路基路面课程设计计算书.doc

土木建筑工程学院土木工程专业（道路桥梁方向）路基路面工程课程设计计算书姓 名： 年 级： 班 级： 学 号： 题目：重力式挡土墙设计设计资料：1、工程概况拟建南宁机场高速公路（城市道路段）K2+770右侧有一清朝房子，由于该路段填土较高，若按1：1.5的边坡坡率放坡，则路基坡脚侵入房子范围。现为了保存房子，规定在该路段的恰当位置设挡土墙。为使房子周边保持车辆交通，规定墙脚边距离房子的距离大约为4m。提醒：路肩350cm内不布置车辆，慢车道650cm开始布置车辆荷载（550kN）。2、路中线与房子的平面位置关系、路线纵断面、路基标准横断面如下图：图1 道路和房子平面示意图图2 路基标准横断面图（半幅，单位:cm） 图3 道路纵断面图 图4 地质剖面图 3、房子附近地质情况见地质剖面图，房子附近地面较大范围（涉及路基范围）内为平地。4、挡土墙墙身、基础材料：M7.5浆砌片石，M10砂浆抹墙顶面（2cm），M10砂浆勾外墙凸缝。砌体重度1=22kN/m3。墙后填土为天然三合土重度2=20kN/m3，换算内摩擦角=35。M10浆砌块石与天然三合土的摩擦角为20。砌体极限抗压强度为700kPa，弯曲抗拉极限强度为70kPa，砌体截面的抗剪极限强度为150kPa。计算过程1、 道路设计标高计算由=1.0%，=-0.75%，R=13500得，=118.125所以竖曲线起点桩号为K2+781.875。K2+766的设计标高为。K2+782的坡线标高为，高程改正，所以K2+782的设计标高为116.67。而地面高程为106.05，所以房子正对着的道路标高与地面高程最大之差为10.62m。2、挡土墙设计方案挡土墙墙脚与房子的平面位置关系如下：挡土墙墙角距房子都为4.19米，八字墙墙脚距房子墙角4.38米；挡土墙在水平面上与道路中线平行，在竖直面上与路线纵坡平行。取K2+782处的挡墙进行设计通过电脑试算，拟定墙身尺寸如下：K2+782处挡墙的横断面图其中墙高6.5米，埋深1.5米，挡墙与路边坡的位置关系如上。由于原地基土为黏性土，承载力和摩擦系数均较低，经试算承载力的抗滑力都很难满足，所以采用换填地基，换填材料采用碎石，密度为19KN/m，内摩擦角为45，承载力标准值f=500Kpa，换填后地基摩擦系数为0.5。换填高度为2.2米。3、作用在挡土墙上的积极土压力计算由设计资料已知: 强后填土换算内摩擦角=35，M10浆砌块石与天然三合土的摩擦角为20。墙背倾角。运用库伦理论求积极土压力求破裂角假设破裂面交于路基上荷载内边沿，验证：路肩破裂长度；假设对的。求积极土压力求挡土墙自重 4、挡土墙验算 滑动稳定性验算滑动方程：抗滑稳定性满足。滑动系数：抗滑稳定性满足。 倾覆稳定性验算倾覆方程：倾覆稳定性满足。倾覆系数：抗倾覆稳定性满足。 基体应力级偏心距验算总的竖向力设计值：作用基底形心的弯矩M偏心距满足。地基承载力抗力值f:基础压应力：所以基底应力满足。 墙身截面强度验算：验算墙身中部和底部两个截面如图所示：11截面验算：验算截面宽度为4.48米。如前所述，采用库伦土压力理论计算可算得挡土墙11截面以上部分承受的土压力为：挡土墙11截面以上部分自重为：每延米墙长设计轴向力：总的竖向力对截面形心总力矩 满足。 强度计算： 强度满足。 稳定计算：稳定满足。正截面受剪验算：受剪满足综上，11截面符合规定。22截面验算：验算截面宽度为3.22米。同理，采用库伦土压力理论计算可算得挡土墙11截面以上部分承受的土压力为：挡土墙22截面以上部分自重为：每延米墙长设计轴向力：总的竖向力对截面形心总力矩 满足。 强度计算： 强度满足。 稳定计算：稳定满足。正截面受剪验算：受剪满足综上，22截面符合规定。所以拟定的挡土墙符合规定。6、挡土墙排水设计排水沟：在墙角处设立0.5m0.3m的地面排水沟，考虑旁边有房子，并用混凝土板盖上排水沟。泄水孔：为加强前身排水，沿墙高和墙身设立半径为10cm的圆形泄水孔，间距为2.5m，向外倾斜5%，泄水孔共有两排19个，下面一排距地面0.5m。泄水孔进水侧设0.3m厚的砂砾反滤层，反滤层顶部以0.5m的不透水混凝土封闭。设计方案见于图纸。7、变形缝设计由于本挡土墙较长，所以在中部和两边与八字墙衔接的地方各设2cm的变形缝，沿全高设立。8、挡土墙的具体布置和尺寸见于设计图纸中。参考资料1、公路路基设计规范（JTG D30-2023）2、公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2023）3、公路挡土墙设计与施工技术细则4、路基设计手册，人民交通出版社5、路基路面工程（第三版）（邓学钧 主编），人民交通出版社理正计算过程-原始条件: 墙身尺寸: 墙身高: 6.500(m) 墙顶宽: 1.300(m) 面坡倾斜坡度: 1:0.350 背坡倾斜坡度: 1:0.250 采用1个扩展墙址台阶: 墙趾台阶b1: 0.800(m) 墙趾台阶h1: 1.200(m) 墙趾台阶面坡坡度为: 1:0.000 墙底倾斜坡率: 0.000:1 物理参数: 圬工砌体容重: 22.000(kN/m3) 圬工之间摩擦系数: 0.400 地基土摩擦系数: 0.500 墙身砌体允许压应力: 700.000(kPa) 墙身砌体允许弯曲拉应力: 70.000(kPa) 墙身砌体允许剪应力: 150.000(kPa) 材料抗压极限强度: 0.700(MPa) 材料抗力分项系数: 2.310 系数s: 0.0020 挡土墙类型: 一般挡土墙 墙后填土内摩擦角: 35.000(度) 墙后填土粘聚力: 0.000(kPa) 墙后填土容重: 20.000(kN/m3) 墙背与墙后填土摩擦角: 20.000(度) 地基土容重: 19.000(kN/m3) 修正后地基承载力特性值: 500.000(kPa) 地基承载力特性值提高系数: 