理正擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例

張茜

摘要：北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所編制的擋土墻計(jì)算軟件深受廣大設(shè)計(jì)人員的喜愛(ài)。該款軟件數(shù)據(jù)界面直觀、操作方便，計(jì)算過(guò)程中為設(shè)計(jì)人員節(jié)省了大量的工作時(shí)間，本文借助工程實(shí)例向大家介紹一下該款軟件的使用方法。

關(guān)鍵詞：理正、懸臂式擋墻、穩(wěn)定

中圖分類號(hào)： TU476+.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

正文：

擋土墻是巖土工程中經(jīng)常遇到的土工構(gòu)筑物之一。北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所編制的擋土墻計(jì)算軟件深受廣大設(shè)計(jì)人員的喜愛(ài)。該款軟件數(shù)據(jù)界面直觀、操作方便，具有以下幾點(diǎn)有點(diǎn)：

包括13種類型擋土墻；

參照公路、鐵路、水利、市政、工民建等行業(yè)的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)各個(gè)行業(yè)的要求；

適用的地區(qū)廣；

擋土墻基礎(chǔ)的形式種類多；

該軟件依據(jù)庫(kù)侖土壓力理論，采用優(yōu)化的數(shù)值掃描法，對(duì)不同的邊界條件，均可快速、確定地計(jì)算其土體破壞楔形體的第一、第二破裂面角度。避免公式方法對(duì)邊界條件有限值的弊病。尤其是衡重式擋土墻下墻土壓力的計(jì)算，過(guò)去有延長(zhǎng)墻背法、修正延長(zhǎng)墻背法及等效荷載法等，在理論上均有不合理的一面。本軟件綜合考慮分析上、下墻的土壓力，接力運(yùn)行，得到合理的上、下墻的土壓力。保證后續(xù)計(jì)算結(jié)果的合理性；

除土壓力外，還可考慮地震作用、外加荷載、水等對(duì)擋土墻設(shè)計(jì)、驗(yàn)算的影響；

計(jì)算內(nèi)容完善——土壓力、擋土墻的抗滑移、抗傾覆、地基強(qiáng)度驗(yàn)算及墻身強(qiáng)度的驗(yàn)算等一起呵成，且可以生成圖文并茂的計(jì)算書。

綜合以上優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員在計(jì)算過(guò)程中采用該軟件，可以節(jié)省大量的計(jì)算時(shí)間，降低工作強(qiáng)度。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)計(jì)算中，確定擋土墻的計(jì)算類型，根據(jù)理正擋土墻軟件的操作流程進(jìn)行計(jì)算，能很快的得到計(jì)算結(jié)果。

工程實(shí)例：

1、項(xiàng)目背景

G104是國(guó)家級(jí)干線公路之一，是北京連接天津、河北、江蘇、安徽、浙江和福建省福州市的一條重要國(guó)道干線，總長(zhǎng)約2420km。G104天津段是天津西部一條重要的南北向通道。

G104改建工程（津霸公路—靜霸公路段）位于天津市西青區(qū)，本工程與津晉高速相交的點(diǎn)位采用了下穿地道的形式，為了滿足5米凈空的要求，保護(hù)津晉高速兩側(cè)的承臺(tái)，輔道與非機(jī)動(dòng)車道相交的位置需要修筑擋土墻，擋墻高度小于5米，結(jié)合場(chǎng)地情況，擬定修建混凝土懸臂式擋土墻。

2、運(yùn)用理正擋土墻進(jìn)行計(jì)算：

2.1 ?選擇工作路徑

圖2.1? 指定工作路徑

注意：此處指定的工作路徑是所有巖土模塊的工作路徑。進(jìn)入某一計(jì)算模塊后，還可以通過(guò)按鈕【選工程】重新指定此模塊的工作路徑。

2.2 ?選擇行業(yè)及擋墻形式

1．本工程適用于公路。

2．擋土墻的計(jì)算項(xiàng)目為懸臂式擋土墻。

圖2.2? 選擇計(jì)算項(xiàng)目

2.3 ?增加計(jì)算項(xiàng)目

點(diǎn)擊【工程操作】菜單中的“增加項(xiàng)目”菜單或“增”按鈕來(lái)新增一個(gè)計(jì)算項(xiàng)目。

圖2. 3 ?工程操作界面

2.4 ?編輯原始數(shù)據(jù)

