路基路面课程设计.docx

挡土墙设计
一 基本资料
某新建公路K2+310~ K2+420路段拟采用浆砌片石重力式路肩墙，具体设计资料列于下：

1. 路线技术标准：一级公路;。
2. 填料为砂性土，其密度=19KN/m³，计算内摩擦角=35°，填料与墙背间的摩擦角=/2；
3. 地基为密实砂类土，其容许承载力=400Kpa，基底摩擦系数µ=0.40, 地基土摩擦系数=
4. 墙身材料采用，砌体密度=22 KN/m³，砌体 KN/m³,，，，。
6.二 挡土墙的平面、立面布置如下图
1、挡土墙的正面图

2、挡土墙的平面图

二 挡土墙横断面设计，并拟定断面尺寸

如上图所示，拟定挡土墙横断面宽度D为1.2m 基底宽B为1.43m,高度为4.77m。设计挡土墙为重力式仰斜挡土墙。
三 计算主动土压力
墙体自重

根据拟建挡土墙的条件浆砌块石，查得墙背摩擦角为，此处取=，墙后填土倾斜，=，，故。墙后填土选择为沙类土,容重为。

最大土压力公式

其中

则

其中附加荷载强度q值由表6-5经内插法计算可得q=17.5

土压力的竖向分力：

土压力的水平分力：

四 验算挡土墙抗滑、抗倾覆稳定性

首先，通过计算分别求得挡土墙自重G的作用点，以及其到墙踵的水平力矩Z。如图所示，将挡土墙分为三个部分，非别求出个各部分的（G1,Z1）、(G2,Z2)和(G3,Z3),从而进一步求得重心位置和Z。
经简单计算，得

由于挡土墙重度一致，则

用同样的方法可以求得土压力作用点的竖直力矩Zy和水平力矩Zx
则Ea的作用点距墙踵的垂直距离为

得 Z=1.50+Ztan=1.88m
抗滑稳定性验算
为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算其在土压力及其他外力作用下，基底摩阻力抵抗土墙滑移的能力。
一般情况下应满足：
式中：——基底倾角
——基底摩擦系数，取0.4
——主动土压力分项系数，根据细则，取1.4

因70.68>66.99,即得出结论：设计挡土墙满足抗滑稳定性要求。
抗倾覆稳定性验算
为保证挡土墙的抗倾覆稳定性，须验算它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力

式中：——墙身、基础及其上的土合力重心到墙趾的水平距离（m）
即可得出结论：设计挡土墙满足抗倾覆稳定性要求。

六 验算基底应力及偏心距
分析知此挡土墙受到偏心荷载的作用
则作用于基底的合力偏心距e为：

式中：B为基底宽度，取1.43m

=0.759
则
由于,所以

其中当基底有倾斜时，
其中：——基地倾斜角
W——低水位浮力（KN）,此处取W值为0
——垂直恆载，取值1.20
——基底倾角
则
基底边缘应力还应满足下列公式

其中：——经计算，基地平均应力与最大应力均满足要求。
七 验算墙身截面强度

强度计算
如图，取1-1面为验算断面，按每延米墙长计算：

式中：——设计轴向力（kN）,
墙顶防撞护栏重量换算集中力：
——重要度系数，根据规范墙高<5m等级为一级的道路取值为1.0
——主动土压力引起的轴向力，即Ey
——荷载组合系数，据规范6-17取1.0
稳定计算

式中：——轴向力偏心影响系数

——弯曲平面内的纵向翘曲系数，按下式计算：

——2H/B,H为墙有效高度（是下端固定，上端自由，m）,B为墙的宽度（m）
——系数，据规范6-20取0.002
——材料极限抗压强度（kPa）,取0.71MPa
——抗力分项系数，据规范6-18选用值2.13

