路基路面設(shè)計(jì)-路基穩(wěn)定性驗(yàn)算及擋土墻驗(yàn)算

1、第5章路基穩(wěn)定性驗(yàn)算對于地質(zhì)與水文條件復(fù)雜、高填深挖、地面坡度陡于1: 2.5的邊坡，應(yīng)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定驗(yàn)算。本路基設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了較高路堤和深路塹，需要進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算；同時(shí)結(jié) 合實(shí)際情況，選定合理的工程技術(shù)措施提高路基穩(wěn)定性。5.1高路堤邊坡穩(wěn)定性計(jì)算本路線中樁號K1+000處邊坡填土高度最大為13.31m,填土高度較大，須進(jìn)行路堤 穩(wěn)定性驗(yàn)算，驗(yàn)算采用圓弧滑動(dòng)面條分法進(jìn)行計(jì)算?；举Y料：土質(zhì)路堤邊坡高 H=13.31m設(shè)置邊坡坡率為：上部6m,邊坡1: 1.5;下部7.31m,邊坡1: 1.5,變坡處設(shè)2m護(hù)坡道，填土的粘聚力c 30kpa ,內(nèi)摩擦角30,容重 25kN/m3,地基土的粘聚力

2、c 0 ,內(nèi)摩擦角 30，容重 18kN/m3 。 計(jì)算荷載為公路一 I級汽車荷載。計(jì)算過程如下：(1 )行車荷載換算高度h。按下式計(jì)算換算土柱高h(yuǎn)°為：NQ式中：L一前后輪最大軸距，按公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(JTG B01-2014)規(guī)定對于標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載為為12.8m；B一橫向分布寬度：B=Nb (N 1)m d=2X 1.8+ (2-1) X 1.3+0.6= 5.5m因止匕h0 = -550 2 0.625 m5.5 12.8 25由于行車荷載對較高路堤邊坡穩(wěn)定性影響較小，為簡化計(jì)算，將換算高度分布于路 基全寬上。(2)確定圓弧輔助線位置本例按4.5 H法確定滑動(dòng)圓心輔助線33.69

3、°，查規(guī)范得 產(chǎn)26° , 2=35°。根據(jù)4.5H由 tan 13.810.667 知13.81 1.5法確定圓心位置，如下圖。(3)計(jì)算位置選取：通過路基中線；通過路基右邊緣；通過距路基右邊緣 1/4路基寬度處。圖5-2滑動(dòng)面經(jīng)過距路基左邊緣1/4路基寬度處圖5-3滑動(dòng)面經(jīng)過路基中央分隔帶邊緣圖5-4滑動(dòng)面經(jīng)過距路基右邊緣1/4路基寬度處。(4)計(jì)算步驟 圓弧范圍內(nèi)土體自每土基和填土交點(diǎn)處向二側(cè)每5mL段。 在CAM量取分段中心距圓心豎線的水平距離 xi ,其中xi在圓心豎線左側(cè)為負(fù),右側(cè)為正，sin i /。 R計(jì)算每個(gè)土條的面積A 以路堤縱向長度1m計(jì)算出

4、各個(gè)分段的重力Gi, Gj 將每一段的重力Gi、Gj化為二個(gè)分力:滑動(dòng)面在土基內(nèi)時(shí)，法線方向分力：Ni Gi cos i切線方向分力：Ti Gi sin i滑動(dòng)面在路堤內(nèi)時(shí)，法線方向分力：Nj Gj cos j切線方向分力：Tj Gj sin j并分別計(jì)算出此兩者之和， Ni和T(j)計(jì)算出滑動(dòng)曲線圓弧長L、Lj。(5)匯總計(jì)算結(jié)果根據(jù)以上計(jì)算步驟得出各種情形的計(jì)算結(jié)果如下所示。情形1:滑動(dòng)面經(jīng)過距路基左邊緣1/4路基寬度處，計(jì)算如下表。表5-1滑動(dòng)面經(jīng)過距路基左邊緣1/4路基寬度處計(jì)算表cos iAWi(j)Ni(j)Ti(j)號xsin i11.440.0260.99978.195163.

