毕业设计（论文）-海南省横线万宁至儋州至洋浦高速公路路基路面综合设计.doc

海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 目录目录 第一章 线形设计.1 1.1 平曲线设计 1 1.1.1 平曲线设计要点1 1.1.2 平曲线要素计算1 1.1.3 主点桩号计算2 1.2 竖曲线设计 2 1.2.1 竖曲线设计要点2 1.2.2 竖曲线要素计算3 1.2.3 竖曲线要素点桩号及高程的计算4 第二章 边坡稳定性分析.5 2.1 说明 5 2.1.1 边坡情况5 2.1.2 边坡土质情况5 2.2 汽车荷载当量换算 6 2.2.1 汽车荷载等级6 2.2.2 汽车荷载组成6 2.2.3 汽车荷载当量高度6 2.3 BISHOP 法求解稳定系数7 2.3.1 危险圆弧的确定7 2.3.2 cad 查询各计算参数7 2.3.3 计算过程8 2.3.4 计算结果8 2.3.5 最小稳定系数的确定11 第三章 挡土墙设计与验算.17 3.1 设计说明 17 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 3.2 设计资料 17 3.2.1 墙身构造17 3.2.2 地质情况18 3.2.3 墙身材料18 3.2.4 汽车荷载等级18 3.3 车辆荷载换算 18 3.4 墙背土压力计算 19 3.4.1 破裂面计算19 3.4.2 破裂面验算19 3.4.3 主动土压力作用点位置确定20 3.4.4 主动土压力计算20 3.5 墙身截面性质计算 20 3.6 挡土墙稳定性验算 21 3.6.1 抗滑稳定性验算21 3.6.2 抗倾覆稳定性验算21 3.7 基底应力及合力偏心距验算 22 3.7.1 基础地面的压应力22 3.7.2 地基承载力抗力值23 3.8 墙身截面强度验算 23 3.8.1 强度计算23 3.8.2 稳定计算24 3.8.3 正截面直接受剪时验算24 3.9 结论 24 第四章 水泥混凝土路面设计.25 4.1 水泥混凝土路面设计原则 25 4.2 水泥混凝土路面交通量分析 25 4.2.1 交通量调查资料25 4.2.2 交通量计算26 4.3 初拟路面结构方案 28 4.4 路面结构厚度计算 29 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 4.4.1 方案一29 4.4.2 方案二38 4.4.3 方案三48 4.5 方案比选 60 第五章 沥青路面结构设计.62 5.1 沥青路面设计原则 62 5.2 沥青路面交通量分析 62 5.2.1 交通量调查资料62 5.2.2 交通量计算62 5.3 设计参数选定 65 5.3.1 回弹模量65 5.3.2 路面材料劈裂强度确定66 5.4 初拟沥青路面结构方案 66 5.5 路面结构厚度计算 67 5.5.1 设计弯沉值计算67 5.5.2 容许拉应力计算68 5.5.3 方案一68 5.5.4 方案二69 5.5.5 方案三70 5.6 方案比选 71 参考文献.73 致谢.74 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 1 页 1 第一章 线形设计 路线布设应结合沿线地形、地貌、水文、通航、地质等自然条件以及沿线主要城 镇发展规划、路网布局等，尽量充分利用原有道路、少占良田，减少拆迁，重视环保， 减少对自然景观的破坏。具体设计应以公路工程技术标准(JTG B01-2003)和公路 路线设计规范(JTG D20-2006)为依据进行设计，以下分别简称为公路标准(JTG B01-2003)和路线规范 。 全套图纸加扣 3012250582 1.1 平曲线设计 本设计已经给定平面主线，因此不需要进行平面定线，但对平面线形设计做以下 说明。 1.1.1 平曲线设计要点 路线设计在保证满足路线的平纵横线形要求和它们之间的协调的同时，也应考虑 环保和经济要求和施工要求。 1.1.2 平曲线要素计算 本设计为海南省横线万宁至儋州至洋浦高速公路 K62+500K64+500 设计，该路段 交点坐标和缓和曲线长度已经给定。因此，可以由交点坐标和缓和曲线长度计算各曲 线要素点。由于该路段的起终点都位于缓和曲线段，因此需要从路段范围外交点，才 能确定主线。本路段主线设计通过设计路段及相邻路段 5 交点确定。交点及曲线要素 如表 1-1 表表 1-1 交点坐标及缓和曲线要素交点坐标及缓和曲线要素 交 点 坐 标交 点 号 N (X)E (Y) 交点桩号 转 角 值 半径 缓和曲 线长度 1234567 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 2 页 JD0119430.4468158786.1563K61+500 JD1119385.7962158248.3996K62+039.607252506.2(Y)1400160 JD2119664.6809157509.2571K62+818.895270902.2(Z)1300160 JD3119536.8472156383.5556K63+939.664 411012.6(Y) 1700200 JD4119957.3609155776.0635K64+622.364 在此仅以 JD2 为例进行平面线形要素计算。