=402.65<426.43,故挡土墙截面稳定性满足要求

参考文献：
1.《路基路面工程》 邓学钧 人民交通出版社
2.《土力学地基基础》 陈希哲 清华大学出版社
3.《公路挡土墙设计》 陈忠达 人民交通出版社

普通水泥混凝土路面设计
（一） 设计资料
湖南某地(IV3)拟建高级公路，公路中间有一收费站，要求收费站采用水泥混凝土类路面结构，设计年限为15年，土基为粉质土，确定土基的稠度为1.10，路基干湿状态为干燥状态。有关资料如下：

1.初始条件：

表1 交通组成
型号
前轴载(KN)
后轴载(KN)
后轴数
轮组数
轴距(cm)
交通量(辆/日)
三菱T653B
29.3
48.0
1
双
-　
500
黄河JN150
49.0
101.6
1
双
-　
500
江淮HF150
45.1
101.5
1
双
-　
500
解放CA150
28.7
68.2
1
双
-
400
湘江HQP40
23.1
73.2
2
双
>3m
500
东风EQ140
23.7
69.2
1
双
-　
400
东风EQ155
26.5
56.7
2
双
-　
500
长征XD980
37.1
72.65
2
双
-　
500
2．公路技术等级为高速，为双向六车道。
3．交通组成如表1所示，交通量年平均增长率γ= 9%。

(二) 轴载换算
我国公路水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。不同轴-轮型和轴载的作用次数，按公式3-1换算为标准轴载的作用次数。
公式2-1
式中：Ns---100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数
Pi---单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-双轮组或三轴-双轮组轴型I级轴载的总重（KN）
n---轴型和轴载级位数
Ni---各级轴型I级轴载的作用次数
δi---轴-轮型系数，单轴-双轮组时，δi=1，单轴-单轮组时，；
双轴-双轮组时，；三轴-双轮组时，；

轴载换算结果汇总如表2-2
车型
PI(KN)
δi
Ni
Ns
三菱T653B
前轴
29.3
1
450
1.33×10-6
后轴
48.0
1
450
0.00358
黄河JN150
前轴
49.00
1
450
0.00497
后轴
101.6
1
450
2255.769
江淮HF150
前轴
45.1
1
450
0.00132
后轴
101.5
1
450
2223.356
解放CA150
前轴
28.7
1
400
4.48×10-8
后轴
68.2
1
400
0.836
湘江HQP40
前轴
23.1
1
450
2.96×10-8
后轴
73.2
6.91×10-6
450
2.11×10-5
东风EQ140
前轴
23.7
1
400
3.96×10-8
后轴
69.2
1
400
1.106
东风EQ155
前轴
26.7
1
450
3.00×10-7
后轴
56.7
4.4×10-6
450
2.26×10-7
长征XD980
前轴
37.1
1
450
5.80×10-5
后轴
72.65

450
2.51×10-8
总计
4450.98
设计使用年限内设计车道的标准轴载累计作用次数Ne
公式2-2
式中：Ne---标准轴载累计当量作用次数
t---设计基准年限
γ---交通量年平均增长率，γ=9 %
η---临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，取η=0.2，
如表2-3 混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分布系数
公路等级
纵缝边缘处
高速公路、一级公路、收费站
0.17-0.22
二级及二级以下公路
行车道宽>7m
0.34-0.39
行车道宽≤7m
0.54-0.62

一个车道的累计当量轴载作用次数为：

(三) 结构组合设计及材料选取
面层：由规范查得推荐厚度24cm，其长度5.0m，宽为4.5m。
基层：采用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚度为25cm。
垫层：采用18cm低剂量无机结合料稳定土。

水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值
弯拉强度（）
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
抗压强度（）
5.0
7.0
11.0
14.9
19.3
弯拉强度模量
10
15
18
21
23
弯拉强度（）
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
抗压强度（）
24.2
19.7
35.8
41.8
48.4
弯拉强度模量
25
27
29
31
33