5、890163.8334.32026.440.1180.993023.050461.000457.78654.344311.440.2090.977835.561711.220695.451148.936416.440.3010.953645.615912.298870.009274.541521.440.3920.919849.001980.028901.400384.620626.440.4840.875152.4581049.152918.089507.772731.440.5760.817849.932998.646816.689574.729836.440.6670.745045.18

6、5903.690673.275602.791941.440.7590.651631.663633.258412.635480.3631046.440.8500.52664.14582.89843.65870.470土條序號110滑動(dòng)面均在路堤內(nèi)，土條底部滑弧長Li =56.30情形2:滑動(dòng)面經(jīng)過距路基中線，計(jì)算如下表表5-2滑動(dòng)面經(jīng)過距路基中線計(jì)算表AWNi(j)Ti(j)號Xisin icos i1-9.31-0.1870.98245.072101.43499.644-18.9702-3.29-0.0660.997823.593471.850470.818-31.18531.710.0340

7、.999440.875817.492817.01028.08246.710.1350.990955.4271108.5461098.429149.424511.710.2350.971964.8521297.0361260.639305.108616.710.3360.942071.5931431.8561348.776480.641721.710.4360.899975.7461514.9161363.256660.684826.710.5370.843975.4821509.6421273.929810.015931.710.6370.770972.2731445.4661114.2549

8、20.7661036.710.7370.675451.3401026.790693.502757.2011141.710.8380.545819.327386.538210.990323.875土條序號14滑動(dòng)面在土基內(nèi)，其余在路堤內(nèi)。土條底部滑弧長Li=18.62m , Lj =44.83情形3:滑動(dòng)面經(jīng)過距路基最危險(xiǎn)處計(jì)算如下表。cos iAWi(j)Ni(j)Ti(j)號xsin i13.560.0640.998035.561711.220709.78145.21328.560.1530.988245.615912.298901.577139.451313.560.2420.970249

9、.001980.028950.863237.307418.560.3310.943552.4581049.152989.854347.719523.560.4210.907249.932998.646905.965420.145628.560.5100.860271.5931431.8561231.646730.247733.560.5990.800575.7461514.9161212.744907.868838.560.6890.725275.4821509.6421094.7451039.496943.560.7780.628472.2731445.466908.3901124.366表

10、5-3滑動(dòng)面經(jīng)過距路基右邊緣計(jì)算表土條序號19滑動(dòng)面在土基內(nèi)，土條底部滑弧長 Li =58.85mo(6)穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)K計(jì)算公式為nn(fi Ni qLi) (fjNj CjLj)i 1j 1nnTTlji 1j 1于是K1(0.667 5952.84 30 56.3)3102.8861.824K2(0.667 2485.901 30 18.62) (0.667 7265.34530 44.83)4385.6401.917，/(0.667 5689.686 30 25.43) (0.667 3215.879 30 38.85) ( 小K3 1.5764991.812其中，K3最小為1.

11、576,大于規(guī)范所規(guī)定的穩(wěn)定系數(shù)1.35 ,故邊坡滿足邊坡穩(wěn)定性 要求。5.2 路塹穩(wěn)定性驗(yàn)算路線中的K1+480.000處段為深挖路段，其中樁挖深在本路線中最大為 23.59m,邊 坡最大高度為23.12m,為高路塹。設(shè)置邊坡坡率：當(dāng)邊坡高大于 6m為1: 1, 6m以內(nèi)為 1:1 ,邊坡6m處設(shè)一邊坡平臺?；举Y料：該挖方路段土層軟弱面30 , c 50kpa,軟弱面傾角為45 ,容重為 23.00kN/m3,驗(yàn)算采用條分法的圖解法，如下：由 45 ,30查路基路面工程表4-11得：I 0.316。由 1=£得 h=£ =67.93mHI考慮到穩(wěn)定系數(shù)K=1.5,于是容

