最新中南大学路基路面课程设计

1、学习-好资料中南大学土木工程学院路基路面工程课程设计学 院：土木工程学院班 级：学 号：姓 名：指导老师：时 间：2013年7月目 录一、重力式挡土墙设计第一部分设计任务书2（一）设计内容和要求 2（二）设计内容 2（三）设计资料 2第二部分设计计算书1. 车辆换算荷载 32. 主动土压力计算 43. 设计挡土墙截面 84. 绘制挡土墙纵横截面（附图1） 11二、衡重式挡土墙设计第一部分设计任务书（一）设计内容和要求 12（二）设计内容 12（三）设计资料 12第二部分设计计算书131. 车辆荷载换算 132. 上墙土压力计算 133. 下墙土压力计算 154. 墙身截面计算 175. 绘制挡

2、土墙纵横截面图（附图2） 21一、重力式挡土墙第一部分设计任务书（一）设计的目的要求通过本次设计的基本训练，进一步加深对路基路面工程有关理论知识的理解，掌握重力式挡土墙设计的基本方法与步骤。将设计任务书、设计说明书及全部设计计算图表编好目录，装订成册。（二）设计内容 车辆荷载换算； 土压力计算； 挡土墙截面尺寸设计； 挡土墙稳定性验算。（三）设计资料1 墙身构造拟采用细粒水泥混凝土砌片石重力式路堤墙 （如草图1）,墙高H=? m,墙 顶宽bi = ? m,填土高度？ m,填土边坡1: 1.5,墙背仰斜，1: 0.25 （ ： =14 02）,基底倾斜1: 5（o=11 18）,墙身等厚，分段长

3、度10m, bo=7.O m。2. 车辆荷载计算荷载：汽车一20;验算荷载：挂车一100。3. 土壤工程地质情况墙后填土容重=18KN/m3，内摩檫角:=35。，填土与墙背间的摩檫角、=2 ；粘性土地基，允许承载力二=250Kpa，基底摩檫系数f=0.50。取荷载 组合I，抗滑稳定性系数Kc=1.3，抗倾覆稳定性系数K=1.5。4. 墙身材料细粒水泥混凝土砌25号片石，砌体容重 K=22KN/m3；砌体允许压应力；a=600KPa，允许剪应力=100KPa，允许拉应力J=60KPa。第二部分计算书正文1. 车辆荷载换算墙背后填土表面有车辆荷载作用，使土体产生附加的竖向应力，从而产生附 加的侧向

4、应力。土压力计算时，对于作用于墙背后填土表面的车辆荷载可以近似 的按均布荷载来考虑，并将其换算为重度与墙后填土相同的均布土层。（1）求不计车辆荷载作时的破裂棱体宽度 Bo计算图示如下初步拟定H =6m,a =2m,b =3m,bi =1.5m，查公路设计手册（路基），由表3更多精品文档2 1中第五类公式知ab -H (H 2a)tg：2(H a)0 则,-0.3282 3 -6 (6 2 2) tan(-14 02 )2(6 2)二=35 (-1402) 17.H =3828tan =0.794于是有：tg V - -tg(ctg tg )(tg A)一0.794.、(cot3500.794)

5、(0.7940.328)= 0.785B0 = (H a)tgv Htg：- -b0 = (6 2) 0.785 6 tan(14 02)-4.5=1.78m(2) 求纵向分布长度LL=b (H 2atgO07.0 ( 6 2 2 ) 0 ta n30=1 2.7t7 m 0L采用10m,其中，L0取为7.0m(3) 计算车辆荷载总重a Q车轮中心距路基边缘0.5m,汽车20级，一辆车的总重力为300KN在L B。范围内布置车轮重 a Q :布置车轮的宽度I。I。二B。-路肩宽-(汽车外侧车轮中线距路肩边缘的距离-重车后轮着地宽度的一半)= 1.44-0.5-( 0.5-0.3 ) = 0.7

6、4mv Q =300 2 1 K0N半辆车重)(4) 换算当量土层厚度h0 二2 qBL15018 1.78 10=0.47m2. 主动土压力计算计算图示如下(1) 求破裂角二假设破裂面交于荷载内，查公路设计手册(路基)ab 2h0(b d) -H (H 2a 2h0)tg:A =-(H +a)(H +a+2h0)0 2 3 2 0.47 (3 0.5) -6 (62 2 2 0.47) tan(-14 02 )(6 +2)x(6 +2 + 2 7.47)-0.359tg，_ -tg. (ctg : tg )(tg A)=-0.794(cot35 0.794)(0.794 0.359)= 0.