计算如下： 已知平曲线半径 R=1400m，缓和曲线长度为 LS=160m，JD2 桩号为 K62+818.895，转角左。 27 09 02.2 切线角： 0 2160 (2 1400)0.057()3 1627 s LRrad 内移值： 2424 33 160160 0.762 24268824 14002688 1400 ss LL Rm RR 切线增值： 33 22 160160 79.991 22402240 1400 ss LL qm R 切线总长： () tan/ 2(14000.762)27 0tan(/ 2)79.9914918.224 h TRRqm: 曲线总长： 0 /180(2)2= /18014027 090 (2 3 1627)+2 160 =823.394( ) hs LRL m 超距： 22 418.224823.39413.054( ) hhh DTLm 1.1.3 主点桩号计算 已知：JD2 桩号为 K62+818.895 直缓点桩号： 62818.8951418.22462+400.671 h ZHJDTKK 缓圆点桩号： 58 102.30720058302.307 s HYZHLKK 圆缓点桩号： 258302.307 1270.6962 20059 173.003 hs YHHYLLKK 缓直点桩号： 59 173.00320059373.003 s HZYHLKK 曲中点桩号： / 259373.003 1270.696/ 258737.655 h QZHZLKK (校核)交点： / 258737.65548.702/ 258762.006 h JDQZDKK 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 3 页 1.2 竖曲线设计 1.2.1 竖曲线设计要点 （1）控制点 该路段需要有桥梁、涵洞、通道，因此，应该以各类构造物净空要求作为控制点， 进行拉坡设计。 （2）坡度 本次设计公路为 100km/h，根据规定允许最大坡度 1为 4%，最大合成坡2值为 10%， 。其次为了保证排水，防止水渗入路基影响稳定性，应设置不小于 0.3%的纵坡 3。 （3）坡长 对于坡长主要是对较陡纵坡的最大长度和一般纵坡的最小长度加以限制。公路的 最小坡长 4为 250m。设计速度为 100Km/h 时，坡度为 4%时的最大坡长5为 800m。 （4）竖曲线 6 竖曲线半径规定，在 100Km/h 的速度下，规定凸形竖曲线的最小半径的一般值为 10000m，极限值为 6500m；凹曲线的最小半径的一般值为 4500m，极限值为 3000m。 本次设计中有个竖曲线，采用二次抛物线形。 1.2.2 竖曲线要素计算 本计算中仅以变坡点 1 进行计算，其它竖曲线计算与之相同。 （5）竖曲线计算数据 编号桩号设计高程竖曲线半径 0K62+500240 1K62+87025336234.50299 2K63+570263.6852 27638.34845 3K64+500255 1 公路标准表8. 2. 1最大纵坡 2 8.5.1公路标准表最大合成坡度 3 8.2.3公路标准条规定 4 8.3.1公路标准表最小坡长 5 8.3.2公路标准表最大坡长 6 3.0.18公路标准表竖曲线最小半径和最小长度 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 4 页 （6）变坡点 1 竖曲线要素计算 1 3.51351%i 2 1.52646%i ，为凸曲线 1221 1.52646%3.51351%1.98705%wii 曲线长： 12 36234.50299 1.98705%=720LRwm 切线长： / 2720/ 2360TLm 外距： 22 36234. 360 / 5 1.788 220299 T E R 1.2.3 竖曲线要素点桩号及高程的计算 竖曲线一 起点桩号= K62+870360=K62+510 终点桩号= K62+870360=K62+230 变坡点对应桩号设计高程=253=251.212m E 起点设计高程=251.212=238.563m 1 Ti 终点设计高程=251.212+=256.707m 2 Ti 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 5 页 2 第二章 边坡稳定性分析 2.1 说明 2.1.1 边坡情况 本设计为海南省横线万宁至儋州至洋浦高速公路 K62+500K64+500，总长 2Km，在桩号为 K62+500 存在高陡边坡，坡高 24m，设置三级台阶，为整个路段中最 高边坡的路基，所以选用该路堤边坡进行稳定性验算。 如图，此断面高度为 2.58m，顶宽为 26m，三级边坡坡度分别为 1:1.5，1:1.75，1:1.75。横截面如图 2-1 所示 图 2-1 填方路基边坡横断面 2.1.2 边坡土质情况 进行边坡稳定性分析首先应确定边坡土质情况，在实际工程中，土的物理力学性 质由试验获得，本设计缺乏试验数据，参考公路挡土墙设计与施工技术细则获得 土的物理力学参数 7。