路基路面工程課程設計

重力式擋土墻設計一、根本資料墻身及根底墻身及根底填料及地基填料種類擋土墻類型墻重度(kN/m)3t19H(m)4.00墻面坡度1：0.2墻背坡度填料內摩擦角(0)(m)地基土類別重度35/2砌筑材料1：0.2M5漿砌MU5片石(kN/m3)t0.8021砌筑材料的重度(kNt/m)323f(kN)400a基地與地基土基地坡度tan00.400.20摩擦系數1圬工砌體間的摩擦系數大路等級及荷載強度0.70地基土摩擦系數n0.80片石砂漿砌體強度設計值大路等級一級汽車荷載標準-Ⅰ級軸心抗拉f抗壓fcd(MPa)(MPa)0.71td0.048墻頂護欄荷載強度彎曲抗拉f(MPa)tmd0.072q(kN/m2)L7.00直接抗剪f(MPa)vd0.120二、已建擋土墻的截面尺寸如下圖，以下將對其進展有關計算和驗算擋土墻的立面圖：路段長泄水孔沉降縫或收縮縫塹路段長泄水孔沉降縫或收縮縫塹1擋土墻平面圖：2以下計算中用到的參數可在圖中表示如下：hhaH3由圖知：a=0，b=0，h0 =0.92m三、車輛荷載的等效土層高度計算與車輛荷載換算。4m時，附加荷載標準值：q17.5(kN/m2)換算等代均布土層厚度為：h q0

17.519

0.92(m)因根底埋置較淺，不計墻前被動土壓力。B。d=0Atan0.2(cottan)(tan(cottan)(tanA)(cot35tan38.46)(tan41.19(cot35tan38.46)(tan41.190.2)=〔H+a〕tanθ+Htana-b=2.4m3θθ=arctan0.7=354LL=L。+(H+2a)tan30=〔4+4.79×0.58〕=16.78m四、主動土壓力的計算KaK1(tantan) tan350.2Kcos() cos(3535) 0.18sin() sin(35h d 01 tantan

41.19)墻頂至后踵點(O

的墻背高度為H7)22h 2

2h 20.92K 1 01 11 01 1.381 H H H 4.79求主動土壓力及作用點位置后踵點土壓力為：1 1E2KK1H2

190.181.384.79254.14(kN/m)2單位墻長〔1m〕上土壓力的水平重量：ExEcos()154.14cos(11.3117.5)153.83(kN)單位墻長〔1m〕上土壓力的豎直重量：EyEsin()154.14sin(11.3117.5)15.85(kN)土壓力水平重量的作用點至墻趾的距離：H h 4.79 0.92Z 0 H 0.291.55(m)y 3 3K1

3 31.38土壓力豎直重量的作用點至墻趾的距離：Z B (Z H)tan1.43(1.530.29)tan(11.31)1.74(m)x 4 y五、擋土墻自重及重心計算取單位墻長1m4虛線所示，將擋土墻截面劃分為三局部〔毫米為單位:1.2m1.2m01220：1.4940.3m05 1.5m09101.43m4截面各局部對應的墻體重量為：G 1 1

1.204.01110.40(KN)G 1.500.5117.25(KN)2 1G 1.500.29/253 1截面各局部的重心至墻趾〔1〕的距離：

KN)Z 0.30.50.2(50.21.2)/21.4(m)1Z 0.50.2/21.5/20.8(m)2Z (1.51.43)/30.98(m)3單位墻長的自重重力為：G GG G0 1 2

132.65(kN)全截面重心至墻趾的距離：Z (Z G0 1 1

Z G2

Z G3

)/G0

1.31(m)5所示：

Z1Z1G1Z2G2Z3G320405六、地基水載力特征值f”根底最小深〔算至墻趾點：h 0.8H埋 2

0.80.51

m〕1.0(m)符合根底最小埋深的規(guī)定；h 30m〕，且根底寬度B埋 1

1.4320m〕所以修正后的地基承載力特征值f”等于地基承載力特征值f。5.2.8H時，地基承載力特征值提高系數K=1.0,故f”=1.0400=400〔kPa〕七、擋土墻抗滑穩(wěn)定驗算狀態(tài)下的作用效應組合。沿基地平面滑動的穩(wěn)定性驗算如圖6QL=7KN/QL=7KN/m3EZxx墻趾點Z0O1G0a基底假想滑動面Ey6Ep=0，計入作用于墻頂的護欄重力?；瑒臃€(wěn)定方程應符合：1.G

