《路基工程》課程設計-某新建二級公路重力式擋土墻設計

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。路基工程課程設計-某新建二級公路重力式擋土墻設計路基路面工程課程設計指導書2010-2011學年第一學期路基工程課程設計任 務 書題目：某新建二級公路重力式擋土墻設計專業(yè)：交通土建班級：道路071班指導教師： 土木建筑工程學院二零一零年十二月1 課程設計的性質與任務 路基工程課程設計是對路基工程課堂教學的必要補充和深化，通過設計讓學生可以更加切合實際地和靈活地掌握路基的基本理論，設計理論體系，加深對路基設計方法和設計內容的理解，進而提高和培養(yǎng)學生分析、解決工程實際問題的能力。通過設計，培養(yǎng)學生分析問題和

2、解決問題的能力。路基工程課程設計以教師提供的設計資料為主，學生在查閱相關文獻資料的基礎上，結合當地的氣候條件、地質條件、水文條件以及給定的交通條件，擬定擋土墻的設計方案，并對擋土墻的穩(wěn)定性進行驗算。課程設計要求設計計算條理清晰，計算的方法和結果能符合我國現階段路基設計規(guī)范的要求。2 設計要求本課程設計適用交通土建專業(yè)。學生完成課程設計后，能夠掌握路基工程的基礎理論和基本知識，以便使學生具有分析問題和解決路基工程實際問題的能力。具體要求如下：（1）初步掌握路基工程設計的內容、設計計算步驟及方法；（2）設計任務書下達后，應立即著手進行資料的收集和教材、規(guī)范中相關內容的復習工作，使設計成果必須符合現

3、階段相關規(guī)范。（3）要求每個學生充分發(fā)揮獨立工作的能力和鉆研精神，合理擬定設計方案，獨立完成設計計算和驗算，能夠分析設計中存在的問題并能加以解決。（4）每個學生的設計成果均不一樣，如有雷同，一律計零分。（5）設計開始后，應編排工作計劃和進度表，合理安排設計時間，確保設計順利完成。3 路基工程課程設計內容路基課程設計是以擋土墻設計為主的設計內容。（一）設計資料某新建公路K2+345K2+379路段采用漿砌片石重力式擋土墻，具體設計資料列于下：1路線技術標準，山嶺重丘區(qū)一般二級公路，路基寬8.5m，路面寬7.0m。2車輛荷載，計算荷載為汽車-20級，驗算荷載為掛車-100。3橫斷面原地面實測值及路

4、基設計標高如表1所示。4K2+361擋墻橫斷面布置及擋墻型式如圖1（僅供參考）所示（注：參考尺寸：m,=0.40m,=0.60m）。5填料為砂性土，其密度18KN/m3，計算內摩擦角=35，填料與墻背間的摩擦角=。6地基為整體性較好的石灰?guī)r，其允許承載力=450Kpa，基地摩擦系數為f=0.45。7墻身材料采用5號砂漿砌30號片石，砌體=22KN/m3，砌體容許壓應力為Kpa，容許剪應力=100Kpa，容許拉應力=60 Kpa。橫斷面原地面實測值及路基設計標高 表1 左側樁號右側中樁標高（m）路基設計標高（m）8(-2.6) 4(-3)K2+3454(2) 6(4.5)631.45630.57

5、6(-2.4) 6(-3.6)K2+3504(2.1) 6(2.4)631.08630.627(-3) 6(-3)K2+3564(2.2) 6(2.8)629.62630.686(-3) 6(-1)K2+3614(1.2) 6(2.4)628.51630.736(-2) 6(-2.6)K2+3675(2) 5(1.5)630.30630.795(-1.6) 7(-3)K2+3734(2) 6(2)629.08630.856(-1.2) 6(-1.8)K2+3792(1) 8(1)629.03630.91圖1 K2+361擋墻橫斷面布置及擋墻型式示意圖（僅供參考）（二）具體要求擋土墻設計包括擋土

6、墻的平面、立面、橫斷面設計，其中擋土墻橫斷面設計以K2+361橫斷面設計為例。大致步驟如下：1選用何種類型的擋土墻，并說明理由。（路堤墻還是路肩墻，仰斜、俯斜、衡重等）2擋土墻立面設計布置圖1）擋土墻在路基斷面上的布置圖，要求每20m一個。2）擋土墻立面圖3）標準斷面圖4）典型斷面尺寸圖5）瀉水孔構造圖3編寫設計說明書。1）計算主動土壓力；2）驗算擋土墻抗滑、抗傾覆穩(wěn)定性；3）驗算基底應力及偏心距；4）驗算墻身截面強度；（三）設計完成后應提交的成果1擋土墻設計圖。2設計計算說明書。4 課程組織形式與教師指導方法4.1 課程組織形式第一步，根據設計題目，利用各種途徑查閱專業(yè)資料，如設計規(guī)范、教材

