路基路面设计-路基稳定性验算及挡土墙验算

1、第5章路基稳定性验算对于地质与水文条件复杂、高填深挖、地面坡度陡于1: 2.5的边坡，应进行边坡稳定验算。本路基设计中出现了较高路堤和深路堑，需要进行边坡稳定性验算；同时结 合实际情况，选定合理的工程技术措施提高路基稳定性。5.1高路堤边坡稳定性计算本路线中桩号K1+000处边坡填土高度最大为13.31m,填土高度较大，须进行路堤 稳定性验算，验算采用圆弧滑动面条分法进行计算。基本资料：土质路堤边坡高 H=13.31m设置边坡坡率为：上部6m,边坡1: 1.5;下部7.31m,边坡1: 1.5,变坡处设2m护坡道，填土的粘聚力c 30kpa ,内摩擦角30,容重 25kN/m3,地基土的粘聚力

2、c 0 ,内摩擦角 30，容重 18kN/m3 。 计算荷载为公路一 I级汽车荷载。计算过程如下：(1 )行车荷载换算高度h。按下式计算换算土柱高h°为：NQ式中：L一前后轮最大轴距，按公路工程技术标准(JTG B01-2014)规定对于标准车辆荷载为为12.8m；B一横向分布宽度：B=Nb (N 1)m d=2X 1.8+ (2-1) X 1.3+0.6= 5.5m因止匕h0 = -550 2 0.625 m5.5 12.8 25由于行车荷载对较高路堤边坡稳定性影响较小，为简化计算，将换算高度分布于路 基全宽上。(2)确定圆弧辅助线位置本例按4.5 H法确定滑动圆心辅助线33.69

3、°，查规范得 产26° , 2=35°。根据4.5H由 tan 13.810.667 知13.81 1.5法确定圆心位置，如下图。(3)计算位置选取：通过路基中线；通过路基右边缘；通过距路基右边缘 1/4路基宽度处。图5-2滑动面经过距路基左边缘1/4路基宽度处图5-3滑动面经过路基中央分隔带边缘图5-4滑动面经过距路基右边缘1/4路基宽度处。(4)计算步骤 圆弧范围内土体自每土基和填土交点处向二侧每5mL段。 在CAM量取分段中心距圆心竖线的水平距离 xi ,其中xi在圆心竖线左侧为负,右侧为正，sin i /。 R计算每个土条的面积A 以路堤纵向长度1m计算出

4、各个分段的重力Gi, Gj 将每一段的重力Gi、Gj化为二个分力:滑动面在土基内时，法线方向分力：Ni Gi cos i切线方向分力：Ti Gi sin i滑动面在路堤内时，法线方向分力：Nj Gj cos j切线方向分力：Tj Gj sin j并分别计算出此两者之和， Ni和T(j)计算出滑动曲线圆弧长L、Lj。(5)汇总计算结果根据以上计算步骤得出各种情形的计算结果如下所示。情形1:滑动面经过距路基左边缘1/4路基宽度处，计算如下表。表5-1滑动面经过距路基左边缘1/4路基宽度处计算表cos iAWi(j)Ni(j)Ti(j)号xsin i11.440.0260.99978.195163.

5、890163.8334.32026.440.1180.993023.050461.000457.78654.344311.440.2090.977835.561711.220695.451148.936416.440.3010.953645.615912.298870.009274.541521.440.3920.919849.001980.028901.400384.620626.440.4840.875152.4581049.152918.089507.772731.440.5760.817849.932998.646816.689574.729836.440.6670.745045.18

6、5903.690673.275602.791941.440.7590.651631.663633.258412.635480.3631046.440.8500.52664.14582.89843.65870.470土条序号110滑动面均在路堤内，土条底部滑弧长Li =56.30情形2:滑动面经过距路基中线，计算如下表表5-2滑动面经过距路基中线计算表AWNi(j)Ti(j)号Xisin icos i1-9.31-0.1870.98245.072101.43499.644-18.9702-3.29-0.0660.997823.593471.850470.818-31.18531.710.0340

