路基路面设计说明书

京港澳高速公路武汉段路基挡墙及沥青路面设计
一、路基挡墙部分
京港澳高速公路武汉段K80+100-K80+460段为填方路基，路堤边坡高度6-20m ，最大边坡高度为20m 。

由于该路段临近阳逻城区，建设用地紧张，拟在较高填方路段设计路堤挡土墙。

结合地形、地质条件，并考虑地材供应情况、施工条件、工期要求和工程费用等多种因素，初步确定采用浆砌片石重力式挡墙。

路堤采用卵石土填筑，要求压实度不小于95%。

经试验测定，压实后卵石土的物理力学指标如下:重度γ=20.3 kN/m3, 内摩擦角︒=33ϕ , 黏聚力c=27kPa. 墙背与填土间的外摩擦角δ=17º,基底摩擦系数5.0=f , 地基容许承载力为
⎣⎦300=σkPa 。

（一）挡土墙的横向布置 挡土墙按路堤挡土墙设计，墙高为7.69m ，墙顶以上土质边坡坡率为1:1.5.按《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）“5.4”款的要求进行挡土墙设计。

初步设计此段路堤挡土墙各尺寸如下：
1.主动土压力的计算
1.1假设破裂面交于内边坡，如图所示：
当参数γ、φ、δ、α、β固定时，φφ随破裂面的位置而变化，即φφ是破裂角θ的函数。

为求最大土压力φφ，首先要求对应于最大土压力时的破裂角
θ。

其中： =0.23634629； =-0.85101955； =0.537383361。

则：
=0.816696575或2.784035004（舍去）
所以：θ=39.24°。

又因为 ，所以假设正确，即破裂面交于内边坡。

1.2计算主动土压力 主动土压力：
求得φφ=597.5016462KN 。

土压力的水平和垂直分力为： 506.7101335KN
316.6276327KN 2.挡土墙抗滑稳定性验算 为保证挡土墙抗滑稳定性，应验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。

由《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）“5.4.2”款中第11条：
11 车辆荷载作用在挡土墙墙背填土上所引起的附加土体侧压力，可按式
φ=cos φsin φcos (Ψ−φ)φ=cos (φ−φ)cos (Ψ+φ)
φ=cos φsinΨcos (φ−φ)tan φ=−φ±√φ2−4φφ2φ
0<φ<40.4507° φφ=1φφ2φφ=1φφcos (φ−φ)2cos φ2cos (φ+φ)[1+√sin (φ+φ)sin (φ−φ）cos (φ+φ)cos (φ−φ)]2
φφ=φφcos (φ+φ)= φφ=φφsin (φ+φ)
=
（5.4.2—3）换算成等代均布土层厚度计算，即γ
q
h =
0，其中q=12.8875KN/㎡，所
以φ0=0.635m 。

由CAD 中图形查得：挡土墙面积φ0=12.33㎡，所以每延米挡土墙重
283.5716KN 。

最大土压力系数 1.165149545， 其中，设定汽车荷载边缘至路肩边缘d=0，故 0。

所以土压力垂直分力作用点到墙趾的水平距离为：
4.061200076m ； 土压力水平分力作用点到墙趾的垂直距离为：
2.835830543m ；
墙身、基础及骑上的土重合力重心到墙趾的水平距离：φφ=0（由CAD 图形质量特性查得）。

在上述设计的挡土墙情况下，被动土压力为零，即φφ=0。

该挡土墙基底倾斜角φ0=15°，基础与地基摩擦因数f=0.5。

根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）中“表5.4.2-5”规定，荷载增大对挡土墙结构起不利作用时：φφ1=1.4；被动土压力分项系数φφ2=0.3，所以根据规范滑动稳定方程，即
()[]
()0tan 1.1tan tan 1.121010201
>+-++-++p Q x Q y Q p Q x y
Q E E E G E E E
G γγαγμαγαγ得：上式左边为：96.97059927>0，故满足滑动稳定方程。

3.挡土墙抗滑稳定系数验算 由规范，抗滑稳定系数φφ：
()[]
0tan tan αμαN E E E E N K x p p x
c
-'+'-+=
求得K c =1.575427833>1.3，故抗滑稳定系
数满足要求。

4.抗倾覆稳定系数验算
由规范，抗倾覆稳定系数y
x p
p x y G Z E Z E Z E GZ K '++=
0，带入数据，求得φ0=
1.50406191>1.5，故抗倾覆稳定系数满足要求。

5.基底应力验算
基底偏心受压，基底合力偏心距d
d
N M e =
0。

其中作用于基底上的垂直组合设计=617.6535012KN ，（挡土墙地基计算时，各类作用（或荷载）组合下，作用效应组合设计值计算式中的作用分项系数，除
被动土压力分项系数
3
.02=Q γ外，其余作用（或荷载）的分项系数规定均等于1。

）
φ1
=1+2φ0(1−φ1φ)
φ＝ φ1
=φ
(tan φ+tan φ)
= φφ=φ+φtan φ
−φφtan φ= φφ
=φ3+(φ0(φ−2φ1)2−φ0φ12)2φ2φ1
= φφ=(φφφ+φφ1φφ−φ)cos φ0
+φφ1φφsin φ0
作用于基底形心的弯矩组合设计值，其中
=-91.50299208KN/m ， =140.435178KN/m ，求得φφ=86.80565874KN/m 。

所以：d
d N M
e =
0=0.140541029m<φ
6=0.458333333m 所以基底压力：⎪⎭⎫
⎝
⎛±=
B e A
N d 61,21σ，求得φ1=293.4718784KPa ；φ2=
155.7306679KPa ，均小于[σ]=300KPa 。

