路基路面设计及综合排水设计

1、目 录1. 绪论 . 1 1.1总体情况概述 . 1 1.1.1设计任务 . 1 1.1.2任务要求 . 1 1.1.3设计标准 . 1 1.1.4路线起迄点、地形地貌情况 . 1 1.1.5沿线气候水文特征 . 1 1.2总体设计 . 2 1.2.1总体设计原则 . 2 1.2.2技术标准与技术指标的的总体适用情况 . 2 1.3道路设计软件说明 . 2 1.3.1本系统概况 . 21.3.2系统的特点 . 22. 路基路面设计 . 4 2.1设计简介 . 4 2.1.1设计说明 . 4 2.1.2新建路面结构设计步骤 . 42.1.3路面结构综合设计 . 43. 路堤边坡稳定性验算 . 1

2、4 3.1参数分析 . 14 3.2边坡稳定性验算分析 . 14 3.2.1路基横断面的标准设计 . 143.2.2将车辆荷载换算成土柱高(当量高度 . 154. 挡土墙设计 . 27 4.1绪言 . 27 4.2 挡土墙的设计及验算 . 27 4.2.1基础资料 . 27 4.2.2设计资料 . 27 4.2.3墙背土压力计算 . 294.2.4破裂面计算 . 30 4.2.5破裂面验算 . 30 4.2.6主动土压力计算 . 30 4.2.7墙身截面性质计算 . 31 4.2.8挡土墙的稳定验算及强度验算 . 32 4.3采取措施 . 35 4.3.1基础加固措施 . 35 4.3.2排水

3、措施 . 35 4.3.3沉降缝与伸缩缝的设置 . 35 4.3.4墙顶与路面的衔接 . 35 4.3.5车辆安全行驶保障措施 . 35 4.3.6材料要求 . 35 4.4设计参数 . 36 4.4.1设计参数的选取 . 36 4.4.2安全系数的选取 . 36 4.4.3墙面坡的选取 . 36 4.4.4墙背坡的选取 . 364.4.5设计控制重点 . 365. 路基路面排水设计 . 37 5.1排水设计一般原则 . 37 5.2综合排水设计 . 错误!未定义书签。 5.3路基排水设计 . 37 5.3.1地表排水设备的类型 . 37 5.3.2边沟设计 . 37 5.3.3确定边沟布置断

4、面形式及尺寸 . 38 5.3.4确定截水沟布置断面形式及尺寸 . 41 5.4其他排水设计 . 41 结 论 . 42致 谢 . 43参 考 文 献 . 44附 录1. 绪论1.1 总体情况概述1.1.1设计任务本设计为平凉至定西高速公路路基路面及综合排水设计。 本标段工程位于兰州市到 白银市会宁县,施工里程为 K84+600K86+100,全长约 147km 。在整个设计任务主要包 括:路面工程的设计(沥青混凝土路面结构设计;挡土墙设计(路堤边坡稳定性的验 算;路基路面排水专题研究等。1.1.2任务要求通过本设计要求能够综合运用专业所学的知识并尽量联系实际, 根据有关的设计规 范掌握各设计

5、阶段的设计内容,掌握设计过程中设计原始资料的采集方法于内容,掌握 路面设计参数的确定、选用及计算方法,掌握道路设计软件程序及方法,将计算机这新 世纪科技操作技术灵活运用于公路建设中,以达到熟练从事公路专业的工作能力。 1.1.3设计标准公路等级:双向四车道高速公路;设计车速:80km/h;路基宽度:整体式 24.5m ,分离式 2×12.25m ;极限最小平曲线半径:250m ;最大纵坡:5%;桥涵设计荷载:公路 I 级;设计洪水频率:特大桥 1/100。1.1.4路线起迄点、地形地貌情况平定高速公路,全长 258.22km ,分东西两段 (中间为宁夏段 ,东段起于庆阳市宁县 长庆桥