7、807r=38053现验算破裂面是否交于荷载内：堤顶破裂面至墙踵：(H a)tg(6 2) 0.807 = 6.46m荷载内缘至墙踵：b-Htan： d=3-6 tan(-1402)0.5=5m荷载外缘至墙踵：b-Htan： d b0=3-6 tan(-14002)0.5 7.0=12m比较得知：5 ： 6.64 ： 12，故结果与假设相符，所选公式正确。(2) 求主动土压力系数 K和Ki(1) 中假设成立，即破裂面交于荷载内，则采用公路设计手册(路基) 第二版表3-2-1采用第6类公式计算：cos(v ) sin()(tgr tg：)cos(3$53 35)sin(3853 3828)(0.

8、807 tan (一1402)= 0.158h- atg3一2 0.8070. = 2.49mtg v tg :0.807 tan(14 02)h2 二dtgr tg :0；0.90m0.807 tan(-14 02)h3 =H -g -h2 =6 -2.49 -0.90 =2.61m2a h2h0h3K1 =1(1-)罟H2HH2 2, 2.492 0.47 2.61 ,=1(1)21.5966 2 662(3)求主动土压力及作用点位置按墙的每延米计算。墙后土体主动土压力：1 2 1 22 HKK=186。158 叽81.70水平向分力：Ex =Ecos(：、) =81.70 cos(-14

9、02 1730)-81.55KN竖向分力：Ey =Esi n(:、.)=81.70 si n(-1402 T730)=4.94KN2旦.a(H h) h0b(3h32H)33H 2K12=6 . 2 (6-2.49)0.47 2.61 (3 2.61-2 6)33 62 1.596=2.11m因基底倾斜，土压力对墙趾 O的力臂为：Zx1 =zx -0.19d =2.11 -0.19 1.5 =1.83m0 Zy1 =biZx1tg： =1.51.83 tan(-14 02 ) =1.96m(4)验算荷载:对于挂车100 取 h=0.8m , d=0。于是:ab 2h0(b d) -H(H 2a

10、 2h0)tg:A =-(H a)(H a 2h0)2 3 2 0.8 (3 0)-6 (6 2 2 2 0.8) tan(-1402)(6 2) (6 2 2 0.8)= 0.367tg -tg 、一 (ctgtg )(tg A)= -0.794 , (cot350 0.794)(0.794 0.367)= 0.812v - 3905验算破裂面是否交于荷载内:堤顶破裂面至墙踵：(H a)t - (6 2) 0.812 = 6.50m荷载内缘至墙踵：bH tatan(1402 ) 0 = 4.5m荷载外缘至墙踵:b-Htan： d b0=3_6 tan(-14002) 0 7.0 = 11.5

11、m比较得知：4.5 ： 6.5 ： 11.5，故结果与假设相符，所选公式正确。求主动土压力系数K和K1K = sin ()cos(3$5 350)汉(0.812 十 ta n( -14002) sin(39053828)= 0.158b _atg 日h1 :tgv tg：3-2 0.8126；2.45m0.812 tan(-14 02)0.812 tan (-1402)h3=H -h|-h2 =6 - 2.45 - 0 =3.55mK1 =1竺(1-旦)型H 2H H 2,22 2.45、2 0.8 3.55=1 (1 ) 2 1.6886 2 6 62求主动土压力及作用点位置墙后土体主动土压

12、力：12 12EH(6-0.19 1.5) 0.25 1.5 =1.46m ZG2 = 0.651J = 0.651 1.5 = 0.98m(2)抗滑稳定性验算KK,18 62 0.158 1.688 = 86.41KN2 2水平向分力：Ex =Ecos(:、)=86.41 cos(-1400217030) =86.25KN竖向分力：0 0 Ey =Esi n(:、)=86.41 sin (-14 02 17 30 )=5.23KN比较得知：验算荷载略大于设计荷载，故挡土墙截面设计按照验算荷载进行 计算。2H . a(H h) hh3(3h32H)73H2K16 2 (6 -2.45)2 0.

