路基路面工程課程設(shè)計(jì)解析

1、iHenanPalytechpicUniversity路基路面工程路基路面工程課品計(jì)程設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師：徐平學(xué)院：能源學(xué)院專業(yè)：交通工程班級(jí)指導(dǎo)遂施06-2姓名：學(xué)尹窿:勇學(xué)號(hào)：班310602030225姓名：學(xué)號(hào)：(一)重力式擋土墻設(shè)計(jì)1.某二級(jí)公路重力式路肩擋土墻設(shè)計(jì)資料如下：(1)墻身構(gòu)造：墻高5ml墻背仰余坡度為1:0.25(=14°02'),墻身分段長(zhǎng)度20nl其余初始擬采用尺寸如圖所示(2)土質(zhì)情況：墻背填土重度尸=18kN而，內(nèi)摩擦角中=30*-35二(中值可以在30二至35二之間任選)，填土與墻背之間的摩擦角6=17.5，;地基為巖石地基容許承載力&】=5

2、00kPa,基地摩擦系數(shù)f=0.5；(3)墻身材料：砌體重度2=20kkN/m3,砌體容許壓應(yīng)力b】=500kPa,容許剪應(yīng)力Jr=80kPa。圖1初定擋土墻尺寸圖2、具體設(shè)計(jì)破裂棱體位置確定：(1)破裂角(儲(chǔ)的計(jì)算(路肩式擋土墻且荷載沿路肩邊緣布置，所以a=b=d=0)荷載當(dāng)量土柱高度計(jì)算：因?yàn)閴Ω?米，按墻高確定附加荷載強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。按照線性內(nèi)插法，計(jì)算附加荷載強(qiáng)度：q=16.25kN/m2,h0=9=空生=09m18假設(shè)破裂面交于荷載范圍內(nèi)，=33°,取則有：1-1402173033=3628111A(aH2ho)(aH)H(H2h0)(0520.9)5=17222-11八1,

3、、，B0=ab(bd)h0H(H2a2h0)tan；.；=005(520.9)tan(-1402)=4.25222所以破裂棱體的斷面積S=A0tan二-B0因此破裂棱體自重G=¥(Aotan8-Bo),將G代入，得:Ea 二(A0tan r - B°)cos(二)sin(二'二)18令dE=0,整理化簡(jiǎn)得：tand=-tan中士'(cot中十tan中)(亮+tan)將Ao,Bo代入得：tg8=-tgW+J(ctg+tgWB+tgA0J=-tg'''./：ctgtg''tg，;-tg:二-tg3628ctg33tg362

4、8tg3628tg1402=-0.73911.5400.73910.73910.2500-=0.76231-37195'(2)驗(yàn)算破裂面是否交于荷載范圍內(nèi):破裂契體長(zhǎng)度：1_0=Htg。tgi)=50.7391-0.25)=2.4455m車輛荷載分布寬度：L二NbN-1md=21.8(2-1)1.30.6-5.5m所以L°mL,即破裂面交于荷載范圍內(nèi)，符合假設(shè)。(3)車輛荷載換算附加荷載強(qiáng)度-1玷高如)hi.on2001三10-10.0注：中間值可支農(nóng)中數(shù)值直線內(nèi)播,計(jì)算口墻高5米，處于210m之間，按墻高確定附加荷載強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。按照線性內(nèi)插法,計(jì)算附加荷載強(qiáng)度：q=16.

5、25kN/m2,ho=q 16.2518=0.9m(4)土壓力計(jì)算B0 = 4.25由上邊計(jì)算的Ao=17,根據(jù)路堤擋土墻破裂面交于荷載內(nèi)部土壓力計(jì)算公式:cosi；一：Icos3719'5''33Ea=A0tan-B0=18170.7623-4.25=55.0KNsinu1-sin37195'3628EX=Eacos:Z-3：55cos-14021730=54.9KNEy=Easin廠工F）：55sin-14021730=3.33KN土壓力作用點(diǎn)計(jì)算K1=12h0/H=120.9/5=1.36ZX1=H/3h0/3k1=5/30.9/(31.36)=1.59m