(EQ1

Etanx

1

EQ1

)tan0

E 0Q1 xQ11.4,則有：1.1132.6570.1.45.8453.830.0.41.1132.6570.1.45.840.21.453.8325.3kN0符合沿基底傾斜平面滑動穩(wěn)定方程的規(guī)定?？够瑒臃€(wěn)定系數：NG E q 0.5132.655.8470.5141.99(kN)0 y L(NEK

tan)0

(141.9953.830.2)0.42.4c E Ntanx 0

53.83141.990.2本細則表5.3.5規(guī)定，荷載組合II時，抗滑動穩(wěn)定系數K 1.3，故本例沿傾c7ExEx墻趾點O1G0a墻踵點O基底假想滑動面N2Ey7計入傾斜基底與水平滑動面之間的土楔的重力Nc=0。N432921/21滑動穩(wěn)定方程應符合：E ) E 0Q1 Y n Q1 x

kN〕(132.6570.54.35)1.45.840.81.453.8354.82(kN)0計算結果符合滑動穩(wěn)定方程的規(guī)定。2抗滑動穩(wěn)定系數：〔NN)K

(132.6570.55.844.35)0.82.171.3c E 53.83八、擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性驗算1.2m201.2m20012：1.EEZxxm.4EyO1aO1O2.010.9GZ0

8(EZQ1 y

E X

〕0 即：y091365.31.005192.4584174583.559N,y計算結果符合傾覆穩(wěn)定方程的規(guī)定。抗傾覆穩(wěn)定系數：GZK

EZy

C EZx y

53.831.535.3.5IK01.50,故本例的抗傾覆穩(wěn)定系數符合本例的抗傾覆穩(wěn)定系數符合本細則規(guī)定。九、擋土墻身正截面強度和穩(wěn)定驗算取基頂截面為驗算截面：基頂截面壓力計算由墻踵點土壓力的計算結果：K 0.1，h 0

m;基頂截面寬度：

B B 1.20(m);s 2基頂截面處的計算墻高為：H4.0(m)。0K 12h 120.921.4601 H 4 ;基頂處的土壓力為：1 1E K2 a

KH2 190.181.464239.95(kN/m)1 2單位墻長〔1m〕上土壓力的水平重量：E Ecos〔〕39.95cos〔11.31x

17.59

kN〕單位墻長〔1m〕上土壓力的豎直重量：E Esi395si〔13151y土壓力水平重量的作用點至基頂截面前緣的力臂長度：

kN〕H h 4.00 0.92Z 0 1.54(m)y 3 3K1

3 31.46土壓力豎直重量的作用點至基頂截面前緣的力臂長度：Z B H tan1.201.54tan(11.31)1.51(m)x S 1基頂截面偏心距驗算：截面寬度：B B 1.20(m)s 2取單位墻長〔1m，基頂截面以上墻身自重：N Gs

110.04(kN)墻身重心至驗算截面前緣力臂長度：Z (BH 21.0(m)y s 1墻頂防撞護欄重量換算集中力：N qL L

0.570.53.50(kN)護欄換算集中力至驗算截面前緣的力臂長度：Z 0.25Htan1.05(m)LN N N 110.43.5113.9(kN),N E 4.31(kN)G S L Q1 y按本細則公式〔6.3.5〕6.3.5-1取綜合數應組合系數ZC1.0并4.1.7的規(guī)定，取荷載分項系數G1.2Q11.4截面形心上的豎向力組合設計值為：N ( N N )1.0(1.2113.91.44.31)142.71(kN)d ZC G G Q1 Q1基底截面形心處，墻身自重及護欄重量作用的力矩：BM N(Z Bs)N (Z s)BG s s 2 L L 2110.410.3.51.050.45.2基底截面形心處，墻身自重及護欄重量作用的力矩：

kNm)M EZE y

sEZB 2 x B

39.721.5457.25(kNm) 0.9, 1.4按本細則表4.1.7的規(guī)定，分別取作用分項系數：G Q1力矩組合設計值：

ZC1.0截面形心上的總M ( M M )0.945.721.4(57.25)39.00(kNm)d ZC G G Q1 E查本細則表6.3.6得合力偏心距容許限值為：e0.25B0 s

