(整理)《路基工程》课程设计-某新建二级公路重力式挡土墙设计

2010-2011学年第一学期《路基工程》课程设计任务书题目：某新建二级公路重力式挡土墙设计专业：交通土建班级：道路071班指导教师：土木建筑工程学院二零一零年十二月1 课程设计的性质与任务路基工程课程设计是对路基工程课堂教学的必要补充和深化，通过设计让学生可以更加切合实际地和灵活地掌握路基的基本理论，设计理论体系，加深对路基设计方法和设计内容的理解，进而提高和培养学生分析、解决工程实际问题的能力。

通过设计，培养学生分析问题和解决问题的能力。

路基工程课程设计以教师提供的设计资料为主，学生在查阅相关文献资料的基础上，结合当地的气候条件、地质条件、水文条件以及给定的交通条件，拟定挡土墙的设计方案，并对挡土墙的稳定性进行验算。

课程设计要求设计计算条理清晰，计算的方法和结果能符合我国现阶段路基设计规范的要求。

2 设计要求本课程设计适用交通土建专业。

学生完成课程设计后，能够掌握路基工程的基础理论和基本知识，以便使学生具有分析问题和解决路基工程实际问题的能力。

具体要求如下：（1）初步掌握路基工程设计的内容、设计计算步骤及方法；（2）设计任务书下达后，应立即着手进行资料的收集和教材、规范中相关内容的复习工作，使设计成果必须符合现阶段相关规范。

（3）要求每个学生充分发挥独立工作的能力和钻研精神，合理拟定设计方案，独立完成设计计算和验算，能够分析设计中存在的问题并能加以解决。

（4）每个学生的设计成果均不一样，如有雷同，一律计零分。

（5）设计开始后，应编排工作计划和进度表，合理安排设计时间，确保设计顺利完成。

3 路基工程课程设计内容路基课程设计是以挡土墙设计为主的设计内容。

（一）设计资料某新建公路K2+345~K2+379路段采用浆砌片石重力式挡土墙，具体设计资料列于下：1．路线技术标准，山岭重丘区一般二级公路，路基宽8.5m，路面宽7.0m。

2．车辆荷载，计算荷载为汽车-20级，验算荷载为挂车-100。

3．横断面原地面实测值及路基设计标高如表1所示。

4．K2+361挡墙横断面布置及挡墙型式如图1（仅供参考）所示（注：参考尺寸：1 1.4b =m,d l =0.40m,d h =0.60m ）。

5．填料为砂性土，其密度=γ18KN/m 3，计算内摩擦角φ=35，填料与墙背间的摩擦角δ=2/φ。

6．地基为整体性较好的石灰岩，其允许承载力[]0σ=450Kpa ，基地摩擦系数为f =0.45。

7．墙身材料采用5号砂浆砌30号片石，砌体a γ=22KN/m 3，砌体容许压应力为[]600=a σKpa ，容许剪应力[τ]=100Kpa ，容许拉应力[wl σ]=60 Kpa 。

横断面原地面实测值及路基设计标高 表1图1 K2+361挡墙横断面布置及挡墙型式示意图（仅供参考）（二）具体要求挡土墙设计包括挡土墙的平面、立面、横断面设计，其中挡土墙横断面设计以K2+361横断面设计为例。

大致步骤如下：1．选用何种类型的挡土墙，并说明理由。

（路堤墙还是路肩墙，仰斜、俯斜、衡重等）2．挡土墙立面设计布置图1）挡土墙在路基断面上的布置图，要求每20m一个。

2）挡土墙立面图3）标准断面图4）典型断面尺寸图5）泻水孔构造图3．编写设计说明书。

1）计算主动土压力；2）验算挡土墙抗滑、抗倾覆稳定性；3）验算基底应力及偏心距；4）验算墙身截面强度；（三）设计完成后应提交的成果1．挡土墙设计图。

2．设计计算说明书。

4 课程组织形式与教师指导方法4.1 课程组织形式第一步，根据设计题目，利用各种途径查阅专业资料，如设计规范、教材等；第二步，根据设计指导书及老师的现场答疑指导进行各部分的设计计算；第三步，编制设计计算说明书，并将其提交给指导老师检查认可；课程设计组织形式：首先把布置设计任务，每天安排指导老师到教室进行整体答疑2～3课时，学生将在设计过程中遇到的问题集中，向老师提问，如果问题具有普遍性，老师将向全体学生解答，答疑结束后学生继续完成各自的设计计算，每隔两天指导老师检查学生完成设计的情况，再根据完成的情况指导老师统一意见后继续指导学生做后续的设计。

