路基路面工程 课程设计指导老师：徐平 学院：能源学院 专业：交通工程班级：交通06-2 姓名：尹富勇 学号：310602030225路基路面工程 课 程 设 计指导老师： 学 院： 班 级：姓 名： 学 号：（一）重力式挡土墙设计1. 某二级公路重力式路肩挡土墙设计资料如下：（1）墙身构造：墙高5m ，墙背仰斜坡度为1:0.25（=14°02′），墙身分段长度20m ，其余初始拟采用尺寸如图所示（2）土质情况：墙背填土重度γ=18kN/m 3，内摩擦角3530-=ϕ(之间任选至值可以在 3530ϕ)，填土与墙背之间的摩擦角 5.17=δ；地基为岩石地基容许承载力[]kPa 500=σ，基地摩擦系数5.0=f ；（3）墙身材料：砌体重度3/k 20m kN =γ，砌体容许压应力[]kPa 500=σ，容许剪应力[]kPa 80=τ。

图1 初定挡土墙尺寸图2、具体设计 破裂棱体位置确定：（1）破裂角（θ）的计算（路肩式挡土墙且荷载沿路肩边缘布置，所以a=b=d=0）荷载当量土柱高度计算：因为墙高5米，按墙高确定附加荷载强度进行计算。

按照线性内插法，计算附加荷载强度：q ＝16.25kN/m 2，016.250.918q h m γ==＝假设破裂面交于荷载范围内，ϕ=33o ，取则有：14021730333628ψαδϕ'''=++=-++=000111(2)()(2)(0520.9)517222A a H h a H H H h =+++=+=++⨯⨯= 000111()(22)tan 005(520.9)tan(1402)222B ab b d h H H a h α=++-++=+-⨯⨯+⨯⨯-︒= 4.25 所以破裂棱体的断面积 00tan S A B θ=-因此破裂棱体自重 00(tan )G A B γθ=-，将G 代入，得：00cos()(tan )sin()Ea A B θϕγθθψ+=-+令0a dE d θ=，整理化简得：tan tan θψ=-±将00,A B 代入得：tg tg θψ=-tg ψ=-3628tg '=-0.7391=-0.7623=3719'5''θ=︒（2）验算破裂面是否交于荷载范围内：破裂契体长度：()()050.73910.25 2.4455L H tg tg m θα=+=-=车辆荷载分布宽度：()12 1.8(21) 1.30.6 5.5L Nb N m d m =+-+=⨯+-⨯+= 所以0LL <，即破裂面交于荷载范围内，符合假设。

（3）车辆荷载换算墙高5米，处于2～10m 之间，按墙高确定附加荷载强度进行计算。

按照线性内插法，计算附加荷载强度：q ＝16.25kN/m 2，016.250.918q h m γ==＝（4）土压力计算由上边计算的0017,4.25A B ==根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部土压力计算公式：()()()()()()cos cos a 003719'5''33tan 18170.7623 4.2555.0sin sin 3719'5''3628E A B KN θϕγθθψ+︒+︒=-=⨯⨯-=''+︒+︒()()cos cos X a 551402173054.9E E KN αδ''=+=-︒+︒= ()()y a sin 55sin 14021730 3.33E E KN αδ''=+=-︒+︒= 土压力作用点计算1012/120.9/5 1.36K h H =+=+⨯=101/3/35/30.9/(3 1.36) 1.59X Z H h k m =+=+⨯= （5）稳定性验算 ①抗滑稳定性验算挡墙按单位长度计算，为方便计算从墙趾处沿水平方向把挡土墙分为两部分，上部分为四边形，下部分为三角形：1110.98 4.81 4.71V b H m =⨯=⨯= 11 4.712094.28G V KN γ=⨯=⨯＝ /221110.50.980.190.093V b h m =⨯⨯=⨯⨯= 221 1.86G V KN γ=⨯=1294.28 1.8696.14G G G kN ∴=+=+=取1 1.4Q γ=，所以()()0.996.14 1.09 1.860.64 1.4 2.97 1.449.14 1.3313.960⨯⨯+⨯+⨯⨯-⨯=-<故抗滑稳定性不足，应采取改进措施以增强抗滑稳定性。

重新拟定b ＝1.3m 倾斜基地，则 1.4 1.65x y Z mZ m ==31111111113211221211.3 4.81 6.253, 6.25320125.061(tan ) 1.252111.30.190.1235,0.123520 2.47220.651038463G G V b H m G V kNZ H b mV b h m G V kNZ b mγαγ==⨯===⨯==+===⨯⨯===⨯==⨯=12127.53G G G kN =+=101(0.9)0.9tan 0Q y Q x G E G E αγμγ++-≥代入得(0.9127.53 1.4 3.33)0.9127.530.2 1.454.9 5.810μ⨯+⨯+⨯⨯-⨯=≥ 所以抗滑稳定性满足要求②抗倾覆稳定性验算：()G Q1y x x y 0.90GZ E Z E Z γ+->()()0.9125.06 1.25 2.470.8463 1.4 3.35 1.454.9 1.6522.30⨯⨯+⨯+⨯⨯-⨯=> 所以倾覆稳定性满足。

