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1=学院：土木工程学院 TOC o 1-5 h z 班级：学号：姓名：指导老师：时 间：2013年7月目 录一、重力式挡土墙设计第一部分设计任务书 TOC o 1-5 h z （一）设计内容和要求2（二） 设计内容2（三） 设计资料2第二部分设计计算书车辆换算荷载3 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 主动土压力计算43 .设计挡土墙截面84.绘制挡土墙纵横截面（附图1）11二、衡重式挡土墙设计第一部分设计任务书（一）设计内容和要求12（二）设计内容12（三）设计资料12第二部分设计计算书13 车辆荷载换算

2、13 上墙土压力计算13下墙土压力计算15 HYPERLINK l bookmark91 o Current Document 墙身截面计算15.绘制挡土墙纵横截面图（附图2） 21一、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）设计资料墙身构造拟采用细粒水泥混凝土砌片石重力式路堤墙（如草图1）,墙高H =?m，墙 顶宽b/?m，填土高度

3、？ m，填土边坡1:1.5,墙背仰斜，1:0.25（a =1 40 2）, 基底倾斜1：5（a 0=11 18）,墙身等厚，分段长度10 m，b0=7.0 m。车辆荷载计算荷载：汽车一2 0；验算荷载：挂车一100。土壤工程地质情况墙后填土容重y =1 8 KN/m3,内摩檫角中=35。，填土与墙背间的摩檫角 5 = ;粘性土地基，允许承载力气=2 5 0 K p a,基底摩檫系数f =0.50。取荷载 组合I,抗滑稳定性系数K =1.3，抗倾覆稳定性系数%=1.5。墙身材料细粒水泥混凝土砌2 5号片石，砌体容重y k = 22KN/m3；砌体允许压应力 2 =600KPa，允许剪应力 h =

4、100KPa，允许拉应力q , =60KPa。第二部分计算书正文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。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H = 6m,a = 2m,b = 3m,b1 = 1.5m，查公路设计手册(路基)，由表32-1中第五类公式知ab - H (H + 2a)tgaA =(H + a )2(6 + 2)2则，a = 2x3-6x (6 + 2x2)x 响T4S =。8=甲+。+8

5、= 350 + (-14002) +17.50 = 38。28 tan 8 = 0.794于是有:tg = -tg + (ctg + tg8)(tg。+ A)=-0.794 + i：(cot350 + 0.794)(0.794 + 0.328)=0.785B = (H + a )tg9+ Htga b0=(6 + 2) x 0.785 + 6 x tan(14。02) - 4.5=1.78m(2)求纵向分布长度LL = L + (H + 2a )tg 30。= 7.0 + (6 + 2 x 2) x tan 300 0=12.77m 10mL采用10 m，其中，L0取为7.0m(3)计算车辆荷

6、载总重S Q车轮中心距路基边缘0.5m,汽车2 0级,一辆车的总重力为30 0 KN。在L x B0范围内布置车轮重S Q :布置车轮的宽度l010 = B0 -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)=0.74mS Q = 3002 = 150KN (半辆车重)150(4)换算当量土层厚度S Q h = = 0.47 m0 y B L 18 x 1.78 x 10主动土压力计算计算图示如下sm-bo:=d(1)求破裂角0假设破裂面交于荷载内，查公路设计手册(路基)入 _ ab + 2匕(b + d) H (H + 2a +

7、 2ga0(H + a)(H + a + 2h )_ 2 x 3 + 2 x 0.47 x (3 + 0.5) 6 x(6 + 2 x 2 + 2 x 0.47) x tan(14oO2)(6 + 2) x(6 + 2 + 2 x 0.47)_ 0.359tg0 _ tg + %(ctg中 + tg)(tg + A)_ 0.794 + (cot 350 + 0.794)(0.794 + 0.359)_ 0.8070 =38。53现验算破裂面是否交于荷载内：堤顶破裂面至墙踵：(H + a)tg0 _ (6 + 2) x 0.807 = 6.46m荷载内缘至墙踵:b 一 H tan a + d _