13、8 3.55 (3 3.55 - 2 6)= 十23 3 61.688.12m因基底倾斜，土压力对墙趾 O的力臂为:Zx1 =zx -0.19b2.12 -0.19 1.5 h.84m0 ZY1 F-Zx1tg： =1.51.84 tan(-14 02 )= 1.96m3. 设计挡土墙截面(1)计算墙身自重G及其力臂ZgG-0.19b2) K =(1.5 6 -0.19 1.52) 22 -188.60KN20.19d2222 二 4.70 KN0.19 1.52故 G = G G2 =188.60 4.70 =193.30KNN 二G Ey =193.30 5.10 =198.40 KN1

14、ZG1 H -0.19b!0.25 dK N+Extan% f198.40+84.26汉 tanlfl8x0.5 2 41cEx - N tan ： 084.26 -198.40 tan 11018Kc Kc =1.3，故抗滑移稳定性满足要求。(3) 抗倾覆稳定性验算G1ZG1 +G2Zg2 +EYZY1 198.4X1.46+4.70X0.98 +5.23X1.96 彳K 01.92EXZX186.25 1.84K0 K0 =1.5，故挡土墙抗倾覆稳定性满足要求。(4) 基底应力验算为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。B1 我-0.190 0.25=1.5 -0.19

15、1.5 0.25 =1.43mZnG1ZG1G2ZG2 EYZY1 - EX ZXG-i G2 Ey198.4 1.46 4.70 0.98 5.23 1.96-86.25 1.84198.4+4.70 + 5.23= 0.70偏心距：e牛-罟-O.mO.OM1,2鱼旦(仁星彈咤4 150.48KpaB/1.431.43127.18Kpa因此,150.48Kpa127.18Kpa:二0 = 250Kpa地基承载力满足要求。二 1,2为了保证强身具有足够的强度，应根据经验选择 12个控制断面进行验算，墙面、墙背相互平行，截 面的最大应力出现在接近基底处。强度计算要求：kARk / K - Nj如

16、附图所示，选取一个截面进行验算：1-1截面Nj = o（ gW qJ = o（O.9G 1.4Ey）= 1.0 （0.9 193.30 1.4 5.23） =181.29KN其中，0重要性系数，取1.0 ；Ng 恒重引起的轴向力（KN ）, NG =193.30 KN ;Nq 主动土压力引起的轴向力（KN）；A 挡土墙构件的计算截面积，A=1.5 m2；Rk 材料的极限抗压强度，Rk =600Kpa ；k 抗力安全系数，取2.31 ；:k 轴向力偏心影响系数1 -256 鱼 1-256002-：涼=2_ 牙-0.995o1+12 电 i1+12 J002 Ib. 1于是：:K ARk / K

17、= 0.995 1.5 600/2.31 = 387.66kN Nj = 181.29KN则挡土墙强度满足要求。稳定性计算要求：弘-kARk4其中：Nj、:k A、Rk、 k意义同前；Wk 弯曲平面内的纵向翘曲系数，因% = %5=410,故认为此挡墙是矮墙,取 k=1.0 o于是： kAJI.O 0.995 1.5 600 =387.66KN _Nj=181.29KN k2.31j则挡土墙稳定性满足要求。正截面受剪时验算要求：Qj ,jRjfmN1其中：Qj正截面剪力（KN ）;Aj受剪截面面积（m2）, Aj =1. 5；Rj 砌体截面的抗剪极限强度（Kpa , Rj =100Kpa fm

18、摩擦系数，fm= 0. 42Qj 二Ex=86.25KN ；1 5x100于是：AjRj k fmN10.42 188.60 = 144.15KN _Qj =86.25KN2.31则挡土墙抗剪强度满足要求。4.绘制挡土墙纵横断面图（1:100）。重力式挡土墙纵横断面图见附图1O、衡重式挡土墙第一部分设计任务书（一）设计的目的要求通过本次设计的基本训练，进一步加深对路基路面工程有关理论知识的理解，掌握衡重式挡土墙设计的基本方法与步骤。将设计任务书、设计说明书及全部设计计算图表编好目录，装订成册。（二）设计内容 车辆荷载换算；土压力计算；挡土墙截面尺寸设计；挡土墙稳定性验算。（三）设计资料1 墙身

19、构造拟采用细粒水泥混凝土砌片石衡重式路肩墙（如草图2）,墙高H = ? m, 上墙 比=? m，墙背俯斜1:0.35,墙顶宽bi =0.5 m；衡重台宽di=0.90 m；下墙H2 = ?m,墙背仰斜，1: 0.25 C =-14 02）;墙面坡度1: 0.05,墙身分段长度12 m， bo =5.5 m。2 土壤工程地质情况墙后填土容重=18KN/m3，内摩檫角:=34o，上墙的假想墙背摩檫角cp=，下墙墙背墙背摩檫角二；地基允许承载力d=800Kpa,基底摩檫 系数f =0.60。取荷载组合I，抗滑稳定性系数Kc =1.3，抗倾覆稳定性系数 K=1.5。3 墙身材料细粒水泥混凝土砌 25号