6、,途经平凉市泾川县、崆峒区,止于宁甘界沿川子;西段起于静宁县司桥,途经 平凉市静宁县、白银市会宁县,止于定西市安定区的十八里铺。河道常年有水,河谷地 层由砂砾、砾卵石及亚砂土组成。本段通过山区,为中低山地貌,山体岩层风化,山顶 部有黄土覆盖,两侧山体坡面较缓,覆盖层较薄。山体地质自下而上为强风化砂砾岩, 全风化砂砾岩,砂砾卵石,黄土层,均为 V 级围岩地质。1.1.5沿线气候水文特征项目区属暖温带半湿润、半干旱大陆季风性气候区。夏短冬长,四季分明。多年平 均气温 13,一月平均气温 -1,七月平均气温 26,极端最低气温 -16.7,极端最高气温 41.4。盆地及河谷区无霜期 210天,深山区

7、无霜期不足 100天。区内年平均降雨 量 701mm ,降雨多集中在七月至九月,是关中西部雨水较多地区。路线所经区域属于黄 河流域,其大部分路段沿渭河干流和支流布设。地震基本烈度为度。1.2 总体设计1.2.1总体设计原则设计在满足工程经济的前提下既要符合高速公路标准的要求, 尽可能采用较高的技 术指标, 还要综合考虑工程造价, 施工技术条件, 地质气候, 材料来源等其它影响因素。 1.2.2技术标准与技术指标的的总体适用情况本项设计方案各项技术指标均符合公路工程技术标准 (JTG B01-2003, 公 路路线设计规范(JTG D20-2006,公路路基设计规范( JTG D30-2004

8、, 公 路排水设计规范 (JTJ018-97 , 公路水泥混凝土设计规范 (JTG D40-2002, 公 路沥青路面设计规范(JTG D50-2006 的要求。1.3 道路设计软件说明1.3.1本系统概况本系统是根据现行公路沥青路面设计规范 JTJ014-97和公路水泥混凝土路面 设计规范 JTG D40-2002的有关内容编制的,共包括如下九个程序:(1沥青路面设计弯沉值和容许拉应力计算程序 HLS(2改建路段原路面当量回弹模量计算程序 HOC (适用于沥青路面设计(3沥青路面设计程序 HMPD(4沥青路面及土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算程序 HMPC(5改建路段原路面当量回弹模量计算

9、程序 HOC1(6新建单层水泥混凝土路面设计程序 HCPD1(7新建复合式水泥混凝土路面设计程序 HCPD2(8旧混凝土路面上加铺层设计程序 HCPD3(9水泥混凝土路面基(垫层及土基竣工验收弯沉值计算程序 HCPC1.3.2系统的特点(1采用 Visual Basic 6.0 for Windows 语言编程,在 Windows 系统下运行,有良好 的用户界面;(2功能齐全,凡公路路面设计与计算所需的程序应有尽有;(3计算速度快,精度高;(4数据输入采用可视化、全屏幕的窗口输入方式,操作简单方便,一目了然。所有程序既可人机对话输入,又可用数据文件输入,计算结束立即在输出窗口显示设计计算 成果

10、文件内容,并可根据用户要求打印输出,十分方便;(5具有随机帮助以及自动识别错误并提出警告和提示的功能,让学生无后顾之忧。2. 路基路面设计2.1 设计简介2.1.1设计说明设计计算根据公路沥青路面设计规范 JTGD 50-2004;本设计采用路面弯沉值作为设计指标,并验算基底拉应力;部分未知参数可查表及规范得出。采用软件进行设计。路基设计按高速公路双向四车道进行设计。路基设计及路面设计都要说明设计过程,并绘制设计图表。2.1.2新建路面结构设计步骤新建沥青路面通常按一下步骤进行路面结构设计:根据设计任务书的要求,确定路面等级和面层类型,计算设计年限内一个车道的累计 当量轴次和设计弯沉值。路基土

11、类与干湿类型, 将路基划分为若干路段 (在一般情况下路段长度不宜小于 500m , 若为大规模机械化施工,不宜小于 1km ,确定各路段土基回弹模量值。根据已有经验和规范推荐的路面结构,拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案,根 据选用的材料进行配合比试验及测定各机构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度,确定个 结构层材料设计参数。根据设计弯沉值计算路面厚度。对高速公路沥青混凝土面层和半刚性基层材料的基 层、底基层,应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求,或调整路面结 构层厚度,或变更路面结构组合,或调整材料配合比,提高材料极限抗拉强度,再重新 计算。 上述计算应采用弹性多层体系理论编制的