0.251.20.3(m)截面上的軸向力合力偏心距：MdNd39.00142.71e 0.27(m)MdNd39.00142.710〔6.3.8-1〕驗算受壓構件墻身承載力。截面承載力驗算：由前計算結果知，作用于截面形心上的豎向力組合設計值為：N 142.71(kN)d3.1.501.06.3.81.3由本細則公式〔6.3.8-3〕計算構件的長細比：s2H/Bs21.34.0/1.28.676.3.8條規(guī)定： 0.002,e0 0.270.23s B 1.2ss由公式〔6.3.8-1〕得構件軸向力的偏心距e0和長細比 構件承載力的影響系數：se 256 0 Bs

1 12560.238k e 2

e

2

1120.23212 0

1(3)116

0s B s s s s

Bs 1 0.5210.0028.67(8.673)1160.232A1.0Bs

1.2(m2),由根本資料知：fed

0.71(Mpa)710(kN/m2)墻身受壓構件抗力效應設計值： Afk ed

0.521.2710443.04(kN) N 1.0142.71142.71(kN)443.04(kN),0 d符合本細則公式〔6.3.8-1〕的規(guī)定，所以截面尺寸滿足承載力驗算要求。正截面直承受剪驗算：6.3.12條規(guī)定，要求：0VdAfvdNGd計算截面上的剪力組合設計值：VdQ1Ex1.439.7255.61(kN)N ( N N )1.0(0.9113.91.04.31)106.82(kN)Gd zc G G Q1 Q1由根底資料得：f 0.120(Mpa)120(kN/m2),fvd

0.71(Mpa)710(kN/m2)s又：A1.0B 1.2(m2)sGd 可計算得到軸壓比為：N /f A106.82/(7101.2)Gd 查本細則表6.3.12得： 0.16Af Nvd Gd

1.21200.13106.82157.89(kN)55.61(kN)符合正截面直承受剪驗算要求。路面課程設計一、設計資料某地大路自然區(qū)劃Ⅱ區(qū)擬建高速大路，承受瀝青路面構造，設計年限為15年，土基為粉質土，確定土基的稠度為1.10，路基干濕狀態(tài)為枯燥狀態(tài)。有關資料如下：初始條件：T653B(KN)29.348.01雙-500黃河JN15049.0101.61雙-500江淮HF15045.1101.51雙-500解放CA15028.768.21雙-400湘江HQP4023.173.22雙>3m500EQ14023.769.21雙-400EQ15526.556.72雙-500長征XD98037.172.652雙-500型號型號載后軸載(KN)后軸數輪組數軸距(cm)(輛/日)8%。二、設計過程1．交通分析0.28%國大路瀝青路面設計標準規(guī)定以汽車軸重100KN的單軸荷載作為設計標準軸載。但凡前后軸載大于25KN此可以無視不計。依據上面表一的交通組成可得標準軸載作用次數Ns=1286屬于重交通等級。100KN為標準軸載1〕以設計彎沉為指標及驗算瀝青層層底拉應力中的累計當量軸次①軸載換算軸載換算承受如下的計算公式Nki1

CCn1 2

P4.35 iiP注:25KN的軸載作用不計,高速大路瀝青路面設計年限取15年,四車道的車道系數是0.45累計當量軸次Ne=2.55×1062)驗算半剛性基層層底拉應力平均累積當量軸次①軸載換算8驗算半剛性基層層底拉應力的軸載換算公式為:8k

