中南大學路基路面課程設(shè)計

1、中南大學土木工程學院路基路面工程課程設(shè)計1=學院：土木工程學院 TOC o 1-5 h z 班級：學號：姓名：指導老師：時 間：2013年7月目 錄一、重力式擋土墻設(shè)計第一部分設(shè)計任務(wù)書 TOC o 1-5 h z （一）設(shè)計內(nèi)容和要求2（二） 設(shè)計內(nèi)容2（三） 設(shè)計資料2第二部分設(shè)計計算書車輛換算荷載3 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 主動土壓力計算43 .設(shè)計擋土墻截面84.繪制擋土墻縱橫截面（附圖1）11二、衡重式擋土墻設(shè)計第一部分設(shè)計任務(wù)書（一）設(shè)計內(nèi)容和要求12（二）設(shè)計內(nèi)容12（三）設(shè)計資料12第二部分設(shè)計計算書13 車輛荷載換算

2、13 上墻土壓力計算13下墻土壓力計算15 HYPERLINK l bookmark91 o Current Document 墻身截面計算15.繪制擋土墻縱橫截面圖（附圖2） 21一、重力式擋土墻第一部分設(shè)計任務(wù)書（一）設(shè)計的目的要求通過本次設(shè)計的基本訓練，進一步加深對路基路面工程有關(guān)理論知識的理 解，掌握重力式擋土墻設(shè)計的基本方法與步驟。將設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計說明書及全部設(shè)計計算圖表編好目錄，裝訂成冊。（二）設(shè)計內(nèi)容車輛荷載換算；土壓力計算；擋土墻截面尺寸設(shè)計；擋土墻穩(wěn)定性驗算。（三）設(shè)計資料墻身構(gòu)造擬采用細粒水泥混凝土砌片石重力式路堤墻（如草圖1）,墻高H =?m，墻 頂寬b/?m，填土高度

3、？ m，填土邊坡1:1.5,墻背仰斜，1:0.25（a =1 40 2）, 基底傾斜1：5（a 0=11 18）,墻身等厚，分段長度10 m，b0=7.0 m。車輛荷載計算荷載：汽車一2 0；驗算荷載：掛車一100。土壤工程地質(zhì)情況墻后填土容重y =1 8 KN/m3,內(nèi)摩檫角中=35。，填土與墻背間的摩檫角 5 = ;粘性土地基，允許承載力氣=2 5 0 K p a,基底摩檫系數(shù)f =0.50。取荷載 組合I,抗滑穩(wěn)定性系數(shù)K =1.3，抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)%=1.5。墻身材料細粒水泥混凝土砌2 5號片石，砌體容重y k = 22KN/m3；砌體允許壓應(yīng)力 2 =600KPa，允許剪應(yīng)力 h =

4、100KPa，允許拉應(yīng)力q , =60KPa。第二部分計算書正文車輛荷載換算墻背后填土表面有車輛荷載作用,使土體產(chǎn)生附加的豎向應(yīng)力，從而產(chǎn)生附 加的側(cè)向應(yīng)力。土壓力計算時,對于作用于墻背后填土表面的車輛荷載可以近似 的按均布荷載來考慮，并將其換算為重度與墻后填土相同的均布土層。求不計車輛荷載作時的破裂棱體寬度B0計算圖示如下初步擬定H = 6m,a = 2m,b = 3m,b1 = 1.5m，查公路設(shè)計手冊(路基)，由表32-1中第五類公式知ab - H (H + 2a)tgaA =(H + a )2(6 + 2)2則，a = 2x3-6x (6 + 2x2)x 響T4S =。8=甲+。+8

5、= 350 + (-14002) +17.50 = 38。28 tan 8 = 0.794于是有:tg = -tg + (ctg + tg8)(tg。+ A)=-0.794 + i：(cot350 + 0.794)(0.794 + 0.328)=0.785B = (H + a )tg9+ Htga b0=(6 + 2) x 0.785 + 6 x tan(14。02) - 4.5=1.78m(2)求縱向分布長度LL = L + (H + 2a )tg 30。= 7.0 + (6 + 2 x 2) x tan 300 0=12.77m 10mL采用10 m，其中，L0取為7.0m(3)計算車輛荷

