路基路面工程课程设计解析

1、iHenanPalytechpicUniversity路基路面工程路基路面工程课品计程设计指导老师：徐平学院：能源学院专业：交通工程班级指导遂施06-2姓名：学尹窿:勇学号：班310602030225姓名：学号：(一)重力式挡土墙设计1.某二级公路重力式路肩挡土墙设计资料如下：(1)墙身构造：墙高5ml墙背仰余坡度为1:0.25(=14°02'),墙身分段长度20nl其余初始拟采用尺寸如图所示(2)土质情况：墙背填土重度尸=18kN而，内摩擦角中=30*-35二(中值可以在30二至35二之间任选)，填土与墙背之间的摩擦角6=17.5，;地基为岩石地基容许承载力&】=5

2、00kPa,基地摩擦系数f=0.5；(3)墙身材料：砌体重度2=20kkN/m3,砌体容许压应力b】=500kPa,容许剪应力Jr=80kPa。图1初定挡土墙尺寸图2、具体设计破裂棱体位置确定：(1)破裂角(储的计算(路肩式挡土墙且荷载沿路肩边缘布置，所以a=b=d=0)荷载当量土柱高度计算：因为墙高5米，按墙高确定附加荷载强度进行计算。按照线性内插法，计算附加荷载强度：q=16.25kN/m2,h0=9=空生=09m18假设破裂面交于荷载范围内，=33°,取则有：1-1402173033=3628111A(aH2ho)(aH)H(H2h0)(0520.9)5=17222-11八1,

3、、，B0=ab(bd)h0H(H2a2h0)tan；.；=005(520.9)tan(-1402)=4.25222所以破裂棱体的断面积S=A0tan二-B0因此破裂棱体自重G=¥(Aotan8-Bo),将G代入，得:Ea 二(A0tan r - B°)cos(二)sin(二'二)18令dE=0,整理化简得：tand=-tan中士'(cot中十tan中)(亮+tan)将Ao,Bo代入得：tg8=-tgW+J(ctg+tgWB+tgA0J=-tg'''./：ctgtg''tg，;-tg:二-tg3628ctg33tg362

4、8tg3628tg1402=-0.73911.5400.73910.73910.2500-=0.76231-37195'(2)验算破裂面是否交于荷载范围内:破裂契体长度：1_0=Htg。tgi)=50.7391-0.25)=2.4455m车辆荷载分布宽度：L二NbN-1md=21.8(2-1)1.30.6-5.5m所以L°mL,即破裂面交于荷载范围内，符合假设。(3)车辆荷载换算附加荷载强度-1玷高如)hi.on2001三10-10.0注：中间值可支农中数值直线内播,计算口墙高5米，处于210m之间，按墙高确定附加荷载强度进行计算。按照线性内插法,计算附加荷载强度：q=16.

5、25kN/m2,ho=q 16.2518=0.9m(4)土压力计算B0 = 4.25由上边计算的Ao=17,根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部土压力计算公式:cosi；一：Icos3719'5''33Ea=A0tan-B0=18170.7623-4.25=55.0KNsinu1-sin37195'3628EX=Eacos:Z-3：55cos-14021730=54.9KNEy=Easin厂工F）：55sin-14021730=3.33KN土压力作用点计算K1=12h0/H=120.9/5=1.36ZX1=H/3h0/3k1=5/30.9/(31.36)=1.59m

6、(5)稳定性验算抗滑稳定性验算挡墙按单位长度计算，为方便计算从墙趾处沿水平方向把挡土墙分为两部分，上部分为四边形，下部分为三角形：V1=hH1=0.984.81=4.71mG1=V1=4.7120=94.28KNV2=1/2b1h1=0.50.980.19=0.093mG2=V21=1.86KN.G=GiG2=94.281.86=96.14kN为保证搭土墙抗滑箱定性,应验算在土压力及其它外力作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力口在一般情况下(0.9G+rQ1E7)p十。.9GtgaoNrqi芯/式中：C挡土墙自重；瓦.号墙背主动土压力的水平与垂直分力；Q0基底倾斜角上P基底摩擦系数，可通过现

