《路基路面工程》课程设计说明书-挡土墙设计

《路基路面工程》

课 程 设 计

挡土墙设计

学 院 ： 专 业 ： 班 级 ： 姓 名 ： 学 号 ： 指导老师：

土木建筑学院 二零一四年六月

路基路面工程课程设计

目录

一、路线范围 ........................................................................................................................... 2 二、水文地质资料 ................................................................................................................... 2 三、平曲线要素计算 ............................................................................................................... 2 1.交点K1+245.75 ................................................................................................................ 2 2.交点K1+403.53 ................................................................................................................ 3 3.交点K1+495.53 ................................................................................................................ 3 四、竖曲线要素计算 ............................................................................................................... 4 五、设计标高和填挖高度 ....................................................................................................... 4 六、路面的加宽和超高 ........................................................................................................... 5 七、挡土墙基础确定与断面尺寸设计 ................................................................................... 6 1.挡土墙的类型选择 ........................................................................................................... 6 2.墙身尺寸: ......................................................................................................................... 6 八、挡土墙验算 ....................................................................................................................... 7 1.物理参数： ....................................................................................................................... 7 2.强度及稳定性验算 ........................................................................................................... 8

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挡土墙设计

一、路线范围

本设计为 K1+390～K1+1580.5 路段上的挡土墙设计。 二、水文地质资料

本路段为山岭重丘区二级公路改建工程，路基宽8.5米，中桩在原有旧路附

近，地表为1-2米亚粘土覆盖层，其下为砂页互岩。 设计荷载：汽-20 ，挂-100.

三、平曲线要素计算

1.交点K1+245.75 1)已知条件： 左转角： 325308 缓和曲线长度：Lh40m 圆曲线半径：R148.48m 2)曲线要素计算：

LhL340340hq19.99m 222240R2240148.48L2L4402404hhR0.45m

24R2688R324148.482688148.483325308T(RR)Tanq(148.480.45)Tan19.9963.94m

22LRLh148.4832530840125.22m

180180325308E(RR)secR(148.480.45)sec148.486.80m

22J2TL263.94125.222.66m

LyL2Lh125.2224045.22m

3)主点桩号计算：

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ZHJDTK1245.7563.94K1181.81

HYZHLhK1181.8140K1221.81 YHHYLyK1221.8145.22K1267.03

HZYHLhK1267.0340K1307.03

LQZHZK1307.03125.22/2K1244.42

2JJDQZK1244.422.66/2K1245.75

22.交点K1+403.53 1)已知条件： 右转角： 093641 缓和曲线长度：Lh0m

圆曲线半径：R602.85m 2)曲线要素计算：

093641TRtan602.85Tan50.68m

22LR602.85093641101.13m

180180093641602.852.13m ERsecR602.85sec22J2TL250.68101.140.24m 3)主点桩号计算：

ZYJDTK1403.5350.68K1352.85

YZZYLK1352.85101.13K1453.98

QZYZL/2K1453.98101.13/2K1403.41 JDQZJ/2K1403.410.24/2K1403.53

3.交点K1+495.53 1)已知条件： 右转角： 431527 缓和曲线长度：Lh40m 圆曲线半径：R52.98m 2)曲线要素计算：

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LhL340340hq19.91m

2240R2224052.982L2L4402404hhR1.25m

24R2688R32452.98268852.983431527T(RR)Tanq(52.981.25)Tan19.9141.41m

22LRLh52.984315274080.00m

180180431527E(RR)secR(52.981.25)sec52.985.36m

22J2TL241.4180.002.82m

LyL2Lh80.002400.00m

3)主点桩号计算：

ZHJDTK1453.97

HYZHLhK1+493.97

YHHYLyK1493.97

HZYHLhK1533.97 QZHZLK1493.97 2JJDQZK1495.38

2四、竖曲线要素计算

450.96432.06460.26450.967%，i23%

1400130017101400i1， i2i13%7%4%（凸曲线）

LR20004%=80m， TL/280/240m

起点桩号：K140040K1360，终点桩号：K1400+40K1440

五、设计标高和填挖高度

竖曲线上任意点设计高程的计算：

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x2 纵距：y

2R切线高程：H1H0(Tx)i1 设计高程：HH1y 桩号 K1+390.00 K1+403.41 K1+420.00 K1+440.00 K1+453.97 K1+470.00 K1+493.97 K1+500.00 K1+515.00 K1+533.97 K1+550.00 K1+565.00 K1+580.50 设计标高及填挖高度表 单位：m 地面高程 设计高程 填挖高度 449.50 450.04 -0.53 450.62 450.52 0.10 451.51 451.46 0.05 452.12 452.16 -0.04 452.32 452.58 -0.26 452.53 453.06 -0.53 452.93 453.78 -0.85 453.29 453.96 -0.67 453.85 454.41 -0.56 454.30 454.98 -0.68 454.58 455.46 -0.88 454.75 455.91 -1.16 455.30 456.38 -1.07 六、路面的加宽和超高

