路基路面课程设计计算书

土木建筑工程学院

土木工程专业（道路桥梁方向）

《路基路面工程》课程设计计算书

姓 名： 年 级： 班 级： 学 号：

[题目]：重力式挡土墙设计

[设计资料]：

1、工程概况

拟建南宁机场高速公路（城市道路段）K2+770右侧有一清朝房子，由于该路段填土较高，若按1：1.5的边坡坡率放坡，则路基坡脚侵入房子范围。现为了保留房子，要求在该路段的恰当位置设挡土墙。为使房子周围保持车辆交通，要求墙脚边距离房子的距离大约为4m。提示：路肩350cm内不布置车辆，慢车道650cm开始布置车辆荷载（550kN）。

2、路中线与房子的平面位置关系、路线纵断面、路基标准横断面如下图：

房子道路中线图1 道路和房子平面示意图

1.5%1.5%1:1.5 路基标准横断面(单位:cm)图2 路基标准横断面图（半幅，单位:cm）

2

112.85K2+400117.85K2+900-0.75%1.0%R=13500T=?E=?

图3 道路纵断面图 道路纵面图

106.503.7m粘土Q承载力标准值f=187kPa圆砾7.8m承载力标准值f=456kPa中风化泥岩1:0.31:5

图4 地质剖面图

地质剖面图墙身剖面图(单位:cm)3、房子附近地质情况见地质剖面图，房子附近地面较大范围（包括路基范围）内为平地。

4、挡土墙墙身、基础材料：M7.5浆砌片石，M10砂浆抹墙顶面（2cm），M10砂浆勾外墙凸缝。砌体重度γ1=22kN/m3。墙后填土为天然三合土重度γ

2=20kN/m

3

，换算内摩擦角φ=35°。M10浆砌块石与天然三合土的摩擦角为

20°。砌体极限抗压强度为700kPa，弯曲抗拉极限强度为70kPa，砌体截面的抗剪极限强度为150kPa。

3

计算过程

1、道路设计标高计算

由i1=1.0%，i2=-0.75%，R=13500

得L?R?i2?i1?13500??0.75%?1%=236.25，E?所以竖曲线起点桩号为K2+781.875。

K2+766的设计标高为112.85?366?1%=116.51。 K2+782的坡线标高为112.85?382?1%=116.67，

L=118.125 2?782?781.875?高程改正

2?135002=0，

所以K2+782的设计标高为116.67。

而地面高程为106.05，所以房子正对着的道路标高与地面高程最大之差为

10.62m。

2、挡土墙设计方案

①挡土墙墙脚与房子的平面位置关系如下：

45°45°419房子438挡土墙墙角距房子都为4.19米，八字墙墙脚距房子墙角4.38米；挡土墙在水平面上与道路中线平行，在竖直面上与路线纵坡平行。

②取K2+782处的挡墙进行设计 经过电脑试算，拟定墙身尺寸如下：

843 4

路肩5171:1.5130251:01:0.65080120500.35地面线

558K2+782处挡墙的横断面图

其中墙高6.5米，埋深1.5米，挡墙与路边坡的位置关系如上。

由于原地基土为黏性土，承载力和摩擦系数均较低，经试算承载力的抗滑力都很难满足，所以采用换填地基，换填材料采用碎石，密度为19KN/m3，内摩擦角为45°，承载力标准值f=500Kpa，换填后地基摩擦系数为0.5。换填高度为2.2米。

3、作用在挡土墙上的主动土压力计算

由设计资料已知: 强后填土换算内摩擦角?=35°，M10浆砌块石与天然三合土的摩擦角为20°。

墙背倾角?=arctan0.25?14?。 利用库伦理论求主动土压力 ①求破裂角?

假设破裂面交于路基上荷载内边缘，

?=?????=14+20+35=69

5

1122?a?H???5.17?6.5??68.09221111B0?ab?H?H?2a?tan???5.17?7.76??7.76??7.76?2?5.17??0.25?6.382222A0?tan???tan????tan69????34.8??cot??tan????B0??tan???A0?6.38??tan69??0.694

?68.09??cot35?tan69???验证：

路肩破裂长度l??6.5?5.17?tan???7.76?6.5?0.25??1.96?3.5；假设正确。 ②求主动土压力

cos?????cos69.8Ea???A0tan??B0??19??68.09?0.694?6.38??290.7KNsin?????sin103.8Ex?Eacos??????290.7?cos34?241KNEy?Easin??????290.7?sin34?162.6KN求土压力作用点b?atan?7.76?5.17tan34.8h3???4.42tan??tan?tan34.8?tan14h?2a?2?5.17?4.42?K1?1??1?3??1?1????1.931H?2H?6.5?2?6.5??Zy?Ha?H?h3?6.55.17?6.5?4.42?????2.26m2233HK133?6.5?1.931由几何关系得Zx?5.58?Zytan??5.58?2.26?0.25?5.02m