墙趾值提高系数: 1.200 墙踵值提高系数: 1.300 平均值提高系数: 1.000 墙底摩擦系数: 0.500 地基土类型: 土质地基 地基土内摩擦角: 30.000(度) 土压力计算方法: 库仑 坡线土柱: 坡面线段数: 3 折线序号 水平投影长(m) 竖向投影长(m) 换算土柱数 1 7.755 5.170 0 2 3.500 0.000 0 3 6.500 0.000 1 第1个: 距离0.000(m),宽度6.500(m),高度0.719(m) 2023路基规范挡土墙车辆荷载 坡面起始距离: 0.000(m) 地面横坡角度: 0.000(度) 填土对横坡面的摩擦角: 35.000(度) 墙顶标高: 0.000(m) 挡墙分段长度: 10.000(m)土压力起算点: 从结构底面起算 基础类型: 换填土式基础 换填部分尺寸: C = 0.200(m),H = 2.200(m) 换填土内摩擦角: 45.000(度) 换填土平均容重: 18.000(kN/m3) 应力扩散角: 45.000(度) 换填土修正后承载力: 709.000(kPa) 换填土摩擦系数: 0.500=第 1 种情况: 组合1= 组合系数: 1.000 1. 挡土墙结构重力 分项系数 = 1.200 2. 墙顶上的有效永久荷载 分项系数 = 1.200 3. 墙顶与第二破裂面间有效荷载 分项系数 = 1.000 4. 填土侧压力 分项系数 = 1.400 5. 车辆荷载引起的土侧压力 分项系数 = 1.400 = 土压力计算 计算高度为 6.500(m)处的库仑积极土压力 无荷载时的破裂角 = 34.758(度) 按实际墙背计算得到: 第1破裂角： 34.758(度) Ea=291.341(kN) Ex=241.430(kN) Ey=163.069(kN) 作用点高度 Zy=2.253(m) 由于俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面不存在 墙身截面积 = 21.833(m2) 重量 = 480.326 (kN)(一) 滑动稳定性验算 基底摩擦系数 = 0.500 滑移力= 241.430(kN) 抗滑力= 321.697(kN) 滑移验算满足: Kc = 1.332 1.300 滑动稳定方程验算： 滑动稳定方程满足: 方程值 = 40.326(kN) 0.0(二) 倾覆稳定性验算 相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 3.019 (m) 相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx = 5.017 (m) 相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy = 2.253 (m) 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性 倾覆力矩= 543.977(kN-m) 抗倾覆力矩= 2268.230(kN-m) 倾覆验算满足: K0 = 4.170 1.500 倾覆稳定方程验算： 倾覆稳定方程满足: 方程值 = 1543.857(kN-m) 0.0(三) 地基应力及偏心距验算 基础类型为换填土式，验算墙底偏心距及压应力 作用于基础底的总竖向力 = 643.395(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=1724.253(kN-m) 基础底面宽度 B = 5.580 (m) 偏心距 e = 0.110(m) 基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 2.680(m) 基底压应力: 趾部=128.950 踵部=101.657(kPa) 最大应力与最小应力之比 = 128.950 / 101.657 = 1.268 作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.110 = 0.167*5.580 = 0.930(m) 墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=128.950 = 850.800(kPa) 墙踵处地基承载力验算满足: 压应力=101.657 = 921.700(kPa) 地基平均承载力验算满足: 压应力=115.304 = 709.000(kPa) 换填土基础下地基承载力验算满足: 扩散后压应力=104.068 = 500.000(kPa)(四) 基础强度验算 基础为换填土基础，不作强度验算(五) 墙底截面强度验算 验算截面以上，墙身截面积 = 21.833(m2) 重量 = 480.326 (kN) 相对于验算截面外边沿，墙身重力的力臂 Zw = 3.019 (m) 相对于验算截面外边沿，Ey的力臂 Zx = 5.017 (m) 相对于验算截面外边沿，Ex的力臂 Zy = 2.253 (m)允许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 643.395(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=1724.253(kN-m) 相对于验算截面外边沿，合力作用力臂 Zn = 2.680(m) 截面宽度 B = 5.580 (m) 偏心距 e1 = 0.110(m) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.110 = 0.250*5.580 = 1.395(m) 截面上压应力: 面坡=128.950 背坡=101.657(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 128.950 = 700.