（6）基地应力及合理偏心距计算 ①、基础底面的压应力1）轴心荷载作用时G γ取1.2.311.28(),169.84,132.69A m N k N P k P a === 2）偏心荷载作用时作用于基底的合力偏心距e 为 iMe N =其数值见下表上式中弯矩为作用与基底形心的弯矩，所以计算时先要计算对形心的力臂：根据前面计算过的对墙趾的力臂，可以计算对形心的力臂。

G1G1 1.250.560.692BZ Z m '=-=-=G2G20.84630.650.19532BZ Z m '=-=-= XX 0tan 1.40.650.2 1.532BZ Z m α'=+=+⨯= yy 1.650.65 1.02BZ Z m '=-=-= 可知按 M=1.4M EI +1.2M G 计算由几何关系(0.125)(0.625)80.667E x y x M E Z Z kN m =---=(0.625)75.158G G M G Z kN m =--=-1.470.091.258.9127.M k N m ∴=⨯-⨯=故10.16Me m N == 1.28110.216e ∴<= 基地应力验算 max 208.75kPa p = min 52.187kPa p =[]max 208.75kPa 500kPa p σ=<= 所以基底应力满足要求。

②、基底合力偏心距由坚密的岩石地基得04Be ≤，满足条件。

③、地基承载力抵抗值得[]max 232.21P kPa σ∴=<，故满足要求。

（7）截面墙身强度计算为了保证墙身具有足够的强度，应根据经验选择1～2个控制断面进行验算，如墙身底部、1/2墙高处、上下墙（凸形及衡重式墙）交界处。

强度计算 /j K K K N AR αγ≤每延米墙长计算：011()j G G Q Q Qi Ci Qi N N N N γγγγψ=++∑ 式中：j N ——设计轴向力（kN ）； 0γ——重要性系数，取0.9； Ci ψ——荷载组合系数，取1.0；`G G N γ——恒载引起的轴向力（kN ）和相应的分项系数；G γ取1.2，G N 取12G1Q N ——主动土压力引起的轴向力（kN ）；取 3.55y E = Qi N ——全部取0；k γ——抗力分项系数，取2.31； k R ——材料极限抗压强度，取500kPa ； A ——挡土墙构件的计算截面积，取1.23m ； k α——轴向力偏心影响系数，取0.84；将以上取值代入011()j G G Q Q Qi Ci Qi N N N N γγγγψ=++∑，得j N =72.89kN 又因为/0.84 1.2500/2.31218.1872.89K K K j AR N αγ=⨯⨯=>= 故满足强度计算要求。

（8）挡土墙正面图（包括排水设施设计）及断面图①典型断面如图1所示，立面布置图2所示， 平面布置图3所示。

②挡土墙工程数量见表1。

工程数量表表1调整后的设计挡土墙路肩墙墙体间隔20米设置沉降缝一道，缝内用沥青麻絮嵌塞；泄水孔尺寸10×10cm，2--3米布置一个，泄水孔应高出地面不小于30厘米；墙背均应设置50厘米砂砾透水层，并做土工布封层；图1 典型断面图图3 平面布置图（二）边坡稳定性验算1.资料：某浸水路堤H1=10m-15m ，堤顶宽度B=10-12m ，设计最大水深为7.0m,，m=1.5。

试验得知：土的重度3/26m kN =γ，干重度3/k 19m N =干γ，孔隙率%31=η， 271=ϕ，232=ϕ，kPa c 2.151=，kPa c 96.72=，换算土柱高m 0.10=h 。

按条分法的步骤如下：(1) 此挡土墙横断面如图所示，用4.5H 法作圆心辅助线，定圆心（本例仅计算一个滑动面）划分七个土条；选取H 1=10m ，B=10m 量得R=18.48m ，d=16.10m ，干土条1l =2.58m ，取I =0.08, .(2) 分别量取各土条重心与竖局的间距i α（左正右负），计算α；量面积i F （干与湿分开），分别计算重力i Q 。

其中湿重度30()(1)(269.80)(10.31)11.178/W kN m γγη=-∆-=--=（3）量滑动圆弧两端点对竖局的间距，计算圆心角0α和全弧长L ，浸水圆弧长2l =L-1l =24.95m-2.58m=22.37m 。

（4）分别计算各土条圆弧面上的法向力i N 与切向力T （区分正负）。

以上所有结果，列于下表中：(5)计算动水压力020.08336.79.8263.97D I F kN γ==⨯⨯=∑ 1122tan tan 270.5095,tan tan 230.4245f f ϕϕ==︒===︒=(6)由式(/)i xx iiN f c l K T D d R +=+∑∑∑得：99.40.50954673.90.424515.2 2.587.9622.370.7714 1.25187.02513.3263.97(16.10/18.48)K ⨯+⨯+⨯+⨯==<++⨯结论：此时第一个圆心的K 值，不符合稳定要求，应重新设计后再计算（采用同样的方法），直到同一个图示经3～5个以上圆心试算后，取K min 判别稳定性。