6、(5)穩(wěn)定性驗(yàn)算抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算擋墻按單位長(zhǎng)度計(jì)算，為方便計(jì)算從墻趾處沿水平方向把擋土墻分為兩部分，上部分為四邊形，下部分為三角形：V1=hH1=0.984.81=4.71mG1=V1=4.7120=94.28KNV2=1/2b1h1=0.50.980.19=0.093mG2=V21=1.86KN.G=GiG2=94.281.86=96.14kN為保證搭土墻抗滑箱定性,應(yīng)驗(yàn)算在土壓力及其它外力作用下，基底摩阻力抵抗擋土墻滑移的能力口在一般情況下(0.9G+rQ1E7)p十。.9GtgaoNrqi芯/式中：C擋土墻自重；瓦.號(hào)墻背主動(dòng)土壓力的水平與垂直分力；Q0基底傾斜角上P基底摩擦系數(shù)，可通過現(xiàn)

7、場(chǎng)試驗(yàn)確定.無試驗(yàn)資料時(shí)，可參考表6-7的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)；飛主動(dòng)土壓力分項(xiàng)系數(shù).當(dāng)組合為1JI時(shí)，陽(yáng)=14當(dāng)組合為皿皿時(shí)，卬=1.3口取力1=1.4,所以0.996.141.091.860.641.42.971.4-49.141.33=-13.96二0故抗滑穩(wěn)定性不足，應(yīng)采取改進(jìn)措施以增強(qiáng)抗滑穩(wěn)定性。重新擬定b=1.3m傾斜基地，貝Zx=1.4mZy=1.65m3.Vi=bHi=1.34.81=6.253m,Gi=V1=6.25320=125.06kNr1八ZG1=-(H1tan.w，:h)=1.25m21 13-V2E1.30.19=0.1235m3,G2=V21=0.123520=2.47kN2

8、 2Zg2=0.651b=038463mG=GG2=127.53kN(0.9GqE)0.9GtanqE_0代入得(0.9127.531.43.33)0.9127.530.2-1.454.9=5.81_0所以抗滑穩(wěn)定性滿足要求抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算：為保證擋土墻抗傾覆稼定性，須驗(yàn)其它抵抗墻身繞墻趾向外轉(zhuǎn)動(dòng)M槽的能力.0.9GZgQ1EyZx-ExZy0式中：Zg一墻身、基礎(chǔ)及其上的士重合力重心到墻趾的水平距高,m;Zt土壓力垂直分力作用點(diǎn)到墻趾的水平距離加；2,土壓力水平分力作用點(diǎn)到墻趾的水平距離.me0.9125.061.252.470.84631.43.351.4-54.91.65=22.30所以

9、傾覆穩(wěn)定性滿足。(6)基地應(yīng)力及合理偏心距計(jì)算、基礎(chǔ)底面的壓應(yīng)力1)軸心荷載作用時(shí)為了保證擋土墻基底應(yīng)力不超過地基承轂力，應(yīng)進(jìn)行基底應(yīng)力臉?biāo)?同時(shí).為了避免指土墻不均勻沉陷，控制作用于擋土墻基底的合力偏心距口1)基冊(cè)地面的壓應(yīng)力(D軸心荷盤作用時(shí)式中：p基底平均壓應(yīng)力，kPa;A基礎(chǔ)底面每延米的面積，即基礎(chǔ)寬度/乂1.0（帚）W-'每延米作用于基底的總豎向力設(shè)計(jì)值,kN：?V=（+QiE卯）cos。+%】£遇inn。其中述F墻背主動(dòng)土壓力（含附加荷載琳起的）的垂直分力tkN；%墻背主動(dòng)土壓力（含附加荷載引起的）的水平分力，kN;W低水位浮力，kN（指常年淹沒水位）©

