路基路面工程课程设计解析

1、路基路面工程2路基路面工程课程课设计程设计指导老师：徐平学院：能源学院专业：交通工程班级：指导交老通师：06-2姓名：学尹院富：勇学号：班31级06：02030225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5m,墙背仰斜坡度为1:0.25（=14°02'）,墙身分段长度20m,其余初始拟采用尺寸如图所示（2）土质情况：墙背填土重度丫=18kN/m3，内摩擦角申二30。-35。值可以在30。至35。之间任选），填土与墙背之间的摩擦角6二17.5。；地基为岩石地基容许承载力tl=500kPa，基地摩擦系数f二0.5；（3）

2、墙身材料：砌体重度丫=20kkN/m3，砌体容许压应力LL500kPa，容许剪应力L=80kPa。破裂棱体位置确定：（1）破裂角（0）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，h=-=16.25=0.9m0y18假设破裂面交于荷载范围内，申=33o,取则有：屮=a+8+p=14。02'+17。30'+33。=36。28'A二-(a+H+2h)(a+H)二-H(H+2h)二丄(0+5+2x0.9)x5=17020202-B=a

3、b+(b+d)h一H(H+2a+2h)tana=0+0一一x5x(5+2x0.9)xtan(-14°02)=4.25020202所以破裂棱体的断面积S=Atan9-B00因此破裂棱体自重G=y(Atan9-B)，将G代入，得：00Ea=Y(Atan9-B)cos(9+)00sin(9+屮)dEb令一a=0，整理化简得：tan9=-tan屮土：(cotp+tan屮)(一0+tan屮)d9A将A,B代入得：(B)+tgV'0丿00tg9=-tg屮+(ctg©+tg屮)=-tg屮+J(ctg©+tg屮)(tg屮-tga)=-tg36。28'+tg33。+

4、tg36。28')(g36。28'+tg14Q2')=-0.7391+=1.540+0.7391)(0.7391+0.2500)=0.76239=37O19'5''2)验算破裂面是否交于荷载范围内：破裂契体长度：L0=H(tg9+tga)=5(0.7391-0.25)=2.4455m车辆荷载分布宽度：L=Nb+(N-1)m+d=2x1.8+(2-1)x1.3+0.6=5.5m所以L<L，即破裂面交于荷载范围内，符合假设。03)车辆荷载换算附加荷载强度幔高(小墙高(m)丹“020.010.0注；申间值可玖表中数值直线内插汁算。墙高5米，处于2

5、10m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=16.25kN/m2，16.25=0.9m4)土压力计算由上边计算的A二17,B二4.2500根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部土压力计算公式：cos(0+p)cos(37。19'5''+33。)E二y(Atan0-B)二18x(17x0.7623-4.25)二55.0KNaoosin(0+屮丿sin(37。19'5”+36。28"丿E=Ecos(a+§)=55cos(14。02'+17。30')=54.9KNXaE=Esin(a+S)=55sin

6、(14。02'+17。30')=3.33KNya土压力作用点计算K二1+2h/H二1+2x0.9/5二1.3610Z=H/3+h/3k=5/3+0.9/(3x1.36)=1.59mX1015)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：V 二bxH二0.98x4.81二4.71m111G=Vxy=4.71x20=94.28KN11V =1/2xbxh=0.5x0.98x0.19=0.093m211G=Vxy=1.86KN221G=G+G=94.28+1.86=96.14kN12为保证挡土墙抗滑稳定

7、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。在一般情况下(0.9G+rQ1E7)+09Gtg即乡式中上挡土塢自重匚墙背主动土压力的水平与垂直分力；网基底倾斜角巴卩基底摩擦系数，可通过现场试验确定。无试验资料时，可参考表6-7的经验数据*FQ1主动土压力分项系数，当组合为时，切=1.4;当组合为IIII、IV时,rQI=1.3o取y=1.4,Q1所以0.9x(96.14x1.09+1.86x0.64)+1.4x(2.97x1.449.14x1.33)=13.96<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，则Z二1.4mZ二1.

