中南大学路基路面课程设计

1、中南大学土木工程学院路基路面工程课程设计学院：土木工程学院班级：学号：姓名：指导老师：时间：2013 年 7 月精品文档目录22221.32.43.84. 111 121212 13 1. 132.133.154.175.221。- 1 -欢迎下载精品文档一、重力式挡土墙第一部分设计任务书（一）设计的目的要求通过本次设计的基本训练，进一步加深对路基路面工程有关理论知识的理解，掌握重力式挡土墙设计的基本方法与步骤。将设计任务书、设计说明书及全部设计计算图表编好目录，装订成册。（二）设计内容车辆荷载换算；土压力计算；挡土墙截面尺寸设计；挡土墙稳定性验算。（三）设计资料1墙身构造拟采用细粒水泥混凝土

2、砌片石重力式路堤墙( 如草图1) ，墙高 H =？m，墙顶宽 b1 =？m，填土高度 ？ m，填土边坡 1：1.5 ，墙背仰斜， 1：0.25 （=14°02），基底倾斜 1：5（0 = 11°18) ，墙身等厚，分段长度 10m， b0 =7.0 m。2车辆荷载计算荷载：汽车 20；验算荷载：挂车 100。3土壤工程地质情况3=35°，填土与墙背间的摩檫角；墙后填土容重 =18KN/m，内摩檫角2粘性土地基，允许承载力 ，基底摩檫系数f =0.50。取荷载组合I，0 =250Kpa抗滑稳定性系数 K c =1.3 ，抗倾覆稳定性系数 K o =1.5 。4墙身材

3、料细粒水泥混凝土砌 25号片石，砌体容重3； 砌体允许压应力K =22KN/ma =600KPa，允许剪应力 ，允许拉应力l =60KPa。=100KPa。- 2 -欢迎下载精品文档第二部分计算书正文1. 车辆荷载换算墙背后填土表面有车辆荷载作用，使土体产生附加的竖向应力， 从而产生附加的侧向应力。 土压力计算时， 对于作用于墙背后填土表面的车辆荷载可以近似的按均布荷载来考虑，并将其换算为重度与墙后填土相同的均布土层。（ 1）求不计车辆荷载作时的破裂棱体宽度B0计算图示如下初步拟定 H6m,a2m,b3m,b11.5m ，查公路设计手册（路基），由表 32 1 中第五类公式知Aab H ( H

4、2a)tg( Ha)2则，2 36 (622) tan( 14002' )A(62) 20.328350( 14002' ) 17.5038028'tan0.794于是有：tgtg(ctgtg )(tgA)0.794(cot 3500.794)(0.7940.328)0.785。- 3 -欢迎下载精品文档B0(Ha)tgHtgb(62)0.7856 tan(140 02' ) 4.51.78m（ 2）求纵向分布长度LLL0(H2a)tg 30 o7.0 (6 2 2) tan 30 012.77 m10mL 采用 10m，其中， L0 取为 7.0m（ 3）计算

5、车辆荷载总重Q车轮中心距路基边缘0.5m，汽车 20 级，一辆车的总重力为300KN。在 " LB0 " 范围内布置车轮重Q ：布置车轮的宽度 l0l0B0路肩宽 - （汽车外侧车轮中线距路肩边缘的距离- 重车后轮着地宽度的一半）= 1.44-0.5- （ 0.5-0.3 ）=0.74 mQ 300 2 150KN (半辆车重 )（ 4）换算当量土层厚度Q150h00.47mB0 L18 1.78 102. 主动土压力计算计算图示如下。- 4 -欢迎下载精品文档（ 1）求破裂角假设破裂面交于荷载内，查公路设计手册（路基） ab2h0 (bd )H (H2a2h0 )tgA(

6、Ha)( Ha2h0 )2 320.47(30.5)6(6222 0.47) tan( 14002 ' )(62)(6220.47)0.359tgtg(ctgtg)(tgA)0.794(cot3500.794)(0.7940.359)0.8070现验算破裂面是否交于荷载内：堤顶破裂面至墙踵：( Ha)tg(62)0.8076.46m荷载内缘至墙踵 : b H tand36tan( 14002 ' )0.55m荷载外缘至墙踵 : b H tand b0360'0.57.0 12mtan( 14 02 )比较得知： 56.6412 ，故结果与假设相符，所选公式正确。（ 2）

