中南大学路基路面专业课程设计.doc

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：7月

目 录
一、重力式挡土墙设计
第一部分 设计任务书…………………………………………………2
（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
1. 车辆换算荷载………………………………………………………3
2. 主动土压力计算……………………………………………………4
3. 设计挡土墙截面……………………………………………………8
4. 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
1. 车辆荷载换算………………………………………………………13
2. 上墙土压力计算……………………………………………………13
3. 下墙土压力计算……………………………………………………15
4. 墙身截面计算………………………………………………………17
5. 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）设计目标要求
经过此次设计基础训练，深入加深对路基路面工程相关理论知识了解，掌握重力式挡土墙设计基础方法和步骤。
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
①车辆荷载换算；
②土压力计算；
③挡土墙截面尺寸设计；
④挡土墙稳定性验算。
（三）设计资料
1．墙身结构
拟采取细粒水泥混凝土砌片石重力式路堤墙(如草图1)，墙高=？m，墙顶宽=？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（=—11°18′)，墙身等厚，分段长度10m，=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
墙后填土容重=18KN/m3，内摩檫角=35°，填土和墙背间摩檫角；粘性土地基，许可承载力[]=250Kpa，基底摩檫系数=0.50。取荷载组合I，抗滑稳定性系数[]=1.3，抗倾覆稳定性系数[]=1.5。
4．墙身材料
细粒水泥混凝土砌25号片石，砌体容重=22KN/m3； 砌体许可压应力[]=600KPa，许可剪应力[]=100KPa，许可拉应力[]=60KPa。
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，使土体产生附加竖向应力，从而产生附加侧向应力。土压力计算时，对于作用于墙背后填土表面车辆荷载能够近似按均布荷载来考虑，并将其换算为重度和墙后填土相同均布土层。
（1）求不计车辆荷载作时破裂棱体宽度B0
计算图示以下

初步确定，查《公路设计手册（路基）》，由表3—2—1中第五类公式知

则，

于是有：

（2）求纵向分布长度L

L采取10m，其中，L0取为7.0m
（3）计算车辆荷载总重
车轮中心距路基边缘0.5m，汽车20级，一辆车总重力为300KN。
在范围内部署车轮重：
部署车轮宽度

（4）换算当量土层厚度

2. 主动土压力计算
计算图示以下

（1）求破裂角
假设破裂面交于荷载内，查《公路设计手册（路基）》

现验算破裂面是否交于荷载内：
堤顶破裂面至墙踵：
荷载内缘至墙踵:
荷载外缘至墙踵:
比较得悉：，故结果和假设相符，所选公式正确。
（2）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，则采取《公路设计手册（路基）》第二版表3-2-1采取第6类公式计算：

（3）求主动土压力及作用点位置
按墙每延米计算。
墙后土体主动土压力：
水平向分力：
竖向分力：

因基底倾斜，土压力对墙趾O力臂为：

（4）验算荷载：
①对于挂车——100取，。于是：

验算破裂面是否交于荷载内：
堤顶破裂面至墙踵：
荷载内缘至墙踵:
荷载外缘至墙踵:
比较得悉：，故结果和假设相符，所选公式正确。
②求主动土压力系数K和K1

③求主动土压力及作用点位置
墙后土体主动土压力：

水平向分力：
竖向分力：
比较得悉：验算荷载略大于设计荷载，故挡土墙截面设计根据验算荷载进行计算。

因基底倾斜，土压力对墙趾O力臂为：

3. 设计挡土墙截面
（1）计算墙身自重及其力臂

故

（2）抗滑稳定性验算

，故抗滑移稳定性满足要求。
（3）抗倾覆稳定性验算

，故挡土墙抗倾覆稳定性满足要求。
（4）基底应力验算
为确保挡土墙基底应力不超出地基承载力，应进行基底应力验算。

偏心距：

所以，，地基承载力满足要求。
（5）截面应力验算
为了确保强身含有足够强度，应依据经验选择1~2个控制断面进行验算，墙面、墙背相互平行，截面最大应力出现在靠近基底处。
① 强度计算
要求：
如附图所表示，选择一个截面进行验算：1-1截面