當(dāng)計(jì)算項(xiàng)目為懸臂式擋土墻時(shí)，須錄入或選擇如下參數(shù)：墻身尺寸、坡線土柱、物理參數(shù)、整體穩(wěn)定、荷載組合等數(shù)據(jù)，交互窗口如圖2.2-4。

圖2. 4? 擋土墻數(shù)據(jù)交互對(duì)話框

注意：

1. 集中的參數(shù)交互界面，即把幾乎所有的參數(shù)置于一個(gè)界面上，操作簡(jiǎn)單，大大提高了人機(jī)交互的效率，這是理正巖土系列軟件的一個(gè)共性特征。

2. 同時(shí)提供了有關(guān)參數(shù)的即時(shí)彈跳說(shuō)明信息，方便用戶理解參數(shù)的意義。

2.5? 當(dāng)前擋墻計(jì)算

在數(shù)據(jù)交互對(duì)話框中設(shè)置好各項(xiàng)參數(shù)，點(diǎn)擊【擋土墻驗(yàn)算】按鈕來(lái)進(jìn)行當(dāng)前題目的計(jì)算；或者單擊【輔助功能】菜單的“擋土墻計(jì)算”。

2.6 ?計(jì)算結(jié)果查詢

計(jì)算結(jié)果查詢界面分為左右兩個(gè)窗口，左側(cè)窗口用于查詢圖形結(jié)果，右側(cè)窗口用于查詢文字結(jié)果。

圖2. 5? 計(jì)算結(jié)果查詢窗口

2.7 ?計(jì)算結(jié)果整理

1、計(jì)算簡(jiǎn)圖

2、墻身尺寸:

墻身高: 4.600(m)

墻頂寬: 0.400(m)

面坡傾斜坡度: 1: 0.000

背坡傾斜坡度: 1: 0.100

墻趾懸挑長(zhǎng)DL: 1.800(m)

墻趾跟部高DH: 0.500(m)

墻趾端部高DH0: 0.500(m)

墻踵懸挑長(zhǎng)DL1: 0.800(m)

墻踵跟部高DH1: 0.500(m)

墻踵端部高DH2: 0.500(m)

加腋類型:背坡加腋

背坡腋寬YB2: 0.300(m)

背坡腋高YH2: 0.300(m)

鋼筋合力點(diǎn)到外皮距離: 50(mm)

墻趾埋深: 1.500(m)

3、 物理參數(shù):

混凝土墻體容重: 25.000(kN/m3)

混凝土強(qiáng)度等級(jí): C35

縱筋級(jí)別: HRB400

抗剪腹筋等級(jí): HPB235

裂縫計(jì)算鋼筋直徑: 20(mm)

4、擋土墻類型: 抗震區(qū)擋土墻

地震烈度: 設(shè)計(jì)烈度7度

水上地震角: 1.50

水下地震角: 2.50

水平地震系數(shù): 0.10

重要性修正系數(shù): 1.70

綜合影響系數(shù): 0.25

抗震基底容許偏心距:B/6

公路等級(jí)及工程類別: 1級(jí)公路抗震重點(diǎn)工程

土壓力計(jì)算方法: 庫(kù)侖

5、 坡線土柱:坡面線段數(shù): 2

折線序號(hào)水平投影長(zhǎng)(m)豎向投影長(zhǎng)(m)換算土柱數(shù)

1 2.000 0.0201

第1個(gè): 距離0.000(m),寬度2.000(m),高度0.167(m) 2004路基規(guī)范擋土墻人群荷載

2 1.160 0.0111

第1個(gè): 距離0.000(m),寬度1.160(m),高度0.167(m) 2004路基規(guī)范擋土墻人群荷載

坡面起始距墻頂距離: 0.000(m)

地面橫坡角度: 1.000(度)

墻頂標(biāo)高: 0.000(m)

擋墻分段長(zhǎng)度: 15.000(m)