7、求主动土压力系数K 和 K1（1）中假设成立，即破裂面交于荷载内，则采用公路设计手册（路基）第二版表 3-2-1 采用第 6 类公式计算：Kcos() (tgtg)sin()cos(380 53' 350 )0'sin(380 53'38028' )(0.807tan( 14 02 )0.158h1batg320.8072.49mtgtg0.807tan(14002')h2d0.50.90mtgtg0.807tan(14002')h3Hh1h2 62.490.902.61m。- 5 -欢迎下载精品文档K112a (1h1 )2h0 h3H2HH

8、2122 (12.49 )2 0.47 2.611.59662662（ 3）求主动土压力及作用点位置按墙的每延米计算。墙后土体主动土压力： E1H 2KK1118 620.158 1.596 81.70KN22水平向分力： EXE cos()81.70cos(14002'17030' ) 81.55 KN竖向分力： EYE sin()81.70sin(14002'170 30' ) 4.94KNZ XHa( H h1 )2h0h3 (3h32H )33H 2K162(62.49)20.472.61(32.6126)33621.5962.11m因基底倾斜，土压力对

9、墙趾O的力臂为：Z X 1Z X0.19b12.11 0.191.51.83mZY1b1Z X 1tg1.51.83tan(14002')1.96m（ 4）验算荷载：对于挂车 100 取 h00.8m ， d0 。于是：ab2h0 (bd )H (H2a2h0 )tgA(Ha)( Ha2h0 )2 320.8(30)6(6222 0.8) tan( 14 002' )(62)(6220.8)0.367tgtg(ctgtg )(tgA)0.794(cot3500.794)(0.7940.367)0.812390 5'验算破裂面是否交于荷载内：堤顶破裂面至墙踵：(Ha)tg

10、(62)0.8126.50m。- 6 -欢迎下载精品文档荷载内缘至墙踵 : bH tand36tan( 14002' )04.5m荷载外缘至墙踵 :bH tand030'0 7.0 11.5mb6 tan( 14 02 )比较得知： 4.56.511.5 ，故结果与假设相符，所选公式正确。求主动土压力系数K 和 K1Kcos()(tgtg )sin()cos(390 5'350 )0'sin(3905' 380 28' )(0.812tan(1402 )0.158h1batg320.8122.45mtgtg0.812tan( 14002'

11、 )h2d00tgtg0.812tan( 140 02' )h3Hh1h262.4503.55 mK112a (1h1 )2h0 h3H2HH 2122 (12.45 )20.83.551.68862662求主动土压力及作用点位置墙后土体主动土压力：E1H 2KK1118620.1581.68886.41KN22水平向分力： EXE cos() 86.41cos( 14002'17030' ) 86.25KN竖向分力： EYE sin()0'0'86.41 sin( 14 0217 30 ) 5.23KN比较得知：验算荷载略大于设计荷载，故挡土墙截面设计

12、按照验算荷载进行计算。Z XHa( H h1 )2h0h3 (3h32H )33H2K162(62.45)20.83.55(33.5526)33621.6882.12m。- 7 -欢迎下载精品文档因基底倾斜，土压力对墙趾O的力臂为：Z X 1Z X0.19b12.12 0.19 1.51.84mZY1b1Z X 1tg1.5 1.84 tan(14002' ) 1.96m3. 设计挡土墙截面（ 1）计算墙身自重 G 及其力臂ZGG1(b1H0.19b12 ) K(1.560.19 1.52 ) 22 188.60 KNG20.19b12K0.191.52224.70 KN22故 GG1

13、G2188.60 4.70 193.30KNNG EY193.305.10198.40 KNZG11H0.19b10.25b121(60.191.5)0.251.51.46m2ZG 20.651b10.6511.50.98m（2）抗滑稳定性验算NEX tan 0f198.400'0.5K c84.26 tan1118 EXN tan84.260'2.410198.40 tan1118K c K c 1.3 ，故抗滑移稳定性满足要求。（ 3）抗倾覆稳定性验算G1ZG1G2ZG 2EY ZY1198.4 1.46 4.700.98 5.23 1.96K 0EXZX186.251.9