路堤填土为砂性粘土8，粘聚力 =15kPa，摩擦角=30天然 1 C 1 容重为=18kN/m3，地基土也为粘土，土的粘聚力=18kPa，摩擦角=28天然容 1 2 C 2 重为=17kN/m3。 2 7 .2.112B公路挡土墙设计与施工技术细则表 8 302004 3.3.1JTG D本设计路段主要为砂性粘土，满足填公路路基设计规范（）对于填料要求，不需要考虑从其它路段调土。 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 6 页 2.2 汽车荷载当量换算 2.2.1 汽车荷载等级 汽车荷载等级选择关系到后面验算的荷载参数选择，因此需要先了解汽车荷载的 组成，才能进行边坡稳定性分析计算。本设计公路为海南省横线万宁至儋州至洋浦高 速公路，因此荷载等级为公路一级 9。 2.2.2 汽车荷载组成 10 汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车辆荷载用于局部计算，车道荷载用于整 体分析 11，所以进行边坡稳定性验算时应该选择车辆荷载进行布载计算。 2.2.3 汽车荷载当量高度 将车辆荷载换算成当量土层厚度，按以下公式换算土当量高度 12 (2-1) 0 NQ h BL 式中： N：横向分布并列的车辆数，单车道 N=1，双车道 N=2；本设计为双向 4 车道， N=2; Q：每一辆重车的重力 13(标准车辆荷载 550KN)； L：前后轮最大轴距 13，取标准车轴距为 12.8m； ：路基填料的容重； B：横向分布宽度，计算如下： 式中： 1BNbNmd（） ：后轮轮距 13，取 1.8m；b ：相邻两辆车后轮的中心间距 14，取 1.3m；m ：轮胎着地宽度 13，取 0.6m。d 但在本边坡中，边坡高达 24m，为高路堤。因此，行车荷载对边坡的稳定性影响 较小，换算高度可近视分布于路基全宽。因此，取半幅路宽进行计算， 13Bm 9 0120036.0.2JTG B公路工程技术标准（）表 10 0120036.0.1JTG B公路工程技术标准（）表 11 602004 4.3.1JTGD公路桥涵设计通用规范（） 12 42公路路基设计手册（第二版）页 13 0120036.0.4JTG B公路工程技术标准（）表车辆荷载主要技术指标 14 0120036.0.5JTG B公路工程技术标准（）图车辆荷载横向布置 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 7 页 故 0 2 550 0.37 18 13 12.8 hm 2.3 BISHOP 法求解稳定系数 s F 基本思路： 采用 4.5H 法确定边坡滑动面圆心所在直线 EF 后，分别过汽车等效土层的内外侧 边缘点两点和两 1/4 点及中点 5 点与坡脚的圆弧滑动面。然后用 cad 对圆弧内的填土和 地基土进行土条划分，分别测量滑动面弧长和各土条面积和滑动面中心与竖直线的夹 角，用 excel 表格计算稳定系数求得各个滑动面的值。最后根据 5 个值对曲 s F s F s F s F 线拟合从而确定最小值。 s F 2.3.1 危险圆弧的确定 （1）确定 H 值 连接边坡坡脚与荷载等效土层厚度最外侧顶点确定 H 值。其中：H 为坡高于荷载 当量高度之和，所以 H=24+0.37=24.37m （2）4.5H 法确定圆心 15 查表得，及荷载换算当量高度，4.5H 法绘制辅助线确定危险圆 1 26 2 35 0 h 心所在直线 EF。 （3）绘制圆弧滑动面 分别绘出过汽车等效土层的内外侧边缘点两点和两 1/4 点及中点 5 点与坡脚的圆弧 滑动面。 2.3.2 cad 查询各计算参数 （1）划分土条 以 0.1R 的宽度将圆弧范围土体分条。在土层变化点和边坡点均需要划分土条。 土条面积 使用 cad 面积查询命令（快捷键 area）功能查询每个土条面积 S1，S2（分别为土 条填土和地基土面积） 。 15 46P公路路基设计手册（第二版） 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 8 页 圆弧长度 使用 cad 属性命令（快捷键 li）查询每一土条对应滑动面圆弧长度。 i L （2）偏角测量 i 使用角度命令（快捷键 dan）测量每段土条滑动面圆弧的中点与圆心竖曲线之间的 偏角。 i 2.3.3 计算过程 首先假设一个值，代入公式算得一个值，将两个值比较，将计算得到作 s F s F s F s F 为假设值再进行计算得另一个，当假设值与计算得值差值在百分之一内则所设 s F s F s F 值为要求边坡稳定性值。具体计算公式 16如下： s F s F （2-3） sintan cos i ii s m F （2-4） sin i s ii K F W 当土条 i 滑弧位于地基中时： i ditididiidi m WWbC Ki tantan （2-5） 当土条 i 滑弧位于路堤中时： （2-6） tan tiititi i i C bW K m 同理可得其它滑动曲线的稳定系数。 