12、許最大邊坡高度為H 旦絲=45.29m,大于設(shè)K 1.5計(jì)路線的最大邊坡高度23.13m,滿足穩(wěn)定性要求。5.3 穩(wěn)定性設(shè)計(jì)措施為了保護(hù)路基邊、路塹坡表面免受雨水沖刷，減緩溫差及濕度變化的影響，防止和 延緩軟弱巖土表面的風(fēng)化、碎裂，從而保護(hù)路基、路塹邊坡的整體穩(wěn)定性，在兼顧美化 和協(xié)調(diào)自然環(huán)境，需要進(jìn)行坡面防護(hù)設(shè)施的設(shè)計(jì)。5.3.1 植物防護(hù)(1)三維網(wǎng)植草。在土工網(wǎng)或土工墊等土工合成材料鋪設(shè) 35cm的種植土層，經(jīng) 過撒種、養(yǎng)護(hù)后形成的人工草皮。適于邊坡坡度在 1: 1.01: 2.0之間的路堤、路塹， 對邊坡高度小于4m的坡面采用三維網(wǎng)噴播。5.3.2 工程防護(hù)因地制宜采用抹面防護(hù)、勾縫或

13、噴涂以及石砌護(hù)坡或護(hù)面墻等。對于路堤邊坡高度 大于4m的坡面采用漿砌方形格防護(hù)。5.4 擋土墻設(shè)計(jì)擬在K2+100-K2+140右側(cè)填方路段設(shè)路堤擋土墻(1)擋土墻一般構(gòu)造設(shè)計(jì)：1)設(shè)計(jì)的擋土墻應(yīng)按照公路設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行抗滑移，抗傾覆及整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。2)擋土墻的埋深應(yīng)符合以下要求：埋深一般不小于1m當(dāng)凍結(jié)深度小于或等于1m時(shí)，基底應(yīng)在凍結(jié)深度以下不小于 0.25m；當(dāng)凍結(jié)7知變大于1m時(shí)埋深應(yīng) 不小于1.25m。3）重力式擋土墻的構(gòu)造要求：強(qiáng)身為混凝土澆筑時(shí)墻頂寬度應(yīng)不小于 0.4m,為 漿砌時(shí)應(yīng)不小于0.5m,坊工砌筑時(shí)應(yīng)不小于 0.6m；應(yīng)根據(jù)墻趾地形情況及 經(jīng)濟(jì)比較合理選擇墻背坡度。4 ）

14、擬定擋土墻形式及擋墻布置情況：擋墻形式擬采用路堤式。擋墻排水設(shè)施設(shè)計(jì)：擋墻前設(shè)置排水溝；漿砌墻身在 墻前地面以上設(shè)置一排泄水孔，泄水孔尺寸為10cm圓孔，孔眼間距為23m擋土墻縱 向設(shè)置沉降縫合伸縮縫，縫寬為 3cm,最大墻長定為10m根據(jù)計(jì)算驗(yàn)算最后確定擋土 墻的各項(xiàng)尺寸再繪制擋墻的布置圖。5 ）基本資料見下表所列：表5-4基本資料擋土墻類型路堤墻填料不恢重度t kN /m2砂類土19墻圖H m5.15填料內(nèi)摩擦角35墻間坡度1: 0.25填料與墻背摩擦角/2墻背坡度1: 0.25基礎(chǔ)頂圓埋深m1砌筑材料M7.5漿砌地基土類別重度密實(shí)MU5葉石3J kN /m砂類土21基底坡度tan 00.

15、20基底與地基土摩擦系數(shù)10.40砌筑材料的地基土承載力特征值重度t kN / m323fa kN250土虧工砌體問0.70地基土摩擦系數(shù)20.90的摩擦系數(shù)抗壓fcd KN0.71公路等級級公路軸心抗拉ftd KN0.048汽車荷載標(biāo)公路一I級彎曲抗拉ftmd KN0.072直接剪fvd KN0.12通過試算，選擇斷面尺寸數(shù)據(jù)如下:B11.48m ,DL=0.31m,DH=0.51m,B2 1.48m,tan00.2,0 11.31 ,H=5.15m,H 3 1mcot1.5,34 ,a 1.03m,b a cot 1.545m,2 17.5,d=0.75m,tan -0.25 ,14.04