10、工取1.2.1 3 2.a6 9A=1.28i3),N=16*M4P2）偏心荷載作用時(shí)作用于基底的合力偏心距e為M e =NiPm*牛UE).式中：Pa，P面基底邊緣最大.最小壓應(yīng)力設(shè)計(jì)值,kN；M作用于基底形心的彎矩設(shè)計(jì)值按下書：S基礎(chǔ)寬度,口兒'M作用于基底形心的彎矩設(shè)計(jì)值，其數(shù)值見下表基底膏矩值計(jì)算表荷裁用分作院于基底形心的彎增設(shè)計(jì)值1摑=1,4/*12%：ElM=】,4岫+L2&M=1.3%+1.物+L05/+建中:睢一由境上恒載土壓力所引起的耳矩*Mc宙墻身及是孫自強(qiáng)和叁砒L的1：童引起的考%U上式中彎矩為作用與基底形心的彎矩，所以計(jì)算時(shí)先要計(jì)算對(duì)形心的力臂：根據(jù)前面

11、計(jì)算過的對(duì)墻趾的力臂，可以計(jì)算對(duì)形心的力臂。rrBZG1=ZG1-=1.25-0.56=0.69m2Zg2=Zg2-b=0.84630.65=0.1953m2-rB，Zx=Zxtan：0=1.40.650.2=1.53m2Zy=Zy-B=1.65-0.65=1.0m2可知按M=1.4Me+1.2Mg計(jì)算由幾何關(guān)系ME=Ex(Zy-0.125)(Zx-0.625)=80.667kNmMg=-G<Zg-0.625)=-75.158kNmM=1.4x70.0-9僅25g.9kN2m.M故e0.16mNi1.28.1e1=0.216基地應(yīng)力驗(yàn)算Pmax=208.75kPaPmin=52.187k

12、PaPmax=208.75kPa二LT-500kPa所以基底應(yīng)力滿足要求。、基底合力偏心距任底合力偏心距應(yīng)滿足依下基底管力偏心距篇就恃況白力僚心地幫福蛆合I非巖石地基荷蒙第介UJUJV非巖石地基技般的巖石地基里慌的巖石幽著小三B/4荷載射介V馳虞情況款土、秘薛、一般粘土飛：5步巧翼宙細(xì)妙.枯士中畬碎、礫石，中砂fpSE/4窗卷巖石出陣、稱石地三占,3B由堅(jiān)密的巖石地基得60<B,滿足條件4、地基承載力抵抗值地基應(yīng)力的設(shè)計(jì)值應(yīng)滿足地基承載力的抗力值，應(yīng)滿足以下各式。當(dāng)軸向荷載作用時(shí)式中:p見式p"f地基承載力抗力值，kPa。得,Pmax=232.21kPa<Ia,故滿足要求

13、。（7）截面墻身強(qiáng)度計(jì)算為了保證墻身具有足夠的強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇12個(gè)控制斷面進(jìn)行驗(yàn)算，如墻身底部、1/2墻高處、上下墻（凸形及衡重式墻）交界處。強(qiáng)度計(jì)算Nj<：kARk/k每延米墻長(zhǎng)計(jì)算：Nj=0（gNgqiNqiQi'-CiNQi）式中：Nj設(shè)計(jì)軸向力（kN）;力一一重要性系數(shù)，取0.9;中Ci一一荷載組合系數(shù)，取1.0;1；'g、Ng一恒載引起的軸向力（kN）和相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)；%取1.2,Ng取1G2Nq1主動(dòng)土壓力引起的軸向力（kN）;取Ey=3.55NQi一全部取0;k一一抗力分項(xiàng)系數(shù)，取2.31;R一材料極限抗壓強(qiáng)度，取500kPa；A一一擋土墻構(gòu)件的計(jì)算截

14、面積，取1.2m3;一一軸向力偏心影響系數(shù)，取0.84;將以上取值代入Nj=¥。（也5十%iNqi+£夕凡）,得Nj=72.89kN又因?yàn)椋篕ARK/K=0.841.2500/2.31=218.18Nj=72.89故滿足強(qiáng)度計(jì)算要求。（8）擋土墻正面圖（包括排水設(shè)施設(shè)計(jì)）及斷面圖典型斷面如圖1所示，立面布置圖2所示，平面布置圖3所示。擋土墻工程數(shù)量見表1工程數(shù)量表表1墻圖（單位：m）斷面尺寸（單位：m）7.5號(hào)漿砌片石（單位：m3/m）hiHHiBib15.00.265.04.74調(diào)整后的設(shè)計(jì)擋土墻路肩墻墻體間隔20米設(shè)置沉降縫一道，縫內(nèi)用瀝青麻絮嵌塞；

