挡土墙与路基路面课程设计

路基路面课程设计学校：长安大学兴华学院精品资料专业：土木工程 -公路与桥梁姓名：学号：联系电话：指导老师：梅卫国老师、张铭铭老师时间： 2017/11/12目录（一）挡土墙设计6设计任务书6设计说明书：7一.工程概况 -7二设计挡土墙的理由-7三.挡土墙设计计算（极限状态法）-8四.挡土墙排水和变形缝设置-12（二）沥青路面设计-1 4设计任务书-1 4设计说明书-1 51.公路概况-152.轴载换算-153.沥青路面组合设计- -174.路面各层材料参数确定- -185.设计指标与极限标准- -196.确定路面结构层-217.方案经济技术比较- -218.沥青混凝土路面最终确定设计结构图示- -22（三）普通水泥混凝土路面设计-2 4设计任务书-2 4设计说明书：-2 41.自然状况-242.路面设计-243.水泥混凝土路面结构设计图-29挡土墙设计（一）挡土墙设计设计任务书hd =0.60m ） 。5. 填料为砂性土，其密度18kn/m 3 ，计算内摩擦角=35，填料与墙背间的摩擦角=/ 2 。6. 地基为整体性较好的石灰岩， 其允许承载力0 =450kpa ，基地摩擦系数为f=0.45 。（一）设计资料某新建公路 k2+940k3+000路段采用浆砌片石重力式路堤墙， 具体设计资料列于下：7. 墙身材料采用m7.5砂浆砌 mu30片石，砌体a =22kn/m 3 ，砌体容许压应力为a600 kpa，容许剪应力 =100kpa ，容许拉应力 wl =60 kpa 。1. 路线技术标准：山岭重丘区一般二级公路，路基宽8.5m ，路面宽 7.0m 。b=3mb =8.5m2. 车辆荷载：车辆荷载附加荷载强度按公路路基设计规范（jtg d30 2015 ）选取。3. 横断面原地面实测值及路基设计标高如表1 所示。b12m=1:1.5a表 1横断面原地面实测值及路基设计标高左侧桩号右侧中桩标高（ m）路基设计标高（m）502.1:ldhd1:5.25m:8=01h图 1挡墙横断面布置及挡墙型式示意图8(-2.6)4(-3)k2+9404(2) 6(4.5)631.45630.576(-2.4)6(-3.6)k2+9504(2.1)6(2.4)631.08630.627(-3) 6(-3)k2+9604(2.2)6(2.8)629.62630.686(-3) 6(-1)k2+9704(1.2)6(2.4)628.51630.736(-2) 6(-2.6)k2+9805(2) 5(1.5)630.30630.795(-1.6)7(-3)k2+9904(2) 6(2)629.08630.856(-1.2)6(-1.8)k3+0002(1) 8(1)629.03630.91（二）设计依据和主要参考资料设计参考：公路路基设计规范（jtg d30 2015 ）公路路基施工技术规范 （ jtg f10 2006 ）4. 挡墙横断面布置及挡墙型式如图1 所示（注：参考尺寸： b11.4 m，l d =0.40m ，公路挡土墙设计与施工细则 （中交第二设计院， 2008 ）路基支挡工程中相关章节的算例。（三）具体要求挡土墙设计包括挡土墙的平面、立面、横断面设计。设计内容和步骤如下：1. 完成挡土墙平面、立面布置2. 完成挡土墙横断面布置，并初步拟定断面尺寸（图1 供参考）；3. 计算主动土压力；4. 验算挡土墙抗滑、抗倾覆稳定性；5. 验算基底应力及偏心距；6. 验算墙身截面强度；7. 进行挡土墙的伸缩缝与沉降缝设计，以及排水设施设计；8. 绘制挡土墙平面、立面、横断面图；9. 编写设计说明书。（四）提交成果提交成果（加封皮和目录，并按如下顺序）统一装订为1 册，规格为 a3 。1设计说明书：内容包括工程概况、挡土墙设计依据、挡土墙设计总体思路、挡土墙技术参数、材料要求和挡土墙施工技术要求。 正文 4 号字，仿宋体。页面横向布置， 分两栏排版。2. 挡土墙的设计图：内容包括， （1）平面布置图与立面图（比例1:100 ），（ 2）横断面设计图（比例1:50 ）。设计图采用a3 坐标纸绘制，按道路制图标准绘制边框和标题栏，并签名。3. 挡土墙计算书：至少应对不同墙高的2 个典型横断面进行验算。正文4 号字，仿宋体。