12、程序进行。 路面设计流程如图 2.1所示。 对于季节性冰冻地区的高级和次高级路面,尚应验算防冻厚度是否满足要求。 2.1.3路面结构综合设计资料:公路等级:高速自然区划:5土基回弹模量:40MPa交通增长率:5%车辆组成及交通量见表 2.1 表 2.1 车辆组成及交通量 轴载分析路面设计以双轮组单轴载 100KN 为标准轴载。以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次 轴载换算轴载换算采用如下的计算公式:4.3512( ki i n iPN CC n P =计算结果如表 2.2所示。表 2.2 轴载换算结果表 (注:轴载小于 25KN 的轴载作用不计累计当量轴次根据设计规范, 一

13、级公路沥青路面的设计年限取 15年, 四车道的车道系数是 0.40.5,取 0.4。 累计当量轴次。验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次 轴载验算验算帮刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为 8211 (P P C C N i n ki i'='=, 计算结果如表 2.3所示。表 2.3 轴载换算结果表(半刚性基层层底拉应力 (注:轴载小于 50kN 的轴载作用不计。 累计当量轴次参数取值同上,设计年限是 15年,车道系数取 0.4;累计当量轴次 ;结构组合与材料选取沥青路面各结构层如何选择和安排, 使整个路面结构既能抵抗行车荷载和自然因素 的作用,又能发挥各结构层的最大效能,

14、是路面结构组合设计要求解决的问题。沥青路面时由不同材料组成的多层结构, 结构设计时应根据使用要求及当地自然环 境条件,结合当地实践经验进行路基路面综合设计,按合理选材、方便施工、利于养护 的原则,比较并选择路面结构设计方案。对于分期修建的路面工程,应通过技术经济论 证,合理设计层次与厚度,使前期工程在后期能得到充分利用。为确保工程质量,应尽 量选用便于机械化、工厂化施工的结构设计方案。结构组合设计原则:面层、基层的结构类型和厚度应与交通量相适应适应车辆荷载的作用保证层间结合紧密稳定在各种自然因素下稳定性好适当的结构层数和厚度路面结构组合方案由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约

15、为 900万次左右。 根 据规范推荐结构,并考虑到公路沿途有大量沙砾且有石灰供应,路面结构面层采用沥青 混凝土(13cm ,基层采用石灰粉煤灰碎石(厚度待定 ,底基层采用石灰土(取 25cm 和天然砂砾(取 15cm 。规范规定高速公路、一级公路的面层由二层及三层组成。查规范中的沥青路面的高级路面中的沥青混合料类型的选择(方孔筛 ,采用三层式沥青面层,表面层采用细粒 式密级配沥青混凝土(厚度约 3cm ,中面层采用中粒式密级配沥青混凝土(厚度 4cm , 下面层采用组粒式密级配沥青混凝土(厚度 6cm 。各层材料的抗压模量与劈裂强度查表得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。 抗压模量取 20的模量

16、, 各值均取规范给定范围的中值,因此得到 20的抗压模量:细粒式密级配沥青混凝土为 1400MPa, 中 粒式密级配沥青混凝土为 1200MPa, 粗粒式密级配沥青混凝土为 900MPa ,石灰粉煤灰碎 石为 1500MPa, 石灰土为 550MPa ;各层材料的劈裂强度:细粒式密级配沥青混凝土为 1.4MPa ,中粒式密级配沥青混凝土为 1.0MPa ,粗粒式密级配沥青混凝土为 0.8MPa ,石 灰粉煤灰碎石为 0.6MPa, 石灰土为 0.25MPa.土基回弹模量的确定路基土的回弹模量值除受加荷方式和应力状态等因素的影响外,还与土的性质、密 实度、含水量及土基所处的干湿状态有关。路面设计

