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1、中南大学土木工程学院路基路面工程课程设计学院：土木工程学院班级：学号：姓名：指导老师：时间：2023年7月一、重力式挡土墙设计第一部分设计任务书2（一）设计内容和规定2（二）设计内容2（三）设计资料2第二部分设计计算书1 .车辆换算荷载32 .积极土压力计算43 .设计挡土墙截面84 .绘制挡土墙纵横截面（附图1）11二、衡重式挡土墙设计第一部分设计任务书（一）设计内容和规定12（二）设计内容12（三）设计资料12第二部分设计计算书131 .车辆荷载换算132 .上墙土压力计算133 .下墙土压力计算154 .墙身截面计算175.绘制挡土墙纵横截面图（附图2）21一、重力式挡土墙第一部分设计任
2、务书(一)设计的目的规定通过本次设计的基本训练，深入加深对路基路面工程有关理论知识的理解,掌握重力式挡土墙设计的基本措施与环节。将设计任务书、设计阐明书及所有设计计算图表编好目录，装订成册。(二)设计内容车辆荷载换算；土压力计算；挡土墙截面尺寸设计；挡土墙稳定性验算。(三)设计资料1 .墙身构造拟采用细粒水泥混凝土砌片石重力式路堤墙(如草图1),墙高”二？m,墙顶宽4=?m,填土高度？m,填土边坡1：1.5,墙背仰斜，1：0.25(a=-1402z),基底倾斜1：5(%=“18),墙身等厚，分段长度IOm,%=7.0m2 .车辆荷载计算荷载：汽车一20；验算荷载：挂车一100。3 .土壤工程地
3、质状况墙后填土容重=18KNm3,内摩榛角0=35,填土与墙背间0摩擦角W；粘性土地基，容许承载力qJ=250KPa,基底摩榛系数/二0.50。取荷载组合I,抗滑稳定性系数Kj=1.3,抗倾覆稳定性系数K=1.504 .墙身材料细粒水泥混凝土砌25号片石，砌体容重y=22KNn;砌体容许压应力a=600KPa,容许剪应力7=100KPa,容许拉应力b=60KPao第二部分计算书正文1 .车辆荷载换算墙背后填土表面有车辆荷载作用，使土体产生附加0竖向应力，从而产生附加B侧向应力。土压力计算时，对于作用于墙背后填土表面的车辆荷载可以近似的按均布荷载来考虑，并将其换算为重度与墙后填土相似的均布土层。
4、（1）求不计车辆荷载作时的破裂棱体宽度BO计算图示如下初步确定H = 6m,a = 2m,b = 3巾也=1.5m ,查公路设计手册（路基），由表3-2-1中第五类公式知ab-H(H+2a)tgaA=则，A = 0.32823-6(6+22)tan(-14oO2)(6+2)20=8+b=35+(-14oO2)+17.50=380281tan=0.794于是有:tg=-tgJ(Cfge+0)(fg0+4)=-0.794+(cot350+0.794)(0.7940.328)=0.785B0=(H+a)tg+Htga-b=(6+2)0.7856tan(-l4oO2)-4.5=1.78m（2）求纵向分
5、布长度L1.=Z+(7+2)fg30=7.0+(6+22)tan30=12.77mIO/?1.采用Iom,其中，Lo取为7.0m（3）计算车辆荷载总重ZQ车轮中心距路基边缘0.5m,汽车20级，一辆车的总重力为300KN。在“LX范围内布置车轮重Zq：布置车轮的宽度/00=B。-路肩宽-（汽车外侧车轮中线距路肩边缘的距离-重车后轮着地宽度的一半）=1.44-0.5-（0.5-0.3）=0.74mZQ=300/2=150次V（半辆车重）（4）换算当量土层厚度Q150181.7810=0.47 w2 .积极土压力计算计算图示如下假设破裂面交于荷载内，查公路设计手册(路基)A_ab+2h(b+d)-
6、H(H+2a+2h0)tga(H+a)(H+2%)23+20.47(30.5)-6(6+2220.47)tan(-14o02,)(6+2)(6+2+20.47)=0.359tg=g+J(Crge+火。)(尔。+A)=-0.794J(Cot35。+0.794)(0.794+0.359)=0.8076=3853现验算破裂面与否交于荷载内：堤顶破裂面至墙踵：(+d)tg=(6+2)0.807=6.46机荷载内缘至墙踵:。一tan+d=3-6tan(-1402j+0.5=5m荷载外缘至墙踵:-Htana+J+=3-6tan(-l4oO2)+0.5+7.0=12m比较得知：56.6412,故成果与假设相
