重力式挡土墙设计毕业设计论文.doc

路基路面工程课程设计

路基路面工程课程设计

学 院 建筑与环境学院
班 级 土木12102班
姓 名 xxxxxxxx
学 号
指导教师
成 绩

目 录
重力式挡土墙设计
1设计任务书 1
1.1设计题目 1
1.2设计资料 1
1.2.1背景资料 1
1.2.2挡土墙设计资料 1
2设计计算书 2
2.1挡土墙参数确定 2
2.1.1墙面高度 2
2.1.2坡度 2
2.1.3墙顶及基底宽度 2
2.1.4摩擦系数 2
2.1.5摩擦角 2
2.1.6承载力及粘聚力 2
2.1.7材料选用 2
2.2主动土压力计算 2
2.2.1计算破裂角 2
2.2.2求主动土压力系数： 3
2.2.3计算土压力 3
2.3挡土墙稳定性验算 3
2.3.1抗滑稳定性验算 4
2.3.2抗倾覆稳定性验算 4
2.4基地应力验算 5
2.4.1承载力特征值 5
2.4.2基础地面的竖向力 5
2.4.3偏心距 5
2.4.4基底压力 5
2.5进行排水设施及沉降缝设计 5
2.5.1泄水孔 5
2.5.2沉降缝和伸缩缝 6
参考文献 7
沥青路面设计
1设计任务书 1
1.1设计题目 1
1.2设计资料 1
1.2.1背景资料 1
1.2.2挡土墙设计资料 1
2设计计算书 2
2.1轴载分析 2
2.1.1交通参数 2
2.1.2累计交通轴次 2
2.2结构组合与材料选取 3
2.2.1材料的选取 3
2.2.2各层材料的抗压模量和劈裂强度 4
2.2.3土基回弹模量的确定 4
2.2.4设计指标的确定 4
2.2.5设计弯沉值 4
2.2.6各层材料容许层底拉应力 4
2.2.7设计资料总结 6
2.3计算待求层厚度 6
2.3.1对多层路面体系进行等效换算 6
2.3.2计算待求层厚度 6
2.4验算各层层底拉应力 7
2.4.1对细粒密级配沥青混凝土层底拉应力验算 7
2.4.2对中粒密级配沥青混凝土层底拉应力验算 7
2.4.3对粗粒密级配沥青混凝土层底拉应力验算 8
2.4.4层底最大拉应力 8
2.4.5对二灰砂砾层底拉应力验算 8
2.4.6对二灰砂砾层底拉应力验算 9
2.4.7层底最大拉应力 9
参考文献 10
总结 11

III

重力式挡土墙设计

1设计任务书
1.1设计题目
重力式挡土墙设计
1.2设计资料
1.2.1背景资料
新建一高速公路，该路段处于中国公路自然区划Ⅲ1区，路基为粘质土，稠度为1.1，双向六车道，交通量年平均增长率5%，设计年限15年。地下水位较深，最大冻深0.9m，非地震区域。在穿过一农田路段，由于建筑红线范围较小，在填方路段需设置挡土墙。在此区域，石材比较丰富，挡土墙设计过程中应就地取材，路基材料众多，均能满足施工要求。
1.2.2挡土墙设计资料
（1）墙后填土为碎石土，重度γ0=18KN/m³；内摩擦角φ=30+φ0（φ0 为每位学生按0.5的倍数递增，每组的φ0 起始点都是0.5）；内粘聚力C=0；地基为沙石类土，承载力特征值Fk=300KPa；墙底与岩土摩擦系数μ=0.5。
（2）墙体材料采用MU40片石，M10水泥砂浆，砌体重度γ0=23KN/m³。
（3）挡土墙布置形式及各项计算参数如下图所示：