6、載總重S Q車輪中心距路基邊緣0.5m,汽車2 0級,一輛車的總重力為30 0 KN。在L x B0范圍內(nèi)布置車輪重S Q :布置車輪的寬度l010 = B0 -路肩寬-(汽車外側(cè)車輪中線距路肩邊緣的距離-重車后輪著地寬度的一半) =1.44-0.5- (0.5-0.3)=0.74mS Q = 3002 = 150KN (半輛車重)150(4)換算當量土層厚度S Q h = = 0.47 m0 y B L 18 x 1.78 x 10主動土壓力計算計算圖示如下sm-bo:=d(1)求破裂角0假設(shè)破裂面交于荷載內(nèi)，查公路設(shè)計手冊(路基)入 _ ab + 2匕(b + d) H (H + 2a +

7、 2ga0(H + a)(H + a + 2h )_ 2 x 3 + 2 x 0.47 x (3 + 0.5) 6 x(6 + 2 x 2 + 2 x 0.47) x tan(14oO2)(6 + 2) x(6 + 2 + 2 x 0.47)_ 0.359tg0 _ tg + %(ctg中 + tg)(tg + A)_ 0.794 + (cot 350 + 0.794)(0.794 + 0.359)_ 0.8070 =38。53現(xiàn)驗算破裂面是否交于荷載內(nèi)：堤頂破裂面至墻踵：(H + a)tg0 _ (6 + 2) x 0.807 = 6.46m荷載內(nèi)緣至墻踵:b 一 H tan a + d _

8、 3 一 6 x tan(14002) + 0.5 _ 5m荷載夕卜緣至墻踵:b H tan a + d + b _ 3 6 x tan(14。02) + 0.5 + 7.0 _ 12m0比較得知：56.64 12,故結(jié)果與假設(shè)相符，所選公式正確。求主動土壓力系數(shù)K和K1(1)中假設(shè)成立，即破裂面交于荷載內(nèi),則采用公路設(shè)計手冊(路基)第二 版表3- 2 1采用第6類公式計算：cos(0 +中)/K =(tg + tga)sin(O +9)cos(38o53 + 35o)x (0.807 + tan(-14oO2)sln(38o53 + 38o28)=o.1587 b - atg。h =1tg。

9、+ tga=2.49m=o.90m3 - 2 x。.8。7。.8。7 + tan(-14oo2)7 do.5h =2tgO + tga。.8。7 + tan(-14oo2)h3 = H -七-h2 = 6 - 2.49 - o.9o = 2.61m2ah2h hk = 1+h(1 - 2h)+ h 32 x 2,1 2.49、2 x o.47 x 2.6162=1 +x (1-) += 1.59662 x 6求主動土壓力及作用點位置按墻的每延米計算。墻后土體主動土壓力:E =1 y H2KK =1 x18 x 62 x o.158 x1.596 = 81.7。KN 21 2水平向分力:E =

10、E cos(a+5) = 81.7o x cos(-14oo2 + 17o3o，)= 81.55 KN X豎向分力:E = Esin(a +5) = 81.7oxsln(-14oo2 + 17o3o，)= 4.94KNYH a( H - h )2 + hh (3h - 2 H)Z = +1316 2 x (6 - 2.49)2 + o.47 x 2.61x (3 x 2.61 - 2 x 6)=_ + :33 x 62 x1.596=2.11m因基底傾斜，土壓力對墻趾0的力臂為：1 =- o.19b = 2.11 - o.19 x 1.5 = 1.83mZ/1 =-Z、tga = 1.5 -1

11、.83 x tan(-14oo2) = 1.96m驗算荷載：對于掛車100取h0 = 0.8m , d = 0。于是：入=ab + 2匕(b + d) H (H + 2a + 2匕)tga 0(H + a)(H + a + 2h )_ 2x3 + 2x0.8x(3 + 0) 6x(6 + 2x2 + 2x0.8)xtan(14。02)(6 + 2) x(6 + 2 + 2 x 0.8)=0.367tg。= tg + (ctg 中 + tg)(tg + A)=0.794 + (cot350 + 0.794)(0.794 + 0.367)=0.812。=3905驗算破裂面是否交于荷載內(nèi)：堤頂破裂面