7、.999440.875817.492817.01028.08246.710.1350.990955.4271108.5461098.429149.424511.710.2350.971964.8521297.0361260.639305.108616.710.3360.942071.5931431.8561348.776480.641721.710.4360.899975.7461514.9161363.256660.684826.710.5370.843975.4821509.6421273.929810.015931.710.6370.770972.2731445.4661114.2549

8、20.7661036.710.7370.675451.3401026.790693.502757.2011141.710.8380.545819.327386.538210.990323.875土条序号14滑动面在土基内，其余在路堤内。土条底部滑弧长Li=18.62m , Lj =44.83情形3:滑动面经过距路基最危险处计算如下表。cos iAWi(j)Ni(j)Ti(j)号xsin i13.560.0640.998035.561711.220709.78145.21328.560.1530.988245.615912.298901.577139.451313.560.2420.970249

9、.001980.028950.863237.307418.560.3310.943552.4581049.152989.854347.719523.560.4210.907249.932998.646905.965420.145628.560.5100.860271.5931431.8561231.646730.247733.560.5990.800575.7461514.9161212.744907.868838.560.6890.725275.4821509.6421094.7451039.496943.560.7780.628472.2731445.466908.3901124.366表

10、5-3滑动面经过距路基右边缘计算表土条序号19滑动面在土基内，土条底部滑弧长 Li =58.85mo(6)稳定系数计算稳定系数K计算公式为nn(fi Ni qLi) (fjNj CjLj)i 1j 1nnTTlji 1j 1于是K1(0.667 5952.84 30 56.3)3102.8861.824K2(0.667 2485.901 30 18.62) (0.667 7265.34530 44.83)4385.6401.917，/(0.667 5689.686 30 25.43) (0.667 3215.879 30 38.85) ( 小K3 1.5764991.812其中，K3最小为1.

11、576,大于规范所规定的稳定系数1.35 ,故边坡满足边坡稳定性 要求。5.2 路堑稳定性验算路线中的K1+480.000处段为深挖路段，其中桩挖深在本路线中最大为 23.59m,边 坡最大高度为23.12m,为高路堑。设置边坡坡率：当边坡高大于 6m为1: 1, 6m以内为 1:1 ,边坡6m处设一边坡平台。基本资料：该挖方路段土层软弱面30 , c 50kpa,软弱面倾角为45 ,容重为 23.00kN/m3,验算采用条分法的图解法，如下：由 45 ,30查路基路面工程表4-11得：I 0.316。由 1=£得 h=£ =67.93mHI考虑到稳定系数K=1.5,于是容

12、许最大边坡高度为H 旦丝=45.29m,大于设K 1.5计路线的最大边坡高度23.13m,满足稳定性要求。5.3 稳定性设计措施为了保护路基边、路堑坡表面免受雨水冲刷，减缓温差及湿度变化的影响，防止和 延缓软弱岩土表面的风化、碎裂，从而保护路基、路堑边坡的整体稳定性，在兼顾美化 和协调自然环境，需要进行坡面防护设施的设计。5.3.1 植物防护(1)三维网植草。在土工网或土工垫等土工合成材料铺设 35cm的种植土层，经 过撒种、养护后形成的人工草皮。适于边坡坡度在 1: 1.01: 2.0之间的路堤、路堑， 对边坡高度小于4m的坡面采用三维网喷播。5.3.2 工程防护因地制宜采用抹面防护、勾缝或

13、喷涂以及石砌护坡或护面墙等。对于路堤边坡高度 大于4m的坡面采用浆砌方形格防护。5.4 挡土墙设计拟在K2+100-K2+140右侧填方路段设路堤挡土墙(1)挡土墙一般构造设计：1)设计的挡土墙应按照公路设计规范进行抗滑移，抗倾覆及整体稳定性验算。2)挡土墙的埋深应符合以下要求：埋深一般不小于1m当冻结深度小于或等于1m时，基底应在冻结深度以下不小于 0.25m；当冻结7知变大于1m时埋深应 不小于1.25m。3）重力式挡土墙的构造要求：强身为混凝土浇筑时墙顶宽度应不小于 0.4m,为 浆砌时应不小于0.5m,坊工砌筑时应不小于 0.6m；应根据墙趾地形情况及 经济比较合理选择墙背坡度。4 ）

