某微丘区高速公路课程设计

1、某微丘区高速公路路基路面设计班级：道桥11301班姓名：道桥小广学号：201306006序号：07指导老师：朱旭，陈旭二.挡土墙设计1.挡土墙结构类型选用 挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的建筑物。按照墙的设置位置，挡土墙可以分为路肩墙路肩墙和山坡墙等类型。重力式挡土墙依靠墙身自重支撑土压力来维持其稳定。一般用多片石砌筑，在缺乏石料的地方也可用混凝土修筑。重力式挡土墙圬工量大，但其形式简单，施工方便，可就地取材。依据课设任务书给出的材料，此高速公路设计中宜选用重力式挡土墙。=2. 重力式挡土墙设计（运用理正挡土墙软件辅助设计）计算项目： 重力式挡土墙2.1原始条件及相关参数

2、: 墙身尺寸: 墙身高: 7.700(m) 墙顶宽: 6.690(m) 面坡倾斜坡度: 1:0.250 背坡倾斜坡度: 1:-0.250 墙底倾斜坡率: 0.160:1 物理参数: 圬工砌体容重: 24.000(kN/m3) 圬工之间摩擦系数: 0.400 地基土摩擦系数: 0.500 墙身砌体容许压应力: 600.000(kPa) 墙身砌体容许弯曲拉应力: 60.000(kPa) 墙身砌体容许剪应力: 100.000(kPa) 材料抗压极限强度: 1.600(MPa) 材料抗力分项系数: 2.310 系数醩: 0.0020 挡土墙类型: 一般挡土墙 墙后填土内摩擦角: 36.000(度) 墙

3、后填土粘聚力: 10.000(kPa) 墙后填土容重: 15.000(kN/m3) 墙背与墙后填土摩擦角: 18.000(度) 地基土容重: 18.000(kN/m3) 修正后地基承载力特征值: 300.000(kPa) 地基承载力特征值提高系数: 墙趾值提高系数: 1.200 墙踵值提高系数: 1.300 平均值提高系数: 1.000 墙底摩擦系数: 0.500 地基土类型: 土质地基 地基土内摩擦角: 30.000(度) 土压力计算方法: 库仑 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 4.500 3.000 0 2 12.000 0.00

4、0 1 第1个: 定位距离0.500(m) 公路-I级 坡面起始距离: 0.000(m) 地面横坡角度: 0.000(度) 填土对横坡面的摩擦角: 35.000(度) 墙顶标高: 0.000(m) 挡墙分段长度: 10.000(m)按照荷载组合1计算 组合系数: 1.000 1. 挡土墙结构重力 分项系数 = 1.000 2. 墙顶上的有效永久荷载 分项系数 = 1.000 3. 墙顶与第二破裂面间有效荷载 分项系数 = 1.000 4. 填土侧压力 分项系数 = 1.000 5. 车辆荷载引起的土侧压力 分项系数 = 1.000 = 2.2 土压力计算 计算高度为 8.729(m)处的库仑主

5、动土压力 无荷载时的破裂角 = 36.962(度) 公路-I级 路基面总宽= 12.000(m), 路肩宽=0.500(m) 安全距离=0.500(m) 单车车辆外侧车轮中心到车辆边缘距离= 0.350(m), 车与车之间距离=0.600(m) 经计算得，路面上横向可排列此种车辆 4列 布置宽度= 2.144(m) 布置宽度范围内车轮及轮重列表: 第1列车: 中点距 全部 破裂体 轮号 路边距离(m) 轮宽(m) 轮压(kN) 上轮压(kN) 01 1.000 0.300 15.000 15.000 02 2.800 0.300 15.000 0.000 03 1.000 0.600 60.0

