京港澳高速公路武汉段路基挡墙及沥青路面设计一、路基挡墙部分京港澳高速公路武汉段K80+100-K80+460段为填方路基，路堤边坡高度6-20m ，最大边坡高度为20m 。

由于该路段临近阳逻城区，建设用地紧张，拟在较高填方路段设计路堤挡土墙。

结合地形、地质条件，并考虑地材供应情况、施工条件、工期要求和工程费用等多种因素，初步确定采用浆砌片石重力式挡墙。

路堤采用卵石土填筑，要求压实度不小于95%。

经试验测定，压实后卵石土的物理力学指标如下:重度γ=20.3 kN/m3, 内摩擦角︒=33ϕ , 黏聚力c=27kPa. 墙背与填土间的外摩擦角δ=17º,基底摩擦系数5.0=f , 地基容许承载力为⎣⎦300=σkPa 。

（一）挡土墙的横向布置 挡土墙按路堤挡土墙设计，墙高为7.69m ，墙顶以上土质边坡坡率为1:1.5.按《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）“5.4”款的要求进行挡土墙设计。

初步设计此段路堤挡土墙各尺寸如下：1.主动土压力的计算1.1假设破裂面交于内边坡，如图所示：当参数γ、φ、δ、α、β固定时，φφ随破裂面的位置而变化，即φφ是破裂角θ的函数。

为求最大土压力φφ，首先要求对应于最大土压力时的破裂角θ。

其中： =0.23634629； =-0.85101955； =0.537383361。

则：=0.816696575或2.784035004（舍去）所以：θ=39.24°。

又因为 ，所以假设正确，即破裂面交于内边坡。

1.2计算主动土压力 主动土压力：求得φφ=597.5016462KN 。

土压力的水平和垂直分力为： 506.7101335KN316.6276327KN 2.挡土墙抗滑稳定性验算 为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其他外力作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力。

由《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）“5.4.2”款中第11条：11 车辆荷载作用在挡土墙墙背填土上所引起的附加土体侧压力，可按式φ=cos φsin φcos (Ψ−φ)φ=cos (φ−φ)cos (Ψ+φ)φ=cos φsinΨcos (φ−φ)tan φ=−φ±√φ2−4φφ2φ0<φ<40.4507° φφ=1φφ2φφ=1φφcos (φ−φ)2cos φ2cos (φ+φ)[1+√sin (φ+φ)sin (φ−φ）cos (φ+φ)cos (φ−φ)]2φφ=φφcos (φ+φ)= φφ=φφsin (φ+φ)=（5.4.2—3）换算成等代均布土层厚度计算，即γqh =0，其中q=12.8875KN/㎡，所以φ0=0.635m 。

由CAD 中图形查得：挡土墙面积φ0=12.33㎡，所以每延米挡土墙重283.5716KN 。

最大土压力系数 1.165149545， 其中，设定汽车荷载边缘至路肩边缘d=0，故 0。

所以土压力垂直分力作用点到墙趾的水平距离为：4.061200076m ； 土压力水平分力作用点到墙趾的垂直距离为：2.835830543m ；墙身、基础及骑上的土重合力重心到墙趾的水平距离：φφ=0（由CAD 图形质量特性查得）。

在上述设计的挡土墙情况下，被动土压力为零，即φφ=0。

该挡土墙基底倾斜角φ0=15°，基础与地基摩擦因数f=0.5。

根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）中“表5.4.2-5”规定，荷载增大对挡土墙结构起不利作用时：φφ1=1.4；被动土压力分项系数φφ2=0.3，所以根据规范滑动稳定方程，即()[]()0tan 1.1tan tan 1.121010201>+-++-++p Q x Q y Q p Q x yQ E E E G E E EG γγαγμαγαγ得：上式左边为：96.97059927>0，故满足滑动稳定方程。

3.挡土墙抗滑稳定系数验算 由规范，抗滑稳定系数φφ：()[]0tan tan αμαN E E E E N K x p p xc-'+'-+=求得K c =1.575427833>1.3，故抗滑稳定系数满足要求。

4.抗倾覆稳定系数验算由规范，抗倾覆稳定系数yx pp x y G Z E Z E Z E GZ K '++=0，带入数据，求得φ0=1.50406191>1.5，故抗倾覆稳定系数满足要求。

5.基底应力验算基底偏心受压，基底合力偏心距ddN M e =0。

其中作用于基底上的垂直组合设计=617.6535012KN ，（挡土墙地基计算时，各类作用（或荷载）组合下，作用效应组合设计值计算式中的作用分项系数，除被动土压力分项系数3.02=Q γ外，其余作用（或荷载）的分项系数规定均等于1。

）φ1=1+2φ0(1−φ1φ)φ＝ φ1=φ(tan φ+tan φ)= φφ=φ+φtan φ−φφtan φ= φφ=φ3+(φ0(φ−2φ1)2−φ0φ12)2φ2φ1= φφ=(φφφ+φφ1φφ−φ)cos φ0+φφ1φφsin φ0作用于基底形心的弯矩组合设计值，其中=-91.50299208KN/m ， =140.435178KN/m ，求得φφ=86.80565874KN/m 。

所以：dd N Me =0=0.140541029m<φ6=0.458333333m 所以基底压力：⎪⎭⎫⎝⎛±=B e AN d 61,21σ，求得φ1=293.4718784KPa ；φ2=155.7306679KPa ，均小于[σ]=300KPa 。