7、等；第二步，根據設計指導書及老師的現場答疑指導進行各部分的設計計算；第三步，編制設計計算說明書，并將其提交給指導老師檢查認可；課程設計組織形式：首先把布置設計任務，每天安排指導老師到教室進行整體答疑23課時，學生將在設計過程中遇到的問題集中，向老師提問，如果問題具有普遍性，老師將向全體學生解答，答疑結束后學生繼續(xù)完成各自的設計計算，每隔兩天指導老師檢查學生完成設計的情況，再根據完成的情況指導老師統一意見后繼續(xù)指導學生做后續(xù)的設計。學生應在指導教師的指導下，獨立完成設計內容；內容上要求條理清晰，盡量采用簡圖和表格形式；外觀上要求字體工整，紙張和封面統一。4.2 課程設計內容和時間安排本課程設計時

8、間為1周，具體安排如下：（1）布置設計任務。教師提供路基課程設計的基本資料，并交待課程設計的目的、方法、要求等。0.5天（2）路基設計資料分析、設計方案的擬定 1天（3）通過試算，選擇斷面尺寸 1天（4）計算墻背土壓力和墻身重力及其它參數 1天（5）擋土墻穩(wěn)定性驗算，包括抗滑、抗傾覆、基底應力和合力偏心距以及墻身截面強度驗算。 2天（6）繪制擋土墻橫斷面圖、立面圖、標準斷面圖和所選取斷面圖以及排水圖。 1天 （7）編寫設計說明書。 0.5天5 考核內容與方法5.1 課程設計考核方式 課程設計成績以設計成果的質量為主，結合平時的考差進行評定。凡成績不及格者，必須重修。平時考查主要檢查學生的出勤情

9、況、學習態(tài)度、是否獨立完成設計等幾方面。設計成果的檢查，著重檢查設計圖紙和計算書的完整性和正確性。成績的評定要按課程的目的要求，突出學生獨立解決工程實際問題的能力和創(chuàng)新性的評定。課程設計的成績按優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五級評定。 5.2 課程設計成績評定標準（1）優(yōu)能夠熟練綜合運用所學知識，全面獨立完成設計任務，設計過程中能夠提出自己的見解；設計方案合理，設計計算正確，數據可靠；圖面質量整潔，能很好地表達設計意圖；計算書表達清楚，文字通順，書寫工整。（2）良能綜合運用所學知識，全面完成設計任務；設計方案合理，設計計算基本正確，；圖面質量整潔，能夠較好地表達設計意圖；計算書表達清楚，文字通

10、順，書寫工整。（3）中能運用所學知識，按期完成設計任務；能基本掌握設計與計算方法；圖面質量一般，能較好地表達設計意圖；計算書表達一般，有多處不夠確切。（4）及格基本能運用所學知識，按期完成設計任務；設計與計算沒有原則性錯誤；圖面質量不夠完整，基本能表達設計意圖；計算書表達一般，有多處錯誤存在。（5）不及格運用所學知識能力差，不能按期完成設計任務；設計與計算有嚴重錯誤；圖面不整潔，不能表達設計意圖；計算書不完整，有多處錯誤存在。擋土墻設計指導書第一節(jié) 概述無論平原地區(qū)還是山區(qū)公路都有很多路段要設擋土墻，山區(qū)公路使用最多。擋土墻可起到收縮坡腳、防止路基滑動等作用。山坡陡峻，用以降低邊坡高度，減少山

11、坡開挖，避免破壞山體平衡或地質條件不良時，用以支擋可能坍滑的山坡土體，可設置路塹擋土墻。山坡上有可能產生坍滑的覆蓋層土體和破碎巖層，可設置山坡擋土墻（必要時可分段設幾道）。在陡山坡上，為了保證路堤穩(wěn)定或收縮坡腳或為避免與其他建筑物（如房屋、鐵路、水渠等）或防止多占農田，可設路肩墻。受地形限制等原因必須收縮坡腳，可設路堤（坡腳）擋土墻。沿河路堤，需收縮坡腳以防沖刷和淘刷，可設置浸水擋土墻。橋梁接坡段有時也視具體工程情況設置支擋結構。是否要設置擋土墻，應根據工程地質、地形、氣候、土地利用等情況，并與移改路線位置方案（包括線形質量、工程造價、路線長度等）、開挖和填筑邊坡（包括穩(wěn)定性、造價、農田占用等