14、拟定挡土墙形式及挡墙布置情况：挡墙形式拟采用路堤式。挡墙排水设施设计：挡墙前设置排水沟；浆砌墙身在 墙前地面以上设置一排泄水孔，泄水孔尺寸为10cm圆孔，孔眼间距为23m挡土墙纵 向设置沉降缝合伸缩缝，缝宽为 3cm,最大墙长定为10m根据计算验算最后确定挡土 墙的各项尺寸再绘制挡墙的布置图。5 ）基本资料见下表所列：表5-4基本资料挡土墙类型路堤墙填料不恢重度t kN /m2砂类土19墙图H m5.15填料内摩擦角35墙间坡度1: 0.25填料与墙背摩擦角/2墙背坡度1: 0.25基础顶圆埋深m1砌筑材料M7.5浆砌地基土类别重度密实MU5叶石3J kN /m砂类土21基底坡度tan 00.

15、20基底与地基土摩擦系数10.40砌筑材料的地基土承载力特征值重度t kN / m323fa kN250土亏工砌体问0.70地基土摩擦系数20.90的摩擦系数抗压fcd KN0.71公路等级级公路轴心抗拉ftd KN0.048汽车荷载标公路一I级弯曲抗拉ftmd KN0.072直接剪fvd KN0.12通过试算，选择断面尺寸数据如下:B11.48m ,DL=0.31m,DH=0.51m,B2 1.48m,tan00.2,0 11.31 ,H=5.15m,H 3 1mcot1.5,34 ,a 1.03m,b a cot 1.545m,2 17.5,d=0.75m,tan -0.25 ,14.04

16、 ,B41.71m ,B411.74mH=0.34m ,HH=6m ,取单位墙长（1n）,如图35所示，将挡土墙截面划分为三个部分，截面各部分对应的 墙体重量为：Git 1.48 5.15 1=23 1.48 5.15 1 175.306 (KNG2t (1.48 0.31) 0.51 1 =23 (1.48 0.31) 0.51 1 21.00 (KNG3t (1.48 0.31) 0.34/2=23 (1.48 0.31)。.3% =6.999 (KN)截面各部分的重心至墙趾。1的距离:Z1 0.90(m) Z2 0.90(m)Z3 1.38 m单位墙长的自重重力为：G0 G1 G2 G3

17、 175.306+21.00+6.999=203.305全截面重心至墙趾 O1 的距离：Z1Glz2 G2 Z3 G3Zo12233 0.917mGo图5-6 挡土墙重心计算图4）后踵点截面处，墙后填土和车辆荷载引起的主动土压力计算（见图示）查表4.2.5 19的规定，当墙身高度大于10m时，附加荷载标准值取10KN/m墙高小于2m时取20KN/m中间段用内插法求得当墙高为 5.83m时：q 15.47（KN /m2）换算等代均布土层厚度为:ho q 1547 0.673(m)因基础埋置较浅，不计墙前被动土压力。假设破裂面交于荷载内，选用第六类公式:破裂角1/tan(-0.25) -14.04

18、35 -14.04 17.538.46A ab 2h0 b d HH HH 2a 2h0 tanHH a HH a 2h01.03 1.545 2 0.6731.545 0.75 66 2 1.03 2 0.673 (-0.25)6 1 6 1 2 0.673=0.322tan tan cot tan tan A= tan 38.460 . (cot3501an38.460)(tan38.4600.322)=0.7837o57'验证破裂面是否交于荷载内：堤顶破裂面距墙踵：(HH a) tan (6 1.03) 0.78 5.483m荷载内边缘距墙踵： HH tan b d 6 0.25

19、 1.545 0.75 0.795m荷载外边缘距墙踵：HH tan b d d06 0.25 1.545 0.75 3.25 4.045m因0.795 <4.045 <5.483,故破裂面交于荷载内，所以假设的计算图式符合实际主动土压力系数KcosK tan tansin(0.78 0.25)0.16cos(37.570 350)sin(37.570 38.460)主动土压力Etan tan1.545 1.03 0.780.78 0.251.399mh2tantan0.750.78 0.251.42mh3 HH h1 h2 6 1.399 1.42 3.181mKi.2a .h11