12、至墻踵:(H + a)tge = (6 + 2) x 0.812 = 6.50m荷載內(nèi)緣至墻踵:b 一 H tan a + d = 3 一 6 x tan(14002) + 0 = 4.5m荷載外緣至墻踵:b H tan a + d + b = 3 6 x tan(14。02) + 0 + 7.0 = 11.5m0比較得知：4.5 6.5 K _ 1.3，故抗滑移穩(wěn)定性滿足要求。(3)抗傾覆穩(wěn)定性驗算v GZ + G Z + E Z198.4x 1.46 + 4.70 x0.98 + 5.23x 1.96 K _ 1G12_G2Y_Y1 _ _ 1.92X X1K0 K0 _ 1.5，故擋土墻

13、抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。(4 )基底應(yīng)力驗算為保證擋土墻基底應(yīng)力不超過地基承載力，應(yīng)進行基底應(yīng)力驗算。B1= b1 0.19b x 0.25 _ 1.5 0.19 x 1.5 x 0.25 _ 1.43mGZ + GZ + E Z E ZZ = 1G12G2YY1XX4- nG + G + E_ 198.4 x1.46 + 4.70 乂0.98二 5.23 x1.96 86.25 x1.84198.4 + 4.70 + 5.23= 0.70偏心距:e = Z = .43 0.70 = 0.02m2 n 2 = G + %6e) = 193.30 + 5.23 x 6 x 0.02) = 150.

14、48Kpi氣2廠-礦 143 x - 1.43= 127.18Kpa150.48Kpa27.8Kpa因此，b1,2(5)截面應(yīng)力驗算 N = 181.29KN則擋土墻強度滿足要求。穩(wěn)定性計算 要求:N V心土 j y k其中：N、aA、R丫意義同前；K彎曲平面內(nèi)的縱向翹曲系數(shù)，因h/b = 615=4 v 10,故認為此擋墻是矮墻， 取 W =1.0。于是:心土 = 10 X 爵95 X1.5 X 600 =387.66KN N =181.29KN y k2.31j則擋土墻穩(wěn)定性滿足要求。正截面受剪時驗算要求:Qj V AR fN , k其中：Qj正截面剪力（KN）；A受剪截面面積（m2）,

15、A =1.5m2；R砌體截面的抗剪極限強度（Kpa）, R =100Kpa；f摩擦系數(shù)，f =0.42。Q =E =86.25KN ；于是:AR 3 + f N = 1.5 X100 + 0.42 X188.60 = 144.15KN Q = 86.25KN k Jm 12.31則擋土墻抗剪強度滿足要求。繪制擋土墻縱橫斷面圖（1： 100）。重力式擋土墻縱橫斷面圖見附圖1。二、衡重式擋土墻第一部分 設(shè)計任務(wù)書（一）設(shè)計的目的要求通過本次設(shè)計的基本訓練，進一步加深對路基路面工程有關(guān)理論知識的理 解，掌握衡重式擋土墻設(shè)計的基本方法與步驟。將設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計說明書及全部設(shè)計計算圖表編好目錄，裝訂成冊

16、。（二）設(shè)計內(nèi)容車輛荷載換算;土壓力計算；擋土墻截面尺寸設(shè)計;擋土墻穩(wěn)定性驗算。（三）設(shè)計資料墻身構(gòu)造擬采用細粒水泥混凝土砌片石衡重式路肩墻（如草圖2），墻高H =?m,上 墻H=?m，墻背俯斜1： 0.35，墻頂寬七=0. 5 m；衡重臺寬d0.90 m;下墻 H2=? m，墻背仰斜，1:0. 25（a =-14。02）；墻面坡度1:0.05,墻身分段長 度12 m，b0 = 5.5 m。土壤工程地質(zhì)情況墻后填土容重Y = 1 8KN/m3,內(nèi)摩檫角中=34o，上墻的假想墻背摩檫角 =中，下墻墻背墻背摩檫角5 2 = 2 ;地基允許承載力】氣=8 0 0K pa,基底摩 檫系數(shù)f = 0.6