14、21.84K0 K01.5 ，故挡土墙抗倾覆稳定性满足要求。（ 4）基底应力验算为保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力验算。B1 b1 0.19b1 0.25 1.5 0.19 1.5 0.25 1.43m。- 8 -欢迎下载精品文档ZNG1ZG1 G2 ZG 2EYZY1EX ZX1G1G2EY198.4 1.464.700.985.23 1.9686.25 1.84198.44.705.230.70偏心距： eB1Z N1.430.700.02m221,2GEY (16e)193.30 5.23 (1150.48Kpa6 0.02)B1B11.431.43127.18Kpa因

15、此，150.48Kpa0 250Kpa，地基承载力满足要求。1,2127.18Kpa（ 5）截面应力验算为了保证强身具有足够的强度，应根据经验选择12 个控制断面进行验算，墙面、墙背相互平行，截面的最大应力出现在接近基底处。 强度计算要求：K ARK/KN j如附图所示，选取一个截面进行验算：1-1 截面N j0 ( G NGQ 1 )0 (0.9G1.4Ey )1.0(0.9 193.301.45.23)181.29KN其中，0 重要性系数，取1.0 ；N G 恒重引起的轴向力（ KN ）， NG =193.30 KN ； N Q1 主动土压力引起的轴向力（ KN ）；2A 挡土墙构件的计算

16、截面积，A=1.5 m ；k 抗力安全系数，取 2.31 ；k 轴向力偏心影响系数881e012560.022561k =b0.995。22112 e01120.02b1。- 9 -欢迎下载精品文档于是：K ARK /K0.995 1.5600 / 2.31387.66kNN j181.29KN则挡土墙强度满足要求。 稳定性计算要求：k k ARkN jk其中：N j、 k、 A 、 R k、 k意义同前；k 弯曲平面内的纵向翘曲系数，因H6=4 10，故认为此挡墙是矮墙，B1.5取k =1.0 。于是：k k ARk =1.00.995 1.5 600=387.66KN N j =181.2

17、9KNk2.31则挡土墙稳定性满足要求。 正截面受剪时验算要求： Q jAj Rjf mN1k其中： Q j 正截面剪力（KN ）；Aj 受剪截面面积（ m2）， Aj =1.5m2；Rj 砌体截面的抗剪极限强度（Kpa）， Rj =100Kpa；f m 摩擦系数， fm =0.42。Q j =E x =86.25KN ；于是： Aj Rj kfm N11.51000.42 188.60 144.15KN Q j 86.25KN2.31则挡土墙抗剪强度满足要求。4. 绘制挡土墙纵横断面图（ 1:100 ）。重力式挡土墙纵横断面图见附图1。- 10 -欢迎下载精品文档。- 11 -欢迎下载精品文

18、档二、衡重式挡土墙第一部分设计任务书（一）设计的目的要求通过本次设计的基本训练，进一步加深对路基路面工程有关理论知识的理解，掌握衡重式挡土墙设计的基本方法与步骤。将设计任务书、设计说明书及全部设计计算图表编好目录，装订成册。（二）设计内容车辆荷载换算；土压力计算；挡土墙截面尺寸设计；挡土墙稳定性验算。（三）设计资料1墙身构造拟采用细粒水泥混凝土砌片石衡重式路肩墙（如草图2），墙高 H =？m，上墙 H 1 =？m，墙背俯斜 1：0.35 ，墙顶宽 b1 =0.5 m；衡重台宽 d1 =0.90 m；下墙 H 2 =？m，墙背仰斜， 1：0.25（=-14 °02）；墙面坡度 1：0.