③求挡土墙自重

6

1301:0.251:065030558120

133130186.3580

??5.58?5.28??1.2?4.18?1.3??5.3?G?22?????22?21.833=480.3KN22??重心到墙趾的水平距离?0.3?12????12.64?1.2?5.28?5.28???0.3?1.2?0.8??1.86??1.86?5.3??????3?232?????1?3.02mZG????21.8331.33?1??3.31?1.3?5.3?3.96???1.33?5.3????32????4、挡土墙验算 ⑴ 滑动稳定性验算

①滑动方程：

?1.1G??Q1?Ey?Extan?0???Q2EPtan?0????1.1G??Q1Ey?tan?0??Q1Ex??Q2EP?0???1.1?480.3?1.4?162.6??0.5?1.4?241?40.6KN?0抗滑稳定性满足。

②滑动系数：

''?N??Ex?EP?tan???E?480.3?162.6??0.50?P??Kc???1.334?1.3

Ex?Ntan?0241抗滑稳定性满足。 ⑵ 倾覆稳定性验算

①倾覆方程：

7

0.8GZG??Q1?EyZx?ExZy???Q2EPZp?00.8?480.3?3.02?1.4??162.6?5.02?241?2.26??1541KN?m?0

倾覆稳定性满足。 ②倾覆系数：

K0='GZG?EyZx?EPZpExZy?480.3?3.02?162.6?5.02?4.16?1.5

241?2.26抗倾覆稳定性满足。 ⑶ 基体应力级偏心距验算

总的竖向力设计值：

N1??G?G??Q1Ey?w?cos?0??Q1Exsin?0=1.2?480.3?1.4?162.6=804KN作用基底形心的弯矩M

5.58??ME?162.6??5.02???241?2.26??182.1KN?m2??5.58??MG?480.3??3.02???110.5KN?m2??M?1.4ME?1.2MG?1.4???182.1??1.2?110.5??122.3KN?m偏心距e=M122.3B5.58??0.152???1.395N180444

偏心距满足。 地基承载力抗力值f:

f?fk?k1?1?b?3??k2?2?h?0.5??500?3?19??5.58?3??4.4?18??1.5?0.5??709KN

基础压应力：

pmax?N1?6e?804?6?0.152?1????1?????167.6KN?1.2f?1.2?709?850KNA?B?5.58?1?5.58?

所以基底应力满足。

8

⑷ 墙身截面强度验算：

验算墙身中部和底部两个截面

1—1截面验算：

验算截面宽度为4.48米。

320如图所示：

1212如前所述，采用库伦土压力理论计算可算得挡土墙1—1截面以上部分承受的土压力为：

Ea=203.4KN,Zy?1.82m,Ex?168.5KN,Zx?4.03mEy?113.7KN,

挡土墙1—1截面以上部分自重为：

G?337KN,ZG?2.35m

每延米墙长设计轴向力：

Nj??0??GNG??Q1NQ1???Qi?ciNQi??1.05??1.2?337?1.4?113.7??592KN

总的竖向力

N0?337?113.7?450.7KN 对截面形心总力矩

4.48?4.48???M0?337??2.35??113.7?4.03?????168.5?1.82??66.1KN?m

2?2????e0?M0?66.1B4.48??0.147???1.12 满足。 N0450.744 9

?e??0.147?1?256?0?1?256???B?4.48????k???0.987 22?e??0.147?1?12??1?12?0???4.48??B?① 强度计算：

88Nj??kARk?k592?0.987?4.48?700/2.31

592?1340∴强度满足。

② 稳定计算：

?s?2H2?5.3??2.366 B4.48?k?11??1.031221??s?s??s?3??1?16?e0B??1?0.02?2.366?2.366?3??1?16?0.1474.48??????