2.3.4 计算结果 （1）以为圆心过坡脚和荷载等效土层高度中心做一滑动面，。 1 O 1 52.65mR 计算得，计算结果如表 2-1 所示。 si 1 n .6139 i s ii K F W 16 302004 13 14JTG D公路路基设计规范（）页 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 9 页 图 2-2 O1计算简图 （2）以圆心过坡脚及荷载等效高度左 1/4 处做一滑动面， 2 O 2 51.24mR 计算得，计算结果如表 2-2 所示。 si 1. n 76374 i s ii K F W 图 2-3 荷载当量厚度内 1/4 处 O2计算简图 （3）以圆心过坡脚及荷载等效高度外 1/4 处做一滑动面， 3 O 3 55.62mR 计算得，计算结果如表 2-3 所示 sin 1.6213 i s ii K F W 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 10 页 图 2-4 荷载当量厚度外 1/4 处 O3计算简图 （4）以圆心过坡脚及荷载等效厚度左缘处做一滑动面， 4 O 4 48.40mR 计算得，计算结果如表 2-4 所示。 sin 1.7037 i s ii K F W 图 2-5 荷载当量厚度内缘处 O4计算简图 （5）以圆心过坡脚及荷载等效厚度外缘处做一滑动面， 5 O 5 60.82mR 计算得，计算结果如表 2-5 所示。 sin 1.7545 i s ii K F W 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 11 页 O2O4O1O3O5 图 2-6 荷载当量厚度外缘处 O5计算简图 2.3.5 最小稳定系数的确定 s min F 由，绘制值曲线如 1s F 2s F 3s F 4s F 5s F s F 图 2-7 图 2-7值曲线 s F 使用 excel 对 5 点进行二次拟合，得到拟合方程为对方 2 0.0080.0452.2138yxx 程进行求导得 y 最小值为 1.5810。即为该边坡的最小稳定安全系数。 因此 17。因此该边坡稳定性合格。 1.58101.35 s min F 17 3020043.6.8JTG D公路路基设计规范（）表 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 12 页 表表 2-1 以以1为圆心过坡脚和荷载等效土层高度中心滑动面边坡稳定系数为圆心过坡脚和荷载等效土层高度中心滑动面边坡稳定系数 土类（kN/m3） （kPa） i C （） （rad） （假设值） s F （迭代值） s F 路基填土18 15 30 0.5236 地基原土17 18 28 0.4887 1.6139 1.6139 面积（m2） S 土条编号 （路基填土） 1 S （地基原土） 2 S （m i l ） （KN） i W 角度（） i m 1 (tancos) i iii ii Wcl m sin ii W 133.8069 10.8510 608.5242 500.9168 455.9549 427.3860 217.4116 2.7823 313.4088 440.9678 210.9679 210.7113 346.8252 6.4394 842.8536 391.0023 561.6871 531.6325 448.1873 5.9180 867.3714 321.0376 576.0583 476.9280 520.1581 2.2620 362.8458 281.0509 239.4475 179.0155 630.9023 3.3057 556.2414 251.0575 366.0858 248.5932 746.2167 5.3271 831.9006 201.0620 555.3856 302.1804 830.7744 4.1415 553.9392 151.0585 379.8227 151.7593 914.2003 2.0418 255.6054 121.0525 177.5316 55.9347 1025.8159 4.0432 464.6862 81.0401 328.3445 67.2623 1121.6045 5.0106 388.8810 31.0174 299.5765 20.7056 127.5981 5.0051 136.7658 -20.9869 153.9925 -4.7106 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 13 页 表表 2-2 以以2为圆心过坡脚及荷载等效高度左为圆心过坡脚及荷载等效高度左 1/4 处滑动面边坡稳定安全系数处滑动面边坡稳定安全系数 土类（kN/m3） （kPa） i C （） （rad） （假设值） s F （迭代值） s F 路基填土18 1530 0.5236 地基原土17 1828 0.4887 1.63741.6374 面积（m2） S 土条编号 （路基填土） 1 