17、0。取荷載組合I，抗滑穩(wěn)定性系數(shù)K =1.3，抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù) 氣=1.5。墻身材料細粒水泥混凝土砌25號片石，砌體容重y =22 KN/m3;砌體允許壓應(yīng)力。=8 00KPa，允許剪應(yīng)力t =160KPa，允許拉應(yīng)力q ,=80KPa。4 .車輛荷載計算荷載:汽車一2 0 ;驗算荷載：掛車一100。第二部分計算書正文車輛荷載換算墻背后填土表面有車輛荷載作用，使土體產(chǎn)生附加的豎向應(yīng)力，從而產(chǎn)生附 加的側(cè)向應(yīng)力。土壓力計算時,對于作用于墻背后填土表面的車輛荷載可以近似 的按均布荷載來考慮，并將其換算為重度與墻后填土相同的均布土層。(1)求縱向分布長度L初步擬定墻高H=6m，上墻高H1=2. 4

18、m,下墻高H2=3. 6 m。由于該擋 土墻為路肩墻，故填土高度為零，即1 = 0。L = L + (H + 2a)tg30。= 7.0 + 6 x tan 3Oo = 10.46m 12m，取 L=10.46m。 0其中，L0取為7.0 m(2)計算車輛荷載總重S Q車輛荷載總重SQ按下述規(guī)定計算：縱向:當取用擋土墻分段長度時，為分段長度內(nèi)可能布置的車輪重力；當取 一輛標準汽車的擴散長度時為一輛標準汽車重力。橫向:破裂棱體寬度B0范圍內(nèi)可能布置車輪重力，車輛外側(cè)車輪中心距路面 (或硬路肩)、安全帶邊緣的距離為0.5m。按車帶均攤的方法計算。汽車20級，一輛重車總重30 0 KN。由于此處SQ

19、 是整個路基寬度范圍內(nèi)的汽車作用力，故SQ = 300KN。300(3)換算當量土層厚度,S Q h = 0.29 m0y bL 18 x 5.5 x 10.46上墻土壓力計算(1)計算破裂角七，判別是否出現(xiàn)第二破裂面假想墻背傾角a /為，見下圖：則有2.4tan a =件二乂 庭5 + 爵.0.725i H1則a/ = 35o56。假設(shè)破裂面交于荷載內(nèi)，查公路設(shè)計手冊（路基）表3-2-2第一類公式八 ，一 934o a =0, = 45。 = 45o = 28otan 七=0.532驗算破裂面的位置如下：第一破裂面距墻頂內(nèi)緣：H （tg0 + tga/） = 2.4x （0.532 + 0.

20、725） = 3.02m b。= 5.5m破裂面交于荷載內(nèi)，與假設(shè)相符，而且不可能出現(xiàn)其他情況，故采用此類計算 公式。因為a, = 280 3.54m，故分析與原假設(shè)不相符，即破裂面交于荷載內(nèi)計算圖示如下bt=O 5m b(j=5, 5m二三宇L 5 4您8=甲 + 8 +a = 340 +170 14002= 36058 tan 巾=0.753A = tan a = 0.252嚶=tg + J 任帥+。珀卜)(tg + A)=0.753 + *(0.753 + cot340)(0.753 + 0.25) =0.74492 = 36040現(xiàn)驗算破裂面位置如下：破裂面頂端至墻頂內(nèi)緣的距離為：Ht

21、g% H tga2 + Htga/ = 6x 0.744 3.6 x 0.25 + 2.4 x 0.725 = 5.30m 比較b0 = 5.5m 5.30m，故破裂面交于荷載內(nèi)。(2)計算土壓力E2cos(36040+340)sin(36040+36058)x (0.744 0.25) = 0.170cos(9 +甲)/K =的(tan 9 + tan a )=2K = 1 + 2( H1 + h) = 1 + 2 x (2.4 + 0.29) = 2.494H 23.6E2 = 2y H2KK = 2 x 18 x 3.62 x 0.170 x 2.494 = 49.45KNE2 = E2

22、 cos(a 2 +5 2) = 49.45 x cos(14。02 +17。)= 49.38 KNEy = E2 sin(a2 +52) = 49.45 x sin(14002+170) = 2.56KNZ = H + 3 =剪 + 2.4 + 0.29 = 1.56mx33K 33 x 2.494墻身截面計算因上墻頂寬b1 = 0.5m，則上墻底寬七=1.46m，下墻底寬B = 1.64m。(1)計算墻的重力及力臂上墻墻身自重G G =1 y H (b + b ) =1 x 22 x 2.4 x (0.5 +1.46) = 51.74KN12 k 1 122對墻趾的力臂Z _n H + b