8、65mxyV =bH=1.3x4.81=6.253m3,G=Vy=6.253x20=125.06kN111111Z=丄(Htana+b)=1.25mG1211V =1bh=1x1.3x0.19=0.1235m3,G=Vy=0.1235x20=2.47kN22112221Z=0.651xb=038463mG21G=G+G=127.53kN12(0.9G+yE屮+0.9GtanyE>0Q1ya0Q1x代入得(0.9x127.53+1.4x3.33)卩+0.9x127.53x0.21.4x54.9=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稳定性，须验算它抵

9、抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力0.9GZ+y(EZEZ)>0GQ1yxxy式中:墙身*基础及其上的土重合力重心到墙趾的水平距离,m;J土压力垂直分力作用点到墙趾的水平距离,TH；J土压力水平分力作用点到墙趾的水平距离,ni0.9x(125.06x1.25+2.47x0.8463)+1.4x(3.35x1.454.9x1.65)=22.3>0所以倾覆稳定性满足。(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掛土墙基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力验算；同时，为了避免挡土墙不均匀沉陷，控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。1)基础地面的压应力仃)轴心荷载作

10、用时P=A式中：P基底平均压应力A基础底面毎延米的面积，関基础宽度1.0（亦）N每延米作用于基底的总竖向力设计值,kN:N=（Gr（+FQ）Ey-1F）cos£t（）+fqjEinaQ其中:E、墙背主动土压力（含附加荷载引起的）的垂直分力，kN;E*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（擋常年淹没水位人A二1.28(),N二169:284P13P.a6912)偏心荷载作用时作用于基底的合力偏心距e为e=Ni式中：prnwc$P亦n基底边缘最大、最小压应力设计值乍kN；M作用于基底形心的弯矩设计值;按咸B基础宽度”M作用于基底形心的弯矩设计值'

11、其数值见下表基底弯矩值计算表荷载组合作用于基.底形心的弯矩设忙值11.44ft+IIM=】4Mjj*12ATgJH1.3/Wt+1.2Mc+L.05Mff+M,表中一由填上恒载土压力所引诞的弯矩辛由境身及基础自璽和基础上的土重引起的弯矩;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：根据前面计算过的对墙趾的力臂，可以计算对形心的力臂。BZ'二Z-二1.25-0.56二0.69mG1G12BZ'二Z-二0.8463-0.65二0.1953mG2G22Z'=Z+tana=1.4+0.65x0.2=1.53mXX20Z'=Z-二1.65-0.65二

12、1.0myy2可知按M=1.4MEI+1.2MG计算由几何关系M二E匕Z-0.125)-(Z-0.625)二80.667kNDnExyxM=-GD(Z-0.625)=-75.158kNDmGGM=1.4x70.0-91x.25&.9氐N2m.故e=0.16mN11.281e1<=0.216基地应力验算p=208.75kPamaxp=52.187kPaminp=208.75kPa<L=500kPamax所以基底应力满足要求。、基底合力偏心距基底合力偏心距应满足*3下基底合力偏心距荷载博况地基条件合力偏心矩荷載组合I非岩石地基eo<8/8非岩石地基«o<B

13、/6術载组合e、hi、iv校差的岩石地基盹左6/5坚密的岩石地基eoM8/4软土、松砂、一般粘土c*B/6荷载组合V地農情况序密细紗、粘土8/5中密碎、砾石，中砂切兰8/4紧密岩石茨碎、砾石即三S/3由坚密的岩石地基得e0彳，满足条件。 、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，应满尼以下各式。当轴向荷载作用时式中:卫见式p=kf地基承载力抗力值,kPao得P=232.21kPa<L,故满足要求。max（7）截面墙身强度计算如墙身底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,部、1/2墙高处、上下墙（凸形及衡重式墙）交界处。强度计算N<aAR

14、/yjKKK每延米墙长计算：N=y（yN+yN十工丫屮N）j0GGQ1Q1QiCiQi式中：N设计轴向力（kN）；jy重要性系数，取0.9；0屮荷载组合系数，取1.0；CiyN恒载引起的轴向力（kN）和相应的分项系数；y取1.2,G'GGN主动土压力引起的轴向力（kN）；取E=3.55Q1yN全部取0；Qiy抗力分项系数，取2.31；kR材料极限抗压强度，取500kPa；kA挡土墙构件的计算截面积，取1.2m3；a轴向力偏心影响系数，取0.84；k将以上取值代入N=y（yN+yN十工丫屮N），得N=72.89kNj0GGQ1Q1QiCiQij又因为aAR/y=0.84x1.2x500/

15、2.31=218.18N=72.89KKKj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墙咼（单位：m）断面尺寸（单位：m）7.5号浆砌片石（单位：m3/m）hiHHiB1bi5.00.265.04.741.31.34.84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；泄水孔尺寸lOXIOcm,2-3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；14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

16、路堤Hl=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：土的重度丫二26kN/m3，干重度丫二19kN/m3，孔隙率耳二31%,申二27。，申二23。,干12c=15.2kPa，c=7.96kPa，换算土柱咼h二1.0m。120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=10m，B=10m量得R=18.48m,d=16.10m，干土条l=2.58m，11取I=0.08,4.5H=49.5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F(干与湿分开