15、泄水孔尺寸10X10cmi2-3米布置一個(gè)，泄水孔應(yīng)高出地面不小于30厘米；墻背均應(yīng)設(shè)置50厘米砂礫透水層，并做土工布封層；1.02圖1典型斷面圖圖3平面布置圖（二）邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算1.資料：某浸水路堤H1=10m-15m堤頂寬度B=10-12m，設(shè)計(jì)最大水深為7.0m,m=1.5。試驗(yàn)得知：土的重度尸=26kN/m3,干重度丁干=19kN/m3,孔隙率”=31%，%=27：92=23二,G=15.2kPa,C2=7.96kPa,換算土柱高h(yuǎn)0=1.0m。按條分法的步驟如下：（1）此擋土墻橫斷面如圖所示，用4.5H法作圓心輔助線，定圓心（本例僅計(jì)算一個(gè)滑動(dòng)面）劃分七個(gè)土條；選取H=10mB=10

16、m*彳#R=18.48md=16.10m,干土條L=2.58m,取I=0.08,4.5H = 49,5（2）分別量取各土條重心與豎局的間距 ,（左正右負(fù)），計(jì)算a ；量面積Fi （干與濕分開），分別計(jì)算重力Q-其中濕重度W=(-0)(1-)=(26-9.80)(1-0.31)=11.178kN/m3（3）量滑動(dòng)圓弧兩端點(diǎn)對(duì)豎局的間距，計(jì)算圓心角0和全弧長(zhǎng) L ,浸水圓弧長(zhǎng)12=L-li=24.95m-2.58m=22.37ni（4）分別計(jì)算各土條圓弧面上的法向力Ni與切向力T（區(qū)分正負(fù)）。以上所有結(jié)果，列于下表中:土條號(hào)x(m)OtsinaCOSaFi(m2)Q(kN)Q1+Q2Ni=Qi*C

17、OSaT=Qj*sinaL(m)FiF2QiQ2Ni1Ni2Ti1Ti2115.91620.88290.469511.15-211.8-211.899.4-187.0-2.58212.39470.73140.682063.9458.81215.0657.21872.2-1276.8-1369.222.3737.49270.45400.891027.25109.7517.81225.71743.5-1553.5-791.543.98150.25880.9659-65.1-727.2727.2-702.4-188.250.8370.12190.9925-72.4-809.7809.7-803.7-

18、98.76-3.18110.19080.9816-30.8-343.8343.8-337.4-65.6合計(jì)-336.7-99.44673.9187.02513.324.95(5)計(jì)算動(dòng)水壓力D=I-0±F2=0.08336.79.8=263.97kNfi =tan i =tan27 =0.5095,f2 = tan 2 =tan23 =0.4245.“N/x.二cxli(6)由式K=3得:£T+D(d/R)99.40.50954673.90.424515.22.587.9622.37K二二0.7714<1.25187.02513.3263.97(16.10/18.48

19、)結(jié)論：此時(shí)第一個(gè)圓心的K值，不符合穩(wěn)定要求，應(yīng)重新設(shè)計(jì)后再計(jì)算(采用同樣的方法)，直到同一個(gè)圖示經(jīng)35個(gè)以上圓心試算后，取Kmin判別穩(wěn)定性。2、如果此路堤為非浸水路堤，其穩(wěn)定性計(jì)算如下:計(jì)算過程與浸水路堤大致相似，如下104.5H=49.5土條號(hào)x(m)asinacosF(m2)Q(kN)N=QcostT=QsinuL(m)115.91620.88290.469511.15211.899.4187.02.58212.39470.73140.6820122.742332.11590.51705.622.3737.49270.45400.8910136.912601.22317.71180.9