6、00 60.000 04 2.800 0.600 60.000 0.000 05 1.000 0.600 60.000 60.000 06 2.800 0.600 60.000 0.000 07 1.000 0.600 70.000 70.000 08 2.800 0.600 70.000 0.000 09 1.000 0.600 70.000 70.000 10 2.800 0.600 70.000 0.000 布置宽度B0=2.144(m) 分布长度L0=20.000(m) 荷载值SG=275.000(kN) 换算土柱高度 h0 = 0.428(m) 按实际墙背计算得到: 第1破裂角： 3

7、6.962(度) Ea=23.316(kN) Ex=23.261(kN) Ey=1.612(kN) 作用点高度 Zy=1.866(m)墙身截面积 = 54.956(m2) 重量 = 1318.939 (kN)=2.3 滑动稳定性验算 基底摩擦系数 = 0.500 采用倾斜基底增强抗滑动稳定性,计算过程如下: 基底倾斜角度 = 9.090 (度) Wn = 1302.374(kN) En = 5.266(kN) Wt = 208.380(kN) Et = 22.714(kN) 滑移力= -185.666(kN) 抗滑力= 653.820(kN) 滑移力为负值，不计算抗滑移稳定安全系数！ 滑动稳定

8、方程验算： 滑动稳定方程满足: 方程值 = 937.214(kN) > 0.0 地基土层水平向: 滑移力= 23.261(kN) 抗滑力= 690.069(kN) 地基土层水平向: 滑移验算满足: Kc2 = 29.667 > 1.300=2.4 倾覆稳定性验算 相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 4.312 (m) 相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx = 6.899 (m) 相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy = 0.837 (m) 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性 倾覆力矩= 19.458(kN-m) 抗倾覆力矩= 5697.965(kN-m) 倾覆验算满足: K0 = 292.835

9、 > 1.500 倾覆稳定方程验算： 倾覆稳定方程满足: 方程值 = 4541.138(kN-m) > 0.0=2.5 地基应力及偏心距验算 基础类型为天然地基，验算墙底偏心距及压应力 取倾斜基底的倾斜宽度验算地基承载力和偏心距 作用于基础底的总竖向力 = 1307.640(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=5678.507(kN-m) 基础底面宽度 B = 6.515 (m) 偏心距 e = -1.085(m) 基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 4.343(m) 基底压应力: 趾部=0.083 踵部=401.372(kPa) 最大应力与最小应力之比 = 401.372

10、 / 0.083 = 4840.220 作用于基底的合力偏心距验算满足: e=-1.085 <= 0.167*6.515 = 1.086(m) 墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=0.083 <= 360.000(kPa) 墙踵处地基承载力验算不满足: 压应力=401.372 > 390.000(kPa 地基平均承载力验算满足: 压应力=200.727 <= 300.000(kPa)2.6 墙底截面强度验算 验算截面以上，墙身截面积 = 51.513(m2) 重量 = 1236.312 (kN) 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 4.308 (m) 相对于

11、验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx = 6.899 (m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 0.837 (m)容许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 1237.924(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=5317.078(kN-m) 相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 4.295(m) 截面宽度 B = 6.690 (m) 偏心距 e1 = -0.950(m) 截面上偏心距验算满足: e1= -0.950 <= 0.250*6.690 = 1.673(m) 截面上压应力: 面坡=27.357 背坡=342.725(kPa) 压应力验算满足: 计算值=

12、342.725 <= 600.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -70.539 <= 100.000(kPa)极限状态法: 重要性系数?0 = 1.000 验算截面上的轴向力组合设计值Nd = 1237.924(kN) 轴心力偏心影响系数醟 = 0.805 挡墙构件的计算截面每沿米面积A = 6.690(m2) 材料抗压极限强度Ra = 1600.000(kPa) 圬工构件或材料的抗力分项系数鉬 = 2.310 偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数豮 = 1.000 计算强度时: 强度验算满足: 计算值= 1237.924 <= 3730.562

13、(kN) 计算稳定时: 稳定验算满足: 计算值= 1237.924 <= 3730.562(kN)= 3.各组合最不利结果3.1 滑移验算 安全系数最不利为：组合1(组合1) 抗滑力 = 653.820(kN),滑移力 = -185.666(kN)。 滑移力为负值，不计算抗滑移稳定安全系数！ 滑动稳定方程验算最不利为：组合1(组合1) 滑动稳定方程满足: 方程值 = 937.214(kN) > 0.0 安全系数最不利为：组合1(组合1) 抗滑力 = 690.069(kN),滑移力 = 23.261(kN)。 地基土层水平向: 滑移验算满足: Kc2 = 29.667 > 1.