7、场试验确定.无试验资料时，可参考表6-7的经验数据；飞主动土压力分项系数.当组合为1JI时，阳=14当组合为皿皿时，卬=1.3口取力1=1.4,所以0.996.141.091.860.641.42.971.4-49.141.33=-13.96二0故抗滑稳定性不足，应采取改进措施以增强抗滑稳定性。重新拟定b=1.3m倾斜基地，贝Zx=1.4mZy=1.65m3.Vi=bHi=1.34.81=6.253m,Gi=V1=6.25320=125.06kNr1八ZG1=-(H1tan.w，:h)=1.25m21 13-V2E1.30.19=0.1235m3,G2=V21=0.123520=2.47kN2

8、 2Zg2=0.651b=038463mG=GG2=127.53kN(0.9GqE)0.9GtanqE_0代入得(0.9127.531.43.33)0.9127.530.2-1.454.9=5.81_0所以抗滑稳定性满足要求抗倾覆稳定性验算：为保证挡土墙抗倾覆稼定性，须验其它抵抗墙身绕墙趾向外转动M槽的能力.0.9GZgQ1EyZx-ExZy0式中：Zg一墙身、基础及其上的士重合力重心到墙趾的水平距高,m;Zt土压力垂直分力作用点到墙趾的水平距离加；2,土压力水平分力作用点到墙趾的水平距离.me0.9125.061.252.470.84631.43.351.4-54.91.65=22.30所以

9、倾覆稳定性满足。(6)基地应力及合理偏心距计算、基础底面的压应力1)轴心荷载作用时为了保证挡土墙基底应力不超过地基承毂力，应进行基底应力脸算.同时.为了避免指土墙不均匀沉陷，控制作用于挡土墙基底的合力偏心距口1)基册地面的压应力(D轴心荷盘作用时式中：p基底平均压应力，kPa;A基础底面每延米的面积，即基础宽度/乂1.0（帚）W-'每延米作用于基底的总竖向力设计值,kN：?V=（+QiE卯）cos。+%】£遇inn。其中述F墙背主动土压力（含附加荷载琳起的）的垂直分力tkN；%墙背主动土压力（含附加荷载引起的）的水平分力，kN;W低水位浮力，kN（指常年淹没水位）©

10、工取1.2.1 3 2.a6 9A=1.28i3),N=16*M4P2）偏心荷载作用时作用于基底的合力偏心距e为M e =NiPm*牛UE).式中：Pa，P面基底边缘最大.最小压应力设计值,kN；M作用于基底形心的弯矩设计值按下书：S基础宽度,口儿'M作用于基底形心的弯矩设计值，其数值见下表基底膏矩值计算表荷裁用分作院于基底形心的弯增设计值1掴=1,4/*12%：ElM=】,4岫+L2&M=1.3%+1.物+L05/+建中:睢一由境上恒载土压力所引起的耳矩*Mc宙墙身及是孙自强和叁砒L的1：童引起的考%U上式中弯矩为作用与基底形心的弯矩，所以计算时先要计算对形心的力臂：根据前面

11、计算过的对墙趾的力臂，可以计算对形心的力臂。rrBZG1=ZG1-=1.25-0.56=0.69m2Zg2=Zg2-b=0.84630.65=0.1953m2-rB，Zx=Zxtan：0=1.40.650.2=1.53m2Zy=Zy-B=1.65-0.65=1.0m2可知按M=1.4Me+1.2Mg计算由几何关系ME=Ex(Zy-0.125)(Zx-0.625)=80.667kNmMg=-G<Zg-0.625)=-75.158kNmM=1.4x70.0-9仅25g.9kN2m.M故e0.16mNi1.28.1e1=0.216基地应力验算Pmax=208.75kPaPmin=52.187k

