水泥混凝土路面及挡土墙设计.doc

目 录
一.课程设计评阅表

二.课程设计任务书

三.设计原始资料
1.水泥混凝土路面设计资料
2.挡土墙设计资料
四.水泥混凝土路面设计
1.交通量分析
2. 初拟路面结构
3. 确定材料参数
4.计算荷载疲劳应力
5.计算温度疲劳应力
五．挡土墙设计
1.挡土墙横断面布置，拟定断面尺寸
2.车辆荷载换算
3.主动土压力计算（假设破裂面交于荷载中部）
4.挡土墙抗滑稳定性验算
5.抗倾覆稳定性验算
6.基底应力及偏心距验算
7.墙身截面强度验算
8.挡土墙的伸缩缝与沉降缝设计
9.挡土墙的排水设施设计

邵阳学院课程设计（论文）评阅表

学生姓名 XXX 学 号
系 城市建设系 专业班级 XX级土木工程路桥
题目名称 水泥混凝土及挡土墙设计 课程名称 路基路面工程
一、学生自我总
这次课程设计给了我们很大的挑战，我们按照相关步骤进行初步设计，学会了运用所学知识和现行规范对水泥混凝土的计算及验算各部位的稳定性，也明白了这些计算的目的就是作为路面结构设计的依据。在本次课程设计中，我深深地明白了动手的重要性，因为这次课程设计使我把自己所学的钢架构的知识连为了一个整体，让自己明白了各个知识点的相互联系。当然，在本次设计中发现了自己的很多问题，比如自己对学过的三大力学中的很多概念不是很理解，但最终在自己的努力下成功解决，自己也收获不少。
学生签名： 2016年 6 月 27 日
二、指导教师评定
评分项目
计算
装订
出勤
表现
纪律

综合成绩
权 重
40
10
10
20
20

单项成绩

指导教师评语：

指导教师（签名）： 年 月 日
注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；
2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。

一、课程设计时间安排：第18周
二、课程设计内容
㈠ 水泥混凝土路面课程设计内容
⒈ 计算书 :⑴交通分析：具体包括①轴载换算；②设计基准期的确定；③交通分析参数的确定，如：轮迹横向分布系数，交通量增长率等；④设计基准期内的设计车道标准荷载累计作用次数。
⑵初拟路面结构
⑶确定路面材料参数
⑷计算荷载疲劳应力
⑸计算温度疲劳应力
⑹验算
⒉ 结构设计图
⑴结构设计断面图；⑵接缝设计图。
⒊ 工程数量表
⑴面层工程数量表，包括：①面板混凝土数量；②接缝数量表；③接缝钢筋数量；④角隅等处的钢筋数量（如需要设置）。
⑵基层工程数量表
⑶垫层工程数量表
⒋ 总结
㈡重力式挡土墙课程设计内容
⒈ 计算书
⑴拟定挡土墙断面尺寸，包括挡土墙分段长度
⑵填土土压力的计算
⑶墙身断面强度验算
⑷基础底面强度及稳定性验算
⒉ 挡土墙设计图
⒊ 工程数量
⑴墙基工程数量表
⑵墙身工程数量表
三、课程设计要求
⒈ 按学号顺序分成六大组，每组一题，可任选路面设计或挡土墙设计，一周内完成。
⒉ 以幅面进行装订。
⒊ 设计文本要求电脑打印，并提供电子文档（文字、数量表以排版，设计图为格式）。
四、参考书目
⒈ 资建民编著的《路基路面工程》
⒉ 陆鼎中等编著的《路基路面工程》
⒊ 邓学钧编著的《路基路面工程》
⒋ 黄晓明编著的《水泥路面设计》
五、设计原始资料
（一)水泥混凝土路面设计资料：
1.某公路拟建二级公路，8km经交通流量调查，得到日交通车辆资料，如表3：
表3 日交通车辆情况表
序号
汽车型号
流量 （辆/天）
前轴重（kN）
后轴重（kN）
后轴数
轮组数
1
解放CA15
200
20.97
70.38
1
2
2
解放CA50
200
28.70
68.20
1
2
3
黄河JN253
260
55.00
2×66.00
2
2
4
尼桑CK20L
180
49.85
100.00
1
2
5
日野KB222
270
50.20
104.30
1
2
(二）挡土墙设计资料：
1. 某浆砌片石重力式路堤墙，墙高m，填土高m，填土边坡，填土容重，。墙背，，基底摩擦系数，地基容许承载力。2.5号砂浆砌25号片石。
圬工容重，，，，。设计荷载为：汽车－20级，挂车－100。路基宽度8.5m，路肩0.75m，基底土的摩擦系数，地基土容重。墙身容许偏心率：主要组合，附加组合，基底容许 偏心率。
水泥混凝土路面设计
(一）交通量分析
我国公路水泥混凝土路面设计规范以汽车轴重为100kN的单轴荷载作为设计标准轴载，表示为BZZ—100。凡前、后轴载大于40KN（单轴）的轴数均应换算成标准轴数，换算公式为：