Nj??k?kARk?k592?1.031?1340?1381稳定满足。

③正截面受剪验算：

Qj?Ex?168.5Qj?AjRj?k?fmN1168.5?4.48?1502.31?0.42?592168.5?539.5受剪满足

综上，1—1截面符合要求。

2—2截面验算： 验算截面宽度为3.22米。

同理，采用库伦土压力理论计算可算得挡土墙1—1截面以上部分承受的土压力为：

10

Ea=81.6KN,Ex?67.6KN,Ey?45.7KN,Zy?1.08m,Z

x?2.95m挡土墙2—2截面以上部分自重为：

G?159.1KN,ZG?1.68m

每延米墙长设计轴向力：

Nj??0??GNG??Q1NQ1???Qi?ciNQi??1.05??1.2?159.1?1.4?45.7??267.6KN

总的竖向力

N0?159.1?45.7?204.8KN 对截面形心总力矩

M?3.22??3.22?0?159.1???1.68?2???45.7???2.95?2???67.6?1.08??0.63KN?m?eM00?N??0.63204.8?0.003?B2.234?4?0.805 满足。 0881?256???e0??1?256???0.003???B??3.22??k1?12??e2?2?1.0 0??B??1?12???0.003??3.22??③ 强度计算：

Nj??kARk?k267.6?1?3.22?700/2.31=975.8

∴强度满足。

④ 稳定计算：

?s?2HB?2?3.23.22?1.988

11

?k?11??1.04222????1??s?s??s?3?1?16?e0B?1?0.02?1.988?1.988?3?1?16?0.0033.22?????

Nj??k?kARk?k267.6?1.042?975.8?1061.8稳定满足。

③正截面受剪验算：

Qj?Ex?67.6Qj?AjRj?k?fmN167.6?3.22?1502.31?0.42?267.6=321.5

受剪满足

综上，2—2截面符合要求。 所以拟定的挡土墙符合要求。 6、挡土墙排水设计

①排水沟：在墙角处设置0.5m×0.3m的地面排水沟，考虑旁边有房子，并

用混凝土板盖上排水沟。

②泄水孔：为加强前身排水，沿墙高和墙身设置半径为10cm的圆形泄水孔，间距为2.5m，向外倾斜5%，泄水孔共有两排19个，下面一排距地面0.5m。泄水孔进水侧设0.3m厚的砂砾反滤层，反滤层顶部以0.5m的不透水混凝土封闭。设计方案见于图纸。

7、变形缝设计

因为本挡土墙较长，所以在中部和两边与八字墙衔接的地方各设2cm的变形缝，沿全高设置。

8、挡土墙的具体布置和尺寸见于设计图纸中。 [参考资料]

1、《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）

2、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007） 3、《公路挡土墙设计与施工技术细则》 4、《路基》设计手册，人民交通出版社

5、《路基路面工程》（第三版）（邓学钧 主编），人民交通出版社

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理正计算过程

----------------------------------------------------------------- 原始条件:

墙身尺寸:

墙身高: 6.500(m) 墙顶宽: 1.300(m) 面坡倾斜坡度: 1:0.350 背坡倾斜坡度: 1:0.250 采用1个扩展墙址台阶: 墙趾台阶b1: 0.800(m) 墙趾台阶h1: 1.200(m) 墙趾台阶面坡坡度为: 1:0.000 墙底倾斜坡率: 0.000:1

物理参数:

圬工砌体容重: 22.000(kN/m3) 圬工之间摩擦系数: 0.400 地基土摩擦系数: 0.500

墙身砌体容许压应力: 700.000(kPa) 墙身砌体容许弯曲拉应力: 70.000(kPa) 墙身砌体容许剪应力: 150.000(kPa) 材料抗压极限强度: 0.700(MPa) 材料抗力分项系数: 2.310 系数αs: 0.0020

挡土墙类型: 一般挡土墙 墙后填土内摩擦角: 35.000(度) 墙后填土粘聚力: 0.000(kPa) 墙后填土容重: 20.000(kN/m3)

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墙背与墙后填土摩擦角: 20.000(度) 地基土容重: 19.000(kN/m3)

修正后地基承载力特征值: 500.000(kPa) 地基承载力特征值提高系数: 墙趾值提高系数: 1.200 墙踵值提高系数: 1.300 平均值提高系数: 1.000 墙底摩擦系数: 0.500 地基土类型: 土质地基 地基土内摩擦角: 30.000(度) 土压力计算方法: 库仑

坡线土柱: 坡面线段数: 3

折线序号 水平投影长(m) 竖向投影长(m) 换算土柱数 1 7.755 5.170 0 2 3.500 0.000 0 3 6.500 0.000 1

第1个: 距离0.000(m),宽度6.500(m),高度0.719(m) 2004路基规范挡土墙车辆荷载

坡面起始距离: 0.000(m) 地面横坡角度: 0.000(度)

