路基路面工程课程设计最新版本

一、路基（挡土墙）设计1.1 设计资料某新建公路重力式路堤墙设计资料如下。

（1）墙身构造：墙高8m ，墙背仰斜角度)0214(25.0:1' ，墙身分段长度20m ，其余初始拟采用尺寸如图1-1所示。

图1-1 初始拟采用挡土墙尺寸图（2）土质情况：墙背填土为砂性土，其重度3kN/m 517.=γ，内摩擦角 30=ϕ；填土与墙背间的摩擦角 152/==ϕδ。

地基为整体性较好的石灰岩，其容许承载力kPa 485][=σ，基底摩擦系数5.0=f 。

（3）墙身材料：采用5号砂浆砌30号片石，砌体重度3a m /kN 23=γ，砌体容许压应力kPa 610][a =σ，容许剪应力kPa 66][a =τ，容许压应力kPa 610][al =σ。

1.2 劈裂棱体位置确定1.2.1 荷载当量土柱高度的计算墙高6m ，按墙高缺点附加荷载强度进行计算。

按照线形内插法，计算附加荷载强度：2kN/m 15=q ，则：m 860517150..q h ===γ1.2.2 破裂角()θ的计算假设破裂面交于荷载范围内，则有：''583030150214 =++-=++=ϕδαψ 因为 90<ω，则有()()H a h H a A +++=00221()()650860265021+⨯++=...7226.=()()αtan 222121000h a H H h d b ab B ++-++=()()'.......5830tan 8602502662186025251515021 ⨯⨯+⨯+⨯+⨯++⨯⨯=3019.=根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部时破裂角的计算公式：()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++-=ψψϕψθtan tan cot tan tan 00A B()⎪⎭⎫⎝⎛+++-='''..5830tan 722630195830tan 30cot 5830tan()()607223060360....+++-=14361.="'534948 =θ1.2.3 验算破裂面是否交于荷载范围内破裂棱体长度：()()m 46131060143616tan tan 0...H L =+⨯=+=αθ 车辆荷载分布宽度：m 15123=+=+='B b L所以，L L <0，即破裂面交于荷载范围内，符合假设。

1.2.4 路基边坡稳定性验算可利用解析法进行边坡稳定性分析，则有()()0000000csc 2cot 2αα⋅++⋅+=f a a f a K min其中，57730tan 0.f ==ϕ，3cot 0=α，'H c a γ20=。

对于砂性土可取0=c ，即00=a ，则：25173211357730cot 00...f K min >=⨯=⋅=α所以，路基边坡稳定性满足要求。

1.3 土压力计算根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部的土压力计算公式：()()()()()()kN22465830534948sin 30534948cos 473021143615230517sin cos tan 00.....B A E '"'"'a =++-⨯⨯=++-=ψθϕθθγ()()kN 2146150214cos 2246cos ..E E 'a x =+-⨯=+= δα ()()kN 780150214sin 2246sin ..E E 'a y =+-⨯=+= δα1.3.1 土压力作用点位置计算2916860212101..H h K =⨯+=+= m 22229138603633101...K h H Z x =⨯+=+=1x Z 表示土压力作用点到墙踵的垂直距离。

1.3.2土压力对墙趾力臂计算基底倾斜，土压力对墙趾的力臂：m 2221.Z Z x x ==5m020214tan 22251tan 1...Z b Z 'x y =⨯+=-= α1.4 挡土墙稳定性验算1.4.1 墙体重量及其作用点位置计算挡土墙按单位长度计算，为方便计算，从墙趾沿水平方向把挡土墙分为三部分，右侧为平行四边形，左侧为两个三角形（如图1-2）：311m 425795451...H b V =⨯=⨯= kN 5148204257011..V G =⨯=⨯=γ()dG lb H Z ++=111tan 21α()15125095421++⨯⨯=...m372.=22m 171105123221...V =⨯⨯= kN 4223201711022..V G =⨯=⨯=γ()m 561462232312...Z G =+⨯= 23m 89202328021...V =⨯⨯=图1-2 挡土墙横断面几何计算图式kN8417208920033..V G =⨯=⨯=γm 740232313..Z G =⨯= 1.4.2抗滑稳定性验算对于倾斜基底()"'312260 =α，验算公式：()[]()0tan 11tan tan 1121010201>+-++-++p Q x Q y Q p Q x yQ E E E G .E E EG .γγαγμαγαγ()()[]+⨯-⨯+⨯+++⨯50031226tan 21463114184174223514811........"'()021*********tan 780417618911+⨯-⨯⨯+⨯......"'06167>=.所以，抗滑稳定性满足要求。