故基底压力满足要求。

6.基底合力偏心距验算
查规范“5.4.3”款第三条：基底合力的偏心距
e ，对土质地基不应大于B/6；
岩石地基不应大于B/4。

基底压应力不应大于基底的容许承载力
[]0σ；基底容许
承载力值可按现行《公路桥涵地基与基础设计规范》的规定采用，当为作用（或荷载）组合Ⅲ及施工荷载时，且
[]0σ＞150kPa 时，可提高25%。

由上述计算对上
述计算结果e=0.140541<B/6<B/4，故基底合力偏心距满足要求。

综上所述，各项校核均满足要求，挡土墙设计合理。

7.挡土墙细部构造
挡土墙横断面的外形尺寸、构造（泄水孔，反滤层，基础等）、材料、挡土墙与地面路基的位置关系等详见CAD 横断面图。

（二）挡土墙的纵向布置
挡土墙纵向布置在墙趾的纵断面图上布设，布置后绘成挡土墙正面图。

布置内容包含：确定挡土墙的起讫点和墙长，选择挡土墙与路基或其他结构物的衔接方式；按地基及地形情况进行分段，确定伸缩缝与沉降缝的位置；布置各段挡土墙的基础；布置泄水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸等；在布置图上注明各特征点的桩号，以及墙顶、基础顶面、基底、冲刷线、冰冻线、常水位线或设计洪水位的标高等。

具体布置详见CAD 纵断面图形。

φφ
=1.4φφ+1.2φφ φφ=φφ(φφ
−φ
2
tan φ0)φ
二、路面结构设计
1.设计基本资料
新建京港澳高速公路武汉段，双向4车道，拟采用沥青路面。

某段路基土为低液限黏土，地下水位为－1m，路基填土高度 1.2m，预计通车初年的交通量如
（注:解放CA340：总重78.70kN，前轴重22.10kN，后轴重56.60kN，后轴数1，双轮组。

）
交通量年平均增长率 6.4％，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。

2.土基回弹模量的确定
设计路段路基土为低液限黏土。

新建京港澳高速公路武汉段处于自然分区区，从地下水判断，该路段路基处于干燥状态，土基稠度ωc>1.2，对应分Ⅳ
3
区土基回弹模量设计值为42MPa。

3.地区交通通行情况
根据工程可行性研究报告可知路段所在地区近期交通组成与交通量，如下表。

交通量年平均增长率6.4％，沥青路面累计标准轴次按15年计。

4.设计轴载
一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh= 1582 ,属重交
通等级。

双向四车道车道系数为0.4~0.5，取车道系数为0.45。

4.1以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时：
=7500918次
路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 1903次 属于中等交通等级。

4.2以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时： φφ=[(1+φ)φ−1]∗365
φφ1φ
设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次数：
=5352731次
路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 1358次 属于中等交通等级。

4.3设计弯沉值和容许拉应力计算 路面设计交通等级为中等交通等级。

公路等级：高速公路， 公路等级系数：1 面层类型系数：1 路面结构类型系数：1
经软件计算得路面设计弯沉值为：25.3 (0.01mm)， 各路面结构层层底拉应力为： 5.新建路面结构厚度计算
新建公路公路等级为高速公路，新建路面层数为5层，标准轴载为：BZZ-100，由上述计算可得，路面设计弯沉值为：25.3 (0.01mm)，路面设计层层位为第4层，设计最小厚度为150mm 。

根据本地区的路用材料，结合已有工程经验与典型结构，拟定了下述结构方案。

根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具等功能因素，初步确定路面组合与各层厚度，各材料的抗压回弹模量和劈裂强度均按照《路基路面工程》表14-15和表14-16中参数进行设计，初步设计如下：
φφ=[(1+φ)φ−1]∗365φφ1φ
5.1按设计弯沉值计算设计层厚度
LD= 25.3 (0.01mm)，
当H( 4 )= 20 mm，LS= 25.9 (0.01mm)，LS ＞ LD（不满足要求）
当H( 4 )= 25 mm，LS= 23.1 (0.01mm)，LS ＜ LD（已满足要求）
根据软件推算，当设计层厚度H( 4 )=21.1时 LS＜LD，弯沉计算已满足要求。

所以H( 4 )= 211 mm(仅考虑弯沉)。

5.2按容许拉应力计算设计层厚度
经软件计算：
H( 4 )= 211mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求)
H( 4 )= 211mm (第2 层底面拉应力计算满足要求)
H( 4 )= 211 mm(第3 层底面拉应力计算满足要求)
H( 4 )= 211 mm(第4 层底面拉应力计算满足要求)
H( 4 )= 211 mm(第5 层底面拉应力计算满足要求)
综上路面设计层厚度：H( 4 )= 211 mm(仅考虑弯沉)
H( 4 )= 211 mm(同时考虑弯沉和拉应力)。

5.3验算路面防冻厚度
路面最小防冻厚度为500mm，经软件验算结果表明，路面总厚度满足防冻要求。

公路等级：高速公路
新建路面的层数：5
标准轴载：BZZ-100
通过软件计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值：
第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 24.7 (0.01mm)
第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 27.3 (0.01mm)
第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 31.0 (0.01mm)
第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 37.4 (0.01mm)
第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 106.7 (0.01mm)
路基顶面交工验收弯沉值：
LS= 279.4 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算)；
LS= 221.8 (0.01mm)( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算)。

计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :(未考虑综合影响系数)
第 1 层底面最大拉应力σ( 1 )=-0.217 (MPa)
第 2 层底面最大拉应力σ( 2 )=-0.063 (MPa)
第 3 层底面最大拉应力σ( 3 )=-0.033 (MPa)
第 4 层底面最大拉应力σ( 4 )= 0.123 (MPa)
第 5 层底面最大拉应力σ( 5 )= 0.073 (MPa)
以上结果均满足要求。