填土对横坡面的摩擦角: 35.000(度) 墙顶标高: 0.000(m) 挡墙分段长度: 10.000(m)

土压力起算点: 从结构底面起算

基础类型: 换填土式基础

换填部分尺寸: C = 0.200(m),H = 2.200(m) 换填土内摩擦角: 45.000(度) 换填土平均容重: 18.000(kN/m3) 应力扩散角: 45.000(度)

换填土修正后承载力: 709.000(kPa) 换填土摩擦系数: 0.500

===================================================================== 第 1 种情况: 组合1

============================================= 组合系数: 1.000

1. 挡土墙结构重力 分项系数 = 1.200 √ 2. 墙顶上的有效永久荷载 分项系数 = 1.200 √ 3. 墙顶与第二破裂面间有效荷载 分项系数 = 1.000 √ 4. 填土侧压力 分项系数 = 1.400 √

5. 车辆荷载引起的土侧压力 分项系数 = 1.400 √

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============================================= [土压力计算] 计算高度为 6.500(m)处的库仑主动土压力 无荷载时的破裂角 = 34.758(度) 按实际墙背计算得到: 第1破裂角： 34.758(度)

Ea=291.341(kN) Ex=241.430(kN) Ey=163.069(kN) 作用点高度 Zy=2.253(m) 因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面不存在 墙身截面积 = 21.833(m2) 重量 = 480.326 (kN) (一) 滑动稳定性验算 基底摩擦系数 = 0.500

滑移力= 241.430(kN) 抗滑力= 321.697(kN) 滑移验算满足: Kc = 1.332 > 1.300

滑动稳定方程验算：

滑动稳定方程满足: 方程值 = 40.326(kN) > 0.0

(二) 倾覆稳定性验算

相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 3.019 (m) 相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx = 5.017 (m) 相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy = 2.253 (m) 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性

倾覆力矩= 543.977(kN-m) 抗倾覆力矩= 2268.230(kN-m) 倾覆验算满足: K0 = 4.170 > 1.500

倾覆稳定方程验算：

倾覆稳定方程满足: 方程值 = 1543.857(kN-m) > 0.0

(三) 地基应力及偏心距验算

基础类型为换填土式，验算墙底偏心距及压应力

作用于基础底的总竖向力 = 643.395(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=1724.253(kN-m) 基础底面宽度 B = 5.580 (m) 偏心距 e = 0.110(m) 基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 2.680(m) 基底压应力: 趾部=128.950 踵部=101.657(kPa) 最大应力与最小应力之比 = 128.950 / 101.657 = 1.268

作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.110 <= 0.167*5.580 = 0.930(m)

墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=128.950 <= 850.800(kPa)

墙踵处地基承载力验算满足: 压应力=101.657 <= 921.700(kPa)

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截面上偏心距验算最不利为：组合1(组合1)

截面上偏心距验算满足: e1= 0.110 <= 0.250*5.580 = 1.395(m)

压应力验算最不利为：组合1(组合1)

压应力验算满足: 计算值= 128.950 <= 700.000(kPa)

拉应力验算最不利为：组合1(组合1)

拉应力验算满足: 计算值= 0.000 <= 70.000(kPa)

剪应力验算最不利为：组合3(组合3)

剪应力验算满足: 计算值= -2.855 <= 150.000(kPa)

[极限状态法]:

强度验算最不利为：组合1(组合1)

强度验算满足: 计算值= 844.922 <= 1676.264(kN)

稳定验算最不利为：组合1(组合1)

稳定验算满足: 计算值= 844.922 <= 1676.264(kN)

(六) 台顶截面强度验算 [容许应力法]:

截面上偏心距验算最不利为：组合1(组合1)

截面上偏心距验算满足: e1= 0.148 <= 0.250*4.480 = 1.120(m)

压应力验算最不利为：组合3(组合3)

压应力验算满足: 计算值= 120.588 <= 700.000(kPa)

拉应力验算最不利为：组合1(组合1)

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拉应力验算满足: 计算值= 0.000 <= 70.000(kPa)

剪应力验算最不利为：组合1(组合1)

剪应力验算满足: 计算值= -2.633 <= 150.000(kPa)

[极限状态法]:

强度验算最不利为：组合1(组合1)

强度验算满足: 计算值= 591.909 <= 1332.120(kN)

稳定验算最不利为：组合1(组合1)

稳定验算满足: 计算值= 591.909 <= 1332.120(kN)

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/m6ig.html