8、 3 一 6 x tan(14002) + 0.5 _ 5m荷载夕卜缘至墙踵:b H tan a + d + b _ 3 6 x tan(14。02) + 0.5 + 7.0 _ 12m0比较得知：56.64 12,故结果与假设相符，所选公式正确。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：cos(0 +中)/K =(tg + tga)sin(O +9)cos(38o53 + 35o)x (0.807 + tan(-14oO2)sln(38o53 + 38o28)=o.1587 b - atg。h =1tg。

9、+ tga=2.49m=o.90m3 - 2 x。.8。7。.8。7 + tan(-14oo2)7 do.5h =2tgO + tga。.8。7 + tan(-14oo2)h3 = H -七-h2 = 6 - 2.49 - o.9o = 2.61m2ah2h hk = 1+h(1 - 2h)+ h 32 x 2,1 2.49、2 x o.47 x 2.6162=1 +x (1-) += 1.59662 x 6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:E =1 y H2KK =1 x18 x 62 x o.158 x1.596 = 81.7。KN 21 2水平向分力:E =

10、E cos(a+5) = 81.7o x cos(-14oo2 + 17o3o，)= 81.55 KN X竖向分力:E = Esin(a +5) = 81.7oxsln(-14oo2 + 17o3o，)= 4.94KNYH a( H - h )2 + hh (3h - 2 H)Z = +1316 2 x (6 - 2.49)2 + o.47 x 2.61x (3 x 2.61 - 2 x 6)=_ + :33 x 62 x1.596=2.11m因基底倾斜，土压力对墙趾0的力臂为：1 =- o.19b = 2.11 - o.19 x 1.5 = 1.83mZ/1 =-Z、tga = 1.5 -1

11、.83 x tan(-14oo2) = 1.96m验算荷载：对于挂车100取h0 = 0.8m , d = 0。于是：入=ab + 2匕(b + d) H (H + 2a + 2匕)tga 0(H + a)(H + a + 2h )_ 2x3 + 2x0.8x(3 + 0) 6x(6 + 2x2 + 2x0.8)xtan(14。02)(6 + 2) x(6 + 2 + 2 x 0.8)=0.367tg。= tg + (ctg 中 + tg)(tg + A)=0.794 + (cot350 + 0.794)(0.794 + 0.367)=0.812。=3905验算破裂面是否交于荷载内：堤顶破裂面

12、至墙踵:(H + a)tge = (6 + 2) x 0.812 = 6.50m荷载内缘至墙踵:b 一 H tan a + d = 3 一 6 x tan(14002) + 0 = 4.5m荷载外缘至墙踵:b H tan a + d + b = 3 6 x tan(14。02) + 0 + 7.0 = 11.5m0比较得知：4.5 6.5 K _ 1.3，故抗滑移稳定性满足要求。(3)抗倾覆稳定性验算v GZ + G Z + E Z198.4x 1.46 + 4.70 x0.98 + 5.23x 1.96 K _ 1G12_G2Y_Y1 _ _ 1.92X X1K0 K0 _ 1.5，故挡土墙

13、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 0.19b x 0.25 _ 1.5 0.19 x 1.5 x 0.25 _ 1.43mGZ + GZ + E Z E ZZ = 1G12G2YY1XX4- nG + G + E_ 198.4 x1.46 + 4.70 乂0.98二 5.23 x1.96 86.25 x1.84198.4 + 4.70 + 5.23= 0.70偏心距:e = Z = .43 0.70 = 0.02m2 n 2 = G + %6e) = 193.30 + 5.23 x 6 x 0.02) = 150.

14、48Kpi气2厂-矿 143 x - 1.43= 127.18Kpa150.48Kpa27.8Kpa因此，b1,2(5)截面应力验算 N = 181.29KN则挡土墙强度满足要求。稳定性计算 要求:N V心土 j y k其中：N、aA、R丫意义同前；K弯曲平面内的纵向翘曲系数，因h/b = 615=4 v 10,故认为此挡墙是矮墙， 取 W =1.0。于是:心土 = 10 X 爵95 X1.5 X 600 =387.66KN N =181.29KN y k2.31j则挡土墙稳定性满足要求。正截面受剪时验算要求:Qj V AR fN , k其中：Qj正截面剪力（KN）；A受剪截面面积（m2）,