故基底压力满足要求。

6.基底合力偏心距验算查规范“5.4.3”款第三条：基底合力的偏心距e ，对土质地基不应大于B/6；岩石地基不应大于B/4。

基底压应力不应大于基底的容许承载力[]0σ；基底容许承载力值可按现行《公路桥涵地基与基础设计规范》的规定采用，当为作用（或荷载）组合Ⅲ及施工荷载时，且[]0σ＞150kPa 时，可提高25%。

由上述计算对上述计算结果e=0.140541<B/6<B/4，故基底合力偏心距满足要求。

综上所述，各项校核均满足要求，挡土墙设计合理。

7.挡土墙细部构造挡土墙横断面的外形尺寸、构造（泄水孔，反滤层，基础等）、材料、挡土墙与地面路基的位置关系等详见CAD 横断面图。

（二）挡土墙的纵向布置挡土墙纵向布置在墙趾的纵断面图上布设，布置后绘成挡土墙正面图。

布置内容包含：确定挡土墙的起讫点和墙长，选择挡土墙与路基或其他结构物的衔接方式；按地基及地形情况进行分段，确定伸缩缝与沉降缝的位置；布置各段挡土墙的基础；布置泄水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸等；在布置图上注明各特征点的桩号，以及墙顶、基础顶面、基底、冲刷线、冰冻线、常水位线或设计洪水位的标高等。

具体布置详见CAD 纵断面图形。

φφ=1.4φφ+1.2φφ φφ=φφ(φφ−φ2tan φ0)φ二、路面结构设计1.设计基本资料新建京港澳高速公路武汉段，双向4车道，拟采用沥青路面。

某段路基土为低液限黏土，地下水位为－1m，路基填土高度 1.2m，预计通车初年的交通量如（注:解放CA340：总重78.70kN，前轴重22.10kN，后轴重56.60kN，后轴数1，双轮组。

）交通量年平均增长率 6.4％，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。

2.土基回弹模量的确定设计路段路基土为低液限黏土。

新建京港澳高速公路武汉段处于自然分区区，从地下水判断，该路段路基处于干燥状态，土基稠度ωc>1.2，对应分Ⅳ3区土基回弹模量设计值为42MPa。

3.地区交通通行情况根据工程可行性研究报告可知路段所在地区近期交通组成与交通量，如下表。

交通量年平均增长率6.4％，沥青路面累计标准轴次按15年计。

4.设计轴载一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh= 1582 ,属重交通等级。

双向四车道车道系数为0.4~0.5，取车道系数为0.45。

4.1以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时：=7500918次路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 1903次 属于中等交通等级。

4.2以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时： φφ=[(1+φ)φ−1]∗365φφ1φ设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次数：=5352731次路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 1358次 属于中等交通等级。

4.3设计弯沉值和容许拉应力计算 路面设计交通等级为中等交通等级。

公路等级：高速公路， 公路等级系数：1 面层类型系数：1 路面结构类型系数：1经软件计算得路面设计弯沉值为：25.3 (0.01mm)， 各路面结构层层底拉应力为： 5.新建路面结构厚度计算新建公路公路等级为高速公路，新建路面层数为5层，标准轴载为：BZZ-100，由上述计算可得，路面设计弯沉值为：25.3 (0.01mm)，路面设计层层位为第4层，设计最小厚度为150mm 。

根据本地区的路用材料，结合已有工程经验与典型结构，拟定了下述结构方案。

根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具等功能因素，初步确定路面组合与各层厚度，各材料的抗压回弹模量和劈裂强度均按照《路基路面工程》表14-15和表14-16中参数进行设计，初步设计如下：φφ=[(1+φ)φ−1]∗365φφ1φ5.1按设计弯沉值计算设计层厚度LD= 25.3 (0.01mm)，当H( 4 )= 20 mm，LS= 25.9 (0.01mm)，LS ＞ LD（不满足要求）当H( 4 )= 25 mm，LS= 23.1 (0.01mm)，LS ＜ LD（已满足要求）根据软件推算，当设计层厚度H( 4 )=21.1时 LS＜LD，弯沉计算已满足要求。

所以H( 4 )= 211 mm(仅考虑弯沉)。

5.2按容许拉应力计算设计层厚度经软件计算：H( 4 )= 211mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求)H( 4 )= 211mm (第2 层底面拉应力计算满足要求)H( 4 )= 211 mm(第3 层底面拉应力计算满足要求)H( 4 )= 211 mm(第4 层底面拉应力计算满足要求)H( 4 )= 211 mm(第5 层底面拉应力计算满足要求)综上路面设计层厚度：H( 4 )= 211 mm(仅考虑弯沉)H( 4 )= 211 mm(同时考虑弯沉和拉应力)。

5.3验算路面防冻厚度路面最小防冻厚度为500mm，经软件验算结果表明，路面总厚度满足防冻要求。

公路等级：高速公路新建路面的层数：5标准轴载：BZZ-100通过软件计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值：第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 24.7 (0.01mm)第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 27.3 (0.01mm)第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 31.0 (0.01mm)第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 37.4 (0.01mm)第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 106.7 (0.01mm)路基顶面交工验收弯沉值：LS= 279.4 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算)；LS= 221.8 (0.01mm)( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算)。