图1.1挡土墙参数图（单位：m）

2设计计算书
2.1挡土墙参数确定
2.1.1墙面高度
墙面高度H=4+0.9+0.25=5.15m。
2.1.2坡度
墙面坡度为1∶N1=1∶0.3，基底坡度N2∶1=0.15∶1。
2.1.3墙顶及基底宽度
墙顶宽度a=0.53m，基底宽度B=2.47m。
2.1.4摩擦系数
墙体与岩土摩擦系数μ=0.5。
2.1.5摩擦角
内摩擦角=36.5°，外摩擦角δ=1/2=18.25°
2.1.6承载力及粘聚力
承载力特征值Fk=300KPa，粘聚力C=0。
2.1.7材料选用
墙体材料采用MU40片石，M10水泥砂浆，砌体重度γ=23KN/m³，填土碎石土重度γ0=18（kn/㎥）。
2.2主动土压力计算
2.2.1计算破裂角
ψ=φ+δ+α=35º+0º+17.5º=54.75º
P= (式2.1)
=-0.39
Q= (式2.2)
=-0.91
R= (式2.3)
=0.65
由= 可得1=-3.0（舍）2=0.6 θ=31º
2.2.2求主动土压力系数：
因静止、主动及被动土压力沿墙高均为三角形分布，故。
静止土压力系数：

主动土压力系数：
=0.26
2.2.3计算土压力
(1)计算土压力系数
(式2.4)
=0.25
(2)计算土压力
(式2.5)

(3)计算水平土压力
Ey=Eacos(α+δ) (式2.6)

=84.09kn/m
(4)计算垂直土压力
Ey=Easin(α+δ) (式2.7)

=32.35 kn/m
2.3挡土墙稳定性验算
Hn=0.37m
S1=(0.53+2.47)×4.780×0.5＝7.17m2
S2=0.37×2.47×0.5＝0.47m2
G=(7.17+0.47)×23＝175.4 kn/m
2.3.1抗滑稳定性验算
自重G=
根据基底内坡度可确定出基底内坡度角的值=9°故可以得到。
，。

2.3.2抗倾覆稳定性验算
可用惯性矩就出水平距离，挡土墙重心至墙趾的水平距离=2（m），代入下面公式可得：
(式2.8)

Zym
Zx=2.47m
ZG=1.2m
0.9GZG+γQ1(Eyzx-Exzy)＞0
0.9×175.41×1.2+1.4×(32.35×2.47-84.09×1.97)=69.37＞0
所以抗倾覆稳定性验算满足要求。
2.4基地应力验算
2.4.1承载力特征值
fa=fak+εbγ(b-3)+εdγm(d-0.5) (式2.9)
=300+3×18﹙3-3﹚+4.41×18×﹙1.15-0.5﹚
＝387.12kpa
2.4.2基础地面的竖向力
F=G+Ey (式2.9)
=175.4+32.35=207.75kn/m

2.4.3偏心距

满足要求。
2.4.4基底压力

满足要求。
2.5进行排水设施及沉降缝设计
2.5.1泄水孔
挡墙背回填构造：（自下而上）墙脚夯实粘土隔水层、下部滤水层（包括@2000排水孔道）、中部隔水层、中部滤水层（包括@2000排水孔道）、回填土夯实、顶面水泥砂浆硬化防渗，汇水面大的应有拦截水沟排水。 挡墙正面构造：墙脚排水沟、下部中部两排排水孔道梅花格布置。墙背应设置50cm的砂砾透水层，并做土工布封层。如下图所示。

图6-1挡土墙参数图
2.5.2沉降缝和伸缩缝
为防止圬工砌体因收缩硬化和温度变化而产生裂缝应设置伸缩缝，避免因地基不均匀沉降而引起墙身开裂，根据地基地质的变化和墙高、墙身断面的变化情况设置沉降缝，在平曲线地段，挡土墙可按折线布置，并在转折处以沉降缝断开。设计中一般将沉降缝和伸缩缝合并设置，沿线路方向每隔10-20m设置一道，缝宽为2-3m。自墙顶做到基底，缝内沿墙的内、外、顶三边填塞青麻筋或沥青木板，塞入深度不小于0.2m。当墙背为岩石路堑或填实路堤时，可设置空缝，路肩、路堤挡土墙两端应设置椎体护坡。
如下图所示。

图6-2护坡参数图

参考文献
[1] 刘谋佶, 吕志咏, 丘成昊, 等. 边条翼与旋涡分离流[M]. 北京: 北京航空学院出版社,1988.
[2]邓学均，路基路面工程，北京：人民交通出版社,2000. 　　
[3]姚祖康，道路路基路面工程，上海：同济大学出版社,1994.　
[4]方左英，路基工程，北京：人民交通出版社,1987.
[5]方福森，路面工程，北京：人民交通出版社,1987. 　　
[6]陆鼎中，程家驹，路基路面工程，上海：同济大学出版社,1992. 　　
[7]沙庆林，高等级公路半刚性基层沥青路面，北京：人民交通出版社,1989. 　　
[8]林锈贤，柔性路面结构设计方法，北京：人民交通出版社,1988.