12、PaPmax=208.75kPa二LT-500kPa所以基底应力满足要求。、基底合力偏心距任底合力偏心距应满足依下基底管力偏心距篇就恃况白力僚心地帮福蛆合I非岩石地基荷蒙第介UJUJV非岩石地基技般的岩石地基里慌的岩石幽着小三B/4荷载射介V驰虞情况款土、秘薛、一般粘土飞：5步巧翼宙细妙.枯士中畲碎、砾石，中砂fpSE/4窗卷岩石出阵、称石地三占,3B由坚密的岩石地基得60<B,满足条件4、地基承载力抵抗值地基应力的设计值应满足地基承载力的抗力值，应满足以下各式。当轴向荷载作用时式中:p见式p"f地基承载力抗力值，kPa。得,Pmax=232.21kPa<Ia,故满足要求

13、。（7）截面墙身强度计算为了保证墙身具有足够的强度，应根据经验选择12个控制断面进行验算，如墙身底部、1/2墙高处、上下墙（凸形及衡重式墙）交界处。强度计算Nj<：kARk/k每延米墙长计算：Nj=0（gNgqiNqiQi'-CiNQi）式中：Nj设计轴向力（kN）;力一一重要性系数，取0.9;中Ci一一荷载组合系数，取1.0;1；'g、Ng一恒载引起的轴向力（kN）和相应的分项系数；%取1.2,Ng取1G2Nq1主动土压力引起的轴向力（kN）;取Ey=3.55NQi一全部取0;k一一抗力分项系数，取2.31;R一材料极限抗压强度，取500kPa；A一一挡土墙构件的计算截

14、面积，取1.2m3;一一轴向力偏心影响系数，取0.84;将以上取值代入Nj=¥。（也5十%iNqi+£夕凡）,得Nj=72.89kN又因为：KARK/K=0.841.2500/2.31=218.18Nj=72.89故满足强度计算要求。（8）挡土墙正面图（包括排水设施设计）及断面图典型断面如图1所示，立面布置图2所示，平面布置图3所示。挡土墙工程数量见表1工程数量表表1墙图（单位：m）断面尺寸（单位：m）7.5号浆砌片石（单位：m3/m）hiHHiBib15.00.265.04.74调整后的设计挡土墙路肩墙墙体间隔20米设置沉降缝一道，缝内用沥青麻絮嵌塞；

15、泄水孔尺寸10X10cmi2-3米布置一个，泄水孔应高出地面不小于30厘米；墙背均应设置50厘米砂砾透水层，并做土工布封层；1.02图1典型断面图图3平面布置图（二）边坡稳定性验算1.资料：某浸水路堤H1=10m-15m堤顶宽度B=10-12m，设计最大水深为7.0m,m=1.5。试验得知：土的重度尸=26kN/m3,干重度丁干=19kN/m3,孔隙率”=31%，%=27：92=23二,G=15.2kPa,C2=7.96kPa,换算土柱高h0=1.0m。按条分法的步骤如下：（1）此挡土墙横断面如图所示，用4.5H法作圆心辅助线，定圆心（本例仅计算一个滑动面）划分七个土条；选取H=10mB=10

16、m*彳#R=18.48md=16.10m,干土条L=2.58m,取I=0.08,4.5H = 49,5（2）分别量取各土条重心与竖局的间距 ,（左正右负），计算a ；量面积Fi （干与湿分开），分别计算重力Q-其中湿重度W=(-0)(1-)=(26-9.80)(1-0.31)=11.178kN/m3（3）量滑动圆弧两端点对竖局的间距，计算圆心角0和全弧长 L ,浸水圆弧长12=L-li=24.95m-2.58m=22.37ni（4）分别计算各土条圆弧面上的法向力Ni与切向力T（区分正负）。以上所有结果，列于下表中:土条号x(m)OtsinaCOSaFi(m2)Q(kN)Q1+Q2Ni=Qi*C

17、OSaT=Qj*sinaL(m)FiF2QiQ2Ni1Ni2Ti1Ti2115.91620.88290.469511.15-211.8-211.899.4-187.0-2.58212.39470.73140.682063.9458.81215.0657.21872.2-1276.8-1369.222.3737.49270.45400.891027.25109.7517.81225.71743.5-1553.5-791.543.98150.25880.9659-65.1-727.2727.2-702.4-188.250.8370.12190.9925-72.4-809.7809.7-803.7-