页面横向布置，分两栏排版。挡土墙设计说明书：一.工程概况欲为某新建公路k2+940k3+000路段设置挡土墙， 形式采用浆砌片石重力式路堤墙，该路段位于山岭重丘区， 道路等级为一般二级公路， 路基宽 8.5m ，路面宽 7.0m 。该路段地基为整体性较好的石灰岩， 单轴饱和抗压强度为3060kpa 。填料为砂性土， 车辆荷载附加荷载强度为公路等级一级。二设计挡土墙的理由挡土墙与抗滑桩统称为支档构造物，是用来支持路基填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的设施。 支档构造物可用以稳定路堤和路堑边坡，减少土石方工程量和占地面积，防止水流冲刷路基，整治塌方、滑坡等路基病害。而其中，挡土墙是最主 要也最常见的支档构造物。本地区为山岭重丘区，地形高差起伏较大，山形较陡，大 多数路基属于半填半挖式，且填方量较大，所以为了节省施工预算，减少填方量，也 为了防止边坡滑动， 增强边坡的稳定性， 需要设置支档构造物， 而挡土墙是其中最常见的一种。同时，由于设置挡土墙的缘故， 减少了路基的填方量， 间接减小了土压力，使路基边坡更加稳定。 本次采用的挡土墙形式为浆砌片石重力式路堤墙，该类墙型主其中 a=1.5 ，b=2.5 ， d=0.75 ；要依靠墙身自重保持稳定。它取材容易，形式简单，施工方便，适用范围广泛。本次 修筑地点地基为整体性较好的石灰岩，可以为重力式挡土墙提供所需要的地基承载力。设计参考 ：公路路基设计规范（ jtg d30 2015 ）公路路基施工技术规范 （jtg f10 2006 ）破裂面倾角为：tantancottantan36.10 其中：=38.46 主动土压力系数为：cosb 0 a 00.7310公路挡土墙设计与施工细则 （中交第二设计院， 2008 ）路基支挡工程中相关章节的算例。k作用于墙背的主动土压力：sintantan=0.161三.挡土墙设计计算（极限状态法）：e1kh（ha22h0）70.43kn设计参数：其中 h6.2m， h 15.3m墙面与墙背坡度均为1:0.25 （=14.04）；基底倾斜度tan 01:5011.31基底b1 =1.3mb21.3mb3 =1.65mb 4 =1.55mb 5土压力的水平力和竖向分力分别为：=1.60m 。1、土压力计算查路基支档工程表 2-5 中确定 ，墙身高度为 6.2m 的附加荷载强度为 q14.75kn/ m2，exey水平土压力作用点至墙趾的力臂：ea cos()=70.33 knea sin()=3.71 kn则等代均布土层厚度为：h (hzx3h0 )2.28m0hq14.750.82m 18竖向力作用点至墙趾的力臂：3 h2h0然后在路基支档工程表2-2 可确定边界条件系数（破裂面交于荷载中部）为：zyb4z x tan=2.12maaab1 ab21（ ah 2(bd )h02h0） ah1 h（ 2ah2=35.9592h0）tan12.9412. 挡土墙自重及力臂计算将挡土墙截面划分为三部分， 截面各部分对应的墙体重力及对墙趾 （ o1）的力臂：g1a b1h1151.58knnex tan0kc2.561.3exn tan0z10.30.50.255.30.251.3 / 21.7375g2221.650.518.15knz 20.50.25 / 21.65 / 20.8875抗滑稳定性满足要求。3-2 沿过墙踵水平面滑动的稳定性验算1g3221.650.427.26 kn计入倾斜基底与水平滑动面之间的土楔的重力g:3z21.61.55 =2.1m3g11.550.4185.58kn2墙体总重及对墙趾（o1）的力臂：3-2-1 滑动稳定方程zgg1g2g3176.99 kn1.1gq1 eynq1 ex66.35kn03. 抗滑稳定性验算gg1z1g2z2g3z3/ g1.67m3-2-2 抗滑稳定系数kcngnex2.081.33-1 沿基底平面滑动的稳定性验算3-1-1 抗滑稳定方程 滑动稳定应满足下式要求：沿过墙踵水平面的抗滑稳定性满足要求。4. 倾覆稳定验算4-1 倾覆稳定方程1.1gq 1 eyex tan0(1.1gq1 ey ) tan0q1 ey0倾覆稳定应满足下式要求：由于土压力的作用效应增大对挡土墙结构起不利作用。