20、片石，砌体容重=22KN/m3；砌体允许压应力 6=800KPa，允许剪应力=160KPa，允许拉应力G=80KPa。4.车辆荷载计算荷载：汽车一20； 验算荷载：挂车一100第二部分计算书正文1. 车辆荷载换算墙背后填土表面有车辆荷载作用，使土体产生附加的竖向应力，从而产生附 加的侧向应力。土压力计算时，对于作用于墙背后填土表面的车辆荷载可以近似 的按均布荷载来考虑，并将其换算为重度与墙后填土相同的均布土层。（1）求纵向分布长度L初步拟定墙高 H=6m，上墙高Hi=2.4m，下墙高H2=3.6m。由于该挡土墙为 路肩墙，故填土高度为零，即a=0。LLj H+2s）t3 = 7.0 6 fan

21、 301n0 4 6取 L=10246m。其中，Lo取为7.0m（2）计算车辆荷载总重v Q车辆荷载总重Q按下述规定计算:纵向：当取用挡土墙分段长度时，为分段长度内可能布置的车轮重力； 当取 一辆标准汽车的扩散长度时为一辆标准汽车重力。横向：破裂棱体宽度Bo范围内可能布置车轮重力，车辆外侧车轮中心距路 面（或硬路肩）、安全带边缘的距离为0.5m。按车带均摊的方法计算。汽车20级，一辆重车总重300KN。由于此处a Q是整个路基宽度范围内的汽车作用力，故 、Q=300KN。（3）换算当量土层厚度boL30018 5.5 10.46二 0.29m2. 上墙土压力计算（1）计算破裂角弓，判别是否出现

22、第二破裂面假想墙背倾角 叮为，见下图：则有II0. 90. 7 2 5Hitg 1+ d_2. 4 0. 35Hi2. 4则叮=3556假设破裂面交于荷载内，查公路设计手册（路基）表3-2-2第一类公式0282cp:i - 弓=45452tan 耳=0.532验算破裂面的位置如下：第一破裂面距墙顶內缘：H,tg 弓 tg： ；）=2.4 （0.5320.725） = 3.02m ： b0 = 5.5m破裂面交于荷载内，与假设相符，而且不可能出现其他情况，故采用此类计算公式。因为:i =28 : : i = 35 56，所以会出现第二破裂面。（2）计算第二破裂面上的主动土压力 Ei查公路设计手册

23、（路基）表3-2-2第一类公式知：_tg2(45半 2) _ tan2(450 34 2)602-cosS2) 一 cos(450 34 2) - .Ki= 1 39 =1.242H12.412 12EiH；KK118 2.42 0.602 1.242 =38.76KN2 2E1E1cosC-38.76 cos(28 34) =18.20KNE1 E1sin(： j ) =38.76 sin(28 34)=34.22KN对上墙01的力臂为1x3K12.40.2933 1.242=0.88mb】=0“5mbo=5. 5mcn3. 下墙土压力计算(1)求破裂角假定破裂面交于一e荷载外，采用表 27

24、-6:CM.中第五类公式计算。破 亠 裂角计算示意图如图：_则有：+ 。2 =34 +170 +14002 = 6502tan =ta n650 02 =2.148学习-好资料1 2 1 2A (H1 H2)2(2.4 3.6)2=18B = %(出 +2H1)tga2 + 丄已讪b + d 已伽1 +tgQ)h2 2 -1 1 23.6 (3.6 2 2.4) (-0.25)2.42 0.532 -5.5 0-2.4 (0.725 0.532) 0.29= 2.97E1xR-i :cos(护 +Q)18.20cos(340280)=38.6KN0更多精品文档_ Rsin(R)A0 sin c

25、ostgd - -tg(tg ctg)(tg ：) 2.148 , (2.148 cot34)(2.148 一2.97) 38.76 sin(?4一28 ?V1818x18in 34 x cos6502=0.450玉二 24015 现验算破裂面位置如下：破裂面顶端至墙顶内缘的距离为：Htgn Hztg： 2 H1tg：1 =6 0.45 3.6 0.25 2.4 0.725 = 3.54m比较b0 = 5.5m3.54m，故分析与原假设不相符，即破裂面交于荷载内。计算图示如下:SOoV BT. 64mk=1 ” 46m;di=Onit学习-好资料、2:2 = 34 170 一1402 =365