16、 ,B41.71m ,B411.74mH=0.34m ,HH=6m ,取單位墻長（1n）,如圖35所示，將擋土墻截面劃分為三個(gè)部分，截面各部分對應(yīng)的 墻體重量為：Git 1.48 5.15 1=23 1.48 5.15 1 175.306 (KNG2t (1.48 0.31) 0.51 1 =23 (1.48 0.31) 0.51 1 21.00 (KNG3t (1.48 0.31) 0.34/2=23 (1.48 0.31)。.3% =6.999 (KN)截面各部分的重心至墻趾。1的距離:Z1 0.90(m) Z2 0.90(m)Z3 1.38 m單位墻長的自重重力為：G0 G1 G2 G3

17、 175.306+21.00+6.999=203.305全截面重心至墻趾 O1 的距離：Z1Glz2 G2 Z3 G3Zo12233 0.917mGo圖5-6 擋土墻重心計(jì)算圖4）后踵點(diǎn)截面處，墻后填土和車輛荷載引起的主動(dòng)土壓力計(jì)算（見圖示）查表4.2.5 19的規(guī)定，當(dāng)墻身高度大于10m時(shí)，附加荷載標(biāo)準(zhǔn)值取10KN/m墻高小于2m時(shí)取20KN/m中間段用內(nèi)插法求得當(dāng)墻高為 5.83m時(shí)：q 15.47（KN /m2）換算等代均布土層厚度為:ho q 1547 0.673(m)因基礎(chǔ)埋置較淺，不計(jì)墻前被動(dòng)土壓力。假設(shè)破裂面交于荷載內(nèi)，選用第六類公式:破裂角1/tan(-0.25) -14.04

18、35 -14.04 17.538.46A ab 2h0 b d HH HH 2a 2h0 tanHH a HH a 2h01.03 1.545 2 0.6731.545 0.75 66 2 1.03 2 0.673 (-0.25)6 1 6 1 2 0.673=0.322tan tan cot tan tan A= tan 38.460 . (cot3501an38.460)(tan38.4600.322)=0.7837o57'驗(yàn)證破裂面是否交于荷載內(nèi)：堤頂破裂面距墻踵：(HH a) tan (6 1.03) 0.78 5.483m荷載內(nèi)邊緣距墻踵： HH tan b d 6 0.25

19、 1.545 0.75 0.795m荷載外邊緣距墻踵：HH tan b d d06 0.25 1.545 0.75 3.25 4.045m因0.795 <4.045 <5.483,故破裂面交于荷載內(nèi)，所以假設(shè)的計(jì)算圖式符合實(shí)際主動(dòng)土壓力系數(shù)KcosK tan tansin(0.78 0.25)0.16cos(37.570 350)sin(37.570 38.460)主動(dòng)土壓力Etan tan1.545 1.03 0.780.78 0.251.399mh2tantan0.750.78 0.251.42mh3 HH h1 h2 6 1.399 1.42 3.181mKi.2a .h11

20、 1 -HH 2HH2hoh32HH 22 0.673 3.18162d 2 1.03 /d 1.399、1 (1 )62 61.422后踵點(diǎn)土壓力為:1212E 1 H2KK1 1 23 5.152 0.16 1.422 69.396(KN) 22單位墻長(1項(xiàng) 上土壓力的水平分量：ExE cos( ) 69.396 cos( 14.040 17.50) 69.270(KN )單位墻長(1項(xiàng) 上土壓力的豎直分量：Ey E sin( ) 69.396 sin( 14.040 17.50) 4.188(KN)土壓力水平分量的作用點(diǎn)至墻趾的距離：2-ZHH a HH %h0h3 3h3 2HHy

21、33HH 2 Kl26 1.03 (6 1.399)2 0.673 3.181 (3 3.181 2 6) 21133 62 1.422.土壓力豎直分量的作用點(diǎn)至墻趾的距離:ZxB4 (Zy h)tan 1.71 (2.11 0.34) 0.25 1.098m5 )按路基寬、深作修正的低級承載力特征值fa基礎(chǔ)最小埋深(算至墻趾點(diǎn))：h埋=0.78+0.515=1.295(m)>1.0(m) 符合基礎(chǔ)最小埋深的規(guī)定h埋3.0 m，但基礎(chǔ)寬度B41.71(m)2.0(m)所以修正后的地基承載力特征值fa為:fafaKi j B32 K2 i h 3查表5.2.7 5得：K1 3.0, K2

