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3、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γ=18KN/m³，计算内摩擦角φ=35°，填料与墙背间的摩擦角σ=φ/2；5、地基为密实的砂砾石地基，其容许承载力σ=450Kpa，基底摩擦系数µ=0.456、墙身材料采用5号片石，砌体密度γ=22 KN/m³，砌体容许压应力σ=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》（JTGB01--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》（JTGD30--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φ=35°σ=φ/2；ε=11.30993247滑动面与水平面的夹角为α，设ω=φ+σ+ε因为墙顶水平，所以由公式ctgα=-tg(ωctgα=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 e=G/BL0γ=0.269857m。
3.求主动土压力ΕA由公式ΕA=γH(H+2h e)K a/2，由课本土质学与土力学P153表7-2查值内插求得K a=0.334,则把有关数据带入上式得ΕA=258.0874226KN, 因为ΕA与水平面间的夹角θ=σ+ε=17.5+11.30993247=28.80993247º, ΕA x=ΕA cosθ=226.1421751KN, ΕA y=ΕA sinθ=124.3737687KN。
4.挡土墙抗滑验算挡土墙自重G=22³（0.8＋2.6）³9/2=336.6 KN则抗滑稳定系数K c=µ(G+ΕA y)/ΕA x代入数据得K c=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φ=35°σ=φ/2；ε=16.7º滑动面与水平面的夹角为α，设ω=φ+σ+ε因为墙顶水平，所以由公式ctgα=-tg(ωctgα=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》（JTGD60-2004）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B³L面积内布置的汽车轴重∑G=2³（60+120+120）=600KN换算成等代均布土层厚度h e=G/BL0γ=0.3668752053m。
3.求主动土压力ΕA由公式ΕA=γH(H+2h e)K a/2，由课本土质学与土力学P153表7-2查值内插求得K a=0.4003,则把有关数据带入上式得ΕA=315.61KN, 因为ΕA与水平面间的夹角θ=σ+ε=17.5º+16.7º=34.2º, ΕA x=ΕA cosθ=261.0349KN,ΕA y=ΕA sinθ=177.399KN。
4.挡土墙抗滑验算挡土墙自重G=22³（1＋4.6）³9/2=554.4KN则抗滑稳定系数K c=µ(G+ΕA y)/ΕA x代入数据得K c=1。
26<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φ=35°σ=φ/2；ε=19.28333º滑动面与水平面的夹角为α，设ω=φ+σ+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》（JTGD60-2004）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B³L面积内布置的汽车轴重∑G=2.5³（60+120+120）=750KN换算成等代均布土层厚度h e=G/BL0γ=0.3973274331m。
3.求主动土压力ΕA由公式ΕA=γH(H+2h e)K a/2，由课本土质学与土力学P153表7-2查值内插求得K a=0.44938333,则把有关数据带入上式得ΕA=356.5259242KN, 因为ΕA与水平面间的夹角θ=σ+ε=17.5º+19.2833º=36.7833º, ΕA x=ΕA cosθ=285.5436042KN, ΕA y=ΕA sin θ=213.4843899KN。
ΕA x的作用点距墙脚B点的竖直距离C x为：C x=H （H+3h e）/3（H+2h e），C y=d(d+3d1) /3(d+2d1),其中d=Htgε, d1= h e tg ε,代入数据解得C x=3.121697223m, C y=1.092183497m。
4.挡土墙抗滑验算挡土墙自重G=22³（1＋4.35+0.9）³9/2=618.75KN则抗滑稳定系数K c=µ(G+ΕA y)/ΕA x代入数据得K c=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K0=∑M y/∑M x计算要求抗倾覆系数K0≥1.5（主要荷载组合）∑M y=0.5³0.9³9³1³22³0.9³2/3＋1.1³9³22³(0.9+1.1/2)+0.5³3.15³9³22³(2＋3.15/3)＋213.4843899³(5.15－1.092)=2186.732154KN²m∑M x=285.5436042³3.121697223=891.3806763 KN²m所以K0=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SF1×0.9³2/3＋SF³(0.9+1.1/2)＋SF2×(2+3.15/3)=S²x解得x=2.134m则基底合力的发向分力对0点的力臂Z n=（∑M y－∑M x）/N=[G²x+ΕA y³(5.15－C y)－ΕA x³C x]/( G+ΕA y)，代入数据得Z n=1.556895848m则偏心距e=|B/2－Z n|=5.15/2－1.557=1.018mB/6=5.15/6=0.8583<e,基底将出现拉应力，现采取展宽墙趾的措施如图所示B=6.15m则e=|B/2－Z n|=1.018m, B/6=6.15/6=1.025m ,e<B/6,此时基底将不会出现拉应力。
墙趾和墙踵处的压应力为σ1,3= N(1±6e/B)/B代入数据得σ1,3=269.721 KPa和0.924Kpa,符合基底最大压应力小于地基容许承载力σ=450Kpa，在e>B/6情况下应力重分布基底最大压应力σmax=2 N/3Z n=4N/3（B－2e）=356.341Kpa，也满足σmax<σ=450Kpa。
1.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ΕA=18³8.25³(8.25＋2³0.3973)³0.44938=301.786KN, ΕA x=241.702KN, ΕA y=180.7066KN,墙身自重G=8.25³22³(1.1＋4.813)/2=536.60475KN, C x=2.870806197m,C y=1.0044m, Z n=1.5324m, e=0.8745m,B/6=0.802m 则e>B/6，该截面出现拉应力σl，σl=（536.60475+180.7066）(1－6e/B)/4.813=13.4389Kpa小于容许拉应力[]lσ=80Kpa，该截面强度符合要求。