15、A =1.5m2；R砌体截面的抗剪极限强度（Kpa）, R =100Kpa；f摩擦系数，f =0.42。Q =E =86.25KN ；于是:AR 3 + f N = 1.5 X100 + 0.42 X188.60 = 144.15KN Q = 86.25KN k Jm 12.31则挡土墙抗剪强度满足要求。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。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

16、。（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=?m，墙背俯斜1： 0.35，墙顶宽七=0. 5 m；衡重台宽d0.90 m;下墙 H2=? m，墙背仰斜，1:0. 25（a =-14。02）；墙面坡度1:0.05,墙身分段长 度12 m，b0 = 5.5 m。土壤工程地质情况墙后填土容重Y = 1 8KN/m3,内摩檫角中=34o，上墙的假想墙背摩檫角 =中，下墙墙背墙背摩檫角5 2 = 2 ;地基允许承载力】气=8 0 0K pa,基底摩 檫系数f = 0.6

17、0。取荷载组合I，抗滑稳定性系数K =1.3，抗倾覆稳定性系数 气=1.5。墙身材料细粒水泥混凝土砌25号片石，砌体容重y =22 KN/m3;砌体允许压应力。=8 00KPa，允许剪应力t =160KPa，允许拉应力q ,=80KPa。4 .车辆荷载计算荷载:汽车一2 0 ;验算荷载：挂车一100。第二部分计算书正文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)求纵向分布长度L初步拟定墙高H=6m，上墙高H1=2. 4

18、m,下墙高H2=3. 6 m。由于该挡 土墙为路肩墙，故填土高度为零，即1 = 0。L = L + (H + 2a)tg30。= 7.0 + 6 x tan 3Oo = 10.46m 12m，取 L=10.46m。 0其中，L0取为7.0 m(2)计算车辆荷载总重S Q车辆荷载总重SQ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30 0 KN。由于此处SQ

19、 是整个路基宽度范围内的汽车作用力，故SQ = 300KN。300(3)换算当量土层厚度,S Q h = 0.29 m0y bL 18 x 5.5 x 10.46上墙土压力计算(1)计算破裂角七，判别是否出现第二破裂面假想墙背倾角a /为，见下图：则有2.4tan a =件二乂 庭5 + 爵.0.725i H1则a/ = 35o56。假设破裂面交于荷载内，查公路设计手册（路基）表3-2-2第一类公式八 ，一 934o a =0, = 45。 = 45o = 28otan 七=0.532验算破裂面的位置如下：第一破裂面距墙顶内缘：H （tg0 + tga/） = 2.4x （0.532 + 0.

20、725） = 3.02m b。= 5.5m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a, = 280 3.54m，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bt=O 5m b(j=5, 5m二三宇L 5 4您8=甲 + 8 +a = 340 +170 14002= 36058 tan 巾=0.753A = tan a = 0.252嘤=tg + J 任帅+。珀卜)(tg + A)=0.753 + *(0.753 + cot340)(0.753 + 0.25) =0.74492 = 36040现验算破裂面位置如下：破裂面顶端至墙顶内缘的距离为：Ht

21、g% H tga2 + Htga/ = 6x 0.744 3.6 x 0.25 + 2.4 x 0.725 = 5.30m 比较b0 = 5.5m 5.30m，故破裂面交于荷载内。(2)计算土压力E2cos(36040+340)sin(36040+36058)x (0.744 0.25) = 0.170cos(9 +甲)/K =的(tan 9 + tan a )=2K = 1 + 2( H1 + h) = 1 + 2 x (2.4 + 0.29) = 2.494H 23.6E2 = 2y H2KK = 2 x 18 x 3.62 x 0.170 x 2.494 = 49.45KNE2 = E2

22、 cos(a 2 +5 2) = 49.45 x cos(14。02 +17。)= 49.38 KNEy = E2 sin(a2 +52) = 49.45 x sin(14002+170) = 2.56KNZ = H + 3 =剪 + 2.4 + 0.29 = 1.56mx33K 33 x 2.494墙身截面计算因上墙顶宽b1 = 0.5m，则上墙底宽七=1.46m，下墙底宽B = 1.64m。(1)计算墙的重力及力臂上墙墙身自重G G =1 y H (b + b ) =1 x 22 x 2.4 x (0.5 +1.46) = 51.74KN12 k 1 122对墙趾的力臂Z _n H + b