17、),ii分别计算重力Qi。其中湿重度Y=(y-A)(1-n)=(26-9.80)(10.31)=11.178kN/m3W0(3)量滑动圆弧两端点对竖局的间距，计算圆心角a和全弧长L，浸水圆弧长0l=L-l=24.95m-2.58m=22.37m。21(4)分别计算各土条圆弧面上的法向力N与切向力T(区分正负)。i以上所有结果，列于下表中：土条号x(m)asinacosaF(m2)iQ(kN)iQ+Q12N=Q*cosaiiT=Q*sinaiiL(m)F1F2Q1Q2Ni1Ni2T订T丄i2115.91620.88290.469511.15-211.8-211.899.4-187.0-2.582

18、12.39470.73140.682063.9458.81215.0657.21872.2-1276.8-1369.222.3737.49270.45400.891027.25109.7517.81225.71743.5-1553.5-791.543.98150.25880.9659-65.1-727.2727.2-702.4-188.250.8370.12190.9925-72.4-809.7809.7-803.7-98.76-3.18110.19080.9816-30.8-343.8343.8-337.4-65.6合计-336.7-99.44673.9187.02513.324.95(5)

19、计算动水压力D=心审F=0.08x336.7x9.8=263.97kN02f=tan申=tan27°=0.5095,11f=tanp=tan23°=0.424522工Nf+工cl/口(6)由式K=ixx-L得：乙T+D(d/R)=0.7714<1.2599.4x0.5095+4673.9x0.4245+15.2x2.58+7.96x22.37187.0+2513.3+263.97x(16.10/18.48)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K.判别稳定性。min2、如果此路堤为非浸

20、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4,5H=49,5土条号x(m)asinacosaF(m2)Q(kN)N二QcosaT=QsinaL(m)115.91620.88290.469511.15211.899.4187.02.58212.39470.73140.6820122.742332.11590.51705.622.3737.49270.45400.8910136.912601.22317.71180.943.98150.25880.965965.061236.11194.0319.950.8370.12190.992572.441376.41366.1167.76-

21、3.18110.19080.981630.75584.3573.6111.5合计-336.7336.717141.33672.724.95由上表可知工N=4773.3kN,i工T=2700.3kN,f=tan27。=0.5095ic二15.2kP,L=24.95m代入K二a工Nf+工clixxi乙T+D(d/R)7141.3x0.5095+15.2x24.953672.7二1.2939>1.25i15就已计算的滑动面而言，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

22、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二lX11.25X10-6(km2)由下表，龊峻的山地起伏的山地平±h的料地针叶味也咲T.水宓查得径流系数屮=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，由下表取设计重现期为5年。设计降雨的重现期氓位:年.公路等级路面和路启表面排水路界内坡鹿排水1P*1公路等缓1路面和路肩表面排水向厘公路级公

23、路5：r二at及二级以F公路,!_4）降雨强度按公路所在地区，由图1查得5年重现期10min降雨历时的降雨强度为q5,10=2.1mm/min。由下表查得该地区5年重现期的重现期转换系数为c=1.0。由图2查表的该地区的60min降p雨强度转换系数为c60=O.42,再由表7-10查得5min降雨历时转换系数c5=1.25。7；7-9换爲賊（»）誓Mip年】地区15_1015融广帝厂0k云甯fT*-'Fr*'11孑r牙t|',Wr?W州個川4东胡甫隔北Ik861.00J17t27Bit.击林卫化北京、天澤“河北、山匹、餌仙厳'四川、西噸0.831.00

24、1.221.36内皐古廉四.甘阳T?養海、新鑒4F早区）07(,LOT1.34154内衬濮西.甘肅,宁玉音晦研疆（干耳mfl.711.001.441.72年:弭lOtnin群1：!强建小J'Umin的地网J.Q图咛L图221于是，按式q二ccq可计算得到降雨强度为pt5,10q=1.0x1.25x2.1=2.625mm/min5）设计流量按式Q=16.67qF设计流量为Q=16.67x0.95x2.625xlx11.25x10-6二0.0004681m3/s如选取出水口间距为l=45m，则设计径流量为Q二0.000468x45二0.02106m3/s6）检验汇流历时假设按式t=1.4451mLI屮Ts-10.467（L<370m），由表7-8查得地表粗度系数为皿产0.013,路面横坡s1为is=0.02，坡面长度为Ls=11.25m，可计算得到地面汇流历时二1.47mint二1.445f怦W1IV002丿按式V=20ij-6，由沟底（即路线）纵坡iR=1%，可计算得到平均流速为v=20x0.010.6=1.26m/s再按式t=£2i=1i，可计算得到沟管汇流历时t=50/(60x1.26)=0.66min2汇流历时为t+1=