根据路基路床顶面回弹模量值经验参考值表，取路基回弹模量为40Mpa
材料类型
回弹模量（）
材料类型
回弹模量（）
中粗砂
80～100
石灰粉煤灰稳定粒料
1300～1700
天然砂砾
150～200
水泥稳定粒料
1300～1700
未筛分碎石
180～220
沥青碎石（粗粒式，）
600～800
级配碎砾石（垫层）
200～250
沥青混凝土（粗粒式，）
800～1200
级配碎砾石（基层）
250～350
沥青混凝土（中粒式，）
1000～1400
石灰土
200～700
多空隙水泥碎石（水泥剂量9.5%～11%）
1300～1700
石灰粉煤灰土
600～900
多空隙沥青碎石（，沥青含量2.5%～3.5%
600～800
根据垫层、基层材料回弹模量经验参考值表，可取低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量为600Mpa，水泥稳定粒料基层回弹模量为1300Mpa。

（四） 计算基层顶面当量回弹模量

基层顶面的当量回弹模量计算如下：:

则:
普通水泥混凝土面层的相对刚度半径为：

计算荷载疲劳应力

因纵缝为设拉杆平缝，查表得到接缝传荷能力的应力折减系数kr=0.87.考虑设计基准内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数

根据公路等级，查表得到考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。
公路等级
高速公路
一级公路
二级公路
三级公路

1.30
1.25
1.20
1.10

则:
计算温度疲劳应力
。
公路自然区划
Ⅱ、Ⅴ
Ⅲ
Ⅳ、Ⅵ
Ⅶ
最大温度梯度（℃/m）
83～88
90～95
86～92
93~98
该区最大温度梯度查表取92℃/m
温度疲劳应力:

板长5m，L/r=5/0.620=8.06,有查图得普通混凝土板厚h=0.24m，。
温度疲劳应力系数

温度疲劳应力为：

应力验算
高级公路的安全等级为一级，相应的目标可靠度查表可得为95%。由查表得目标可靠度和变异水平等级，查表确定可靠度系数。

变异水平等级
目标可靠度（%）
95
90
85
80
低
1.20~1.33
1.09~1.16
1.04~1.08
—
中
1.33~1.50
1.16~1.23
1.08~1.13
1.04~1.07
高
—
1.23~1.33
1.13~1.18
1.07~1.11
以下面公式判断结构是否满足要求
满足要求

（五）防冻厚度检验
由规范知，水泥混凝土路面防冻厚度5cm,路面总厚度，23+25+18=66cm>50cm满足要求。

（六）接缝设计
为避免由温度产生的应力破坏，故在混凝土板中设置横缝与纵缝，此路为特重交通，故缝中设拉杆，拉杆长50cm，直径22cm，每隔40cm设置一个。
1、横向胀缝：缝隙宽0.2cm，缝隙上部5cm，深度内浇填缝料，拉杆的半段固定在混凝土内，另一半涂以沥青，套上约10cm的塑料套筒，筒底与杆端之间留有3cm的空隙，用木屑与弹性材料填充。
2、横向缩缝：缩缝采用假缝，缩缝缝隙宽0.5cm，深度为5cm。
3、施工缝：施工峰采用平口缝构造形成，缝上部深为5cm，宽为0.5cm的沟内浇灌填缝料。
4、横缝的布置：缩缝间距为4.5m，在沥青混凝土路面和水泥混凝土路面间设置胀缝。
5、在平行于行车方向设置纵缝，缝间距3.75m，设置为企口缝带拉杆形式，上部留有0.5cm的缝隙，其内部浇填缝料，内设拉杆。长度如前纵缝与横缝做成垂直正交，使混凝土板具有90°的角隅.

参考文献:
1.<<公路工程技术标准>>(JTGB01—2003)
2.<<公路水泥混凝土路面设计规范>>
3.<<公路沥青路面设计规范>>
4.<<公路路基设计手册>>
5.《路基路面工程》