23、; + bb + b; + (2b+ b )nH gi -23(b + b )0.52 + 0.5 x 1.46 +1.462 + (2 x 0.5 +1.46) x 0.05 x 2.4_ 0.05 x 3.6 +x (0.5 +1.46)_ 0.76mn 取 0.05下墻墻身自重G2G _1 y H (b + d + B)=1 x22x3.6x (1.46+ 0.9 +1.64) = 116.98奶22 K 2212對墻趾的力臂B2 + B(b + d )+(b + d )2 +2(b + d )+ B nHZ _21q21A2_G 23B + (b2 + )_ 1.642 +1.64x

24、(1.64+ 0.9) + (1.46+0.9)2 + 2 x(1.46+0.9) +1.64 x0.05x3.63 x 1.64+(1.46+ 0.9)_ 1.11m第二破裂面與墻背之間的土楔重g3G _1 y H (d + d )_1 x 18x2.4x (0.9 + 0.46) _ 29.38KN其中d2 _ H1 (g*/321122-tga )_ 2.4 x (0.725 - 0.532) _ 0.46m對墻趾的力臂Z _n(h + H )+ b + Htg以G 31211d 2 + d d + d 2 -(2d + d )Htg以I *3(d + d) 111213 x (0.46

25、 + 0.9)0.462 + 0.9 x 0.46 + 0.92 - (2 x 0.46 + 0.9) x 2.4 x 0.35 _ 0.05 x (2.4 + 3.6) + 0.5 + 2.4 x 0.35 +_ 1.99m土楔上荷載重G4G4 _y h0d2 _ 18 x 0.29 x 0.46 _ 2.40KN對墻趾的力臂Z _ n (H + H )+b +1 d _ 0.05 x (2.4 + 3.6) + 0.5 +1 x 0.9 _ 1.25mG 41212 12(2)抗滑穩(wěn)定性驗算(G + G + G + G + E + E ) fK =12341Y2YcE + E237.28

26、x 0.6 =2.1167.58(51.74 +116.98 +29.38 + 2.40 + 34.22 + 2.56) x 0.618.20 + 49.38K = 2.11 K = 1.3,故擋土墻抗滑穩(wěn)定性滿足要求?？箖A覆穩(wěn)定性驗算Z = nH + b + d - Z tga = 0.05 x 3.6 +1.46 + 0.9 - 0.88 x 0.532 = 2.07m 1Y2211 XiZ 2Y = B + Z 2 xtga2 = 1.64 +1.56 x (-0.25) = 1.25mMGZ + GZ + GZ + GZ + E Z + E ZK = 1G12G2-f-3&34G41Y

27、1Y2Y2Y-0 乙 ME(Z + H )+ E Z_ 51.74x 0.76 +116.98 x1.11 + 29.38 x1.99 + 2.40 x1.25 + 34.22x 2.07 + 2.56x 1.2518.20 x(0.88 + 3.6) + 49.38 x1.56277.58158.57=1.75K0 = 1.75 K0 = 1.5，因此該擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。基底應(yīng)力計算M -M277.58 -158.57Z = 店e)x =237 28= 0.50mye =蘭-Z = .64 0.50 = 0.32m2 n 2e0 = 0.75 x B = 0.75 x * = 0

28、.21m e = 0.32m即偏心距大于容許偏心距，基底出現(xiàn)拉應(yīng)力，由于土地基不能承受拉力，則基 底發(fā)生應(yīng)力重分布。于是：bmax2n 2 (G + Ey)= 2 x 237.28 = 316.37Kpa3Z3N則bmaxZn3 0.50 =31637Kpa V b0 = 800Kpa，故地基承載力滿足要求。截面應(yīng)力驗算求上墻實際墻背上的土壓力E1E = E = 18.20 KN 1x1xE; = E; tan a 廣 18.20 x 0.35 = 6.37KN對上墻。1的力臂為：Z = H = 24 = 0.8m 1X33選上墻墻底水平截面驗算Z; = b2 - Z; tan a 1 = 1.46 - 0.8 x 0.35 = 1.18m_b _b G(Z -nH )+ E/ Z