14、3003.2 倾覆验算 安全系数最不利为：组合1(组合1) 抗倾覆力矩 = 5697.965(kN-M),倾覆力矩 = 19.458(kN-m)。 倾覆验算满足: K0 = 292.835 > 1.500 倾覆稳定方程验算最不利为：组合1(组合1) 倾覆稳定方程满足: 方程值 = 4541.138(kN-m) > 0.03.3 地基验算 作用于基底的合力偏心距验算最不利为：组合1(组合1) 作用于基底的合力偏心距验算满足: e=1.085 <= 0.167*6.515 = 1.086(m) 墙趾处地基承载力验算最不利为：组合1(组合1) 墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=0

15、.083 <= 360.000(kPa) 墙踵处地基承载力验算最不利为：组合1(组合1) 墙踵处地基承载力验算不满足: 压应力=401.372 > 390.000(kPa)地基平均承载力验算最不利为：组合1(组合1) 地基平均承载力验算满足: 压应力=200.727 <= 300.000(kPa)3.4 墙底截面强度验算容许应力法: 截面上偏心距验算最不利为：组合1(组合1) 截面上偏心距验算满足: e1= -0.950 <= 0.250*6.690 = 1.673(m) 压应力验算最不利为：组合1(组合1) 压应力验算满足: 计算值= 342.725 <= 60

16、0.000(kPa) 拉应力验算最不利为：组合1(组合1) 拉应力验算满足: 计算值= 0.000 <= 60.000(kPa) 剪应力验算最不利为：组合1(组合1) 剪应力验算满足: 计算值= -70.539 <= 100.000(kPa)极限状态法: 强度验算最不利为：组合1(组合1) 强度验算满足: 计算值= 1237.924 <= 3730.562(kN) 稳定验算最不利为：组合1(组合1) 稳定验算满足: 计算值= 1237.924 <= 3730.562(kN)三.路面结构设计1.路面类型本路面结构设计分别采用沥青混凝土路面结构与水泥混凝土路面结构两种形式进

17、行设计，并对其进行方案比选。2.沥青混凝土路面设计分析与计算2.1交通资料 预测该公路2017年的交通量与车辆组成如下：车型前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(m)交通量(次/日)跃进NJ13016.238.31双轮组660解放CA10B19.460.91双轮组570三菱FV413JDL541002双轮组2m490黄河NJ15049101.61双轮组500上海SH14226.655.11双轮组480五十铃EXR181601003双轮组4m350设计年限 20 车道系数 0 .4 交通量平均年增长率8.7 2.3轴载分析 路面设计以双轮组单轴载100KN作为标准轴载。 一个车道上

18、大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh= 956 ,属中等交通等级 当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时 : 路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 3391 设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 2.449165E+07 属重交通等级 当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时 : 路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 3308 设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 2.389218E+07 属重交通等级故该路面设计交通等级为重交通等级。2.4确定路基回弹模量查阅公路沥青路面设计规范JTG D50-20065.11知道，重交通土基回弹模量值应大于40MPa，在此设计中拟定土基回弹模

19、量E0取45MPa。2.5拟定方案 4cm细粒式沥青混凝土+5cm中粒式沥青混凝土+7cm粗级配沥青碎石+？石灰粉煤灰碎石+25cm级配沙砾碎垫层，以水泥稳定沙砾为设计层。2.6、新建路面结构厚度计算 E0=45MPa 公路等级:高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 20 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 200 (mm) 层位 结构层材料名称 厚度 20平均抗压 15平均抗压 容许应力 (mm) 模量(MPa) 模量(MPa) (MPa) 1 细粒式沥青混凝土 30 1400 2000 0.37 2 中粒式沥青混