故q11.4 ,则有：0.8gz gq 1ey z yex z x01.1 176.991.43.7170.330.20.451.1 176.991.43.710.21.470.33=40.32kn04-2 抗倾覆稳定系数22.98knm0gzgey zy4-1-1 抗滑稳定系数ngey176.993.71180.7kn抗倾覆性稳定性满足要求。5 偏心距及地基承载力验算k01.891.5ex zx5-1 荷载效应标准组合查下表确定荷载综合效应组合系数azl1.0 。maxnd1 b56e0 b5137.93kpaf 400kpa荷载组合、施工荷载zl1.00.80.7作用于基底中心处的力矩组合：nd1 b5基底应力满足要求：6 墙身截面验算取基顶截面（即-截面）为验算截面6e0 b5101.52kpa0mgzb4ezb4ez0.37.50knm6-1 土压力计算dgyyxx222作用于倾斜基底的轴向力组合由前面的主动土压力计算结果可知: k0.161， h00.82m5-2 合力偏心距验算ndgeycos0ex sin0 =191.10 kn-截面宽度bs土压力为：b21.30m ，-截面计算墙高为h 15.3m1对于倾斜基底，其合力偏心距为：e1h1k（h1 22h0）53.30kn合力偏心距满足要求。5-3 基底应力验算em d0nd0.04mb560.27m土压力的水平力和竖向分力分别为：e1x e1 ye1 cos()53.27 kne1 sin()2.80 kn基础埋深（算至墙趾点）为：水平土压力的作用点至-截面趾点（o ）的力臂：z1xh 1( h13h0 )1.98mhd0.80.51.30m1.0m3 h 12h0d5因h3.0m、基础宽度 b2.0m,所以不对承载力特征值进行修正。即f f。对竖向土压力的作用点至i-i 截面趾点（o ）的力臂：aa于荷载组合，地基承载力特征值提高系数k=1.0 ，因此， f f400 kpa。z1 ybsz1xtan1.80m基底应力由下式求得：aa6-2 合力偏心距验算作用于-截面的轴向力的合力：nkg1e1 y154.38 kn墙高 h5.0m1.00.951墙身自重g 对-截面趾点（o ）的力臂：墙高 h5m1.051.0zs作用于-截面形心总力矩：bsh 1 tan1.31m 2圬工种类表 1 结构重要性系数0受力情况mgz0.3bsezbse z2.27knm受压受弯、剪、拉k1s1y1y1x 1x22石料1.852.31截面上的轴向力合力偏心距：m ke0nk0.015m片石砌体、片石混凝土砌体2.312.31块石、粗料石、混凝土预制块、砖砌体1.922.31混凝土1.542.31由下表可知圬工结构合力偏心距容许限值为：e 00.25 bs0.251.30.325m表 2 圬工构件或材料的抗力分项系数圬工挡土墙界面上轴向力合力偏心距的限值1256(e 0 )8荷载组合施工荷载容许偏心距0.25b0.30b0.33bak112(bse20 )bs0.862因e 0e 0 故合力偏心距满足要求。a1bs则1.3m6-3 截面强度验算挡土墙墙身受压时截面强度应满足下式要求：ak araf290.39kn0 ndak araf作用于-截面的轴向力组合设计值为：ndzlgg1q 1ey187.09 kn查下表 1 可知，结构重要性系数01.05 ，表 2 可知材料抗力分项系数f2.31。其中根据 路基支档工程表3-4 荷载的综合效应组合系数取综合效应系数zl1.0 ,并公路等级高速、一级、二级公路二级以下公路按照表 3-3 承载能力极限状态荷载分项系数取荷载分项系数g1.2 ,q 11.4 。因因 0 nd212.46 kn290.39 kn0 nd1.05187.09196.44 kn267.16 kn故截面强度满足要求。6-4 截面稳定性验算挡土墙墙身偏心受压时，稳定性应满足下式要求：故：截面稳定性满足要求。四.挡土墙排水和变形缝设置0 nds2 h / bsk1assskak ara f25.3 /1.38.15210.9231 16e0bs为防止地表水渗入墙背填料或地基，因此设立地面排水沟。