18、98.76-3.18110.19080.9816-30.8-343.8343.8-337.4-65.6合计-336.7-99.44673.9187.02513.324.95(5)计算动水压力D=I-0±F2=0.08336.79.8=263.97kNfi =tan i =tan27 =0.5095,f2 = tan 2 =tan23 =0.4245.“N/x.二cxli(6)由式K=3得:£T+D(d/R)99.40.50954673.90.424515.22.587.9622.37K二二0.7714<1.25187.02513.3263.97(16.10/18.48

19、)结论：此时第一个圆心的K值，不符合稳定要求，应重新设计后再计算(采用同样的方法)，直到同一个图示经35个以上圆心试算后，取Kmin判别稳定性。2、如果此路堤为非浸水路堤，其稳定性计算如下:计算过程与浸水路堤大致相似，如下104.5H=49.5土条号x(m)asinacosF(m2)Q(kN)N=QcostT=QsinuL(m)115.91620.88290.469511.15211.899.4187.02.58212.39470.73140.6820122.742332.11590.51705.622.3737.49270.45400.8910136.912601.22317.71180.9

20、43.98150.25880.965965.061236.11194.0319.950.8370.12190.992572.441376.41366.1167.76-3.18110.19080.981630.75584.3573.6111.5合计-336.7336.717141.33672.724.95由上表可知NN=4773.3kN,工T=2700.3kN,f=tan27*=0.5095c=15.2kR,L=24.95m代入K =n N, fx 一 二 cj、1D(d/R)覆“ 7141.3 0.5095 15.2 24.95得K二3672.7= 1.2939 1.25就已计算的滑动面而言，

21、边坡稳定性符合规定的要求。(三)路基路面排水设计1 .资料：河南焦作地区修建高速公路，选用沥青混凝土路面，单侧路面和路肩横向排水的宽度为11.25mm,坡度为2%;路线纵向坡度为1%。拟在路肩外边缘设置拦水带。2 .设计内容(1)试计算设计流量。(2)根据设计流量，设计沟渠，已知i=0.006,对称梯形断面m=1.5,重砂质粘土n=0.025。3、具体设计(1)设计流量。1)汇水面积和径流系数设出水口间距为l两个出水口之间的汇水面积为F=1=<11.25x10-6由卜表，一径流系数(«H|fdl®Q用一Q餐工金-Q951.0-0项|一”商0.4001-白四二或爱甘整胃

22、0.1030WWW部tWf*东:1170s85-叱艺方或理j0.50、0不查得径流系数中=0.95.2)汇流历时设汇流历时为5min3)设计重现期按公路的重要程度，由卜表取设计重现期为5年<(km2)*L-囹启.一起伏后山地一10.605M起伏而嬴|-o：40-0.65-平坦的耕地0.45-0国一落叶林地|035。对i二针叶林地10.250承_水出、水面Q.70-0M一_=IIjr I mjL Aa,即岛ii公路一级公路设计降雨的重现期（席位:年）露面和路科由界内比n表面排水面排水公路等级if二515I工里|以F公路路面和路向我而排水4）降雨强度由下表查得该地区5年重现期的重现期转换系数

23、为cp=1.0。由图2查表的该地区的60min降雨强度转换系数为060=0.42,再由表7-10查得5min降雨历时转换系数c5=1.25。按公路所在地区，由图1查得5年重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,i0=2.1mm/min于是，按式q=Cpqq5/0可计算得到降雨强度为q=1.01.252.1=2.625mm/min5）设计流量按式Q=16.67qF,设计流量为Q=16.670.952.625l11.2510/=0.0004681m3/s如选取出水口间距为1=45m,则设计径流量为Q=0.00046845-0.02106m3/s6）检验汇流历时假设0.467按式t=1.445|mLS（Ls<370m）,由表7-8查得地表粗度系数为m1=0.013,路面横坡_is为is=0.02,坡面长度为Ls=11.25m,可计算得到地面汇流历时0.467t1=1.4450.01%.25=1.47min0.02按式v=20i0.6,由沟底（即路线）纵坡iR=1%,可计算得到平均流速为v=200.010.6=1.26m/snfl、再按式t2=£，可计算得到沟管汇流历时i,、60ViJt2=50