23、; + bb + b; + (2b+ b )nH gi -23(b + b )0.52 + 0.5 x 1.46 +1.462 + (2 x 0.5 +1.46) x 0.05 x 2.4_ 0.05 x 3.6 +x (0.5 +1.46)_ 0.76mn 取 0.05下墙墙身自重G2G _1 y H (b + d + B)=1 x22x3.6x (1.46+ 0.9 +1.64) = 116.98奶22 K 2212对墙趾的力臂B2 + B(b + d )+(b + d )2 +2(b + d )+ B nHZ _21q21A2_G 23B + (b2 + )_ 1.642 +1.64x

24、(1.64+ 0.9) + (1.46+0.9)2 + 2 x(1.46+0.9) +1.64 x0.05x3.63 x 1.64+(1.46+ 0.9)_ 1.11m第二破裂面与墙背之间的土楔重g3G _1 y H (d + d )_1 x 18x2.4x (0.9 + 0.46) _ 29.38KN其中d2 _ H1 (g*/321122-tga )_ 2.4 x (0.725 - 0.532) _ 0.46m对墙趾的力臂Z _n(h + H )+ b + Htg以G 31211d 2 + d d + d 2 -(2d + d )Htg以I *3(d + d) 111213 x (0.46

25、 + 0.9)0.462 + 0.9 x 0.46 + 0.92 - (2 x 0.46 + 0.9) x 2.4 x 0.35 _ 0.05 x (2.4 + 3.6) + 0.5 + 2.4 x 0.35 +_ 1.99m土楔上荷载重G4G4 _y h0d2 _ 18 x 0.29 x 0.46 _ 2.40KN对墙趾的力臂Z _ n (H + H )+b +1 d _ 0.05 x (2.4 + 3.6) + 0.5 +1 x 0.9 _ 1.25mG 41212 12(2)抗滑稳定性验算(G + G + G + G + E + E ) fK =12341Y2YcE + E237.28

26、x 0.6 =2.1167.58(51.74 +116.98 +29.38 + 2.40 + 34.22 + 2.56) x 0.618.20 + 49.38K = 2.11 K = 1.3,故挡土墙抗滑稳定性满足要求。抗倾覆稳定性验算Z = nH + b + d - Z tga = 0.05 x 3.6 +1.46 + 0.9 - 0.88 x 0.532 = 2.07m 1Y2211 XiZ 2Y = B + Z 2 xtga2 = 1.64 +1.56 x (-0.25) = 1.25mMGZ + GZ + GZ + GZ + E Z + E ZK = 1G12G2-f-3&34G41Y

27、1Y2Y2Y-0 乙 ME(Z + H )+ E Z_ 51.74x 0.76 +116.98 x1.11 + 29.38 x1.99 + 2.40 x1.25 + 34.22x 2.07 + 2.56x 1.2518.20 x(0.88 + 3.6) + 49.38 x1.56277.58158.57=1.75K0 = 1.75 K0 = 1.5，因此该挡土墙的抗倾覆稳定性满足要求。基底应力计算M -M277.58 -158.57Z = 店e)x =237 28= 0.50mye =兰-Z = .64 0.50 = 0.32m2 n 2e0 = 0.75 x B = 0.75 x * = 0

28、.21m e = 0.32m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：bmax2n 2 (G + Ey)= 2 x 237.28 = 316.37Kpa3Z3N则bmaxZn3 0.50 =31637Kpa V b0 = 800Kpa，故地基承载力满足要求。截面应力验算求上墙实际墙背上的土压力E1E = E = 18.20 KN 1x1xE; = E; tan a 广 18.20 x 0.35 = 6.37KN对上墙。1的力臂为：Z = H = 24 = 0.8m 1X33选上墙墙底水平截面验算Z; = b2 - Z; tan a 1 = 1.46 - 0.8 x 0.35 = 1.18m_b _b G(Z -nH )+ E/ Z