17、时,应在最不利季节采用现场承载 板试验确定土基顶面回弹模量,在路基尚未修建完工的情况下,通过有关参考资料估计 土基的回弹模量。该路段处于5区,查得为 40MPa 。设计指标的确定对于高速公路, 规范要求以设计弯沉值作为设计指标, 并进行结构层底拉应力验算。 设计弯沉值路面设计弯沉值根据公式计算。 该公路为高速公路, 公路等级系数取 1.0面层是沥 青混凝土,面层类型系数取 1.0,半刚性基层,底基层总厚度大于 20cm ,基层类型系数 取 1.0。设计弯沉值为:4. 240. 10. 10. 190418506006002. 02. 0=-b s c e d A A A N l各层材料的容许层

18、底拉应力S sp R K /= 细粒式密级配沥青混凝土05. 30. 1/90418500. 109. 0/09. 022. 022. 0=c e a S A N A KMPa K s sp R 46. 005. 3/4. 1/=中粒式密级配沥青混凝土05. 30. 1/90418500. 109. 0/09. 022. 022. 0=c e a S A N A KMPa K s sp R 33. 005. 3/0. 1/=粗粒式密级配沥青混凝土36. 30. 1/90418501. 109. 0/09. 022. 022. 0=c e a S A N A KMPa K s sp R 24.

19、036. 3/8. 0/=石灰粉煤灰碎石:05. 20. 1/941990635. 0/35. 011. 011. 0=c e s A N KMPa K S sp R 29. 005. 2/6. 0/=石灰土:63. 20. 1/941990645. 0/45. 011. 011. 0=c e s A N Ka 09. 063. 2/25. 0/spMP K S R =公路等级系数 1,面层类型系数 1,路面设计弯沉值 24.4(0.01mm 。表 2.4 各结构层设计参数 计算设计层厚,输入及计算结果如下:公路等级:高速公路; 新建路面的层数:6; 标准轴载:BZZ-100; 路面设计弯沉值

20、:24.4(0.01mm ; 路面设计层层位:6;设计层最小厚度:20cm 。表 2.5 各设计层厚度计算参数按设计弯沉值计算设计层厚度 :LD= 24.4 (0.01mmH( 4 = 20 cm , LS= 25.5 (0.01mmH( 4 = 25 cm , LS= 22.7 (0.01mmH( 4 = 22 cm(仅考虑弯沉 按容许拉应力验算设计层厚度 :H( 4 = 22 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求 H( 4 = 22 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求 H( 4 = 22 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求 H( 4 = 22 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要

21、求 H( 4 = 22 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求 路面设计层厚度 :H( 4 = 22 cm(仅考虑弯沉 H( 4 = 22 cm(同时考虑弯沉和拉应力 验算路面防冻厚度 :路面最小防冻厚度 80cm验算结果表明 ,路面总厚度比路面最小防冻厚度小 5cm ,程序将自动在上述刚设计 的路面最下层厚度中予以补足。通过对设计层厚度取整和将路面防冻厚度不足部分增补到路面最下层 , 最后得到 路面结构设计结果如下 :-细粒式沥青混凝土 3 cm-中粒式沥青混凝土 4 cm-粗粒式沥青混凝土 6 cm-石灰粉煤灰碎石 22 cm-石灰土 25 cm-天然砂砾 20 cm-土基竣工验收弯沉值和

22、层底拉应力计算公路等级 : 高速公路;新建路面的层数 : 6;标准轴载 : BZZ-100;路面设计弯沉值: 24.4(0.01mm 。计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 :第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23.5 (0.01mm第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.2 (0.01mm第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 27.6 (0.01mm第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 31.2 (0.01mm表 2.6 弯沉值和层底拉应力计算表第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 73.4 (0.01mm 第 6 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 220

23、.2 (0.01mm 土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 292.5 (0.01mmLS= 232.9 (0.01mm计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :第 1 层底面最大拉应力 ( 1 =-0.251 (MPa第 2 层底面最大拉应力 ( 2 =-0.107 (MPa第 3 层底面最大拉应力 ( 3 =-0.055 (MPa第 4 层底面最大拉应力 ( 4 = 0.119 (MPa第 5 层底面最大拉应力 ( 5 =0 .06 (MPa 3. 路堤边坡稳定性验算3.1 参数分析本设计任务段总长 1400m ,按设计标准共有 71K184+960 横断面中最高填方高度为 16.48m 。所以路堤

