路基路面工程课程设计09404.docx

重力式挡土墙设计

一、基本资料

墙身及基础
填料及地基
挡土墙类型
仰斜式路肩墙
填料种类
重度
砂类土 19
墙高H(m)
4.00
填料内摩擦角
35
墙面坡度
1：0.2
填料与墙背摩擦角

墙背坡度
1：0.2
基础顶面埋深(m)
0.80
砌筑材料
M5浆砌
MU5片石
地基土类别重度
密实砂类土 21
砌筑材料的重度

23

地基土承载力
特征值
400
基地坡度

0.20
基地与地基土
摩擦系数
0.40

圬工砌体间的摩擦系数
0.70
地基土摩擦系数
0.80
公路等级及荷载强度
片石砂浆砌体强度设计值
公路等级
一级
抗压
0.71
汽车荷载标准
公路-Ⅰ级
轴心抗拉
0.048
墙顶护栏荷载强度
7.00
弯曲抗拉
0.072
直接抗剪
0.120

二、已建挡土墙的截面尺寸如图所示，以下将对其进行有关计算和验算

挡土墙的平面布置和立面布置如下图：
挡土墙的立面图：

图1
挡土墙平面图：

图2

以下计算中用到的参数可在图中表示如下：

图3
取d=0，由图知：a=0，b=0，h0=0.92m
三、车辆荷载的等效土层高度计算与车辆荷载换算。

1．按照规定，当墙身高度为4m时，附加荷载标准值：

换算等代均布土层厚度为：

因基础埋置较浅，不计墙前被动土压力。
2．求不计车辆荷载作用时的破裂棱体宽度B。
因d=0，故

B。=（H+a）tanθ+Htana-b=2.4m
3．由以上计算可知破裂角θ
θ=arctan0.7=35  
4．纵向分布长度L
L=L。+(H+2a)tan30=（4+4.79×0.58）=16.78m

四、主动土压力的计算

1．求主动土压力系数Ka和K1

墙顶至后踵点

2．求主动土压力及作用点位置

后踵点土压力为：

单位墙长（1m）上土压力的水平分量：

单位墙长（1m）上土压力的竖直分量：

土压力水平分量的作用点至墙趾的距离：

土压力竖直分量的作用点至墙趾的距离：

五、挡土墙自重及重心计算

取单位墙长（1m），如图4虚线所示，将挡土墙截面划分为三部分（图中都是以毫米为单位）：:

图4
截面各部分对应的墙体重量为：

截面各部分的重心至墙趾（）的距离：

单位墙长的自重重力为：

全截面重心至墙趾的距离：

如图5所示：

图5
六、地基水载力特征值

基础最小深（算至墙趾点）：

符合基础最小埋深的规定；

所以修正后的地基承载力特征值等于地基承载力特征值。
按本细则表5.2.8的规定，当采用荷载组合H时，地基承载力特征值提高系数K=1.0,
故=1.0400=400（kPa）
七、挡土墙抗滑稳定验算

按本细则5.2.1条规定：计算挡土墙及地基稳定时，荷载效应应按承载能力极限状态下的作用效应组合。
沿基地平面滑动的稳定性验算如图6
图6
不计墙前填土的被动土压力，即Ep=0，计入作用于墙顶的护栏重力。

