=47cm Ag=8.63cm2

3—3截面:

M3—3=14.4kN·m H0=47cm Ag=4.7cm2(构造配筋)

4—4截面:

M4—4=85.7kN·m H0=47cm Ag=11.17cm2

6.抗裂验算(www.xing528.com)

已知立板厚h=50cm h0=47cm M=66.9kN·m

Ag=8.63cm2Rf=1300kPa Eh=2.3×107kPa

Eg=2.1×108kPa Kf=1.1 r=1.55 (1.1-0.1h)=1.62

满足抗裂要求。

7.抗冻设计荷载

图6.17　挡土墙设计水平冻胀力压强图

(1)单位挡土墙最大水平冻胀力。由冻胀量14.2cm,按表6.1 判定属于Ⅳ类冻胀土单位挡土墙最大水平冻胀力标准值应取96kPa(内插)其分布图形如图6.17所示。根据挡土墙水平冻胀力压强图可按式 (6.2)、式 (6.3)和式(6.4)计算单位水平冻胀力的设计值及合力值,将单位挡土墙最大水平冻胀力标准值乘以冻胀力系数即为墙体有变形时的挡土墙设计水平冻胀力。挡土墙设计水平冻胀力压强图如图6.17所示,单位水平冻胀力计算结果见表6.5。

(2)墙体自重及土重∑G=335.6kN。

表6.5　单位挡土墙设计水平冻胀力计算表

8.挡墙稳定验算

挡土墙抗倾稳定验算:墙体所承受的荷载对墙基外底板下缘取力矩。墙体内力计算简图如图6.18和图6.19所示。

图6.18　墙体荷载计算图

图6.19　挡墙弯矩图

9.挡土墙强度计算

(1)立板内力计算。按悬臂梁计算,因挡土墙墙基两侧冻土与墙基冻结在一起没有弯矩产生,所以计算跨度只取外露墙高3.5m,然后用截面法分别计算A、B、C 各截面弯矩,计算简图如图6.18和图6.19所示。

A—A 截面弯矩:∑MA=147.53kN·m;

B—B 截面弯矩:∑MB=11.4kN·m;

C—C 截面弯矩:∑MC=56.05kN·m。

(2)配筋计算。

B—B 截面:M=11.4kN·m,h0=35.5-3=32.5cm,Ag=3.25cm2;

C—C 截面:M=56.05kN·m,h0=40.7-3=37.7cm,Ag=6.63cm2。

在冻土和暖土分别作用下产生的弯矩选其大值进行配筋,最后的配筋结果如下。

墙体按冻土配筋:

最后挡墙配筋结果如图6.20所示。

10.抗裂验算

已知A—A 截面立板厚h=46cm,h0=43cm,M=147.53kN·m,Ag=16.1cm2,Rf=1300kPa,Eh=2.3×107kPa,Eg=2.1×108kPa,Kf=1.1,r=1.55 (1.1-0.1h)=1.62。

图6.20　悬臂式挡墙配筋图

不满足抗裂要求需要加大立板截面尺寸重新设计。当地基土的冻胀性类别不小于Ⅲ类时抗冻设计的挡土墙是不经济的,这时应考虑选用消减墙后回填土冻胀性的抗冻技术措施。