24、边坡稳定性验算采用此断面为验 算对象。图 3.1 路堤边坡稳定性验算断面图此断面高度为 16.48m , 顶宽为 26m , 边坡坡度一级采用 1:1.5。 路堤填土为粘性土, 土的粘聚力 25c KPa=,摩擦角 =190(tg =0.344 ,容重为 =19.8kN/m3,荷载为 公路级。3.2 边坡稳定性验算分析3.2.1路基横断面的标准设计路基横断面的标准设计也称为路基标准横断面, 是根据有关横断面的设计原则和规 定而编制的,它仅适宜于一般水文、地质条件,填挖高度不大的普通土质地基。路堤标准横断面边坡高度不大于八米。两侧有取土坑的普通土质路堤。当填方高度大于 8 米而不小于 20 米时

25、,采用上陡下缓的变坡形式。 地面横坡大于 1 :5 而小于 1 :2.5 的斜坡上的路堤横断面。路堑标准横断面在横断面的标准设计中, 路基排水设备也是重要的组成部分。 路基地面排水设备包 括路堤的排水沟、取土坑及路堑的侧沟、天沟、排水槽等。对于足以破坏路基稳定性及 坚固性的地下水,应修筑地下排水建筑物以降低水位或将水聚集并排至路基范围以外。 地下排水建筑物有渗沟、 隧道等。 有关路基排水设备的设计、 构造可参阅路基设备手册。为设有侧沟平台的路堑断面,适用于黄土及黄土类土、细纱土及易风化岩石的路 因为这类边坡容易风化剥落,设置侧沟平台以避免侧沟堵塞、方便养护维修3.2.2将车辆荷载换算成土柱高

26、(当量高度设一辆车停在路肩上,另三辆以最小间距 d=0.6m与它并排。按以下公式换算土柱 高度为 BLNQ h =0 公式中:L 纵向分布长度(等于汽车前后轴轮胎的总距 , L=13B 横向分布车辆轮胎最外缘间总距B=Nb+(N-1 d其中:N 为车辆数为 4; d 为车身之间的净距为 0.6m ; b 可以近似取车身宽, 为 2.5m 。 则: B=4×2.5+(4-1×0.6=11.8m故 0h =(4×550/(19.8×11.8×13 =0.724H = h +0h =4.69+0.724=17.204m按 H 5. 4法确定滑动圆心辅

27、助线。查教材路基路面工程 表 4-1得 =35, 2621。据此两角分别自坡脚和左顶 点作直线相交于 O 点, BO 的延长线即为滑动圆心辅助线,在辅助线延长线上从 O 点向 左上方每 0.3H 长取一圆心点。按简化 Bishop 法检算(1出各滑动曲线每一分段中点与圆心竖线之间的偏角 i 。圆心竖线左侧为负,右侧为 正。(2每一分段的滑动弧曲线可近似取直线,将各分段图形简化为梯形或三角形 , 计算其面积 i ,其中包括荷载换算成土柱部分的面积在内;(3以路堤纵向长度 3m 计算出各分段的重力 i W ;(4求出各土条滑动面的弧长 i l(5 由简化毕肖普法计算土坡稳定安全系数的公式:111c

28、os sin i n i i i i i i i i n iii W tg c l m K W =+= . (* 其中 i i i i tg Km sin 1cos +=式中含有 K 值,用迭代法求解,先假定一个 K 值, 求得 i m ,代入(*式求得新的 K 值,若此值与假定不符,则用此 K 值重新计算 i m 求 得新的 K 值,如此反复迭代,直至假定的 K 值与求得的 K 值相近为止。 以下用表格分别计算各个滑动面的 K 值: 第一滑动面第一次试算假定安全系数 K=1.369,计算结果列于表 3.1中,可按式(*求得稳定 安全系数:111cos 1574.41.3681150.91si

29、n i n i i i i ii ii n iii W tg c l m K W =+= 第二次试算假定 K=1.368,计算结果列于表 3.1中,可得 K 1574.41.3681150.91= 计算结果与假定接近,故得第一滑动面的土坡稳定安全系数 11.368K = 图 3.2 第一滑动面计算图第二个滑动面第一次试算假定安全系数 K=1.489,计算结果列于表 3.1中,可按式(*求得稳定 安全系数:111cos 1730.81.8983.5sin i ni i i i i i i i n iii W tg c l m K W =+= 表 3.1 第一滑动面计算结果表 图 3.3 第二滑动