为防止因地基不均匀沉陷而引起堵身开裂，根据地基地质条件及墙高、墙身断面 的变化情况， 设置沉降缝。 同时，为了减少圬工砌体因硬化收缩和温度变化作用而产生裂缝，须设置伸缩缝。其中，由下表可知as0.002。则k ak ara f=267.16 kn沥青路面设计车型分类一类车二类车表 2 车型技术参数三类车四类车五类车六类车代表车型桑塔纳五十铃解放 ca10b黄河 jn150黄河 jn162交通 sh361比重（ %）25.5842.3021.049.011.890.18（二）沥青路面设计设计任务书请你为某新建公路进行沥青路面结构设计。1. 新建公路概况（1） 新建公路的所处地理位置可自选为你熟悉的地区，调查当地地质水文条件，选定设计需 要参数；（2） 新建公路等级请结合选定地区公路建设需求设计为高速、一级或二级公路，并根据确定的公路等级，参考表1 提供的车型技术参数，拟定初期交通量（xxx 辆/日）及交通组成（参照表2），交通量年平均增长率为前5 年 8% 、5 年以后 6% 。（3） 沿线自然地理条件、筑路材料状况通过调查确定。表 1 车型技术参数序汽车总重载重前轴重后轴重号型号（ kn ）（ kn）（ kn）（kn ）1桑塔纳212五十铃423解放 ca10b80.2540.004黄河 jn150150.6082.605黄河 jn162174.50100.006交通 sh361280.00150.00轴距2. 设计依据公路沥青路面设计规范 （ jtg d50 2006 、2017 ）（恰逢规范改版）二级自然区划各土组土基回弹模量参考值路基路面工程，沙爱民主编， 2011.013. 设计内容（1） 根据自然区划、路基土类型和地下水位高度，确定土基回弹模量值；（2） 计算设计年限内一个车道的累积当量轴次和设计弯沉值；（3） 根据设计资料，确定合适的面层类型（包括面层材料级配类型）；（4） 拟定 2 种可能的路面结构组合与厚度方案，确定各结构层材料的计算参数；（5） 根据公路沥青路面设计规范验算拟定的路面结构。后轴数轮组数出产国（ cm ）4. 设计要求（1） 结合设计规范要求、国外的路面结构、国内的路面结构、选定地区常用路面结构组合型式，进行路面结构组合设计，要求拟定至少2 种方案，论证方案的可行性，并对2 种方案进行经济技术比较（仅考虑初期修建费用） ，确定最终方案。（ 2）设计成果包括设计说明书和路面结构图。1 桑塔纳2113.5520.2012-中国7004225.5555.1012-中国25080.2540.0020.2038.2012-中国380150.6082.6023.7060.2012-中国300174.50100.0049.00101.6012-中国200280.00150.0050.20107.3012-中国1002 五十铃解放3ca10b黄河4jn150黄河5jn162交通6sh361设计说明书1. 公路概况2. 轴载换算以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时，按下式完成轴载当量换算：kp4.35nc c ni1-1 自然地理条件新建二级沥青路面位于陕西省西安市， 为双向四车道。建成后会成为连接西安与户县的重要道路，n 标准轴载的当量轴次（次/日）；1 2 ii 1p该地区自然区划为 4区，位于关中平原中部，南依秦岭，北临渭河，本区属于大陆温带半湿润季风气候区。年降水量528.3 716.5 毫米，由北向南递增。 7 月、9 月为两个明显降水高峰。地下水位高度为 20m 左右，对于道路施工基本没有影响。气候冷暖干湿四季分明。冬季寒冷、风小、多雾、少雨雪；春季温暖、干燥、多风、气候多变；夏季炎热多雨，伏旱突出，多雷雨大风；秋季凉爽，气温速降，秋淋明显。年平均气温13.1 14.3 ，最冷 1 月平均气温 -1.2 0.5 ，最热 7 月平均气温 26.5 27.0 ，年极端最低气温 -21.2 （蓝田 1991 年 12 月 28 日），年极端最高气温 43.4 ni-被换算的车型的各级轴载作用次数（次/d）；p -标准轴载（ kn ）；pi -被换算车型的各级轴载（kn）；c1 -被换算车型的轴数系数；c2 -被换算车型的轮组系数，双轮组为1.0 ，单轮组为 6.4 ，四轮组为 0.38 ；k -被换算车型的轴载级别（长安 1966 年 6 月 19 日）。