式中： — 100KN的单轴—双轮组标准轴数的通行次数；
— 各类轴—轮型；级轴载的总重（KN）；
— 轴型和轴载级位数；
—各类轴—轮型i级轴载的通行次数；
—轴—轮型系数。
表2 轴载换算结果
车型
（kN）

（次/日）

解放CA15
前轴
20.97
569.1
200
0
后轴
70.38
1
0.65
解放CA50
前轴
28.70
524.2
200
0
后轴
68.20
1
0.66
黄河JN253
前轴
55.00
396
260
3.89
后轴
2*66.00

0.05
尼桑CK20L
前轴
49.85
416.5
180
1.21
后轴
100.00
1
200.00
日野KB222
前轴
50.20
412.1453
270
2.01
后轴
104.30
1
588.40
∑N
796.87
则设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数:=5770489.439

式中：— 标准轴载累计当量作用次数；
t — 设计基准年限，取t=20；
γ — 交通量年平均增长率，取γ=0.05；
η — 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，取η =0.6:；
（二） 初拟路面结构
初拟普通混凝土面层厚为220mm；基层选用石灰粉煤灰稳定粒料，厚为180mm；垫层为150mm的低剂量无机结合稳定土。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m；长为5.0m。
（三） 确定材料参数
取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为4.5Mpa，相应弯拉弹性模量标准值为29Gpa；路基回弹模量为35Mpa；低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量为600Mpa；石灰粉煤灰稳定粒料基层回弹模量取1300Mpa。
基层顶面当量的回弹模量值计算如下：
=

=
=
==0.312m
==4.167
=
=
普通混凝土面层的相对刚度半径为：

（四）计算荷载疲劳应力
初拟普通混凝土面层厚度为0.25m。
由下列公式求得：

式中 γ— 混凝土板的相对刚度半径（m）；
H— 混凝土板的厚度（m）；
Ec— 水泥混凝土的弯沉弹性模量（Mpa）；
σp— 标准轴载Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（Mpa）；
kr— 考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设杆拉的平缝，kr=0.87 ～0.92，纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界kr=1.0，纵缝为设杆拉的企口缝，kr=0.76 ～0.84，；
kc— 考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数，按公路等级查表。
表3 综合系数kc
公路等级
高速公路
一级公路
二级公路
三、四级公路
kc
1.30
1.25
1.20
1.10
σps— 标准轴载Ps在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力（Mpa）。
= ，=2.081
根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综和系数,则荷载疲劳应力为：=0.87×2.081×1.20×1.220=2.65MPa
（五）计算温度疲劳应力
由《路基路面工程》知，假设该新建公路位于II区，则最大温度梯度取88﹙℃/m﹚。板长5m，L/r=5/0.643=7.78；已知混凝土板厚0.22m，Bx=0.72。
则可知最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：
式中： αc— 混凝土的温度线膨胀系数 ；
Tg — 最大温度梯度，Tg=88°c/m；
Bx— 综合温度翘区应力和内应力的温度应力系数；
σtm— 最大温度梯度时土板的温度翘取应力（Mpa）。
=
温度疲劳系数 ，式中a，b和c为回归系数，按所在地区公路自然区划查表
表4 回归系数a，b和c
系数
公路自然区
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
a
0.828
0.855
0.841
0.871
0.837
0.834
b
0.041
0.041
0.058
0.071
0.038
0.052
c
1.323
1.355
1.323
1.287
1.382
1.270
=
则温度疲劳应力：
综合，二级公路的安全等级为三级，相应于三级的安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为85﹪。再根据查得的目标可靠度和变异水平等级，确定可靠度系数。
，故满足要求。
挡土墙设计
（一） 挡土墙横断面布置，拟定断面尺寸
墙高H=4.8m，断面形式为俯视，墙顶宽度为50cm,基础埋置深度为0.8m.
（二）车辆荷载换算
当时，；当时，
由直线内插法得：H=4.8m时，
换算均布土层厚度：
（三）．主动土压力计算（假设破裂面交于荷载中部）
（1）破裂角
由
得：