20、 1 -HH 2HH2hoh32HH 22 0.673 3.18162d 2 1.03 /d 1.399、1 (1 )62 61.422后踵点土压力为:1212E 1 H2KK1 1 23 5.152 0.16 1.422 69.396(KN) 22单位墙长(1项 上土压力的水平分量：ExE cos( ) 69.396 cos( 14.040 17.50) 69.270(KN )单位墙长(1项 上土压力的竖直分量：Ey E sin( ) 69.396 sin( 14.040 17.50) 4.188(KN)土压力水平分量的作用点至墙趾的距离：2-ZHH a HH %h0h3 3h3 2HHy

21、33HH 2 Kl26 1.03 (6 1.399)2 0.673 3.181 (3 3.181 2 6) 21133 62 1.422.土压力竖直分量的作用点至墙趾的距离:ZxB4 (Zy h)tan 1.71 (2.11 0.34) 0.25 1.098m5 )按路基宽、深作修正的低级承载力特征值fa基础最小埋深(算至墙趾点)：h埋=0.78+0.515=1.295(m)>1.0(m) 符合基础最小埋深的规定h埋3.0 m，但基础宽度B41.71(m)2.0(m)所以修正后的地基承载力特征值fa为:fafaKi j B32 K2 i h 3查表5.2.7 5得：K1 3.0, K2

22、5.5 (密实中砂)。fa 250 3.0 23 2.45 20 277.6(kPa)6 )基底合力的偏心距检验按公路挡土墙设计与施工技术细则 第5.2.1条5的规定：挡土墙地基承载力计 算时，传至基础底面上的作用(或荷载)效应，宜按正常使用极限状态下作用(或荷载) 效应标准组合，相应的抗力也采用地基承载力特征值。作用于基底形心处的弯矩：B3B3HMk GoZo 3 Ey Zx3 Ex Zy 2220.60.60.33、203 .305 (0.917)4.188 (1.098) 69.270 (2.11 )222=-28.808(KN同作用于倾斜基底的垂直力：NkG0 Ey cos 0 ExS

23、in 0(203.305 4.188) cos11.310 69.270 sin11.310 217.049(KN)倾斜基底合力的偏心距为：e0MkNk-28.808217.0490.133(m)<B11.6960.282(m)偏心距验算符合公式(522-4) 5的规定。7 )地基承载力验算由公式(5.2.2-1)5 及(5.2.2-2)5 可算得:PmaxNk _ 6e0x 217.049 - 6 0.133、(1-)(1) 259.259(kPa)a b 1.741.74PminNk6e217.0496 0.133NT(1 言 F (1 b) -9.777(kPa)基底最大应力与地基

24、承载力特征值比较：Pmax 259.259(kPa)fa=277.06 kPa 地基承载力验算通过。8 )挡土墙及基础沿基底平面、墙踵处地基水平面的滑动稳定验算按公路挡土墙设计与施工技术细则5.2.1条5的规定：计算挡土墙及地基稳定时，荷载效应应按承载力极限状态下的作用效应组合。(1)沿基底平面滑动的稳定性验算不计墙前填土的被动土压力，即 Ep 0。滑动稳定方程应符合：1.1G Q1 Ey Ex tan。 1 1.1G QiEy tan。qiEx 0按表4.1.7 5的规定，土压力作用的综合效应应增长对挡土墙结构起不得作用时,Q1 1.4 ,则有： 1.1 203.305 1.4 (4.188

25、 69.270 tan11.31 ) 0.4 (1.1 203.305 1.4 4.188) tan11.311.4 69.270 48.480(KN) 0符合沿基底倾斜平面滑动稳定方程的规定。抗滑动稳定系数NG0 Ey q 0.5 203.305 4.188 5.15 0.5 210.068(KN)/ (N Ex tan °) 1K cEx N tan 03.29(210.068 69.270 02) 0.469.270 210.068 0.2表5.3.5 5规定，荷载组合R时，抗滑动稳定系数Kc 1.3,故本计算得沿倾斜基底的抗滑动稳定系数，符合规定。(2)沿过墙踵点水平面滑动稳