1．滑动稳定方程应符合：

按本细则表4.1.7规定，土压力作用的综合效应增长对挡土墙结构起不利作用时，,则有：
符合沿基底倾斜平面滑动稳定方程的规定。

2．抗滑动稳定系数：

本细则表5.3.5规定，荷载组合II时，抗滑动稳定系数，故本例沿倾斜基底的抗滑动稳定系数，符合本细则的规定。

沿过墙踵点水平面滑动稳定性验算如图7
图7
计入倾斜基底与水平滑动面之间的土楔的重力，砂性土粘聚力c=0。

滑动稳定方程应符合：

即：
计算结果符合滑动稳定方程的规定。
抗滑动稳定系数：

符合本细则抗滑动稳定系数的规定。

八、挡土墙抗倾覆稳定性验算

图8
1． 倾覆稳定方程应符合： 即：
计算结果符合倾覆稳定方程的规定。

抗倾覆稳定系数：

本细则表5.3.5规定，荷载组合I时，抗倾覆稳定系数故本例的抗
倾覆稳定系数符合本例的抗倾覆稳定系数符合本细则规定。

九、挡土墙身正截面强度和稳定验算取基顶截面为验算截面：

1．基顶截面压力计算

由墙踵点土压力的计算结果：
;
基顶截面宽度：

基顶截面处的计算墙高为：

;
基顶处的土压力为：

单位墙长（1m）上土压力的水平分量：

单位墙长（1m）上土压力的竖直分量：

土压力水平分量的作用点至基顶截面前缘的力臂长度：

土压力竖直分量的作用点至基顶截面前缘的力臂长度：

2．基顶截面偏心距验算：

截面宽度：

取单位墙长（1m），基顶截面以上墙身自重：

墙身重心至验算截面前缘力臂长度：

墙顶防撞护栏重量换算集中力：

护栏换算集中力至验算截面前缘的力臂长度：

按本细则公式（6.3.5）计算，查表6.3.5-1取综合数应组合系数并按表4.1.7的规定，取荷载分项系数截面形心上的竖向力组合设计值为：

基底截面形心处，墙身自重及护栏重量作用的力矩：

基底截面形心处，墙身自重及护栏重量作用的力矩：

按本细则表4.1.7的规定，分别取作用分项系数：
根据本细则表6.3.5-1的规定，取综合效应组合系数截面形心上的总力矩组合设计值：

查本细则表6.3.6得合力偏心距容许限值为：

截面上的轴向力合力偏心距：

符合偏心距验算要求，应按本细则公式（6.3.8-1）验算受压构件墙身承载力。

3．截面承载力验算：

由前计算结果知，作用于截面形心上的竖向力组合设计值为：

按本细则表3.1.5的规定，本挡土墙之结构重要性系数为：
查本细则表6.3.8得长细比修正系数：
由本细则公式（6.3.8-3）计算构件的长细比：

按本细则6.3.8条规定：

由公式（6.3.8-1）得构件轴向力的偏心距和长细比对受压构件承载力的影响系数：

墙身受压构件抗力效应设计值：

符合本细则公式（6.3.8-1）的规定，所以截面尺寸满足承载力验算要求。

4．正截面直接受剪验算：

按本细则6.3.12条规定，要求：

计算截面上的剪力组合设计值：

由基础资料得：

又：
可计算得到轴压比为：
查本细则表6.3.12得：

符合正截面直接受剪验算要求。

路面课程设计

一、设计资料

某地公路自然区划Ⅱ区拟建高速公路，采用沥青路面结构，设计年限为15年，土基为粉质土，确定土基的稠度为1.10，路基干湿状态为干燥状态。有关资料如下：
1.初始条件：
表1交通组成

型号
前轴载(KN)
后轴载(KN)
后轴数
轮组数
轴距(cm)
交通量(辆/日)
三菱T653B
29.3
48.0
1
双
-
500
黄河JN150
49.0
101.6
1
双
-
500
江淮HF150
45.1
101.5
1
双
-
500
解放CA150
28.7
68.2
1
双
-
400
湘江HQP40
23.1
73.2
2
双
>3m
500
东风EQ140
23.7
69.2
1
双
-
400
东风EQ155
26.5
56.7
2
双
-
500
长征XD980
37.1
72.65
2
双
-
500

2．公路技术等级为高速，为双向六车道。
3．交通组成如表1所示，交通量年平均增长率γ= 8%。

二、设计过程

1．交通分析
高速公路的设计基准期查表为15年，其可靠度设计标准的安全等级查表为一级。临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数超标可取0.2。交通量的年增长率为8%。我国公路沥青路面设计规范规定以汽车轴重100KN的单轴荷载作为设计标准轴载。凡是前后轴载大于25KN的轴数均应换算成标准轴数。对于轴载小于后者等于25KN的轴数，因为它在沥青路面内产生的应力很小，引起的疲劳损坏也很小，因此可以忽略不计。

根据上面表一的交通组成可得标准轴载作用次数Ns=1286
设计基准期内的设计车道标准荷载累计作用次数按公式：
考虑得，Ne=2.55×106
属于重交通等级。

路面设计成双轮轴载100为标准轴载
1）以设计弯沉为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次

①轴载换算
轴载换算采用如下的计算公式

注:轴载小于25KN的轴载作用不计

根据设计规范,高速公路沥青路面设计年限取15年,四车道的车道系数是04~0.5,取0.45
累计当量轴次

Ne=2.55×106

2)验算半刚性基层层底拉应力平均累积当量轴次
①轴载换算
验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为:

计算结果如表2所示
2）累计当量轴次
参数取值同上，设计年限15年，累计当量轴次Ne=2.55×106

注：轴载小于50KN的轴载作用不计

3．初拟路面结构
根据有关规定和经验初拟水泥混凝土面层厚度为25cm，基层厚度为20cm，垫层厚度为17cm。其中面层采用普通混泥土，基层水泥稳定粒料，垫层为天然砂或稳定碎石。普通混凝土面板的尺寸为长5m，宽4.2m。横向缩缝采用设传力杆假缝，纵向施工缝采用设拉杆的平缝或设拉杆的企口缝形式，纵向缩缝采用设拉杆假缝形式。
4．路面材料参数确定
在重交通等级的普通混凝土面层弯拉强度标准值查表可知，普通混凝土面层弯拉强度标准值可取为5.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值查参考值表1-8为31GP。
根据干燥路基路床顶面回弹模量值经验参考值表1-10，取路基回弹模量为50Mpa，根据垫层、基层材料回弹模量经验参考值表，可取低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量为600Mpa，水泥稳定粒料基层回弹模量为1300Mpa。按下面公式计算基层顶面当量回弹模量如下：
==

=

普通混凝土面层的刚度半径，按下面公式计算：

荷载疲劳应力
标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力按下试计算：

因纵缝为设拉杆平缝，查表得到接缝传荷能力的应力折减系数kr=0.87.考虑设计基准内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。根据公路等级，查表1-7得到考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。
荷载疲劳应力按下面公式计算：