S （地基原土） 2 S （m） i l （KN） i W 角度（） i m 1 (tancos) i iii ii Wcl m sin ii W 140.4037 11.7452 727.2666 520.8745 528.3536 501.1952 212.2092 1.7516 219.7656 440.9476 145.7817 144.6553 321.2598 2.6908 382.6764 420.9630 250.9331 246.5789 426.3226 6.2626 473.8068 370.9963 348.5755 284.1024 555.7133 5.7905 1002.8394 301.0303 654.2104 516.6067 622.7020 2.2675 408.6360 261.0428 266.4963 186.8030 734.4121 3.2058 619.4178 231.0489 401.8854 253.8536 851.3477 5.2579 924.2586 181.0526 608.6294 300.6280 934.0432 4.0994 612.7776 131.0483 413.7023 144.4990 1015.5413 2.0288 279.7434 91.0391 191.5673 45.4718 1135.9228 4.0223 646.6104 61.0289 433.3247 69.5400 1223.5221 5.0025 423.3978 11.0056 319.4749 7.4306 138.3867 5.0192 150.9606 -50.9676 162.1586 -12.7303 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 14 页 表表 2-3 以以3圆心过坡脚及荷载等效高度右圆心过坡脚及荷载等效高度右 1/4 处滑动面边坡稳定安全系数处滑动面边坡稳定安全系数 土类（kN/m3） （kPa） i C （） （rad） （假设值） s F （迭代值） s F 路基填土18 15 30 0.5236 地基原土17 18 28 0.4887 1.62131.6213 面积（m2） S 土条编号 （路基填土） 1 S （地基原土） 2 S （m） i l （KN） i W 角度（） i m 1 (tancos) i iii ii Wcl m sin ii W 111.6984 6.2222 210.5712 510.9095 180.3097 148.8382 210.6100 2.9585 190.9800 470.9457 140.5277 132.0880 331.7394 6.7799 571.3092 420.9844 405.4222 376.3171 435.5123 6.1661 639.2214 361.0209 443.8818 383.5939 515.6951 2.3432 282.5118 311.0429 193.2360 151.7413 624.8095 3.4119 446.5710 281.0522 303.0158 220.5996 737.6033 5.4692 676.8594 241.0602 465.7304 291.8753 825.2374 4.2280 454.2732 191.0629 322.2395 157.2000 911.2999 1.9803 203.3982 161.0606 145.9858 59.4640 1022.3472 4.1934 402.2496 121.0531 293.7654 88.0741 1118.6230 5.0475 335.2140 81.0404 268.5116 48.5397 126.5876 5.0066 118.5768 31.0175 143.4564 6.3144 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 15 页 表表 2-4 以以4圆心过坡脚及荷载等效厚度左缘处做一滑动面边坡稳定安全系数圆心过坡脚及荷载等效厚度左缘处做一滑动面边坡稳定安全系数 土类（kN/m3） （kPa） i C （） （rad） （假设值） s F （迭代值） s F 路基填土18 15 30 0.5236 地基原土17 18 28 0.4887 1.7037 1.7037 面积（m2） S 土条编号 （路基填土） 1 S （地基原土） 2 S （m） i l （KN） i W 角度（） i m 1 (tancos) i iii ii Wcl m sin ii W 127.2079 9.9872 489.7422 560.8401 366.5244 341.1081 258.0950 7.1963 1045.7100 470.9298 677.3589 711.1264 336.2270 0.87753.1773 667.0035 400.9667 398.4632 414.4442 499.4019 7.66618.3544 1919.5579 331.0086 