12、）、拆遷其他與路基有干擾的結構物（房屋、河道、水渠等）、其他處理方案（如橋梁、導流結構物、護墻、輕質路堤等刷坡清方）等，做綜合技術經濟對比確定。擋土墻類型應綜合考慮工程地質、水文地質、沖刷深度、荷載作用情況、環(huán)境條件、施工條件、工程造價等因素，按表8-1的規(guī)定選用。各類擋土墻適用條件表8-1擋土墻類童適用條件重力式擋土墻適用于一般地區(qū)、浸水地區(qū)和地震地區(qū)的路肩、路堤和路塹等支擋工程。墻高不宜超過12m ，干砌擋土墻的高度不宜超過6m 。高速公路、一級公路不應采用干砌擋土墻半重力式擋土墻適用于不宜采用重力式擋土墻的地下水位較高或較軟弱的地基上，墻高不宜超過8m懸臂式擋土墻宜在石料缺乏、地基承載力

13、較低的填方路段采用，墻高不宜超過5m 扶壁式擋土墻宜在石料缺乏、地基承載力較低的填方路段采用，墻高不宜超過巧15m錨桿擋土墻宜用于墻高較大的巖質路重地段，可用作抗滑擋土墻，可采用肋柱式或板壁式單級墻或多級墻，每級墻高不宜大于8m ，多級墻的上下級墻體之間應設置寬度不小于2m 的平臺錨定板擋土墻宜使用在缺少石料地區(qū)的路肩墻或路堤式擋土墻，但不應建筑于滑坡、胡塌、軟土及膨脹土地區(qū)?？刹捎美咧交虬灞谑?，墻高不宜超過10m 。肋柱式錨定板擋土墻可采用單級墻或雙級墻，每級墻高不宜大于6m ，上下級墻體之間應設置寬度不小于2m 的平臺，上下兩級墻的肋柱宜交錯布置加筋土擋土墻用于一般地區(qū)的路肩式擋土墻、路

14、堤式擋土墻，但不應修建在滑坡、水流沖刷、崩塌等不良地質地段。高速公路、一級公路墻高不宜大于12m ，二級及二級以下公路不宜大于20m 。當采用多級墻時，每級墻高不宜大于10m ，上下級墻體之間應設置寬度不小于2m 的平臺樁板式擋土墻用于表土及強風化層較薄的均質巖石地基，擋土墻高度可較大，也可用于地震區(qū)的路塹或路堤支擋或滑坡等特殊地段的治理在勘察設計階段，應對擋土墻地基基礎進行綜合地質勘察，查明地基地質條件和地質承載能力。設計中應分析預測擋土墻對環(huán)境產生的影響，確定必要的環(huán)境保護方案和措施；在施工階段應采用合理施工方法，盡量減少對環(huán)境和相鄰路基段的不利影響。擋土墻可采用錐坡與路堤連接，墻端應伸人

15、路堤內不小于0 . 75m ，錐坡坡率宜與路堤邊坡一致，并宜采用植草防護措施。擋土墻端部嵌人原地層的深度，土質地層不應小于1.5m , 風化軟質巖層不應小于1.0m ，微風化巖層不應小于0.5m 。應根據擋土墻墻背滲水量合理布置排水構造物。具有整體式墻面的擋土墻應設置伸縮縫和沉降縫。擋土墻墻背填料宜采用滲水性強的砂性土、砂礫、碎（礫）石、粉煤灰等材料，嚴禁采用淤泥、腐殖土、膨脹土，不宜采用勃土作為填料。在季節(jié)性凍土地區(qū)，不應采用凍脹性材料作填料。路肩式擋土墻的頂面寬度不應占據硬路肩、行車道及路緣帶的路基寬度范圍，并應設置護欄。高速公路和一級公路的護欄設計應符合 公路交通安全設施設計規(guī)范 （JT