19、05 ，墙身分段长度 12 m，b0 =5.5 m 。2土壤工程地质情况3o，上墙的假想墙背摩檫角 1，墙后填土容重 =18KN/m，内摩檫角 =34下墙墙背墙背摩檫角22；地基允许承载力 0 =800Kpa，基底摩檫系数f =0.60 。取荷载组合I ，抗滑稳定性系数 K c =1.3 ，抗倾覆稳定性系数 K0=1.5 。3墙身材料细粒水泥混凝土砌25 号片石，砌体容重3=22KN/m； 砌体允许压应力a =800KPa，允许剪应力 ，允许拉应力 l =80KPa。=160KPa4车辆荷载计算荷载：汽车 20；验算荷载：挂车 100。- 12 -欢迎下载精品文档第二部分计算书正文1. 车辆荷

20、载换算墙背后填土表面有车辆荷载作用，使土体产生附加的竖向应力， 从而产生附加的侧向应力。 土压力计算时， 对于作用于墙背后填土表面的车辆荷载可以近似的按均布荷载来考虑，并将其换算为重度与墙后填土相同的均布土层。（ 1）求纵向分布长度L初步拟定墙高H=6m，上墙高 H1=2.4m，下墙高 H2 =3.6m。由于该挡土墙为路肩墙，故填土高度为零，即 a0 。L L0 (H 2a)tg 30 o7.06 tan 30010.46m 12m ，取 L=10.46m。其中， L0 取为 7.0m（ 2）计算车辆荷载总重Q车辆荷载总重Q 按下述规定计算：纵向：当取用挡土墙分段长度时， 为分段长度内可能布置

21、的车轮重力；当取一辆标准汽车的扩散长度时为一辆标准汽车重力。横向：破裂棱体宽度B0 范围内可能布置车轮重力，车辆外侧车轮中心距路面（或硬路肩）、安全带边缘的距离为0.5m。按车带均摊的方法计算。 汽车 20 级，一辆重车总重 300KN。由于此处Q 是整个路基宽度范围内的汽车作用力，故Q300KN 。（ 3）换算当量土层厚度Q300h00.29mb0 L185.510.462. 上墙土压力计算（ 1） 计算破裂角i ，判别是否出现第二破裂面假想墙背倾角1/ 为，见下图：。- 13 -欢迎下载精品文档则有tan'H 1tg 1d12.4 0.35 0.91H10.7252.4则 1/35

22、0 56' 。假设破裂面交于荷载内，查公路设计手册（路基）表 3-2-2 第一类公式知ii45o45034028022tan i0.532验算破裂面的位置如下：第一破裂面距墙顶內缘：H 1 (tg itg 1/ )2.4(0.5320.725)3.02 mb05.5m破裂面交于荷载内， 与假设相符， 而且不可能出现其他情况，故采用此类计算公式。因为0'0i 28i35 56' ，所以会出现第二破裂面。（ 2） 计算第二破裂面上的主动土压力 E1查公路设计手册（路基） 表 3-2-2 第一类公式知：tg 2 (45o2)tan2 (4503402)K2)cos(45034

23、00.602cos(45o2)。- 14 -欢迎下载精品文档K112h0120.291.242H 12.4E11 H12KK1118 2.42 0.6021.24238.76KN22E1XE1 cos(i)38.76 cos(280340 )18.20KNE1yE1 sin(i)38.76 sin(280340 )34.22KN对上墙 O1 的力臂为H 1h02.40.29Z1 x3K130.88m33 1.2423. 下墙土压力计算（1）求破裂角2假定破裂面交于荷载外，采用表27-6中第五类公式计算。 破裂角计算示意图如图：则有：2 2 340 170 140 02' 65002&#

24、39;tantan650 02'2.148A01 (H1 H 2)21(2.4 3.6)21822。- 15 -欢迎下载精品文档B1 H( H2H)tg1 H2tgbdH(tg/tg) h02221221i011i013.6(3.6 22.4)( 0.25)12.420.532 5.502.4(0.725 0.532) 0.29222.97R1E1 x18.2038.6 KNcos(i )cos(340280 )tg 2tg(tgctg)(tgB0 )R1 sin(i )A0A0sincos2.148(2.148cot340)(2.1482.9738.76sin(340280 )18)