11

沥青路面设计

1设计任务书
1.1设计题目
沥青路面设计
1.2设计资料
1.2.1背景资料
新建一高速公路，该路段处于中国公路自然区划Ⅲ1区，路基为粉质土，稠度为1.1，双向六车道，交通量年平均增长率5%，设计年限15年。地下水位较深，最大冻深0.9m，非地震区域。在穿过一农田路段，由于建筑红线范围较小，在填方路段需设置挡土墙。在此区域，石材比较丰富，挡土墙设计过程中应就地取材，路基材料众多，均能满足施工要求。
1.2.2挡土墙设计资料
（1）各种车型前后轴重、轴数、轮组数、轴距参照《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）；
（2）各结构层抗压回弹模量，劈裂强度参照《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）。

表1.1 交通组成及交通量表
车型分类
代表车型
数量（辆/d）
小客车
桑塔纳2000
2700
中客车
江淮AL6600
310
大客车
黄海DD680
480
轻型货车
北京BJ130
340
中型货车
东风EQ140
620
重型货车
黄河JN163
810
铰接挂车
东风SP9250
330

2设计计算书
2.1轴载分析
2.1.1交通参数
实际道路上行驶的车辆类型较多，轴重也差别很大。为了设计的方便必须选择一种车型和轴重作为道路设计的标准，其他车辆按一定的要求转化为标准轴载。考虑到我国公路运输的特点，我国路面设计以双轮组单轴载100KN为标准荷载，以BZZ-100表示。标准轴载计算参数按下表确定。
表2.1标准轴载计算参数
标准轴载
BZZ-100
标准轴载P/KN
100
轮胎接地压强P/MPa
0.70
单轮传压面当量圆直径d/cm
21.30
两轮中心距/cm
1.5d
2.1.2累计交通轴次
表2.2累计交通轴次
汽车车型
Pi(KN)
C1
C2
Ni(次日)
N
江淮AL6600
前轴
17.0
6.4
1
310
0.89
后轴
26.5
1
1
310
0.96
黄海DD680
前轴
49.0
6.4
1
480
137.96
后轴
91.5
1
1
480
326.15
北京BJ130
前轴
13.4
6.4
1
340
0.35
后轴
27.4
1
1
340
1.22
东风EQ140
前轴
23.6
6.4
1
620
7.43
后轴
69.3
1
1
620
125.8
黄河JN140
前轴
58.6
6.4
1
810
507.0
后轴
114.0
1
1
810
1432.3
东风SP9250
前轴
50.7
6.4
1
330
110.02
后轴
113.3
1
3
330
1931.5
该路段为高速公路，双向六车道，交通量年平均增长率5%，设计年限15年。根据设计规范。
γ=5%，η=0.35，t=15。
(式2.1)
表2.3车型轴力
汽车车型
Pi(KN)
C1＇
C2＇
Ni（次日)
N
江淮AL6600
前轴
17.0
18.5
1
310
5.04
后轴
26.5
1
1
310
0.753
黄海DD680
前轴
49.0
18.5
1
480
29.51
后轴
91.5
1
1
480
235.8
北京BJ130
前轴
13.4
18.5
1
340
0.65
后轴
27.4
1
1
340
0.01
东风EQ140
前轴
23.6
18.5
1
620
0.11
后轴
69.3
1
1
620
32.98
黄河JN140
前轴
58.6
18.5
1
810
208.37
后轴
114.0
1
1
810
2310.6
东风SP9250
前轴
50.7
18.5
1
330
26.65
后轴
113.3
1
3
330
3046.7
该路段为高速公路，双向六车道，交通量年平均增长率5%，设计年限15年。根据设计规范，γ=5%，η=0.35，t=15。对于一级公路，规范要求以设计弯沉值为设计指标，并进行结构层拉应力的验算。
路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，是根据设计年限内每个车道累计标准当量轴次、公路等级、面层和基层的类型等确定的。

(式2.2)
2.2结构组合与材料选取
2.2.1材料的选取
表2.4材料表
细粒密级配沥青混凝土
3cm
中粒密级配沥青混凝土
4cm
粗粒密级配沥青混凝土
5cm
二灰稳定砂砾
30cm
石灰土
？
土基

2.2.2各层材料的抗压模量和劈裂强度
路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，是根据设计年限内每个车道累计标准当量轴次、公路等级、面层和基层的类型等确定的。
表2.5抗压模量和劈裂强度
h1=3cm

E1=1400MPa

σ1=1.4MPa
h2=4cm

E2=1200MPa

σ2=1.0MPa
h3=5cm

E3=1000MPa

σ3=0.8MPa
h4=30cm

E4=1500MPa

σ4=0.7MPa
h5=?