CCnpii12所示2〕累計當量軸次

1 2 ip15Ne=2.55×106注：軸載小于50KN的軸載作用不計初擬路面構造依據有關規(guī)定和閱歷初擬水泥混凝土面層厚度為25c墊層厚度為17cm。其中面層承受一般混泥土，基層水泥穩(wěn)定粒料，墊層為自然5m4.2m。橫向縮縫承受設傳力桿假縫，縱向施工縫承受設拉桿的平縫或設拉桿的企口縫形式，縱向縮縫承受設拉桿假縫形式。路面材料參數確定在重交通等級的一般混凝土面層彎拉強度標準值查表可知，一般混凝土面層彎拉強度標準值可取為5.0MPa，相應彎拉彈性模量標準值查參考值表1-831GP。依據枯燥路基路床頂面回彈模量值閱歷參考值表 1-10，取路基回彈模量為依據墊層、基層材料回彈模量閱歷參考值表，可取低劑量無機結合料墊層回彈模量為600Mpa，水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量為1300Mpa。按下面公式計算基層頂面當量回彈模量如下：Eh21 1

Eh22

13000226000.172Ex= h21h22

0.22

0.172

106

MPa〕Eh3 Eh3 h h2 1 1Dx

1 1 2 2 1 2 〔 1=12 12 4 Eh Eh=1 1 2 21300023 6000.173 0.20.12 1 1 〔 12 12 4 13000.2 6000.17

MNm〕312Dx/Exh 312Dx/ExxEa6.22[11.51(Ex)0.45]4.03oEb11.44(Ex)0.55oE

0.76

1006E ahbE( x)1/3t x o Eo

4.030.350.7640(

/340

212.7(MPa)一般混凝土面層的剛度半徑，按下面公式計算：r0.537h3E /E 0.70(m)c t荷載疲乏應力標準軸載在臨界荷位處產生的荷載應力按下試計算： 0.60h20.0770.700.600.2520.99(MPa)pskr=0.87.考慮設計基準內荷載應力累計疲勞作用的疲勞應力系數efk Nv2.72106)0.0572.3271-7得到考慮偏載和efc動載等因素對路面疲乏損壞影響的綜合系數k 。荷載疲乏應力按下面公式計算：c kk k 0.872.321.30.991.998(MPa)pr r f c ps溫度疲乏應力1-1189℃/m5m，有查圖得一般混凝土板厚h=0.25mB 0.49。按公式計算最大溫度梯度是混凝土板的溫度翹曲應力xa

EhTc gB

1105300000.25890.491.64(MPa)tm 2 x 2按下面公式計算溫度疲乏應力系數：k

[a(

tm)cb]

5.0 1.64[0.828( )1.323

0.041]0.45t ftm r

1.64 5.0按下試計算溫度疲乏應力： ktr t tm

0.451.640.74(MPa)95%標牢靠度和變異水公平級，查表1-3確定牢靠度系數r1.3。以下面公式推斷構造是否滿足要求：( )1.3(1.9980.74)3.56f 5MPar pr tr r〔0.25〕可以承受設計基準期內荷載應力和溫度應力的綜合疲乏作用。三、設計說明下：交通等級設計車道標準特重重中等 輕104〕＞2023100～20233～100 ＜3交通等級1-1大路技術等級高速大路一級大路二級大路 三級、四級公路安全等級一級二級三級 四級設計基準期303020 20〔年〕目標牢靠度〔%〕959085 80目標牢靠指標1.641.281.04 0.84變異水公平級低低～中中 中～高可 靠度設 計 標 準1-2變異水平〔%〕9590 8580低1.20～1.331.09～1.16 1.04～1.08—中1.33～1.501.16～1.23 1.08～1.131.04～1.07高—1.23～1.33 1.13～1.181.07～1.11牢靠度系數γτ1-3交通等級交通等級標準值〔Mpa〕度標準值〔Mpa〕特重5.0重5.0中等4.5輕4.06.06.05.55.0混凝土彎拉強度標準值fr 1-4交通等級交通等級特 重重大路等級變異水平高速低中一級低二級中高速低中一級低二級中斷面厚度〔mm〕≧260≧250 ≧240270～240260～230250～220交通等級中 等輕大路等級二級三、四級三、四級三、四級變異水平高中 高中高中斷面厚度〔mm〕240—210230—200220—200≦230≦220水泥混凝土面層厚度參數范圍1-5基層類型厚度適宜的范圍〔mm〕適宜交通等級貧混凝土或碾壓混凝土的基層120-200特種交通水泥穩(wěn)定粒料基層150-250