1.4.3抗倾覆稳定性验算抗倾覆稳定性验算公式：()08021>+-+p p Q y x x y Q G Z E Z E Z E GZ .γγ()()022221460527804174084175614223372514880+⨯-⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯............096179>=.所以，抗倾覆稳定性满足要求。

1.5 基地应力和合力偏心矩验算1.5.1 合力偏心矩计算()αγαγγsin cos 21411011x Q y Q G G E E W E G M .M .N Me +-++==上式中，弯矩为作用于基底形心的弯矩，所以计算式，需要先计算对形心的力臂：根据之前计算过的对墙趾的力臂，可计算对形心的力臂。

m 6201251372211...l B Z Z d G 'G =--=--= m 31021515612122...l b Z Z d G 'G =+-=+-= m 0107407502323133....Z Z G 'G =-=⨯-= m 30231226tan 251222tan 20...B Z Z "'x 'x =⨯+=+= α m 312510522...B Z Z y 'y =-=-= ()01011sin cos 2141αγαγγx Q y Q G G E E W E G M .M .N M e +-++==()()()0101332211sin cos 2141αγαγγx Q y Q G'G 'G 'G 'x x 'y y E W E G ZG Z G Z G .Z E Z E .+-++++-⨯=()()()"'"'..................31226sin 21464131226cos 076041217618901084173104223620514821324641317041 ⨯⨯+-⨯+⨯⨯+⨯+⨯⨯+⨯-⨯⨯=m0550.-=m 55804m 05501.B .e =<=所以，基底合力偏心距满足规范的要求。

1.5.2 基底应力验算⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛±=1161B e A N p ⎪⎭⎫⎝⎛⨯±⨯=23205506123254234....kPa 74120.p max = kPa 6189.p min =其中，[]kPa 610kPa 74120=<=σ.p max ，所以基底应力满足要求。

1.6 墙身截面强度验算1.6.1 强度计算墙面墙背平行，截面最大应力出现在接近基底处，取截面1进行验算。

图1-3 计算截面K KK j R AN γα≤式中： j N ——设计轴向力（kN ）；0γ ——重要性系数；Ci ψ——荷载组合系数；G N 、G γ——分别为恒载（自重及襟边以上土重）引起的轴向力（kN ）和相应的分项系数：1Q N ——主动土压力引起的轴向力（kN ）；()62~i N Qi =——被动土压力、水浮力、静水压力、东水压力、地震力引起的 轴向力（kN ）；()61~i Qi =γ——以上各项轴向力的分项系数；k γ——抗力分项系数； k R ——材料极限抗压强度；A ——挡土墙构件的计算截面积（2m ）； k α——轴向力偏心影响系数，按下式计算：20801212561⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=B e B e K α 按每延米墙长计算：()∑++=QiCi Qi Q Q G G j N N N N ψγγγγ110，其中，结构重要性系数0γ取1.0，恒载的分项系数G γ取1.2，动载的分项系数G γ取1.4，材料的抗力分项系数K γ取2.31，轴向力偏心影响系数：99302320550121232055025611212561282181.....B e B e K =⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=α 则有：kN 8022807804101761892101.......N j =+⨯⨯+⨯⨯=kN 24393312610519840kN 80228....R A.N kkk j =⨯⨯=<=γα 所以，强度满足要求。

1.6.2 稳定计算KKK K j R AN γαψ≤其中，弯曲平面内的纵向翘曲系数()()[]2161311B /e s s s K +-+=ββαψ 式中：S β——墙的有效高度（m ），视下端固定、上端自由； B ——墙的宽度，取1.5m 。

s α取0.001，s β取6m ，则()()[]7780510550161366010112../..K =+⨯-⨯⨯+=ψ kN 843323126105199308460kN 80228.....R A.N KKK K j =⨯⨯⨯=<=γαψ 所以，墙体截面稳定满足要求。

1.7 设计图纸及工程量（1）挡土墙典型断面图如图1-4所示，平面、立面、横断面另附图表示。