16、G D81 一2006）的有關規(guī)定。第二節(jié)擋土墻的構造見路基工程85頁第三節(jié)擋土墻土壓力計算第四節(jié)擋土墻穩(wěn)定性驗算（1）抗滑穩(wěn)定性驗算為保證擋土墻的抗滑穩(wěn)定性，應檢算在土壓力及其他外力作用下，基底摩阻力抵抗擋土墻滑移的能力，用抗滑穩(wěn)定系數K。表示，即抗滑力與滑動力之比。如圖4-13所示，抗滑穩(wěn)定系數為：Kc=G+EyfExKc式中：G擋土墻自重；Ex，Ey墻背主動土壓力的水平與垂直分力；f基底摩阻系數，可通過現場試驗確定。無試驗資料時，可參考表4-8的經驗數據； Kc容許抗滑穩(wěn)定系數，見表4-7。圖4-13 擋土墻的滑動與傾覆穩(wěn)定（2）抗傾覆穩(wěn)定性驗算 為保證擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定性，必須驗算它抵

17、抗墻身繞墻趾向外轉動傾覆的能力，用抗傾覆穩(wěn)定系數K0表示，即對于墻趾的總穩(wěn)定力矩My與總傾覆力矩M0之比，如圖4-13所示。K0=MyM0=GZG+EyZyExZxKo式中：Ko容許抗傾覆穩(wěn)定系數，見表4-7。在驗算擋土墻穩(wěn)定性時，一般均未計墻趾前的被動土壓力。若檢算結果KCKc或K0B16時，法向應力重分布：max=2(G1+E1y)3(B12-e1)a max，min驗算截面的最大、最小法向應力； a圬工砌體的容許壓應力；其余符號意義如圖所示。（2)剪應力驗算 對于重力式擋土墻，一般只進行墻身水平截面的剪應力驗算；對折線式和衡重式，除驗算水平截面外還應驗算傾斜截面，如圖4-16中的3-3截

18、面。水平截面的剪應力為=T1A1=E1xB1式中：A1受剪面積，A1=B11； 圬工砌體容許剪應力； 其余符號意義同前。當墻身截面出現拉應力時，應考慮裂縫對受剪面積的折減。445 增加擋土墻穩(wěn)定性的措施(1)增加抗滑穩(wěn)定性的方法1)采用傾斜基底(圖4-18)采用傾斜基底時，基底傾角0越大，對抗滑穩(wěn)定性越有利，但應考慮擋土墻連同地基土體一起滑動的可能性，因此對地基傾斜度應加以控制。通常，對土質地基，不陡于1：5（01119）；對巖石地基，不陡于1：3（01642）。圖4-18 采用傾斜基底增加擋土墻抗滑穩(wěn)定性 此外，在驗算沿基底的抗滑穩(wěn)定性的同時，還應驗算通過墻踵的地基水平面（圖4-18中的-水

19、平面）的滑動穩(wěn)定性?？够€(wěn)定系數為：Kc=(G+Ey+G)f0Ex式中：G一一平面-與基底間的土楔重，按下式計算：G=12土B12tan0 土 地基土的容重； f0地基土的內摩阻系數，無實測資料時，可參照表4-10選用。若系粘性土，則按換算內摩阻角計算。表4-10地基內摩阻系數f0表地基土名稱內摩阻系數 f0地基土名稱內摩阻系數 f0松散干砂土O.58O.70干礫石(卵石)O.70O.84濕潤砂土O.620.84濕礫石(卵石)O.58飽和砂土0.36O.47干密淤泥O.841.20干粘土O.841.OO濕潤淤泥O.36O.47濕粘土O.36O.582)采用凸榫基礎(圖4-19) 在擋土墻底部設

20、置砼凸榫基礎的作用在于利用榫前被動土壓力，增加其抗滑力，從而增加擋墻的抗滑穩(wěn)定性。為了增加榫前被動阻力，應使榫前土楔不超過墻趾。同時，為防止因設凸榫而增加墻背的主動土壓力，應使凸榫后緣與墻踵的連線與水平線的夾角不超過土體內摩阻角。因此應將整個凸榫置于通過墻趾并與水平線成 45-/2 角線和通過墻踵并與水平線成角線所形成的三角形范圍內，如圖4-19。圖4-19 凸榫基礎設凸榫后的抗滑穩(wěn)定系數為：Kc=TB2+EpEx=122+3B2f+htepEx式中：TB2凸榫及榫后基底的摩阻力，TB2=12(2+3)B2f； Ep凸榫前的總抗滑力，當=0(填土表面水平)，=0(墻背垂直)，=0(墻背光滑)時