30、面计算图第二次试算假定 K=1.821,计算列于表 3.2中,可得K17311.821 983.5=计算结果与假定接近,故得第二滑动面的土坡稳定安全系数 2 1.821K =表 3.2 第二滑动面计算结果第三个滑动面 第一次试算假定安全系数 K=1.4473,计算结果列于表 3.3中,可按式(*求得稳o 定安全系数:111cos980.571.4465 677.499sini ni i i i ii ii ni iiW tg c lmKW=+=图 3.4 第三滑动面计算图第二次试算假定 K=1.446,计算结果列于表 3.3中,可得K980.571.4465 677.499=计算结果与假定接近

31、,故得第三滑动面的土坡稳定安全系数 K3=1.446第四个滑动面第一次试算假定安全系数 K=1.489,计算结果列于表 3.4中,可按式(*求得稳定安全系数:111cos2256.11.489 1515.05sini ni i i i ii ii ni iiW tg c lmKW=+= 图 3.5 第四滑动面计算图 表 3.3 第四滑动面计算图表 3.3 第三滑动面计算结果表 第二次试算假定 K=1.489,计算结果列于表 3.4中,可得K2256.51.489 1515.05= 计算结果与假定接近,故得第四滑动面的土坡稳定安全系数 K4=1.489 表 3.4 第四滑动面计算结果表 第五个滑

32、动面第一次试算假定安全系数 K=1.3956,计算结果列于表 3.5中,可按式(*求得稳定安全系数:111cos1128.11.3956 808.314sini ni i i i ii ii ni iiW tg c lmKW=+=图 3.6 第五滑动面计算图第二次试算假定 K=1.396,计算结果列于表 3.5中,可得K1128.41.396 808.314=计算结果与假定接近,故得第五滑动面的土坡稳定安全系数 K 5 =1.396 图 3.7 危险滑动面计算图将以上五个滑动面的土坡稳定系数分别按其大小相应画在圆心辅助线的延长线上, 再用一圆滑曲线将其连接,用一与辅助线平行的线与圆滑曲线相切,

33、其切点所对应的圆 心点即为最危险滑动面的圆心,并将最危险的滑动面画出标于上图中,用与前面相同的 方法求出该滑动面的土坡稳定安全系数表 3.5 第五滑动面计算结果表 第一次试算假定安全系数 K=1.3678,计算结果列于表 3.6中,可按式(*求得稳定安全系数:111cos13751.368 1005.29sini ni i i i ii ii ni iiW tg c lmKW=+=第二次试算假定 K=1.368,计算结果列于表 3.6中,可得K13751.368 1005.29=计算结果与假定接近,故得第三滑动面的土坡稳定安全系数 min 1.368K =因为 min 2.471.35K =&

34、gt;,所以设计中路基填方采用的边坡坡率符合要求。 表 3.6 危险滑动面计算结果表 4. 挡土墙设计4.1 绪言公路挡土墙是用来支承路基填土或山坡土体, 防止填土或土体变形失稳的一种构造 物。 在路基工程中, 挡土墙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,并经常用于整治坍方、滑坡等路基病害。随着我国高等级公路建设 的飞速发展,特别是西部山区高速公路的发展,路基挡土墙的应用显得越来越重要。山 区高速公路由于由于地形条件复杂,地面衡坡陡,不能完全沿山形布线,因此挡土墙在 路基设计中具有不可替代的作用。路基在遇到下列情况时可考虑修建挡土墙:陡坡地段;岩石风化的路