5．温度疲劳应力
该区最大温度梯度查表1-11取89℃/m。板长5m，有查图得普通混凝土板厚h=0.25m，。按公式计算最大温度梯度是混凝土板的温度翘曲应力
按下面公式计算温度疲劳应力系数：

按下试计算温度疲劳应力：

由于公路技术等级为高速公路，相应的目标可靠度查表可得为95%。查表得目标可靠度和变异水平等级，查表1-3确定可靠度系数。以下面公式判断结构是否满足要求：

因而，所选用的普通混凝土面层厚度（0.25）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。

三、设计说明
本设计是参照《水泥路面设计》根据老师提供的有关数据进行的设计，通过自己动手了解设计过程，掌握收集资料的方法。有关的设计参数选择参考如下：

交通等级
特 重
重
中 等
轻
设计车道标准轴载累积作用次数Ne（×104）

＞2000

100～2000

3～100

＜3

交通等级 1-1

公路技术等级
高速公路
一级公路
二级公路
三级、四级公路
安全等级
一级
二级
三级
四级
设计基准期（年）
30
30
20
20
目标可靠度（%）
95
90
85
80
目标可靠指标
1.64
1.28
1.04
0.84
变异水平等级
低
低～中
中
中～高

可靠度设计标准 1-2

变异水平
目标可靠度（%）
95
90
85
80
低
1.20～1.33
1.09～1.16
1.04～1.08
—
中
1.33～1.50
1.16～1.23
1.08～1.13
1.04～1.07
高
—
1.23～1.33
1.13～1.18
1.07～1.11

可靠度系数γτ 1-3

交通等级
特重
重
中等
轻
水泥混凝土的弯拉强度标准值（Mpa）
5.0
5.0
4.5
4.0
钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（Mpa）
6.0
6.0
5.5
5.0

混凝土弯拉强度标准值fr 1-4

交通等级
特 重
重
公路等级
高速
一级
二级
高速
一级
二级
变异水平
低
中
低
中
低
中
低
中
断面厚度（mm）
≧260
≧250
≧240
270～240
260～230
250～220
交通等级
中 等
轻
公路等级
二级
三、四级
三、四级
三、四级
变异水平
高
中
高
中
高
中
断面厚度（mm）
240—210
230—200
220—200
≦230
≦220

水泥混凝土面层厚度参数范围 1-5

基层类型
厚度适宜的范围（mm）
适宜交通等级
贫混凝土或碾压混凝土的基层
120-200
特种交通
水泥稳定粒料基层
150-250
重交通
沥青混凝土基层
40-60特种交通
特种交通
沥青稳定碎石基层
80-100
重交通
石灰粉煤灰稳定粒料
150-200
中等或轻交通
多空稀水泥稳定碎石排水基层
100-140
高速、一级、重交
沥青稳定碎石排水基层
80-100
高速、一级、重交

各类基层适宜交通等级与厚度范围 1-6

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

综合系数Kc 1-7

弯拉强度Mpa
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
抗压强度Mpa
5.0
7.7
11.0
14.9
19.3
24.2
29.7
35.8
41.8
48.4
弯拉弹性模量Gpa
10
15
18
21
23
25
27
29
31
33

水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值 1-8

项目
弯拉强度Mpa
抗压回弹模量MPa
水泥稳定粒料
1.0
1300-1600
二灰稳定粒料
1.0
1300-1600
土基

30-80

稳定粒料基层和土基弯拉强度和抗压回弹模量 1-9

材料类型
回弹模量Mpa
材料类型
回弹模量Mpa
中，粗砂
80-100
石灰粉煤灰稳定粒料
1300-1700
天然砂砾
150-200
水泥稳定粒料
回弹模量Mpa
为筛分碎石
180-220
沥青碎石（粗粒式）
回弹模量Mpa
级配砾石（垫层）
200-250
沥青混凝土（粗粒式）
1000-1400
级配砾石（基层）
250-350
沥青混凝土（中粒式）
回弹模量Mpa
石灰土
200-700
多孔隙水碎石
水泥剂量9.5%-11%
1300-1700
石灰粉煤灰土
600-900
多空隙沥青碎石
沥青含量2.5%-3.5%
600-800

垫层和基层材料回弹模量经验参考范围 1-10

公路自然区
Ⅱ，Ⅴ
Ⅲ
Ⅳ，Ⅵ
Ⅶ
最大温度梯度
83-88
90-95
86-92
93-98

最大温度梯度标准值 1-11

公 路 等 级
纵缝边缘处
高速公路，一级公路，收费站
0.17-0.22
二级及二级以下公路
行车道宽>7m
0.34-0.39
行车道宽≦7m
0.54-0.62

混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分布系数 1-12

温度应力系数Bx
上述设计路面结构图如下：

路基路面工程课程设计
——路面设计

学 院 ： 能源学院
班 级 ： 交通07-3班
学 号 ： 310702030310
姓 名 ： 贾文科

路基路面工程课程设计
——重力式挡土墙设计

学 院 ： 能源学院
班 级 ： 交通07-3班
学 号 ： 310702030310
姓 名 ： 贾文科