26、8tan = 0.753A - -tan : 2 二 0.25tgi - -tg.(tg ctg :)(tg A)-0.753 (0.753 cot 340)(0.7530.25)= 0.744R =3640现验算破裂面位置如下：破裂面顶端至墙顶内缘的距离为：Htg-H2tg： 2 Hitg： 1 =6 0.744 -3.6 0.25 2.4 0.725 =5.30m比较b0 =5.5m5.30m，故破裂面交于荷载内。(2)计算土压力E2COS(d2 ) si n(r2 )(tanr2 tan ： 2)=cos(36040 34)sin(36040 36058)(0.744-0.25) =0.

27、170更多精品文档K2=1 212E2H；KQ18 3.62 0.170 2.494 = 49.45KN 2 E2x =E2cos(： 2 、2) =49.45 cos(-14002 17。)=49.38KN (2.E2y =E2sin(： 2 、2) =49.45 sin(-14002 170) =2.56KN 0.29)= 2.494H23.6Z2xH2 . H1 h。3.6 . 2.4 0.29=1.56m3K133 2.4944. 墙身截面计算因上墙顶宽d =0.5m，则上墙底宽b2 = 1.46m，下墙底宽B = 1.64m。(1)计算墙的重力及力臂上墙墙身自重G11 1G kH 6

28、)22 2.4 (0.5 1.46) = 51.74KN对墙趾的力臂b2 bld b；(2b b2)nHiZG1 = nH23Q b.)2 2c c c c 0.52 +0.5X1.46 +1.462 +(2 X0.5+1.46) X0.05X2.4 = 0.05 3.63x (0.5 +1.46)=0.76mn 取 0.05 下墙墙身自重G21 .G2k H2 b2 d1 B)=1 22 3.6 (1.46 0.9 1.64) = 116.98KN对墙趾的力臂B2 +B(b2 +d1 )+(b2 +d1 f十2(6 +4 )+BnH?3| Bb24Zg21.642 1.64 (1.64 0.

29、9) (1.46 0.9)2 2 (1.46 0.9) 1.64 0.05 3.631.64 +(1.46+0.9)= 1.11m 第二破裂面与墙背之间的土楔重G31 1G3H1 d1 d218 2.4 (0.9 0.46) = 29.38KN其中 d H1 tg/厂 tg=2. 4(0.7250f532) n0. 4 6对墙趾的力臂Zg3 二 n H1 H2bi日心22d2 dd d1 - 2d2 d1 H 构：13(d2P )22-0.05 (2.43.6) 0.52.4 0.350.4620.9 0.46 0.92 -(2 0.46 0.9) 2.4 0.353汉(0.46+0.9)=

30、1.99m土楔上荷载重G4G4 二 h)d2 =18 0.29 0.46 =2.40KN对墙趾的力臂1 1Zg4 = n H1 H2b 尹=0.05 (2.4 3.6) 0.5 ? 0.9 = 1.25m(2)抗滑稳定性验算(G1 +G? +G3 +G4 + 巳丫 +E?y )fKC 二E1X E2X(51.74 116.98 29.38 2.40 34.22 2.56) 0.6237.28 0.6-.=2.1118.20 49.3867.58Kc =2.11 Kc =1.3，故挡土墙抗滑稳定性满足要求。(3)抗倾覆稳定性验算=nH2 b2 d1 -乙XtgQ = 0.05 3.6 1.46

31、0.9 -0.88 0.532 = 2.07mZ2Y=B Z2xtgj2 =1.64 1.56 ( -0.25) = 1.25mK。My _ G1ZG1 G2ZG2 GsZs G4ZG4 巳丫乙仃E2yZ2y二.M XE1X 乙X H2 E2X Z2X51.74 0.76 116.98 1.11 29.38 1.99 2.40 1.25 34.22 2.07 2.56 1.2518.20 (0.88 3.6) 49.38 1.56辟 1.75Ko=1.75 .Ko=1.5，因此该挡土墙的抗倾覆稳定性满足要求。(4)基底应力计算E M y -E M X Zn - V (G Ey)B1.64e ZN0.50 = 0.32m2 227込聲7 = 0.50m237.28即偏心距大于容许偏心距，基底出现拉应力，由于土地基不能承受拉力， 则基底发生应力重分