1146.7656 1054.5068 566.8312 6.76635.5095 1317.9887 251.0382 790.6665 578.2855 626.9785 2.3052.1319 524.7980 201.0464 315.1000 187.8260 739.8587 3.20723.1397 771.9790 171.0476 464.5137 236.4374 858.2168 5.48325.1186 1141.1168 121.0430 696.8640 247.4616 937.7633 4.6674.0297 759.0784 71.0306 475.6031 95.3373 1016.4846 2.50412.0034 339.2925 31.0150 216.4168 18.0229 1128.3966 5.4463.9979 603.7208 01.0000 392.9662 0.0000 1222.2652 5.55155.0266 495.1491 -60.9619 353.2586 -49.7852 137.7052.0775.1074173.9990 -120.9133 182.4411 -33.0385 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 16 页 表表 2-5 以以5圆心过坡脚及荷载等效厚度右缘处滑动面边坡稳定安全系数圆心过坡脚及荷载等效厚度右缘处滑动面边坡稳定安全系数 土类（kN/m3） （kPa） i C （） （rad） （假设值） s F （迭代值） s F 路基填土18 15 30 0.5236 地基原土 （路基填土） 1 S （地基原土） 2 S28 0.4887 1.75451.7545 面积（m2） S 土条编号 S1（路基填土）S2（地基原土） （m） i l （KN） i W 角度（） i m 1 (tancos) i iii ii Wcl m sin ii W 111.0897 10.5197 199.6146 480.8641 220.8333 128.1871 218.0663 6.5478 325.1934 400.9347 262.9891 195.3826 39.5657 2.4703 172.1826 360.9632 129.3874 97.4870 416.4549 3.5811 296.1882 330.9816 216.0548 158.3445 525.8249 5.7031 464.8482 291.0018 343.2009 225.7757 617.6934 4.3783 318.4812 241.0203 243.8718 132.1639 78.7214 2.1409 156.9852 211.0276 120.6160 57.8120 816.9829 4.2044 305.6922 181.0321 236.4708 97.5003 914.5904 5.1368 262.6272 141.0338 226.3911 65.6812 105.2311 5.0664 94.1598 91.0287 129.4235 15.1531 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 17 页 3 第三章 挡土墙设计与验算 3.1 设计说明 挡土墙是为增强路基稳定，减少土地占用而修筑的人工构造物。在其工作时，主 要承受侧向土压力，本路段中设计了路堤挡土墙，因此需进行主动土压力计算，以验 算挡土墙是否满足工程要求。本设计中，本路线中大部分为填方路段，部分路段，填 土高度较高，且经过水塘和居民区，为了减少土地占用和拆迁，在 K62+600 至 K62+780 右侧布设 180m 仰斜式重力式挡土墙，以收缩坡脚，减少占地，减少填方量， 增强路基的稳定性并对其进行挡土墙设计与验算。 3.2 设计资料 3.2.1 墙身构造 本设计采用浆砌片石仰斜式路堤墙，在 K62+600 至 K62+780 右侧边坡高度均超过 10m，因此在该段布设 10.66m 标准仰斜式重力式挡土墙，最不利截面位于 K62+600 处， 其挡土墙进行设计计算。填土高 a=4.3m，填土边坡为 1:1.5；墙高 H=10.66m，顶宽 1.80m，底宽 3.89m，墙背倾斜，坡度为 1:0.1，墙面倾斜，坡度为 1:0.25， 5.71 基底倾斜，坡度为 1:5；挡土墙墙身分段为 10m。挡土墙断面尺寸如图 0 11.30 3-1 所示： 图 3-1 横断面结构示意图（单位：m） 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 18 页 3.2.2 地质情况 填土为粘土，填土物理力学参数 18为内摩擦角 ，天然容重， 30 3 18/kN m 粘聚力，根据公路挡土墙设计与施工细则公式进行综合内摩擦角的计算 19为：15CkPa 3-1 arctan(tan/)33.25 o CH 填土与墙背间的内摩擦角 20 ，对于石砌墙身，内摩擦角，在本设计 0 12 () 23 : 中，挡土墙材料为浆砌片石，因此可取值为 2/3，则填土与墙背间的内摩擦角 ，墙底与地基摩擦力系数 21根据基地的土质确定，可取 ，地 2/322.16 o 0.4 基承载应力基本容许值 22 ，地基承载力的验算，应对地基承载力容许值 400 o kPa 修正控制 23。