25、18 18sin 340cos65002'0.4502 24015'现验算破裂面位置如下：破裂面顶端至墙顶内缘的距离为：Htg 2 H 2tg 2 H 1tg 1/6 0.45 3.6 0.25 2.4 0.725 3.54m比较 b05.5m3.54m ，故分析与原假设不相符，即破裂面交于荷载内。计算图示如下：。- 16 -欢迎下载精品文档2 2 340 170 140 02' 36058'tan 0.753Atan20.25tg 2tg(tgctg )(tgA)0.753(0.753cot 340 )(0.753 0.25)0.7442 36040'

26、现验算破裂面位置如下：破裂面顶端至墙顶内缘的距离为：Htg 2 H 2tg 2 H 1tg 1/6 0.744 3.6 0.25 2.4 0.725 5.30 m比较 b05.5m5.30m ，故破裂面交于荷载内。（ 2） 计算土压力 E2cos(Ksin(22)2 tan2 )cos(360 40'340 )(tansin(36040'(0.744 0.25) 0.170)36058')K11 2( H 1 h0 )12 (2.4 0.29)2.494H 23.6E21 H 22KK11183.620.170 2.494 49.45KN22E2xE2 cos(22 )

27、49.45cos( 14 002' 17 0 )49.38 KNE2 yE2 sin(22 )49.45sin( 14002' 170 )2.56KNZ2 xH2 H1h03.62.4 0.2933K1331.56 m2.4944. 墙身截面计算因上墙顶宽 b10.5m ，则上墙底宽 b21.46m ，下墙底宽 B1.64m。（ 1） 计算墙的重力及力臂上墙墙身自重 G1G11K H1 (b1 b2 )122 2.4 (0.5 1.46) 51.74KN22。- 17 -欢迎下载精品文档对墙趾的力臂b12b1b2 b22(2b1b2 )nH1ZG1 nH 23(b1b2 )0.

28、050.520.51.461.462(20.51.46)0.052.43.63(0.51.46)0.76mn 取 0.05下墙墙身自重 G 2G21K H 2b2d1B1223.6 (1.460.9 1.64)116.98KN22对墙趾的力臂 B2B b2 d1b22d1B nH 2ZG 2d1 2 b23 Bb2d11.6421.64 (1.640.9)(1.460.9)2 2(1.46 0.9) 1.64 0.05 3.631.64(1.460.9)1.11m第二破裂面与墙背之间的土楔重G3G31H1d1d21182.4(0.9 0.46)29.38KN22其中d2H 1tg1/tg i2

29、.4(0.7250.532) 0.46m对墙趾的力臂ZG 3n H 1H 2b1d22d1d2d122d2d1 H 1tg 1H 1tg 13 d2d10.05(2.43.6)0.52.40.350.4620.90.460.92(20.460.9)2.40.353(0.460.9)1.99 m土楔上荷载重 G4G4h0 d2180.290.462.40 KN对墙趾的力臂ZG 4nH1H 2b11 d10.05(2.4 3.6)0.5 10.91.25m22（ 2） 抗滑稳定性验算。- 18 -欢迎下载精品文档G1G2G3G4E1YE2Y fKCE1XE2 X(51.74116.9829.382

30、.4034.222.56)0.6237.280.618.2049.382.1167.58K c 2.11 Kc 1.3 ，故挡土墙抗滑稳定性满足要求。（ 3） 抗倾覆稳定性验算Z1YnH 2b2d1Z1X tgi 0.053.61.46 0.9 0.88 0.532 2.07mZ2YBZ2 X tg21.641.56 (0.25)1.25mK 0MMYG1ZG1 G2 ZG 2G3ZG3G4ZG 4E1Y Z1Y E2Y Z2YXE1 X Z1XH2E2XZ2X51.740.76 116.98 1.1129.38 1.992.40 1.2534.222.072.56 1.25277.58158.5718.20 (0.883.6)49.38 1.561.75K 01.75 K 0 1.5 ，因此该挡土墙的抗倾覆稳定性满足要求。（ 4） 基底应力计算ZNM yM x277.58 158.57(GEy )237.280.50meB1.640.500.32mZN22e00.75 B0.751.640.21me 0.32m66即偏心距大于容许偏心距， 基底出现拉应力，由于土地基不能承受拉力，则基底发生应力重分布。于是：2 N2GEY2237