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -2.855 = 150.000(kPa)极限状态法: 重要性系数0 = 1.050 验算截面上的轴向力组合设计值Nd = 804.687(kN) 轴心力偏心影响系数k = 0.991 挡墙构件的计算截面每沿米面积A = 5.580(m2) 材料抗压极限强度Ra = 700.000(kPa) 圬工构件或材料的抗力分项系数f = 2.310 偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数k = 1.000 计算强度时: 强度验算满足: 计算值= 844.922 = 1676.264(kN) 计算稳定期: 稳定验算满足: 计算值= 844.922 = 1676.264(kN)(六) 台顶截面强度验算 土压力计算 计算高度为 5.300(m)处的库仑积极土压力 无荷载时的破裂角 = 36.666(度) 按实际墙背计算得到: 第1破裂角： 36.666(度) Ea=203.361(kN) Ex=168.522(kN) Ey=113.824(kN) 作用点高度 Zy=1.819(m) 由于俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面不存在 强度验算 验算截面以上，墙身截面积 = 15.317(m2) 重量 = 336.974 (kN) 相对于验算截面外边沿，墙身重力的力臂 Zw = 2.348 (m) 相对于验算截面外边沿，Ey的力臂 Zx = 4.025 (m) 相对于验算截面外边沿，Ex的力臂 Zy = 1.819 (m)允许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 450.798(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=943.011(kN-m) 相对于验算截面外边沿，合力作用力臂 Zn = 2.092(m) 截面宽度 B = 4.480 (m) 偏心距 e1 = 0.148(m) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.148 = 0.250*4.480 = 1.120(m) 截面上压应力: 面坡=120.588 背坡=80.662(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 120.588 = 700.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -2.633 = 150.000(kPa)极限状态法: 重要性系数0 = 1.050 验算截面上的轴向力组合设计值Nd = 563.723(kN) 轴心力偏心影响系数k = 0.981 挡墙构件的计算截面每沿米面积A = 4.480(m2) 材料抗压极限强度Ra = 700.000(kPa) 圬工构件或材料的抗力分项系数f = 2.310 偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数k = 1.000 计算强度时: 强度验算满足: 计算值= 591.909 = 1332.120(kN) 计算稳定期: 稳定验算满足: 计算值= 591.909 1.300 滑动稳定方程验算： 滑动稳定方程满足: 方程值 = 40.326(kN) 0.0(二) 倾覆稳定性验算 相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 3.019 (m) 相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx = 5.017 (m) 相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy = 2.253 (m) 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性 倾覆力矩= 543.977(kN-m) 抗倾覆力矩= 2268.230(kN-m) 倾覆验算满足: K0 = 4.170 1.500 倾覆稳定方程验算： 倾覆稳定方程满足: 方程值 = 1543.857(kN-m) 0.0(三) 地基应力及偏心距验算 基础类型为换填土式，验算墙底偏心距及压应力 作用于基础底的总竖向力 = 643.395(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=1724.253(kN-m) 基础底面宽度 B = 5.580 (m) 偏心距 e = 0.110(m) 基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 2.680(m) 基底压应力: 趾部=128.950 踵部=101.657(kPa) 最大应力与最小应力之比 = 128.950 / 101.657 = 1.268 作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.110 = 0.167*5.580 = 0.930(m) 墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=128.950 = 850.800(kPa) 墙踵处地基承载力验算满足: 压应力=101.657 = 921.700(kPa) 