按 3-2 进行修正 3-2 01 122 (1)(3) a kbkh 本设计地基土为一般黏性土，修正系数为 0，因此修正后的地基承载力为 。 400kPa 3.2.3 墙身材料 墙体采用浆砌片石结构，7.5 号砂浆，30 号片石，墙体容重 24 。在本 3 23/ k kN m 设计中，采用极限状态法进行强度验算，材料的极限抗拉强度为，抗剪极 900 a RkPa 限强度为。 180 j RkPa 3.2.4 汽车荷载等级 本设计为高速公路，高速公路为公路 级 25。 3.3 车辆荷载换算 26 车辆荷载作用在挡土墙墙背填土上所引起的附加土体侧应力，可按下式换算成等 代均布土层厚度计算。 18 公路挡土墙设计与施工技术细则参考值 19 .0.5 1A公路挡土墙设计与施工技术细则式 20 路基设计手册（第二版）进行计算 21 3020045.4.32JTGD公路路基设计规范（）表 22 6320073.3.36JTG D公路桥涵地基与基础设计规范（）表 23 632007 3.3.4JTG D公路桥涵地基与基础设计规范（）条 24 4.1.8公路挡土墙设计与施工技术细则表 25 0120036.0.2JTG B公路工程技术标准（）表 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 19 页 换算土高度： 0 q h r 式中： ：换算土层高度； 0 h ：车辆荷载附加荷载强度，墙高小于 2m，取 20kN/m2；墙高大于 10m，取 q 10kN/m2；墙高在m 之间时，附加荷载强度用直线内插法计算； 210: ：墙背填土的重度（kN/m3） 。 则换算土层厚为： 0 10/180.56hm 3.4 墙背土压力计算 墙背倾斜，前后填土倾斜，用库伦理论进行计算，在计算中，对于墙趾前土体产 生的被动土压力 Ep，在挡土墙一般埋深的情况下，考虑各种力的作用，以偏于安全， 一般不考虑墙前被动土压力的影响。 3.4.1 破裂面计算 假设破裂面交于荷载内，则： 00 1 (2)() 2 1 (4.3 10.662 0.5) 1 (4.3 1 20.2 0.66) 2 8 AaHhaH 000 2()0.5(22)tan 4.3 9.11 2(9.11 0.75) 0.560.5 10.66 (10.662 4.32 0.56 28.7 )0.1 6 Babbd hH Hah 000 tan(cot)() (co49.7033.25t49.70 )(28.76 1240.28 0.7 9.70 ) 8 tgtgBAtg tgtgtg 即破裂角 6=39.5 式中: 0 5.7122.= + +=+1633.25 =49.70 26 3020045.4.23JTG D公路路基设计规范（）式 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 20 页 3.4.2 破裂面验算 破裂面距墙踵距离： ()(10.664.3) 0.7811.66Ha tgm 荷载内边缘距墙踵距离： 0.756.4510.668.20.7-bdHtgm（1） 荷载外边缘距墙踵： 0 0.75 136.4510.6. 76-121 2bdlHtgm 由以上数据可得：10.9213.8223.92，破裂面交于路基面的内部，假设满足要求。 3.4.3 主动土压力作用点位置确定 1 0.75 1.10 0.780.1 d hm tgtg 3 9.11 4 4.56 .3 0.78 0.780.1 batg hm tgtg 413 10.61.1604.565.00hHhhm 2 3044 2 1 ()(32 3. 0 3 8 ) 3 y a Hhh hhHH Zm H K tan4.27 xy ZBZm 其中： 304 1 2 22 111. 8 2 6 hh ha K HHH 3.4.4 主动土压力计算 000 cos() s 377.69 362.23 106. coss ) in 9i8n( a xa ya EA t EEkN EE BkN kN g 3.5 墙身截面性质计算 由 cad 查询面域命令知： 挡土墙截面面积 2 27.20Sm 墙身重心到墙趾的水平距离 2.95 g Zm 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 21 页 墙身重力 23 27.2625.53 k GskN 3.6 挡土墙稳定性验算 3.6.1 抗滑稳定性验算 27 挡土墙的滑动稳定方程计算如下： 10201012 1.1()(1.1)tan0 QyxQpQyQxQp GEE tgE tgGEEE 式中： ：作用于基底以上的重力（kN） ，浸水挡土墙的浸水部分应计入浮力； G ：墙后主动土压力的竖向分量（kN） ； y E ：墙后主动土压力的水平分量（kN） ； x E ：墙前被动土压力的水平分量（kN） ，当为浸水挡土墙时，0； P E P E ：基底倾斜角（） ，=11.31； 0 0 ，：主动土压力分项系数、墙前被动土压力分项系数，根据公路路基设 1Q 2Q 计规范 （JTG D30-2004）表 5.4.2-5，荷载增大时对挡土墙起不利作用，常用效应组合 为，对应取值为： ； 12 1.21.40.5 GQQ ， ：基底与地基间的摩擦系数。 