35、堑边坡地段;为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑地段;可能产生塌方、滑坡的不良地质地段;高填方地段;水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路基地段;为节约用地、减少拆迁或少占农田的地段随着应用的越来越广泛。挡土墙的结构形式也日新月异 ,按其结构特点,可分为:石砌重力式、石砌衡重 式、加筋土轻型式、砼半重力式、钢筋砼悬臂式和扶壁式、柱板式、锚杆式、锚定板式 及垛式等类型;按其中路基横断面上的位置,又可分:路肩墙、路堤墙及路堑墙;按所 处的环境条件,又可分为:一般地区挡墙、浸水地区挡土墙及地震地区挡土墙。在考虑 挡土墙设计方案时,应与其他工程方案进行技术比较,分析其技术的可行性、可靠性及 经济的合理性,然

36、后才确定设计方案,并根据实际情况进行挡土墙的选型。4.2 挡土墙的设计及验算4.2.1基础资料挡土墙设计时,必须具备以下资料:路线平面图、横断面图,地质资料(包括工程 地质勘察报告、工程物探报告,地震勘探报告,水文资料,总体设计资料及构造物一 览表等。4.2.2设计资料墙身构造本设计任务段中 K184+200K184+440 的横断面左侧地面线较陡,为了收缩边坡, 增强路基的稳定性,拟在本段设一段仰斜式路堤挡土墙,其尺寸见横断面见图 4.1图 4.1 挡土墙横断面图(单位 :挡土墙的选型材料选择浆砌片石挡土墙取材容易,施工简便,适用范围比较广泛。山区公路中,石料资源 较为丰富,在挡土墙高 10

37、m 时,因地制宜,采用浆砌片石砌筑,可以较好地满足经济、 安全方面的要求。截面形式选择根据挡土墙结构类型及其特点分析,当墙高<5m 时,采用重力式挡土墙,可以发挥 其形式简单,施工方便的优势。同时,由于山区公路地面横坡比较陡峭,若采用仰斜式 挡土墙,会过多增加墙高,断面增大,造成浪费,采用俯斜式挡土墙会比较经济合理。 一般在路堑墙、 墙趾处地面平缓的路肩墙或路堤墙等情况下, 才考虑采用仰斜式挡土墙。 当墙高 5m 且地基条件较好时,采用衡重式挡土墙,可以有效地减小截面,节省材料。 位置选择 在挖方边坡比较陡峭时,采用路堑挡土墙,可以降低边坡高度,减少山坡开挖,避 免破坏山体平衡;在地质条

38、件不良情况下,还可以支挡可能坍滑的山坡土体。对于采用路肩挡土墙或路堤挡土墙,应结合具体条件考虑,必要时应作技术经济比 较。因为路堤挡土墙承受荷载较大,受力条件较为不利,截面尺寸也较大,所以录路堤 墙与路肩墙的墙高或截面污工数量较为接近,基础情况相仿时,采用路肩墙比较有利。综上所述:拟采用浆砌片石仰斜式路堤挡土墙,墙高 H=8.0m,墙顶填土高度为 2m , 顶宽 2.0m , 底宽 2.4m , 路堤边坡采用 1:1.5, 墙背仰斜 , 坡度为 1:0.25,(=- 14°02 , 基底倾斜 , 坡度为 1:5,(0=arctg (1/5=11°18 。车辆荷载 根据 &l

39、t;< 路基设计规范 >>( JTG D30-2004,车辆荷载为计算的方便 , 可简化换算为 路基填土的均布土层 , 并采用全断面布载。换算土层厚 : 012.50.65819qh =m 其中:22010(108 1012.5/102q KN m -=-+=- 为墙后填土容量 319/KN m =土壤地质情况填土为砂性土, 土的粘聚力 C=23kpa, 内摩擦角 =35°, 墙背与填土间的摩擦角 =/2=17.5° ,容重为 318/KN m = 。粘性土地基 , 容许承载力为 0=400KPa, 基底摩擦系数 f=0.5。墙身材料采用 7.5 号砂浆

40、,25 号片石 , 砌体容重为 k=23KN/m3; 按规范 :砌体容许压应力为a =600KPa, 容许剪应力为 =100KPa, 容许拉应力为 wl =60Kpa。4.2.3墙背土压力计算对于墙趾前土体的被动土压力 Ep ,在挡土墙基础一般埋深的情况下,考虑到各种 自然力和人畜活动的作用, 以偏于安全, 一般均不计被动土压力 , 只计算主动土压力。本设计任务段的路堤挡土墙,采用一级台阶 , 分析方法采用“力多边形法”,按粘性土的公式来计算土压力;边坡坡度为 1:1.5, (1( 1.5arctg =33°42 4.2.4破裂面计算假设破裂面交于荷载中部 , 则 :Ao=(a +