E5=1500MPa

σ5=0.225MPa

E0=40MPa

2.2.3土基回弹模量的确定
该路段处于中国公路自然区划Ⅲ1区，路基为粉质土，稠度为1.1，根据设计规范，土基回弹模量为61 MPa。
2.2.4设计指标的确定
该路段为高速公路，根据设计规范，Ac=1.0，As=1.0，Ab=1.0。

2.2.5设计弯沉值
根据题目已知，Ac=1.0 As=1.0 Ab=1.0
＝600×（7.439×106）﹣0.2×1.0×1.0×1.0＝25.34（0.01mm）
2.2.6各层材料容许层底拉应力
表2.6 沥青混合材料设计参数
查表可得：各层材料抗压模量和劈裂强度。如下表所示：
材料名称
厚度/cm
抗压模量E/MPa
劈裂强度/MPa
20℃
15℃
15℃
细粒式沥青砼
4
1400
2000
1.4
中粒式沥青砼
6
1200
1800
1.0
粗粒式沥青砼
8
1000
1200
0.8
水泥稳定碎石基层
38
1500
1500
0.5
水泥石灰砂砾土层

1000
1000
0.35

容许弯拉应力按下式列公式计算：
(式2.3)
式中：—路面结构层材料的容许弯拉应力MPa；
—沥青混凝土或半刚性材料的劈裂强度MPa。对沥青混凝土指15℃时的劈裂强度；对水泥稳定类材料为龄期90d的劈裂强度MPa；对二灰稳定类、石灰稳定类的材料为龄期180d的劈裂强度MPa；
Ks—抗压强度结构系数。
对沥青混凝土面层：
(式2.4)
式中：Ac—沥青混凝土级配类型系数，细、中粒式沥青混凝土为1.0，粗粒式沥青混凝土为1.1。
对无机结合稳定集料类：
(式2.5)
对无机结合类稳定细粒土类：
(式2.6)
（1）4cm细粒式沥青砼：
＝1.4Mpa
Ks＝＝2.924
Mpa
（2）6cm中粒式沥青砼：
＝1.0Mpa
Ks＝＝2.924
Mpa
（3）8cm粗粒式沥青砼：
＝0.8Mpa
Ks＝＝2.658
Mpa
（4）38cm水泥稳定碎石基层：水泥稳定碎石属于半刚性基层，故Ne＝1.267×107
＝0.5Mpa
Ks＝＝1.923
Mpa
（5） 水泥石灰砂砾土层：
＝0.35Mpa
Ks＝＝2.472
Mpa
2.2.7设计资料总结
根据数据得知：
设计弯沉值为22.79（0.01mm）
表2.6拉应力设计
材料名称
h(cm)
20℃弹模（MPa）
容许拉应力（MPa）
细粒密级配沥青混凝土
3
1400
0.59
中粒密级配沥青混凝土
4
1200
0.42
粗粒密级配沥青混凝土
5
1000
0.34
二灰稳定砂砾
30
1500
0.32
石灰土
？
550
0.08
土基
—
40
—
2.3计算待求层厚度
2.3.1对多层路面体系进行等效换算
表2.7多层路面体系进行等效换算

h1=3cm
E1=1400MPa
h2=4cm
E2=1200MPa
h3=5cm
E3=1000MPa
h4=30cm
E4=1500MPa
h5=?
E5=1500MPa

E0=40MPa

h1=3cm
E1=1400MPa
H=?
E2=1200MPa

E0=40MPa

2.3.2计算待求层厚度

查诺谟图可知

根据设计规范，

2.4验算各层层底拉应力
2.4.1对细粒密级配沥青混凝土层底拉应力验算
表2.8换算成当量三层体系
h1=3cm
E1=1400MPa
h2=4cm
E2=1200MPa
h3=5cm
E3=1000MPa
h4=30cm
E4=1500MPa
h5=?
E5=1500MPa