学生应在指导教师的指导下，独立完成设计内容；内容上要求条理清晰，尽量采用简图和表格形式；外观上要求字体工整，纸张和封面统一。

4.2 课程设计内容和时间安排本课程设计时间为1周，具体安排如下：（1）布置设计任务。

教师提供路基课程设计的基本资料，并交待课程设计的目的、方法、要求等。

0.5天（2）路基设计资料分析、设计方案的拟定 1天（3）通过试算，选择断面尺寸1天（4）计算墙背土压力和墙身重力及其它参数1天（5）挡土墙稳定性验算，包括抗滑、抗倾覆、基底应力和合力偏心距以及墙身截面强度验算。

2天（6）绘制挡土墙横断面图、立面图、标准断面图和所选取断面图以及排水图。

1天（7）编写设计说明书。

0.5天5 考核内容与方法5.1 课程设计考核方式课程设计成绩以设计成果的质量为主，结合平时的考差进行评定。

凡成绩不及格者，必须重修。

平时考查主要检查学生的出勤情况、学习态度、是否独立完成设计等几方面。

设计成果的检查，着重检查设计图纸和计算书的完整性和正确性。

成绩的评定要按课程的目的要求，突出学生独立解决工程实际问题的能力和创新性的评定。

课程设计的成绩按优秀、良好、中等、及格和不及格五级评定。

5.2 课程设计成绩评定标准（1）优①能够熟练综合运用所学知识，全面独立完成设计任务，设计过程中能够提出自己的见解；②设计方案合理，设计计算正确，数据可靠；③图面质量整洁，能很好地表达设计意图；④计算书表达清楚，文字通顺，书写工整。

（2）良①能综合运用所学知识，全面完成设计任务；②设计方案合理，设计计算基本正确，；③图面质量整洁，能够较好地表达设计意图；④计算书表达清楚，文字通顺，书写工整。

（3）中①能运用所学知识，按期完成设计任务；②能基本掌握设计与计算方法；③图面质量一般，能较好地表达设计意图；④计算书表达一般，有多处不够确切。

（4）及格①基本能运用所学知识，按期完成设计任务；②设计与计算没有原则性错误；③图面质量不够完整，基本能表达设计意图；④计算书表达一般，有多处错误存在。

（5）不及格①运用所学知识能力差，不能按期完成设计任务；②设计与计算有严重错误；③图面不整洁，不能表达设计意图；③计算书不完整，有多处错误存在。

挡土墙设计指导书第一节概述无论平原地区还是山区公路都有很多路段要设挡土墙，山区公路使用最多。

挡土墙可起到收缩坡脚、防止路基滑动等作用。

山坡陡峻，用以降低边坡高度，减少山坡开挖，避免破坏山体平衡或地质条件不良时，用以支挡可能坍滑的山坡土体，可设置路堑挡土墙。

山坡上有可能产生坍滑的覆盖层土体和破碎岩层，可设置山坡挡土墙（必要时可分段设几道）。

在陡山坡上，为了保证路堤稳定或收缩坡脚或为避免与其他建筑物（如房屋、铁路、水渠等）或防止多占农田，可设路肩墙。

受地形限制等原因必须收缩坡脚，可设路堤（坡脚）挡土墙。

沿河路堤，需收缩坡脚以防冲刷和淘刷，可设置浸水挡土墙。

桥梁接坡段有时也视具体工程情况设置支挡结构。

是否要设置挡土墙，应根据工程地质、地形、气候、土地利用等情况，并与移改路线位置方案（包括线形质量、工程造价、路线长度等）、开挖和填筑边坡（包括稳定性、造价、农田占用等）、拆迁其他与路基有干扰的结构物（房屋、河道、水渠等）、其他处理方案（如桥梁、导流结构物、护墙、轻质路堤等刷坡清方）等，做综合技术经济对比确定。