10201012 1.1 625.53 1.4106.98362.2 1.1()( 311.310.4 1.1 625.53 1.4 106.9811.311.4 362.230 1.0 1. 2 1) 8 QyxQpQyQxQp tg tg k GEE tgE tgGE tE N gE （） 根据公路路基设计规范 （JTG D30-2004） ，抗滑动稳定系数 28不宜小于 1.3，c K 稳定系数按下式计算： 0 0 1.4 () =1.39 xpp CC x NEEtgE KK ENtg 故抗滑稳定性满足要求。 式中：作用于基底上合力的竖向分力(kN)，。 N y NGE 27 3020045.4.35JTG D公路路基设计规范（）式 28 3020045.4.33JTG D公路路基设计规范（）表 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 22 页 3.6.2 抗倾覆稳定性验算 抗倾覆稳定方程以及抗倾覆稳定系数根据公路路基设计规范 （JTG D30-2004） 进行计算，计算结果如下所示： 12 625.53 2.9 0.8() 0.81.45106.98 4.27362.23 3.80 188 () 30.1 gQyxxyQpp GZE ZE ZE Z kN 根据公路路基设计规范 （JTG D30-2004）表 5.4.3-3，抗倾覆稳定系数不宜 0 K 小于 1.5，稳定系数按下式计算： 00 625.53 2.95 106.98 4.27 1.67 362.23 3.8 1. 0 5 gyx xy GZE Z KK E Z 故挡土墙抗倾稳定性满足要求。 3.7 基底应力及合力偏心距验算 3.7.1 基础地面的压应力 为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力验算；同时，为了 避免挡土墙不均匀沉陷，控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。 （1）轴心荷载作用时 1 N p A 11010 625.53 1.2 1.4 106.98-0 ()cos 11.311.4 362.2311.31 =982 sin .3 ) 8 ( GQyQx cossi NGEW k E n N 1 () 982.38 3.89 1 252.54400kPak a pNA P 故基础地面压应力满足要求。 （2）偏心荷载作用时 根据路基设计手册 （第二版） ，在偏心荷载作用下，作用于基底的合力偏心距 。 0 2 N B eZ 其中： 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 23 页 625.53 2.95 106.98 4.27362.23 3.80 625.53 106.98 1. 3 = 3 gyxxy N y GZE ZE Z Z GE 0 1.33 | | 2 |3.89/ 2| 0.610.65 6 N B eZ B B ：倾斜基底宽度。 则： max 1 min 66 0.61 (1)1400 3.893 982.38365.48 11.13.89 NekPa kPa ABkPa p 故偏心距与基础地面压应力均满足要求。 3.7.2 地基承载力抗力值 当挡土墙的基础宽度大于 3m 或埋置深度大于 0.5m 时，除岩石地基外，地基承载 应力抗力值按下式计算： 1122 (3)(0.5) 4000.3 18 (3.893) 1.6 18 (1.50.5) 419.82 k ffk y bk y h kPa 地基应力的设计值应满足地基承载力的抗力值要求，即满足以下各式： （1）当轴心荷载作用时： 252.54419.82pkPakPa （2）当偏心荷载作用时： max 365.48419.82 1.2503.78kPakPpa 故地基承载力抗力值符合要求。 3.8 墙身截面强度验算 取墙底截面作为验算截面，。 2 3.88Am 3.8.1 强度计算 jkak NAR 根据公路路基设计规范 （JTG D30-2004）查得，抗力分项系数 29 =2.31。 k 29 3020045.4.4 1JTG D公路路基设计规范（）表 海南省横线万宁至儋州至杨浦高速公路路基路面综合设计 第 24 页 /0.769 3.88 900/ 2.311162.52 kaK ARkPa 011 ()1.05 (1.2 625.53 1.4 106.98 7 ) 14.9/4 jGGQQQiciQi kKK NNNN kPaAR 故强度计算满足要求。 3.8.2 稳定计算 / jKKak NAR 2 0 1 0.96 1(-3) 1+16 K sss e B （） 式中： ：2H/B； s 3