7、符，所选公式对的。（2）求积极土压力系数K和Kl（1）中假设成立，即破裂面交于荷载内，则采用公路设计手册（路基）第二版表3-2-1采用第6类公式计算:CoS(6+9)Sin(O+。)cos(38053,350)sin(38053+38028)x(0.807+tan(-14o02)=0.158h一3-2x0.807.249m,tg+tga0.807tan(-14oO2)h2=().5tg+tga0.807+tan(-14oO2)=0.90/h3=H-h-h2=6-2.49-0.90=2.61/n+和-务+整122zl2.49、20.472.611+(1)+z62662=1.596（3）求积极土压
8、力及作用点位置按墙的每延米计算。墙后土体积极土压力：E=H2KKi=18620.158x1.596=81.70水平向分力：EX=ECOS(+b)=8L70xcos(-14002+1730j=81.55KN竖向分力：Ey=ESin(+5)=81.70Xsin(-l4o02+1730j=4.94KN_H_a(HH+h(3h3-2H)x-T+3H2Kl62(6-2.49)2+0.472.61(32.61-26)=I33621.596=2.1Iw因基底倾斜，土压力对墙趾OB力臂为:ZXl=ZX0.194=2.11-0.19x1.5=1.83/7?Zri=Z?1-Zxtga=1.5-1.83tan(-1
9、4oO2)=1.96w(4)验算荷载：对于挂车100取%=0.8a,J=Oo于是：A_ab+2(b+d)-H(H+2+2%ga(H+a)(H+a+25)23+20.8(3+0)-6(6+2220.8)tan(-14002,)(6+2)(6+2+20.8)=0.367tg=-tg+J(ge+rg0)(g0+A)=-0.794+(cot35+0.794)(0.794+0.367)=0.8126=395验算破裂面与否交于荷载内：堤顶破裂面至墙踵：(H+)fge=(6+2)x0.812=6.50m荷载内缘至墙踵:b-Htana+d=3-6tan(-l4oO2)+0=4.5?荷载外缘至墙踵:b”Iana
10、+d+%=3-6Xtan(-l4o02)+0+7.0=11.5zw比较得知：4.56.5Kc=.3f故抗滑移稳定性满足规定。(3)抗倾覆稳定性验算_GZGl+G0g?+EyZyli98.4X1.46+4.70X0.98+5.231.96_-EXZXl-86.251.84-KOK0=1.5,故挡土墙抗倾覆稳定性满足规定。(4)基底应力验算为保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力验算。Bl=Z1-0.190.25=L5-0.191.50.25=1.43mZ_GIZGl+G0gi+EyZy-EZnG+G2+Ey198.41.464.700.985.231.96-86.25L84且旦出19
11、3.30+5.23215。.48KPYB1B11.431.43127.18J因此，（l 2 =150.4837。一田丁+lxIVHLl31,Nj=18129KN则挡土墙强度满足规定。稳定性计算规定：NjWkakARkYk其中：Np%、A、Rlt八意义同前；K一一弯曲平面内的纵向翘曲系数，因%=%.5=410,故认为此挡墙是矮墙,取匕=LO0于是：WkakA4=1（）X09951.56（X）=387.66KNN,=l8K29KNn2.31J则挡土墙稳定性满足规定。正截面受剪时验算规定：QmAjR吸+于M其中：Qj正截面剪力（KN）；Aj受剪截面面积Cm?）,Ay=l.5m2；RJ砌体截面的抗剪极
12、限强度（KPa）,/?.=100Kpa;f,n一摩擦系数，=042。Qj=EX=86.25KN；于是：AjRJ九+/“Nl=8罗+0.42x188.60=144.15KNQ=86.25KN则挡土墙抗剪强度满足规定。4.绘制挡土墙纵横断面图（IdOO）o重力式挡土墙纵横断面图见附图Io二、衡重式挡土墙第一部分设计任务书（一）设计的目的规定通过本次设计的基本训练，深入加深对路基路面工程有关理论知识的理解,掌握衡重式挡土墙设计的基本措施与环节。将设计任务书、设计阐明书及所有设计计算图表编好目录，装订成册。（二）设计内容车辆荷载换算；土压力计算；挡土墙截面尺寸设计；挡土墙稳定性验算。（三）设计资料1
13、.墙身构造拟采用细粒水泥混凝土砌片石衡重式路肩墙（如草图2）,墙高”二？m,上墙H1=?m,墙背俯斜1：0.35,墙顶宽A=O.5m；衡重台宽4=0.90m；下墙H2=?m,墙背仰斜，1：0.25（a=-14o02,）；墙面坡度L0.05,墙身分段长度12m,%=5.5m。2 .土壤工程地质状况墙后填土容重7=18KN11?,内摩榛角夕=34。，上墙的假想墙背摩榛角=,下墙墙背墙背摩榛角&学；地基容许承载力b0=800Kpa,基底摩榛系数7=0.60。取荷载组合I,抗滑稳定性系数KJ=1.3,抗倾覆稳定性系数K0=L53 .墙身材料细粒水泥混凝土砌25号片石，砌体容重7=22KN?;砌体容许压