41、H + 2×ho ×(a + H/2=(2.0 + 8.0 + 2×0.694 ×(2.0 + 8.0/2=56.940Bo=a×b/2 + (b + d×ho + H×(H + 2×a + 2×hotg /2=2.0×3.0/2 + (3.0 + 0×0.694 + 8.0×(8.0 + 2×2.0 + 2×0.694 ×0.25/2=18.470 tg tg =- =-tg37°58 =0.876 其中:3517301402=+=+

42、-°°´°´=38°28破裂角 =41°13´4.2.5破裂面验算(H+a tg =(8.0+2.0×tg41°13´=8.76m -Htg a+b+d=8.0×0.25+3.0=5.0m-Htg a+b+d+10=8.0×0.25+3.0+7.5=12.5m所以 5.0<8.75<12.5 假设满足要求。4.2.6主动土压力计算 Ea=00cos( ( sin(A tg +-+ =18×(107.338×0.876-46.628 &

43、#215;cos(411335 sin(41133828 +°´°°´°´=149.987KN/mEx=Ea×cos(+=149.987×cos(14°02 +17°30 =149.787KN/mEy=Ea×sin(+=149.987×sin(14°02 +17°30 =7.755KN/m主动土压力系数:Ka=222cos (sin(cos cos( 1+-+ =22cos (351402 cos (140230cos(14023342+-

44、76;°´°´+17 =0.471土压力作用点位置确定h1=(b-a×tg /( tg+tg =(3.0-2.0×0.876/(0.876+0.25 =1.108m h2=d/( tg+tg =0h3=H-h1-h2=8.0-1.108-0=6.892m所以土压力作用点到墙趾的水平距离为Z y =322231102103(3 33(22 H H h H h h h H H h h h +-+-+=3222282.0(831.10881.108 30.6946.68923822.082.01.10820.6946.892+-+-+ =2

45、.233mZ x =2.4-Zytg =2.4-2.233×0.25=1.842m4.2.7墙身截面性质计算截面面积1A =2.0(8.02.4/50.8-=13.442A =(2.42.4/50.250.8+=2.023A =(2.42.4/50.252.4/5/2+=0.61123A A A A =+=16.07各截面重心到墙趾的水平距离 :X1=2.4+8.0×0.26-2.0/2-(8.0-2.4/5-0.8×0.25/2=2.56mX2=(2.4+2.4/5×0.25 /2+0.8/2×0.25=1.36mX3=2.4+(2.4+2.

46、4/5×0.25/2=1.64m所以墙身重心到墙趾的水平距离为:Zg =i i iA X A =2.347m墙身重力:G=. k i A =23×16.07=369.61KN4.2.8挡土墙的稳定验算及强度验算挡土墙的设计应保证其在自重和外荷载作用下不发生全墙的滑动和倾覆, 并保证墙 身截面有足够的强度、基底应力小于地基承载力和偏心距不超过容许值。因此在拟定墙 身断面形式及尺寸之后,应进行墙的稳定及强度验算。挡墙的验算方法有二种:一种是 采用分项安全系数的极限状态法,另一种是总安全系数的容许应力法。目前国内多数应 用容许应力法设计挡土墙。下面是采用容许应力法进行挡土墙验算的

47、简介。 抗滑稳定性验算验算采用“ 极限状态分项系数法”。挡土墙沿基底的滑动稳定系数 Kc 应不小于 1.3。K e =0000cos sin( cos( sin G E f E G +- =369.61cos1118149.987sin(140211180.4149.987cos(1402171118 369.61sin1118+-+-+-°´°´+17 °´°°´°´=2.738>Kc=1.3所以抗滑稳定性满足要求。 抗倾覆稳定性验算验算采用“ 极限状态分项系数法”。挡土墙绕墙趾的倾覆稳定系数 Ko 应不小于 1.5。K0=g y x x y GZ E Z E Z +=369