⑴挡土墙类型应综合考虑工程地质、水文地质、冲刷深度、荷载作用情况、环境条件、施工条件、工程造价等因素，按表8-1的规定选用。

各类挡土墙适用条件表8-1⑵在勘察设计阶段，应对挡土墙地基基础进行综合地质勘察，查明地基地质条件和地质承载能力。

设计中应分析预测挡土墙对环境产生的影响，确定必要的环境保护方案和措施；在施工阶段应采用合理施工方法，尽量减少对环境和相邻路基段的不利影响。

⑶挡土墙可采用锥坡与路堤连接，墙端应伸人路堤内不小于0 . 75m ，锥坡坡率宜与路堤边坡一致，并宜采用植草防护措施。

挡土墙端部嵌人原地层的深度，土质地层不应小于1.5m , 风化软质岩层不应小于1.0m ，微风化岩层不应小于0.5m 。

⑷应根据挡土墙墙背渗水量合理布置排水构造物。

具有整体式墙面的挡土墙应设置伸缩缝和沉降缝。

⑸挡土墙墙背填料宜采用渗水性强的砂性土、砂砾、碎（砾）石、粉煤灰等材料，严禁采用淤泥、腐殖土、膨胀土，不宜采用勃土作为填料。

在季节性冻土地区，不应采用冻胀性材料作填料。

⑹路肩式挡土墙的顶面宽度不应占据硬路肩、行车道及路缘带的路基宽度范围，并应设置护栏。

高速公路和一级公路的护栏设计应符合《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81 一2006）的有关规定。

第二节挡土墙的构造见路基工程85页第三节挡土墙土压力计算第四节挡土墙稳定性验算（1）抗滑稳定性验算为保证挡土墙的抗滑稳定性，应检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，用抗滑稳定系数K。

表示，即抗滑力与滑动力之比。

如图4-13所示，抗滑稳定系数为：式中：——挡土墙自重；——墙背主动土压力的水平与垂直分力；——基底摩阻系数，可通过现场试验确定。

无试验资料时，可参考表4-8的经验数据；——容许抗滑稳定系数，见表4-7。

图4-13 挡土墙的滑动与倾覆稳定（2）抗倾覆稳定性验算为保证挡土墙的抗倾覆稳定性，必须验算它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力，用抗倾覆稳定系数表示，即对于墙趾的总稳定力矩与总倾覆力矩之比，如图4-13所示。

式中：——容许抗倾覆稳定系数，见表4-7。

在验算挡土墙稳定性时，一般均未计墙趾前的被动土压力。

若检算结果或，则表明挡墙抗滑稳定性或抗倾覆稳定性不够，应采取措施增加挡土墙的抗滑稳定性或抗倾覆稳定性。

表4-8 极低摩阻系数f表4．4．3为了保证挡土墙基底应力不超过地基容许承载力，应进行基底应力验算；同时，为了避免挡墙不均匀沉陷，应控制作用于挡土墙基底合力的偏心距。

图4—14基底应力及合力偏心距如图4-14所示，作用于基底合力的偏心距e 为：在偏心荷载作用下，基底最大和最小法向应力为：式中：——作用于基底合力的法向分力；——对墙趾的力臂；——基底宽度；——基底面积，对1m 长的墙而言，；——各力对基底中性轴的力矩和；——基底截面模量，； ——合力偏心距，其限制见表4-9。

荷载情况 地基条件 合力偏心距荷载I 非岩石地基组合荷载Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ非岩石地基石质差的岩石地基坚密岩石地基注：表中为基底截面核心面，其中为基底面积，为基底截面模量。

图4-15 基底应力重分布由式（4-29）可知．当6Be >时，2σ为负，即在基础一侧出现了拉应力（图4-15）。

但是，在一般情况下地基与基础的接触面上是不容许出现拉应力的，故需按无拉应力的平衡条件重新分配压应力，即按应力重分布计算基底最大压应力，将应力分布图变为三角形（图4-15），总压应力必须等于∑N ，而且∑N 的作用线必定通过应力图形的重心。