路基路面工程课程设计

一、路基（挡土墙）设计

1.1 设计资料

某新建公路重力式路堤墙设计资料如下。

（1）墙身构造：墙高8m ，墙背仰斜角度)0214(25.0:1' =，墙身分段长度20m ，其余初始拟采用尺寸如图1-1所示。

图1-1 初始拟采用挡土墙尺寸图

（2）土质情况：墙背填土为砂性土，其重度3kN/m 517.=γ，内摩擦角 30=ϕ；填土与墙背间的摩擦角 152/==ϕδ。地基为整体性较好的石灰岩，其容许承载力

kPa 485][=σ，基底摩擦系数5.0=f 。

（3）墙身材料：采用5号砂浆砌30号片石，砌体重度3a m /kN 23=γ，砌体容许压应力kPa 610][a =σ，容许剪应力kPa 66][a =τ，容许压应力kPa 610][al =σ。

1.2 劈裂棱体位置确定

1.2.1 荷载当量土柱高度的计算

墙高6m ，按墙高缺点附加荷载强度进行计算。按照线形内插法，计算附加荷载强度：2kN/m 15=q ，则：

m 8605

1715

0..q

h ==

=

γ

1.2.2 破裂角()θ的计算

假设破裂面交于荷载范围内，则有：

''583030150214 =++-=++=ϕδαψ

因为 90<ω，则有

()()

H a h H a A +++=00221

()()650860265021

+⨯++=...

7226.= ()()αtan 2221

2100

0h a H H h d b ab B ++-++= ()()'

.......5830tan 86025026621

86025251515021 ⨯⨯+⨯+⨯+⨯++⨯⨯= 3019.=

根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部时破裂角的计算公式： ()⎪

⎪⎭⎫ ⎝⎛+++

-=ψψϕψθtan tan cot tan tan 0

A B

()⎪⎭⎫

⎝

⎛+++

-='

'

'..5830tan 72

2630195830tan 30cot 5830tan

(

)

()

607223060360....+++-=

14361.=

"'534948 =θ

1.2.3 验算破裂面是否交于荷载范围内

破裂棱体长度：

()()m 46131060143616tan tan 0...H L =+⨯=+=αθ 车辆荷载分布宽度：

m 15123=+=+='B b L

所以，L L <0，即破裂面交于荷载范围内，符合假设。

1.2.4 路基边坡稳定性验算

可利用解析法进行边坡稳定性分析，则有

()()0000000csc 2cot 2αα⋅++⋅+=f a a f a K min

其中，57730tan 0.f ==ϕ，3cot 0=α，'H

c a γ20=。对于砂性土可取0=c ，即00=a ，则：

25173211357730cot 00...f K m in >=⨯=⋅=α

所以，路基边坡稳定性满足要求。

1.3 土压力计算

根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部的土压力计算公式：

()

()()

()()

(

)

kN

22465830534948sin 30534948cos 473021143615230517sin cos tan 00.....B A E '"'"'a =++-⨯⨯=++-=

ψθϕθθγ

()()

kN 2146150214cos 2246cos ..E E 'a x =+-⨯=+= δα

()()

kN 780150214sin 2246sin ..E E 'a y =+-⨯=+= δα

1.3.1 土压力作用点位置计算

2916

86

0212101..H h K =⨯+=+

= m 22229

138603633101...K h H Z x =⨯+=+=

1x Z 表示土压力作用点到墙踵的垂直距离。

1.3.2土压力对墙趾力臂计算

基底倾斜，土压力对墙趾的力臂：

m 2221.Z Z x x ==

5m

020214tan 22251tan 1...Z b Z 'x y =⨯+=-= α

1.4.1 墙体重量及其作用点位置计算

挡土墙按单位长度计算，为方便计算，从墙趾沿水平方向把挡土墙分为三部分，右侧为平行四边形，左侧为两个三角形（如图1-2）：

311m 425795451...H b V =⨯=⨯=

kN

5148204257011..V G =⨯=⨯=γ ()d

G l b H Z ++=111tan 2

1

α ()1

512509542

1

++⨯⨯=... m

372.=

2

2m 171105123221

...V =⨯⨯=

kN

4223201711022..V G =⨯=⨯=γ ()m

5614622323

1

2...Z G =+⨯= 23m 89202328021

...V =⨯⨯=图1-2挡土墙横断面几何计算图式

kN 8417208920033..V G =⨯=⨯=γ

m

7402323

1

3..Z G =⨯= 1.

4.2抗滑稳定性验算

对于倾斜基底()

"

'312260 =α，验算公式：

()[]

()0tan 11tan tan 1121010201

>+-++-++p Q x Q y Q p Q x y

Q E E E G .E E E

G .γγαγμαγαγ

()()[]+⨯-⨯+⨯+++⨯50031226tan 21463114184174223514811........"

'

()021*********tan 780417618911+⨯-⨯⨯+⨯......"'

06167>=.

所以，抗滑稳定性满足要求。