其中，；

于是：

则挡土墙强度满足要求。
② 稳定性计算
要求：
其中：
于是：
则挡土墙稳定性满足要求。
③ 正截面受剪时验算
要求：
其中：

于是：
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。

二、衡重式挡土墙
第一部分 设计任务书
（一）设计目标要求
经过此次设计基础训练，深入加深对路基路面工程相关理论知识了解，掌握衡重式挡土墙设计基础方法和步骤。
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
①车辆荷载换算；②土压力计算；
③挡土墙截面尺寸设计；④挡土墙稳定性验算。
（三）设计资料
1．墙身结构
拟采取细粒水泥混凝土砌片石衡重式路肩墙（如草图2），墙高=？m，上墙=？m，墙背俯斜1：0.35，墙顶宽=0.5 m；衡重台宽=0.90 m；下墙=？m，墙背仰斜，1：0.25（=-14°02′）；墙面坡度1：0.05，墙身分段长度12 m，=5.5 m。
2．土壤工程地质情况
墙后填土容重=18KN/m3，内摩檫角=34o，上墙假想墙背摩檫角，下墙墙背墙背摩檫角；地基许可承载力[]=800Kpa，基底摩檫系数=0.60。取荷载组合I，抗滑稳定性系数[]=1.3，抗倾覆稳定性系数[]=1.5。
3．墙身材料
细粒水泥混凝土砌25号片石，砌体容重=22KN/m3； 砌体许可压应力[]=800KPa，许可剪应力[]=160KPa，许可拉应力[]=80KPa。
4．车辆荷载
计算荷载：汽车—20；
验算荷载：挂车—100。
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，使土体产生附加竖向应力，从而产生附加侧向应力。土压力计算时，对于作用于墙背后填土表面车辆荷载能够近似按均布荷载来考虑，并将其换算为重度和墙后填土相同均布土层。
（1）求纵向分布长度L
初步确定墙高H=6m，上墙高H1=2.4m，下墙高H2=3.6m。因为该挡土墙为路肩墙，故填土高度为零，即。
，取L=10.46m。
其中，L0取为7.0m
（2）计算车辆荷载总重
车辆荷载总重按下述要求计算：
纵向：当取用挡土墙分段长度时，为分段长度内可能部署车轮重力；当取一辆标准汽车扩散长度时为一辆标准汽车重力。
横向：破裂棱体宽度B0范围内可能部署车轮重力，车辆外侧车轮中心距路面（或硬路肩）、安全带边缘距离为0.5m。
按车带均摊方法计算。汽车20级，一辆重车总重300KN。因为此处是整个路基宽度范围内汽车作用力，故。
（3）换算当量土层厚度

2. 上墙土压力计算
（1） 计算破裂角，判别是否出现第二破裂面
假想墙背倾角为，见下图：

则有

则。
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

验算破裂面位置以下：
第一破裂面距墙顶內缘：

破裂面交于荷载内，和假设相符，而且不可能出现其它情况，故采取这类计算公式。因为，所以会出现第二破裂面。
（2） 计算第二破裂面上主动土压力E1
查《公路设计手册（路基）》表3-2-2第一类公式知：

对上墙O1力臂为

3. 下墙土压力计算
（1）求破裂角
假定破裂面交于荷载外，采取表27-6中第五类公式计算。破裂角计算示意图图：
则有：

现验算破裂面位置以下：
破裂面顶端至墙顶内缘距离为：

比较，故分析和原假设不相符，即破裂面交于荷载内。
计算图示以下：

现验算破裂面位置以下：
破裂面顶端至墙顶内缘距离为：

比较，故破裂面交于荷载内。
（2） 计算土压力

4. 墙身截面计算
因上墙顶宽，则上墙底宽，下墙底宽。
（1） 计算墙重力及力臂
①上墙墙身自重

对墙趾力臂

n取0.05
②下墙墙身自重

对墙趾力臂

③第二破裂面和墙背之间土楔重

其中
对墙趾力臂
④土楔上荷载重

对墙趾力臂

（2） 抗滑稳定性验算

，故挡土墙抗滑稳定性满足要求。
（3） 抗倾覆稳定性验算

，所以该挡土墙抗倾覆稳定性满足要求。
（4） 基底应力计算

即偏心距大于许可偏心距，基底出现拉应力，因为土地基不能承受拉力，则基底发生应力重分布。于是：

则，故地基承载力满足要求。
（5） 截面应力验算
①求上墙实际墙背上土压力

对上墙O1力臂为：

②选上墙墙底水平截面验算

中“—”，表示上墙墙底出现拉应力。

则，，截面强度满足要求。
③斜截面剪应力验算

把和分别带入下式得：
则，所以，斜截面抗剪承载力满足要求。
5．绘制档土墙纵横断面图（1：100）。
衡重式挡土墙纵横断面图见附图2。