地基平均承载力验算满足: 压应力=115.304 = 709.000(kPa) 换填土基础下地基承载力验算满足: 扩散后压应力=104.068 = 500.000(kPa)(四) 基础强度验算 基础为换填土基础，不作强度验算(五) 墙底截面强度验算 验算截面以上，墙身截面积 = 21.833(m2) 重量 = 480.326 (kN) 相对于验算截面外边沿，墙身重力的力臂 Zw = 3.019 (m) 相对于验算截面外边沿，Ey的力臂 Zx = 5.017 (m) 相对于验算截面外边沿，Ex的力臂 Zy = 2.253 (m)允许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 643.395(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=1724.253(kN-m) 相对于验算截面外边沿，合力作用力臂 Zn = 2.680(m) 截面宽度 B = 5.580 (m) 偏心距 e1 = 0.110(m) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.110 = 0.250*5.580 = 1.395(m) 截面上压应力: 面坡=128.950 背坡=101.657(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 128.950 = 700.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -2.855 = 150.000(kPa)极限状态法: 重要性系数0 = 1.050 验算截面上的轴向力组合设计值Nd = 804.687(kN) 轴心力偏心影响系数k = 0.991 挡墙构件的计算截面每沿米面积A = 5.580(m2) 材料抗压极限强度Ra = 700.000(kPa) 圬工构件或材料的抗力分项系数f = 2.310 偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数k = 1.000 计算强度时: 强度验算满足: 计算值= 844.922 = 1676.264(kN) 计算稳定期: 稳定验算满足: 计算值= 844.922 = 1676.264(kN)(六) 台顶截面强度验算 土压力计算 计算高度为 5.300(m)处的库仑积极土压力 无荷载时的破裂角 = 36.666(度) 按实际墙背计算得到: 第1破裂角： 36.666(度) Ea=203.361(kN) Ex=168.522(kN) Ey=113.824(kN) 作用点高度 Zy=1.819(m) 由于俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面不存在 强度验算 验算截面以上，墙身截面积 = 15.317(m2) 重量 = 336.974 (kN) 相对于验算截面外边沿，墙身重力的力臂 Zw = 2.348 (m) 相对于验算截面外边沿，Ey的力臂 Zx = 4.025 (m) 相对于验算截面外边沿，Ex的力臂 Zy = 1.819 (m)允许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 450.798(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=943.011(kN-m) 相对于验算截面外边沿，合力作用力臂 Zn = 2.092(m) 截面宽度 B = 4.480 (m) 偏心距 e1 = 0.148(m) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.148 = 0.250*4.480 = 1.120(m) 截面上压应力: 面坡=120.588 背坡=80.662(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 120.588 = 700.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -2.633 = 150.000(kPa)极限状态法: 重要性系数0 = 1.050 验算截面上的轴向力组合设计值Nd = 563.723(kN) 轴心力偏心影响系数k = 0.981 挡墙构件的计算截面每沿米面积A = 4.480(m2) 材料抗压极限强度Ra = 700.000(kPa) 圬工构件或材料的抗力分项系数f = 2.310 偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数k = 1.000 计算强度时: 强度验算满足: 计算值= 591.909 = 1332.120(kN) 计算稳定期: 稳定验算满足: 计算值= 591.909 1.300 滑动稳定方程验算： 滑动稳定方程满足: 方程值 = 56.315(kN) 0.0(二) 倾覆稳定性验算 相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 3.019 (m) 相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx = 5.017 (m) 相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy = 2.253 (m) 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性 倾覆力矩= 543.977(kN-m) 抗倾覆力矩= 2268.230(kN-m) 倾覆验算满足: K0 = 4.170 1.500 倾覆稳定方程验算： 倾覆稳定方程满足: 方程值 = 1516.448(kN-m) 0.0(三) 地基应力及偏心距验算 基础类型为换填土式，验算墙底偏心距及压应力 作用于基础底的总竖向力 = 643.395(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=1724.253(kN-m) 基础底面宽度 B = 5.580 (m) 偏心距 e = 0.110(m) 基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 2.680(m) 基底压应力: 趾部=128.950 踵部=101.657(kPa) 最大应力与最小应力之比 = 128.950 / 101.657 = 1.268 作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.110 = 0.167*5.580 = 0.930(m) 墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=128.950 = 850.800(kPa) 墙踵处地基承载力验算满足: 压应力=101.657 = 921.700(kPa) 地基平均承载力验算满足: 压应力=115.304 = 709.000(kPa) 换填土基础下地基承载力验算满足: 扩散后压应力=104.068 = 500.000(kPa)(四) 基础强度验算 基础为换填土基础，不作强度验算(五) 墙底截面强度验算 验算截面以上，墙身截面积 = 21.833(m2) 重量 = 480.326 (kN) 相对于验算截面外边沿，墙身重力的力臂 Zw = 3.019 (m) 相对于验算截面外边沿，Ey的力臂 Zx = 5.017 (m) 相对于验算截面外边沿，Ex的力臂 Zy = 2.253 (m)允许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 643.395(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=1724.253(kN-m) 相对于验算截面外边沿，合力作用力臂 Zn = 2.680(m) 截面宽度 B = 5.580 (m) 偏心距 e1 = 0.110(m) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.110 = 0.250*5.580 = 1.395(m) 截面上压应力: 面坡=128.950 背坡=101.657(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 128.950 = 700.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -2.855 = 150.000(kPa)极限状态法: 重要性系数0 = 1.050 验算截面上的轴向力组合设计值Nd = 630.704(kN) 轴心力偏心影响系数k = 0.993 挡墙构件的计算截面每沿米面积A = 5.580(m2) 材料抗压极限强度Ra = 700.000(kPa) 圬工构件或材料的抗力分项系数f = 2.310 偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数k = 1.000 计算强度时: 强度验算满足: 计算值= 662.240 = 1679.844(kN) 计算稳定期: 稳定验算满足: 计算值= 662.240 = 1679.844(kN)(六) 台顶截面强度验算 土压力计算 计算高度为 5.300(m)处的库仑积极土压力 无荷载时的破裂角 = 36.666(度) 按实际墙背计算得到: 第1破裂角： 36.666(度) Ea=203.361(kN) Ex=168.522(kN) Ey=113.824(kN) 作用点高度 Zy=1.819(m) 由于俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面不存在 强度验算 验算截面以上，墙身截面积 = 15.317(m2) 重量 = 336.974 (kN) 相对于验算截面外边沿，墙身重力的力臂 Zw = 2.348 (m) 相对于验算截面外边沿，Ey的力臂 Zx = 4.025 (m) 相对于验算截面外边沿，Ex的力臂 Zy = 1.819 (m)允许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 450.798(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=943.011(kN-m) 相对于验算截面外边沿，合力作用力臂 Zn = 2.092(m) 截面宽度 B = 4.480 (m) 偏心距 e1 = 0.148(m) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.148 = 0.250*4.480 = 1.120(m) 截面上压应力: 面坡=120.588 背坡=80.662(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 120.588 = 700.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -2.633 = 150.000(kPa)极限状态法: 重要性系数0 = 1.050 验算截面上的轴向力组合设计值Nd = 441.872(kN) 轴心力偏心影响系数k = 0.984 挡墙构件的