21、，Ep=htep ep榫前的被動土壓力，按朗金(Rankine)理論計算：ep=httan2(45+2)12(1+3)tan2(45+2)實際生產中，考慮到結構安全的需要，ep可取上式的13。 Ex滑動力，即主動土壓力的水平分力。其余符號如圖4-19所示。此處，因考慮了凸榫前的被動土壓力，故未計入榫前B1寬度內的基底摩阻力。按照抗滑穩(wěn)定性要求，令Kc=Kc，代入式(4-36)即可得出計算凸榫高度。的公式：ht=KcEx-12(2+3)B2fep凸榫寬度Bt根據下述兩方面的要求進行計算，取其大者：(a) 根據截面-(圖中虛線)上的彎矩：Bt=6Mtl=612ephthtt=3ht2ept (b)

22、根據-截面上的剪應力：Bt=htepc式中：l，c砼的容許彎拉應力和容許剪應力。3)采用人工基礎采用換土的辦法，增加墻底與地基之間的摩阻系數，從而加大抗滑力，增加擋墻的抗滑穩(wěn)定性。(2)增加抗傾覆穩(wěn)定性的方法根據抗傾覆穩(wěn)定系數的計算原理，應采取加大穩(wěn)定力矩和減小傾覆力矩的方法增加抗傾覆穩(wěn)定性。1)展寬墻趾展寬墻趾的作用是增大抗傾覆力矩的力臂，從而增加其抗傾覆穩(wěn)定性，是增加擋墻抗傾覆穩(wěn)定性的常用方法。但是，當墻趾前地面較陡時，墻趾加寬過多，將導致墻高和圬工體積顯著增加。2)改變墻面及墻背坡度圖4-20改變胸坡及背坡a)改變胸坡；b)改陡俯斜墻背；c)改為仰斜墻背改陡墻背坡度可減小土壓力(圖4-2

23、0b)，改緩墻面可加大抗傾覆力矩的力臂(圖4-20a)。但是，若墻趾前地面較陡，改緩面坡將引起基礎外移，使墻高增加。3)改變墻身斷面形式圖4-21加寬墻趾前后的基底應力分布由42節(jié)可知，不同的墻身斷面形式具有不同的穩(wěn)定性，就抗傾覆而言，衡重式優(yōu)于仰斜式，仰斜式又優(yōu)于俯斜式。設計時可根據地基和地面橫坡情況選擇適當的墻身斷面形式，以增加擋墻的抗傾覆穩(wěn)定性。(3)提高地基承載力或減小基底應力的方法1)采用人工基礎通過換土或人工加固地基的辦法來擴散地基應力或提高地基承載力。2)采用擴大基礎(圖4-21)擴大基礎的目的是加大承壓面積，以減小基底應力。第五節(jié) 擋土墻的布置擋土墻的布置，通常在路基橫斷面和墻

24、址縱斷面上進行。布置前，應實地核對路基橫斷面（不足時應補測），測繪墻址處的縱斷面圖，收集墻址處的地質和水文等資料。擋土墻設計圖包括正面圖、橫斷面圖、平面布置圖、配筋圖、排水系統。1.縱向布置擋土墻的縱向布置在墻址縱斷面上進行，并繪制擋土墻正面圖（圖8-1) ，縱向布置包括確定擋土墻的起訖點或墻長，選擇擋土墻與路基或其他結構物的連接方式；按地基及地形情況進行分段，確定沉降縫及伸縮縫的位置；布置各段擋土墻的基礎；確定泄水孔的位置，包括數量、間距和尺寸等。圖8-1 擋土墻布置圖在布置圖上應注明各特征斷面的樁號、墻頂、基礎頂面、基底、沖刷線、凍脹線、常水位或設計洪水位的高程等。2.橫斷面圖繪制訖起點、

25、墻高最大處、墻身斷面和基礎形式變異處以及其他必須樁號的擋土墻橫斷面圖。按計算結果布置墻身斷面、基礎形式和埋置深度，布設排水設施，指定墻背填料的類別等。3平面布置個別復雜的擋土墻，例如高長的沿河曲線擋土墻或需要在紙上研究擋土墻平面布置的復雜擋墻，除了橫縱向布置外，還應做平面布置。繪制平面圖如圖6 一14 所示，圖中應標示擋土墻與路線的平面位置、地貌和地物（特別是與擋土墻有干擾的建筑物）等情況。沿河擋土墻還應繪出河道及水流方向，其他防護、加固工程等。此外，在設計圖上還應說明采用標準圖的編號、選用擋土墻設計參數的依據、所需的工程材料數量及其他有關材料及施工的要求和注意事項等。第六節(jié)重力式檔土墻設計實例一、設計資料漿砌片石重力式路堤墻（圖6-22 )，墻高H=6m ，填土高度=3m，填土邊坡坡度1:1.5，填土重度，綜合內摩擦角，