E0=40MPa

h=3cm
E1=1400MPa
H=?
E2=1200MPa

E0=40MPa

层底最大拉应力

查诺谟图可知
第一层底部弯拉应力
2.4.2对中粒密级配沥青混凝土层底拉应力验算
表2.9换算成当量三层体系

h1=3cm
E1=1400MPa
h2=4cm
E2=1200MPa
h3=5cm
E3=1000MPa
h4=30cm
E4=1500MPa

h=？
E1=1200MPa
H=?
E2=1000MPa

4.2.2层底最大拉应力

查诺谟图可知
第一层底部弯拉应力
2.4.3对粗粒密级配沥青混凝土层底拉应力验算
表2.10换算成当量三层体系
h1=3cm
E1=1400MPa
h2=4cm
E2=1200MPa
h3=5cm
E3=1000MPa
h4=30cm
E4=1500MPa
h5=?
E5=1500MPa

E0=40MPa

h=？
E1=1000MPa
H=?
E2=1500MPa

E0=40MPa

2.4.4层底最大拉应力

查诺谟图可知
第三层底部弯拉应力
2.4.5对二灰砂砾层底拉应力验算
表2.11换算成当量三层体系

h1=3cm
E1=1400MPa
h2=4cm
E2=1200MPa
h3=5cm
E3=1000MPa
h4=30cm
E4=1500MPa
h5=?
E5=1500MPa

E0=40MPa

h=？
E1=1500MPa
H=33cm
E2=550MPa

E0=40MPa

查诺谟图可知
第四层底部弯拉应力
2.4.6对二灰砂砾层底拉应力验算
表2.12换算成当量三层体系
h1=3cm
E1=1400MPa
h2=4cm
E2=1200MPa
h3=5cm
E3=1000MPa
h4=30cm
E4=1500MPa
h5=?
E5=1500MPa

E0=40MPa

h=？
E1=1500MPa
H=33cm
E2=550MPa

E0=40MPa

2.4.7层底最大拉应力

查诺谟图可知
第五层底部弯拉应力

参考文献
[1] 刘谋佶, 吕志咏, 丘成昊, 等. 边条翼与旋涡分离流[M]. 北京: 北京航空学院出版社,1988.
[2]邓学均，路基路面工程，北京：人民交通出版社,2000. 　　
[3]姚祖康，道路路基路面工程，上海：同济大学出版社,1994.　
[4]方左英，路基工程，北京：人民交通出版社,1987.
[5]方福森，路面工程，北京：人民交通出版社,1987. 　　
[6]陆鼎中，程家驹，路基路面工程，上海：同济大学出版社,1992. 　　
[7]沙庆林，高等级公路半刚性基层沥青路面，北京：人民交通出版社,1989. 　　
[8]林锈贤，柔性路面结构设计方法，北京：人民交通出版社,1988.

总 结
通过对这《路基路面课程》的设计实训，我对我们长走的路面有了新的认识。也明白了万事应打好基础，只有牢固的基础，才有强大支撑力量，坚强的后盾。从这门课程我们学会了怎样去更好的设计路基和路面，该如何合理安排它们每层的厚度。怎样把路基路面的排水系统设计好。学习了这门课程后，对路面出现的裂缝也表现出了极大地兴趣。对修筑道路的大概过程有所了解，这些为我们以后的工作打下了牢固的理论基础。
而通过这次外业的道路实习，使我们对公路的路基、路面的设计与施工有了一次比较全面的感性认识，进一步理解接受课堂上的知识，使理论在实际的生产中得到了运用。近年来，我国的公路事业特别是高速公路得到了迅猛的发展，并且其需求也越来越大，这对于从事道路的工作者来说，既是一个机遇，也是一个挑战。
最后，进行资料汇总整理成正规的课程设计的样式，汇总到一个word文档里。本来以为这个工作很简单，没想到特别繁琐，要将计算过程分步骤写，看起来也比较有条理，还要将格式改好。本以为两三个小时能搞定的整理工作没想到前前后后用了八个小时，也算是达到了自己的最高水平了。最后还需要与同学共同讨论，定稿，力争完美。
总而言之，作为将要走出学校的学生来说，更应该在有限的时间内，掌握更多的专业知识，加强实践和设计能力，这样更有利于将来的发展，使自己在此领域