中南大学路基路面课程设计

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

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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 (3)

2.主动土压力计算 (4)

3.设计挡土墙截面 (8)

4.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 (13)

1.车辆荷载换算 (13)

2.上墙土压力计算 (13)

3.下墙土压力计算 (15)

4.墙身截面计算 (17)

5.绘制挡土墙纵横截面图（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

①车辆荷载换算；

②土压力计算；

③挡土墙截面尺寸设计；

④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b1=m，填土高度？m，填土边坡1：1.5，墙背仰斜，1：0.25（α=—14°02′），基底倾斜1：5（α0=—11°18′)，墙身等厚，分段长度

10m，b0=7.0m。

2．车辆荷载

计算荷载：汽车—20；

验算荷载：挂车—100。

3．土壤工程地质情况

墙后填土容重γ=18KN/m3，内摩檫角ϕ=35°，填土与墙背间的摩檫角

；粘性土地基，允许承载力[σ0]=250Kpa，基底摩檫系数f=0.50。取荷δ=ϕ

2

载组合I，抗滑稳定性系数[K c]=1.3，抗倾覆稳定性系数[K o]=1.5。

4．墙身材料

细粒水泥混凝土砌25号片石，砌体容重γK=22KN/m3；砌体允许压应力[σa]=600KPa，允许剪应力[τ]=100KPa，允许拉应力[σl]=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B0

计算图示如下

初步拟定H=6m,a=2m,b=3m,b1=1.5m，查《公路设计手册（路基）》，由表3—2—1中第五类公式知

A=ab-H(H+2a)tg α

(H+a)2

则，A=2⨯3-6⨯(6+2⨯2)⨯tan(-14002')

(6+2)2

=0.328

φ=ϕ+α+δ=350+(-14002')+17.50=38028' tanφ=0.794

= = = 0.47m

于是有：

tg θ = -tg φ

= -0.794 += 0.785

B 0 = (H + a )tg θ + Htg α - b

= (6 + 2) ⨯ 0.785 + 6 ⨯ tan(-14002' ) - 4.5

= 1.78m

（2）求纵向分布长度 L

L = L 0 + (H + 2a )tg 30o = 7.0 + (6 + 2 ⨯ 2) ⨯ tan 300

= 12.77m > 10m

L 采用 10m ，其中，L 0 取为 7.0m （3）计算车辆荷载总重 ∑ 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 0 " 范围内布置车轮重 ∑ Q ：

布置车轮的宽度 l 0

l 0 = B 0 - 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. 74m

∑ Q = 300 = 150KN (半辆车重)

（4）换算当量土层厚度

h 0 = ∑ Q γ B 0L 150 18⨯1.78⨯10

2. 主动土压力计算

计算图示如下

荷载外缘至墙踵: b - H tan α + d + b 0 = 3 - 6 ⨯ tan(-14 02 ) + 0.5 + 7.0 = 12m

（1）求破裂角θ

假设破裂面交于荷载内，查《公路设计手册（路基）》

A = ab + 2h 0 (b + d ) - H (H + 2a + 2h 0 )tg α

(H + a )(H + a + 2h 0 )

= 2 ⨯ 3 + 2 ⨯ 0.47 ⨯ (3 + 0.5) - 6 ⨯ (6 + 2 ⨯ 2 + 2 ⨯ 0.47) ⨯ tan(-14002'

)

(6 + 2) ⨯ (6 + 2 + 2 ⨯ 0.47)

= 0.359

tg θ = -tg φ + (ctg ϕ + tg φ )(tg φ + A )

= -0.794 + (cot 350 + 0.794)(0.794 + 0.359)

= 0.807

θ =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 θ = (6 + 2) ⨯ 0.807 = 6.46m

荷载内缘至墙踵: b - H tan α + d = 3 - 6 ⨯ tan(-14002' ) + 0.5 = 5m

' 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 K 1