二级双车道公路，设计车速60km/h，路基宽度8.5m，其中路面宽度7m，路

肩宽度0.75m，路拱横坡2%，路肩横坡3%，根据规范查表，在交点K1+403.53控制的曲线范围内，平曲线半径为602.85米，超高坡度取3%；在交点K1+495.38控制的曲线范围内，平曲线半径为52.98米，超高坡度取8%。

本设计为改建二级路，且无中间带，因此超高方式采用绕中线旋转的方式。加宽方式采用3类加宽，在曲线半径为602.85米的圆曲线上加宽值取0.8米，在曲线半径为52.98米的圆曲线上加宽值取2.5米。加宽缓和段内采用按直线比例变化的方式加宽。超高加宽计算结果如下：

路面的加宽和超高表 超高值（m） 加宽值 范围 桩号 （m） 外 中 内 K1+390 0.80 0.23 0.10 -0.04 K1+403.41 0.80 0.23 0.10 -0.04 K1+403.53 K1+420.00 0.80 0.23 0.10 -0.04 圆曲线段 K1+440.00 0.80 0.23 0.10 -0.04 K1+453.97 0.80 0.23 0.10 -0.04 K1+495.38 K1+470.00 1.00 0.19 0.10 -0.01 5

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前缓和段 K1+493.97 K1+500.00 K1+495.38 K1+515.00 后缓和段 K1+533.97 K1+550.00 直线段 K1+565.00 K1+580.50 2.50 2.12 1.19 0.00 0.00 0.00 0.00 0.46 0.39 0.22 0.01 0.00 0.00 0.00 0.10 0.10 0.10 0.10 0.00 0.00 0.00 -0.04 -0.03 -0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 七、挡土墙基础确定与断面尺寸设计

1.挡土墙的类型选择

在K1+390～K1+580.50路段中，填土最高的地方在K1+500桩号处，填土高度约为8米，属于一般路堤，但该路段地面横坡较为陡峭，起伏较大，直接放坡土石方量较大，且不稳定。地表为1～2m 的亚粘土覆盖层，其下为砂岩、页岩互层，属于岩石地基，地基承载力较高。因此，本设计路段拟采用衡重式路肩墙，基础埋深1.6m。 2.墙身尺寸:

墙身总高: 10.000(m) 上墙高: 4.000(m) 墙顶宽: 0.800(m) 台宽: 1.400(m)

面坡倾斜坡度: 1:0.100 上墙背坡倾斜坡度: 1:0.300 下墙背坡倾斜坡度: 1:-0.200 墙底倾斜坡率: 0.000:1

下墙土压力计算方法: 力多边形法

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挡土墙示意图

八、挡土墙验算

（一）物理参数：

圬工砌体容重: 23.000(kN/m3) 圬工之间摩擦系数: 0.400 地基土摩擦系数: 0.500 砌体种类: 片石砌体 砂浆标号: 5

石料强度(MPa): 30

挡土墙类型: 一般挡土墙

墙后填土内摩擦角: 35.000(度) 墙后填土粘聚力: 0.000(kPa) 墙后填土容重: 19.000(kN/m3)

墙背与墙后填土摩擦角: 17.500(度) 地基土容重: 18.000(kN/m3)

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修正后地基土容许承载力: 500.000(kPa) 地基土容许承载力提高系数: 墙趾值提高系数: 1.200 墙踵值提高系数: 1.300 平均值提高系数: 1.000 墙底摩擦系数: 0.500 地基土类型: 土质地基

地基土内摩擦角: 30.000(度) （二）强度及稳定性验算

1.土压力计算

计算高度为 10.000(m)处的库仑主动土压力，下墙土压力计算方法: 力多边形法。

（1）计算上墙土压力

无荷载时的破裂角 = 27.490(度) 按假想墙背计算得到:

第1破裂角： 27.850(度)

Ea=108.089 Ex=40.449 Ey=100.235(kN)

作用点高度 Zy=1.333(m)

因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面存在： 第2破裂角=27.496(度) 第1破裂角=27.490(度) Ea=89.193 Ex=41.190 Ey=79.112(kN)

作用点高度 Zy=1.333(m)

（2）计算下墙土压力

无荷载时的破裂角 = 33.874(度) 按力多边形法计算得到: 破裂角： 33.874(度)

Ea=138.595 Ex=137.787 Ey=14.944(kN)

作用点高度 Zy=2.571(m)

墙身截面积 = 27.400(m2) 重量 = 630.200 kN 衡重台上填料重 = 72.888(kN)

重心坐标(2.005,-2.307)(相对于墙面坡上角点)

2.滑动稳定性验算

基底摩擦系数：0.500

滑移力= 178.977(kN) 抗滑力= 398.572(kN)