26、定性验算图5-7沿墙踵点水平面滑动稳定性验算图示计入倾斜基底与水平滑动面之间的土楔的重力N ,砂性土黏聚力c 0N 3.19 0.75 212 25.12(KN)滑动稳定方程应符合：1.1G Q1Ey nQ1Ex 0即： 1.1 203.305 1.4 4.188 0.7 1.4 69.270 63.671计算结果符合滑动稳定方程的规定0抗滑动稳定系数2.38 1.3一 (N N) N (210.068 25.12) 0.7 K cEx69.270符合抗滑动稳定系数的规定。9)挡土墙绕墙趾点的倾覆稳定验算 不计墙前填土的被动土压力。(1)倾覆稳定方程应符合：0.8GZ。 Q1 EyZExZ0即

27、:0.8 203.305 0.917 1.4 (4.188 1.098 69.270 2.11) 113.603 0计算结果符合倾覆稳定方程的规定。(2)抗倾覆稳定系数K0GZ°EyZxEXZ"-203.305 0.917 4.188 1.0982.30669.270 2.11表5.3.5规定，荷载组合R时，抗倾覆稳定系数K0卜50,故本计算的抗倾覆稳 定系数符合规定10)挡土墙墙身正截面强度和稳定验算取基顶截面为验算截面。(1)基顶截面土压力计算由墙踵点土压力的计算结果：( cos tan tansin0.25) 0.16h0 0.673mcos(37.570 350)(

28、0 78sin(37.570 38.460) .主动土压力E b atan 1.545 1.03 0.7811.399mtan tan 0.78 0.25d tan tan0.750.78 0.251.42mh3 H h1 h2 5.15 1.399 1.42 2.331mKi 1丝1区H 2H2h0h3H2d 2 1.03 认 1.399、 2 0.673 2.3311 (1 ) 25.152 5.155.1521.464基顶处的土压力为：1 21E H2KK123 5.152 0.16 1.464 71.445(KN)2 2单位墙长(1项 上土压力的水平分量:Ex E cos( ) 71.

29、445 cos( 14.040 17.50) 71.315(KN )单位墙长(im)上土压力的竖直分量:Ey E sin( ) 71.445 sin( 14.040 17.50) 4.312(KN)土压力水平分量的作用点至墙趾的距离： 2-Z H a H 几h0h3 3h3 2Hy -33H 2Kl1.7975.15 1.03 (5.15 1.399)2 0.673 2.331 (3 2.331 2 5.15)_23 5.152 1.464土压力竖直分量的作用点至墙趾的距离:ZxB4 (Zyh)tan 1.71 (1.797 0.34) 0.25 1.176m(2)墙顶截面偏心距验算截面宽度：

30、Bs=B2=1.482(m)取单位墙长(1m,基顶截面以上墙身自重：面积:8.97取单位墙长(1苗，基顶截面以上墙身自重：Ns G1 175.306(KN)墙身重心至验算截面前缘力臂长度:Zs (Bs Ha tan 1.482 2 tan( 14.040)0.991(m)Ng NS 175.306(KN),NQ1 Ey 4.188(KN)按公式(6.3.5 )计算，查表6.3.5，取综合效应组合系数zc 1.0 ,并按表4.1.7的规定，取荷载分项系数g 1.2, qi 1.4,截面形心上的竖向力组合设计值为：Nd zc( gNgqiNqi) 1.0 (1.2 175.306 1.4 4.188) 216.230(KN)基底截面形心处，墙身自重作用的力矩：Be1.482Mg NS(ZS -y) 175.306 (0.991 -) 43.827(KN .m)基底截面形心处，土压力作用的力矩:Be1 482MEEy Zx sExZy 4.312 (1.176 ) 71.315 1.797126.277(KN .m)22按表4.1.7 2的规定，分别取作用分项系数：g 0.9, qi 1.4根据表6.3.5的规定，取综合效应组合系数zc