20、凝土 40 1200 1600 0.26 3 粗粒式沥青混凝土 60 900 1200 0.21 4 水泥稳定碎石 ? 1500 1500 0.26 5 水泥粉煤灰 250 550 550 0.1 6 新建路基 45 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 20 (0.01mm) H( 4 )= 300 mm LS= 21.3 (0.01mm) H( 4 )= 350 mm LS= 19.1 (0.01mm) H( 4 )= 329 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 4 )= 329 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 329 mm(第 2 层底面

21、拉应力计算满足要求) H( 4 )= 329 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 329 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 329 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 329 mm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 329 mm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 500 mm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .通过对设计层取整，最后得到路面设计结果如下：细粒式沥青混凝土 3cm- 中粒式沥青混凝土 4cm- 粗粒式沥青混凝土 6cm - 水泥稳定碎石 33cm - 水泥粉煤

22、灰 25cm- 土基 2.7交工验收弯沉值和层底拉应力计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100层位 结构层材料名称 厚度 20平均抗压 15平均抗压 (mm) 模量(MPa) 模量(MPa) 1 细粒式沥青混凝土 30 1400 2000 2 中粒式沥青混凝土 40 1200 1600 3 粗粒式沥青混凝土 60 900 1200 4 水泥稳定碎石 330 1500 1500 5 水泥粉煤灰 250 550 550 计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 19.9 (0.01mm) 第 2

23、 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 21.2 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 22.9 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 25.5 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 97.8 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值 LS= 103.5 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算) LS= 136.7 (0.01mm)( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算)计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :(未考虑综合影响系数) 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-.223 (MPa) 第 2 层底面最

24、大拉应力 ( 2 )=-.095 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-.055 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .1 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= .057 (MPa)3.水泥混凝土路面设计分析与计算3.1拟定方案设置单层混凝土路面，选择普通混凝土作为面层，下面分别垫上水泥稳定粒料和石灰粉煤灰土。3.2水泥混凝土路面设计设计内容: 新建单层水泥混凝土路面设计 公路等级: 高速公路 变异水平的等级: 中级 可靠度系数：1.4 面层类型:普通混凝土面层E0=45MPa序号路面行驶车辆名称前轴重(kN)后轴数(kN)后轴重的轴数拖挂部分轴重(

25、kN)拖挂部分交通量1平板车16.2138.3006602解放CA10B19.4160.85005703三菱FV413JDL542100004904黄河JN150491101.6005005其他车26.6155.1004806五十铃EXR18160310000350行驶方向分配系数 1 车道分配系数 1 轮迹横向分布系数 .18 交通量年平均增长率 8.7 设计轴载 100 kN 最重轴载 101.6 kN 路面的设计基准期 : 30 年 设计车道使用初期设计轴载日作用次数 : 2675 设计基准期内设计车道上设计轴载累计作用次数 : 2.265486E+07 路面承受的交通荷载等级 :特重交

26、通荷载等级 混凝土弯拉强度 5 MPa 混凝土弹性模量 29000 MPa 混凝土面层板长度 5 m 地区公路自然区划 面层最大温度梯度 88 /m 接缝应力折减系数 .87 混凝土线膨胀系数 10 10-6/ 基(垫)层类型-新建公路路基上修筑的基(垫)层 层位 基（垫）层材料名称 厚度(mm) 材料模量(MPa) 1 水泥稳定粒料 180 1300 2 石灰粉煤灰土 150 600 3 新建路基 80 板底地基当量回弹模量 ET= 80 MPa中间计算结果 : ( 下列符号的意义请参看“程序使用说明” ) HB= 280 DC= 54.27 DB= .84 RG= 1.069 SPS= 1.44