22、5.5 (密實(shí)中砂)。fa 250 3.0 23 2.45 20 277.6(kPa)6 )基底合力的偏心距檢驗(yàn)按公路擋土墻設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則 第5.2.1條5的規(guī)定：擋土墻地基承載力計(jì) 算時(shí)，傳至基礎(chǔ)底面上的作用(或荷載)效應(yīng)，宜按正常使用極限狀態(tài)下作用(或荷載) 效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合，相應(yīng)的抗力也采用地基承載力特征值。作用于基底形心處的彎矩：B3B3HMk GoZo 3 Ey Zx3 Ex Zy 2220.60.60.33、203 .305 (0.917)4.188 (1.098) 69.270 (2.11 )222=-28.808(KN同作用于傾斜基底的垂直力：NkG0 Ey cos 0 ExS

23、in 0(203.305 4.188) cos11.310 69.270 sin11.310 217.049(KN)傾斜基底合力的偏心距為：e0MkNk-28.808217.0490.133(m)<B11.6960.282(m)偏心距驗(yàn)算符合公式(522-4) 5的規(guī)定。7 )地基承載力驗(yàn)算由公式(5.2.2-1)5 及(5.2.2-2)5 可算得:PmaxNk _ 6e0x 217.049 - 6 0.133、(1-)(1) 259.259(kPa)a b 1.741.74PminNk6e217.0496 0.133NT(1 言 F (1 b) -9.777(kPa)基底最大應(yīng)力與地基

24、承載力特征值比較：Pmax 259.259(kPa)fa=277.06 kPa 地基承載力驗(yàn)算通過。8 )擋土墻及基礎(chǔ)沿基底平面、墻踵處地基水平面的滑動(dòng)穩(wěn)定驗(yàn)算按公路擋土墻設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則5.2.1條5的規(guī)定：計(jì)算擋土墻及地基穩(wěn)定時(shí)，荷載效應(yīng)應(yīng)按承載力極限狀態(tài)下的作用效應(yīng)組合。(1)沿基底平面滑動(dòng)的穩(wěn)定性驗(yàn)算不計(jì)墻前填土的被動(dòng)土壓力，即 Ep 0?；瑒?dòng)穩(wěn)定方程應(yīng)符合：1.1G Q1 Ey Ex tan。 1 1.1G QiEy tan。qiEx 0按表4.1.7 5的規(guī)定，土壓力作用的綜合效應(yīng)應(yīng)增長對擋土墻結(jié)構(gòu)起不得作用時(shí),Q1 1.4 ,則有： 1.1 203.305 1.4 (4.188

25、 69.270 tan11.31 ) 0.4 (1.1 203.305 1.4 4.188) tan11.311.4 69.270 48.480(KN) 0符合沿基底傾斜平面滑動(dòng)穩(wěn)定方程的規(guī)定?？够瑒?dòng)穩(wěn)定系數(shù)NG0 Ey q 0.5 203.305 4.188 5.15 0.5 210.068(KN)/ (N Ex tan °) 1K cEx N tan 03.29(210.068 69.270 02) 0.469.270 210.068 0.2表5.3.5 5規(guī)定，荷載組合R時(shí)，抗滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)Kc 1.3,故本計(jì)算得沿傾斜基底的抗滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)，符合規(guī)定。(2)沿過墻踵點(diǎn)水平面滑動(dòng)穩(wěn)