则
（2）验算破裂面位置：
堤顶破裂面至墙锺：(H+a)tg=4.81m
荷载内缘至墙锺：b+Htg+d+b=3+4.8*0.25+0.5+0.75=5.45m
荷载外缘至墙锺：b+Htg+d+b+b=5.45+7=12.45m
由于破裂面至墙锺的距离大于荷载内缘至墙锺的距离并且小于荷载外缘至墙锺的距离，所以破裂面交于路基荷载中部的假设成立。并且直线形仰斜墙背，且墙背倾角较小，不会出现第二破裂面。
（3）主动土压力系数K和

（4）求主动土压力及土压力的作用点

（四）挡土墙抗滑稳定性验算
为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其他外力作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力。即：

式中：G-挡土墙自重
＝，＝，

Ex,Ey-墙背主动土压力的水平与垂直分力
—基底倾斜角 u—基底摩擦系数，取0.5
—主动土压力分项系数，取1.4
不等式左边为：

不等式右边为：
由上述计算结果得：成立，因此该挡墙抗滑稳定性满足要求。

（五）抗倾覆稳定性验算
要使挡墙抗倾覆满足要求即满足：

=

满足要求。

（六）基底应力及偏心距验算
⑴基础底面的压应力
作用于基底的合力偏心距e为：
其中：

∴ e=2.5/2-0.86=0.39≤B/6=0.42

∴ 基础底面的压应力满足要求。
⑵基底合力偏心距
荷载组合为Ⅱ：挡土墙结构自重、土重、土侧压力、汽车荷载引起的土侧压力相组合。查表可知，坚密的岩石地基的合力偏心距须有，由以上计算可知是满足的。
⑶地基承载力抗力值
须满足 p≤1.2f
式中 p－基底平均压应力（KPa）；

A－基础底面每延米的面积，即基础宽度，B×1.0（㎡）；
N－每延米作用于基底的总竖向设计值（KN）；
f－地基承载力抗力值（KPa）；

式中 －地基承载应力标准值；
－承载力修正系数；
－基底下持力层上土的天然容重；
－基础地面以下各土层的加权平均容重；
b－基础底面宽度小于3m时取3m，大于6m时取6m；
h－基础底面的埋置深度(m)。
显然，p=112.30≤1.2f
∴ 满足地基承载力的要求。
（七）墙身截面强度验算
如附图示，选取一个截面进行验算：1－1截面（即二分之一墙高处）。
(1)强度计算 须满足

式中 －设计轴向力（KN）；

其中 －重要性系数，取1.0；
－恒重引起的轴向力（KN），=2×4×23=184KN；
－主动土压力产生的轴向力（KN），=3.4KN
A－挡土墙构件的计算截面积（㎡），A=2；
－材料的极限抗压强度（KPa），=1600；
－抗力安全系数，取2.31；
－轴向力偏心影响系数，。
满足要求。
(2)稳定计算 须满足
式中 ；
－弯曲平面内的纵向翘曲系数；∵H/B=4.8/2.5=1.92<10 ∴认为此挡墙是矮墙，取=1。
成立。
同理选取另一个截面进行验算：2－2截面（即变阶处），经验算强度与稳定验算均满足。
所以挡墙截面强度满足要求。
（八）挡土墙的伸缩缝与沉降缝设计
把伸缩缝和沉降缝结合在一起，统成为变形缝，沿墙长每10米设置变形缝，变形缝全高设置，其宽度取0.02米，缝内沿墙内、外、顶三边填塞沥青木板，塞入深度为0.2米。

(九)挡土墙的排水设施设计
在墙身上沿墙高和墙长设置泄水孔，其为10cm20cm的方孔，具有向墙外倾斜的坡度，间距取为2.5m，泄水孔的进水侧设反滤层，厚度为0.4m，在最下排泄水孔的底部设置隔水层.