6、第 1 種情況:組合1組合系數(shù): 1.000

1. 擋土墻結(jié)構(gòu)重力 分項(xiàng)系數(shù) = 0.900 √

2. 填土重力 分項(xiàng)系數(shù) = 1.200 √

3. 填土側(cè)壓力 分項(xiàng)系數(shù) = 1.200 √

4. 車輛荷載引起的土側(cè)壓力 分項(xiàng)系數(shù) = 1.200 √

5. 地震作用力 分項(xiàng)系數(shù) = 1.000 √

[土壓力計(jì)算] 計(jì)算高度為 4.600(m)處的庫(kù)侖主動(dòng)土壓力

無(wú)荷載時(shí)的破裂角 = 32.470(度)

按假想墻背計(jì)算得到:

第1破裂角： 32.040(度)

Ea=100.251 Ex=67.295 Ey=74.308(kN) 作用點(diǎn)高度 Zy=1.603(m)

因?yàn)楦┬眽Ρ常枧袛嗟诙屏衙媸欠翊嬖?，?jì)算后發(fā)現(xiàn)第二破裂面不存在

墻身截面積 = 4.361(m2)重量 = 109.025 kN

整個(gè)墻踵上的土重 = 32.818(kN) 重心坐標(biāo)(0.978,-2.705)(相對(duì)于墻面坡上角點(diǎn))

墻踵懸挑板上的土重 = 11.427(kN) 重心坐標(biāo)(1.293,-3.438)(相對(duì)于墻面坡上角點(diǎn))

墻趾板上的土重 = 32.400(kN) 相對(duì)于趾點(diǎn)力臂=0.900(m))

全墻地震力=8.043(kN) 作用點(diǎn)距墻頂高度=3.063(m)

(一) 滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算

基底摩擦系數(shù) = 0.500

滑移力= 75.338(kN)抗滑力= 124.275(kN)

滑移驗(yàn)算滿足: Kc =1.650 > 1.300

滑動(dòng)穩(wěn)定方程驗(yàn)算：

滑動(dòng)穩(wěn)定方程滿足: 方程值 = 51.621(kN) > 0.0

(二) 傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

驗(yàn)算擋土墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)定性

傾覆力矩= 120.223(kN-m)抗傾覆力矩= 573.935(kN-m)

傾覆驗(yàn)算滿足: K0 = 4.774 > 1.300

傾覆穩(wěn)定方程驗(yàn)算：

傾覆穩(wěn)定方程滿足: 方程值 = 411.407(kN-m) > 0.0

(三) 地基應(yīng)力及偏心距驗(yàn)算

基礎(chǔ)為天然地基，驗(yàn)算墻底偏心距及壓應(yīng)力

作用于基礎(chǔ)底的總豎向力 = 248.551(kN) 作用于墻趾下點(diǎn)的總彎矩=453.712(kN-m)

基礎(chǔ)底面寬度 B= 3.680 (m) 偏心距 e = 0.015(m)

基礎(chǔ)底面合力作用點(diǎn)距離基礎(chǔ)趾點(diǎn)的距離 Zn = 1.825(m)

基底壓應(yīng)力: 趾部=69.145踵部=65.937(kPa)

最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之比 = 69.145 / 65.937 = 1.049

作用于基底的合力偏心距驗(yàn)算滿足: e=0.015 <= 0.167*3.680 = 0.613(m)

墻趾處地基承載力驗(yàn)算滿足:壓應(yīng)力=69.145 <= 750.000(kPa)

墻踵處地基承載力驗(yàn)算滿足:壓應(yīng)力=65.937 <= 812.500(kPa)

地基平均承載力驗(yàn)算滿足:壓應(yīng)力=67.541 <= 625.000(kPa)

結(jié)語(yǔ)：理正擋土墻計(jì)算軟件在進(jìn)行主動(dòng)土壓力計(jì)算是，可以選擇庫(kù)倫、郎肯和靜止土壓力三種計(jì)算方法，本文僅介紹了庫(kù)倫主動(dòng)土壓力的計(jì)算方法，在不同的項(xiàng)目中，根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)人員可以選擇適合的計(jì)算方法，由于采用的原理不同，結(jié)果是有差別的，建議工程設(shè)計(jì)人員加以注意并進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼?/p>

參考文獻(xiàn)：

1、《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D30—2004

2、《公路擋土墻設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》