26、定性驗(yàn)算圖5-7沿墻踵點(diǎn)水平面滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算圖示計(jì)入傾斜基底與水平滑動(dòng)面之間的土楔的重力N ,砂性土黏聚力c 0N 3.19 0.75 212 25.12(KN)滑動(dòng)穩(wěn)定方程應(yīng)符合：1.1G Q1Ey nQ1Ex 0即： 1.1 203.305 1.4 4.188 0.7 1.4 69.270 63.671計(jì)算結(jié)果符合滑動(dòng)穩(wěn)定方程的規(guī)定0抗滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)2.38 1.3一 (N N) N (210.068 25.12) 0.7 K cEx69.270符合抗滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)的規(guī)定。9)擋土墻繞墻趾點(diǎn)的傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算 不計(jì)墻前填土的被動(dòng)土壓力。(1)傾覆穩(wěn)定方程應(yīng)符合：0.8GZ。 Q1 EyZExZ0即

27、:0.8 203.305 0.917 1.4 (4.188 1.098 69.270 2.11) 113.603 0計(jì)算結(jié)果符合傾覆穩(wěn)定方程的規(guī)定。(2)抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0GZ°EyZxEXZ"-203.305 0.917 4.188 1.0982.30669.270 2.11表5.3.5規(guī)定，荷載組合R時(shí)，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0卜50,故本計(jì)算的抗傾覆穩(wěn) 定系數(shù)符合規(guī)定10)擋土墻墻身正截面強(qiáng)度和穩(wěn)定驗(yàn)算取基頂截面為驗(yàn)算截面。(1)基頂截面土壓力計(jì)算由墻踵點(diǎn)土壓力的計(jì)算結(jié)果：( cos tan tansin0.25) 0.16h0 0.673mcos(37.570 350)(

28、0 78sin(37.570 38.460) .主動(dòng)土壓力E b atan 1.545 1.03 0.7811.399mtan tan 0.78 0.25d tan tan0.750.78 0.251.42mh3 H h1 h2 5.15 1.399 1.42 2.331mKi 1絲1區(qū)H 2H2h0h3H2d 2 1.03 認(rèn) 1.399、 2 0.673 2.3311 (1 ) 25.152 5.155.1521.464基頂處的土壓力為：1 21E H2KK123 5.152 0.16 1.464 71.445(KN)2 2單位墻長(1項(xiàng) 上土壓力的水平分量:Ex E cos( ) 71.

29、445 cos( 14.040 17.50) 71.315(KN )單位墻長(im)上土壓力的豎直分量:Ey E sin( ) 71.445 sin( 14.040 17.50) 4.312(KN)土壓力水平分量的作用點(diǎn)至墻趾的距離： 2-Z H a H 幾h0h3 3h3 2Hy -33H 2Kl1.7975.15 1.03 (5.15 1.399)2 0.673 2.331 (3 2.331 2 5.15)_23 5.152 1.464土壓力豎直分量的作用點(diǎn)至墻趾的距離:ZxB4 (Zyh)tan 1.71 (1.797 0.34) 0.25 1.176m(2)墻頂截面偏心距驗(yàn)算截面寬度：

30、Bs=B2=1.482(m)取單位墻長(1m,基頂截面以上墻身自重：面積:8.97取單位墻長(1苗，基頂截面以上墻身自重：Ns G1 175.306(KN)墻身重心至驗(yàn)算截面前緣力臂長度:Zs (Bs Ha tan 1.482 2 tan( 14.040)0.991(m)Ng NS 175.306(KN),NQ1 Ey 4.188(KN)按公式(6.3.5 )計(jì)算，查表6.3.5，取綜合效應(yīng)組合系數(shù)zc 1.0 ,并按表4.1.7的規(guī)定，取荷載分項(xiàng)系數(shù)g 1.2, qi 1.4,截面形心上的豎向力組合設(shè)計(jì)值為：Nd zc( gNgqiNqi) 1.0 (1.2 175.306 1.4 4.188) 216.230(KN)基底截面形心處，墻身自重作用的力矩：Be1.482Mg NS(ZS -y) 175.306 (0.991 -) 43.827(KN .m)基底截面形心處，土壓力作用的力矩:Be1 482MEEy Zx sExZy 4.312 (1.176 ) 71.315 1.797126.277(KN .m)22按表4.1.7 2的規(guī)定，分別取作用分項(xiàng)系數(shù)：g 0.9, qi 1.4根據(jù)表6.3.5的規(guī)定，取綜合效應(yīng)組合系數(shù)zc