滑移验算满足: Kc = 2.227 > 1.300

滑动稳定方程满足: 方程值 = 254.750(kN) > 0.0 3.倾覆稳定性验算

相对于墙趾,墙身重力的力臂 Zw = 1.963 (m) 相对于墙趾,上墙Ey的力臂 Zx = 3.706 (m) 相对于墙趾,上墙Ex的力臂 Zy = 7.333 (m) 相对于墙趾,下墙Ey的力臂 Zx3 = 3.714 (m)

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相对于墙趾,下墙Ex的力臂 Zy3 = 2.571 (m) 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性

倾覆力矩= 656.372(kN-m) 抗倾覆力矩= 1804.534(kN-m) 倾覆验算满足:

K0 = 2.749 > 1.500 倾覆稳定方程满足:

方程值 = 856.995(kN-m) > 0.0 4.地基应力及偏心距验算

基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力

作用于基础底的总竖向力 = 797.144(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=1148.162(kN-m) 基础底面宽度：B=3.200 (m) 偏心距：e= 0.160(m)

基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 1.440(m) 基底压应力:

趾部=323.679 踵部=174.536(kPa)

最大应力与最小应力之比 = 323.679 / 174.536 = 1.855 作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.160 <= 0.167*3.200 = 0.533(m) 墙趾处地基承载力验算满足:

压应力=323.679 <= 600.000(kPa) 墙踵处地基承载力验算满足:

压应力=174.536 <= 650.000(kPa) 地基平均承载力验算满足:

压应力=249.108 <= 500.000(kPa) 5.基础强度验算

基础为天然地基，不作强度验算 6.上墙截面强度验算

上墙重力 Ws = 147.200 (kN) 上墙墙背处的 Ex = 41.190 (kN) 上墙墙背处的 Ey = 12.357 (kN)

相对于上墙墙趾，上墙重力的力臂 Zw = 1.033 (m) 相对于上墙墙趾，上墙Ex的力臂 Zy = 1.333 (m) 相对于上墙墙趾，上墙Ey的力臂 Zx = 2.000 (m) [容许应力法]:

法向应力检算:

相对于上墙墙趾，合力作用力臂 Zn = 0.764(m) 截面宽度 B = 2.400 (m) 偏心距 e1 = 0.436(m)

截面上偏心距验算满足: e1= 0.436 <= 0.250*2.400 = 0.600(m) 截面上压应力: 面坡=138.949 背坡=-5.985(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 138.949 <= 800.000(kPa) 拉应力验算满足: 计算值= 5.985 <= 80.000(kPa)

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切向应力检算:

剪应力验算满足: 计算值= -9.430 <= 80.000(kPa) 斜截面剪应力检算

斜剪应力验算满足: 计算值= 27.735 <= 80.000(kPa) [极限状态法]:

重要性系数γ0 = 1.000

验算截面上的轴向力组合设计值Nd = 159.557(kN) 轴心力偏心影响系数αk = 0.716

挡墙构件的计算截面每沿米面积A = 2.400(m2) 材料抗压极限强度Ra = 1600.000(kPa)

圬工构件或材料的抗力分项系数γf = 2.310

偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数Ψk = 0.997 计算强度时:

强度验算满足: 计算值= 159.557 <= 1190.383(kN) 计算稳定时:

稳定验算满足: 计算值= 159.557 <= 1186.354(kN) 7.墙底截面强度验算

验算截面以上，

墙身截面积 = 27.400(m2) 重量 = 630.200 kN

相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 1.963 (m) [容许应力法]: 法向应力检算:

作用于截面总竖向力 = 797.144(kN)

作用于墙趾下点的总弯矩=1148.162(kN-m)

相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 1.440(m) 截面宽度：B = 3.200 (m)

偏心距：e1 = 0.160(m) 截面上偏心距验算满足:

e1= 0.160 <= 0.250*3.200 = 0.800(m) 截面上压应力:

面坡=323.679 背坡=174.536(kPa) 压应力验算满足:

计算值= 323.679 <= 800.000(kPa) 切向应力检算:

剪应力验算满足:

计算值= -43.713 <= 80.000(kPa) [极限状态法]:

重要性系数γ0 = 1.000

验算截面上的轴向力组合设计值Nd = 797.144(kN) 轴心力偏心影响系数αk = 0.971

挡墙构件的计算截面每沿米面积A = 3.200(m2) 材料抗压极限强度Ra = 1600.000(kPa)

圬工构件或材料的抗力分项系数γf = 2.310

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偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数Ψk = 0.959 计算强度时，强度验算满足:

计算值= 797.144 <= 2152.163(kN)

计算稳定时，稳定验算满足:

计算值= 797.144 <= 2064.934(kN)

8.结论

综上所述，桩号K1+500处挡土墙的强度和稳定性满足设计要求。 同理，用理正挡土墙设计软件对桩号K1+533.97和桩号K1+493.97处的挡土墙进行验算，可以得到桩号K1+533.97和桩号K1+493.97处的挡土墙其强度和稳定性也满足设计要求。该路段挡土墙设计满足要求。

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