沿线水泥、沙石、石灰等材料供应充足。该地区土基类型为低液限粘车型pccnc c n4.35pi土，干湿类型为中湿。土基回弹模量调查得知为45mpa 。i12i1 2 ip1-2 交通量及交通组成桑塔纳前轴13.5516.47000.75序汽车号型号后轴总重（ kn）载重（ kn ）前轴重（ kn ） 后轴重（ kn）数轮组轴距出产数（cm ）国交通量（次/日）后轴25.5516.470011.84五十铃前轴25.5516.42504.23车道特征车道特征后轴55.101125018.70双向单车道1.0双向六车道0.30.4前轴20.2016.43802.31双向两车道0.60.7双向八车道0.250.35解放 ca10b后轴38.20113805.78双向四车道0.40.5黄河 jn150前轴23.7016.43003.66后轴60.201130032.99各级公路沥青路面设计年限黄河 jn162交通 sb361前轴49.0016.420057.49后轴101.6011200214.30前轴150.0016.41003734.02后轴107.3011100135.87公路等级设计年限（年）公路等级设计年限（年）高速公路、一级公路15三级公路8二级公路12四级公路6设计年限累计当量标准轴次为：kp4.35合计nc c ni4221.94t2-1 累计标准当量轴次1 2ii 1pne =前 5 年的累计当量标准轴次：11365n设计年限内一个车道通过的累计标准当量轴次ne 按照下式计算：t113651ne=t1365nn1 =nne -设计年限内一个车道的累计当量轴次（次/ 车道）；t -设计年限（年），二级公路设计年限为12 年；后 7 年的累计当量标准轴次 :n1 =4520239.80n -运营第一年双向日平均当量轴次（次/d）；-车道系数（见下表），双向四车道取 0.5 ；1n 2 =t1365n-设计年限内交通量的平均增长率（% ）；车道系数nen1n 21140343.046n 25660582.845.7102-2 交通等级分析路面结构在设计年限内承担交通荷载的繁重程度以及交通等级来划分。我国沥青路面按承担交通荷载的轻重程度划分为轻交通、中等交通、重交通和特重交通四级。路面结构选型、结构组合设计、结构层位的确定、路面材料的选定都应充分考虑沥青路面的交通等级。由下表可知，本设计路面为中等交通路面。沥青路面交通等级姜眉二级公路莺歌至梅县2段49072二灰稳定碎石32二灰稳定土20中粒式沥青混凝土5表面处置下封层1二灰碎石20石灰土28交通等级bzz-100 累计标准轴次ne(次/车道)大客车及中型以上的各种货车交通量 (辆/d/ 车道)3 沙王至渭河桥接线 细粒式沥青混凝土3沥青碎石4中等交通3 106 1.2107600重交通1.21072.51071500轻交通 31067特重交通 2.5 103. 沥青路面组合设计参考本地区部分一、二级公路沥青路面结构形式见下表：60015003000 3000水泥稳定碎石15细粒式沥青混凝土34渭南至华县二级路4580粗粒式沥青混凝土5二灰碎石20二灰土27细粒式沥青混凝土36泾阳至三原改建9560中粒式沥青混凝土4二灰土20石灰土21细粒式沥青混凝土2.57西安至三原一级公路34310中粒式沥青混凝土3.5沥青碎石混合料7石灰土（ 10:90 ）20序号路段名称里程（ km ）路面结构厚度（ cm）1蓝田至陈家岩二级公路6788ak-164ac-205ac-256二灰碎石18青混凝土二灰土30中粒式沥青混凝土8120018001.0由上表可见本地区二级公路沥青路面的一般结构组成为：细粒式密级配沥青混凝土表 面层+中粒式密级配沥青混凝土下面层+水泥稳定碎石或二灰稳定碎石+二灰稳定土。则初步拟定：方案一： 4cm 细粒式密级配沥青混凝土表面层+8cm 中粒式沥青混凝土 +30cm 水泥稳定碎石 +石灰土基层水泥稳定碎石20150015000.5石灰土待定5505500.2土基-45-方案二：方案