20、43.98150.25880.965965.061236.11194.0319.950.8370.12190.992572.441376.41366.1167.76-3.18110.19080.981630.75584.3573.6111.5合計(jì)-336.7336.717141.33672.724.95由上表可知NN=4773.3kN,工T=2700.3kN,f=tan27*=0.5095c=15.2kR,L=24.95m代入K =n N, fx 一 二 cj、1D(d/R)覆“ 7141.3 0.5095 15.2 24.95得K二3672.7= 1.2939 1.25就已計(jì)算的滑動(dòng)面而言，

21、邊坡穩(wěn)定性符合規(guī)定的要求。(三)路基路面排水設(shè)計(jì)1 .資料：河南焦作地區(qū)修建高速公路，選用瀝青混凝土路面，單側(cè)路面和路肩橫向排水的寬度為11.25mm,坡度為2%;路線縱向坡度為1%。擬在路肩外邊緣設(shè)置攔水帶。2 .設(shè)計(jì)內(nèi)容(1)試計(jì)算設(shè)計(jì)流量。(2)根據(jù)設(shè)計(jì)流量，設(shè)計(jì)溝渠，已知i=0.006,對(duì)稱梯形斷面m=1.5,重砂質(zhì)粘土n=0.025。3、具體設(shè)計(jì)(1)設(shè)計(jì)流量。1)匯水面積和徑流系數(shù)設(shè)出水口間距為l兩個(gè)出水口之間的匯水面積為F=1=<11.25x10-6由卜表，一徑流系數(shù)(«H|fdl®Q用一Q餐工金-Q951.0-0項(xiàng)|一”商0.4001-白四二或愛甘整胃

22、0.1030WWW部tWf*東:1170s85-叱藝方或理j0.50、0不查得徑流系數(shù)中=0.95.2)匯流歷時(shí)設(shè)匯流歷時(shí)為5min3)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期按公路的重要程度，由卜表取設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為5年<(km2)*L-囹啟.一起伏后山地一10.605M起伏而嬴|-o：40-0.65-平坦的耕地0.45-0國(guó)一落葉林地|035。對(duì)i二針葉林地10.250承_水出、水面Q.70-0M一_=IIjr I mjL Aa,即島ii公路一級(jí)公路設(shè)計(jì)降雨的重現(xiàn)期（席位:年）露面和路科由界內(nèi)比n表面排水面排水公路等級(jí)if二515I工里|以F公路路面和路向我而排水4）降雨強(qiáng)度由下表查得該地區(qū)5年重現(xiàn)期的重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)

23、為cp=1.0。由圖2查表的該地區(qū)的60min降雨強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)為060=0.42,再由表7-10查得5min降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)c5=1.25。按公路所在地區(qū)，由圖1查得5年重現(xiàn)期10min降雨歷時(shí)的降雨強(qiáng)度為q5,i0=2.1mm/min于是，按式q=Cpqq5/0可計(jì)算得到降雨強(qiáng)度為q=1.01.252.1=2.625mm/min5）設(shè)計(jì)流量按式Q=16.67qF,設(shè)計(jì)流量為Q=16.670.952.625l11.2510/=0.0004681m3/s如選取出水口間距為1=45m,則設(shè)計(jì)徑流量為Q=0.00046845-0.02106m3/s6）檢驗(yàn)匯流歷時(shí)假設(shè)0.467按式t=1.445|mLS（Ls<370m）,由表7-8查得地表粗度系數(shù)為m1=0.013,路面橫坡_is為is=0.02,坡面長(zhǎng)度為L(zhǎng)s=11.25m,可計(jì)算得到地面匯流歷時(shí)0.467t1=1.4450.01%.25=1.47min0.02按式v=20i0.6,由溝底（即路線）縱坡iR=1%,可計(jì)算得到平均流速為v=200.010.6=1.26m/snfl、再按式t2=£，可計(jì)算得到溝管匯流歷時(shí)i,、60ViJt2=50