14、应力=800KPa,容许剪应力r=160KPa,容许拉应力b=80KPa04 .车辆荷载计算荷载：汽车一20；验算荷载：挂车一100。第二部分计算书正文1.车辆荷载换算墙背后填土表面有车辆荷载作用，使土体产生附加0竖向应力，从而产生附加B侧向应力。土压力计算时，对于作用于墙背后填土表面的车辆荷载可以近似的按均布荷载来考虑，并将其换算为重度与墙后填土相似的均布土层。（I）求纵向分布长度L初步确定墙高H=6m,上墙高H=2.4m,下墙高H2=3.6m.由于该挡土墙为路肩墙，故填土高度为零，即。=0。1.=LO+（H+2。）fg30=7.0+6tan30o=10.46/w12m,取L=I0.46mo
15、其中，LO取为7.0m（2）计算车辆荷载总重ZQ车辆荷载总重ZQ按下述规定计算：纵向：当取用挡土墙分段长度时，为分段长度内也许布置的车轮重力；当取一辆原则汽车时扩散长度时为一辆原则汽车重力。横向：破裂棱体宽度BO范围内也许布置车轮重力，车辆外侧车轮中心距路面（或硬路肩）、安全带边缘的距离为0.5m。按车带均摊的措施计算。汽车20级，一辆重车总重300KN。由于此处ZQ是整个路基宽度范围内0汽车作用力，故ZQ=300MV.（3）换算当量土层厚度Q300185.5 10.46=0.29 机2 .上墙土压力计算（1）计算破裂角4,鉴别与否出现第二破裂面假想墙背倾角a；为，见下图:则有tan 02.4
16、Hitgal+di_2.40.35+0.9_=U./Z2)则=3556%假设破裂面交于荷载内，查公路设计手册（路基）表3-2-2第一类公式=9.=45o-=45-=280,22tani=0.532验算破裂面0位置如下：第一破裂面距墙顶内缘：H1(tgi+tga,l)=2.4(0.532+0.725)=3.02/wb0=5.5m破裂面交于荷载内，与假设相符，并且不也许出现其他状况，故采用此类计算公式。由于4=282=24o15现验算破裂面位置如下:破裂面顶端至墙顶内缘的距离为:HtgO2-H2tga2+Hitga,l=60.45-3.60.25+2.40.725=3.54m比较瓦=5.5机3.5
17、4/，故分析与原假设不相符，即破裂面交于荷载内。计算图示如下：b,mbo=5.5mGl11。=+&+%=34+17-1402,=36058,tan=0.753A=Tana2=0.25吆仇=Tg(I)+y(tg+ctg)(tg+A)=-0.753+(0.753+cot340)(0.753+0.25)=0.7445.30m,故破裂面交于荷载内。(2)计算土压力占COS(%+)Sine+。)(tan1+tana2)cos(3604Q,+340)sin(36o40,+3658,)(0.744-0.25)=0.1702(H1+M=1+2x(2.4+0,29)=2494H23.6E2=HKK,=183.6
18、20.1702.494=49.45KNE2x=E2cos(2+)=49.45cos(-14002,+170)=49.38C7V乩+瓜3/C1E2y=E2sin(dz2+)=49.45sin(-14oO2+17o)=2.56GV=1.56 机3.62.4+0.29=卜332.4944.墙身截面计算因上墙顶宽4=0.5m,则上墙底宽4=1.46根，下墙底宽5=1.64?。(1)计算墙的重力及力臂上墙墙身自重GlG1=H11+)=-222.4(0.5+1.46)=51.74rV对墙趾的力臂z=nH|母+1+#+(2b+4)/c,-23(+)八，、u0=O.52+0.51.46+1.462+(20.5
19、+1.46)0.052.4=0.053.63(0.5+1.46)=0.76mn取0.05下墙墙身自重G?G2=也(打+4+3)=BX22X3.6X(1.46+0.9+1.64)=116.98KN对墙趾的力臂B2+B(b2+)+(+J1)2+2(+J1)+BnH2ZS=：通+何+4)L642+1.64(1.64+0.9)+(146+0.9)2+2(1.46+0.9)+L640,053.631.64+(1.46+0.9)=1.1n第二破裂面与墙背之间的土楔重G3G3=gyd(4+4)=gX18X2.4X(0.9+0.46)=29.38KN其中&=TgCXj=2.4(0.725-0.532)=0.4
20、6m对墙趾的力臂ZG=MM+/)+4+g+44+：(常4出一a2+ai)C小,一、4”U0.462+0.90.46+0.92-(20.460.9)2.40.35=0.05X(2.4+3.6)+0.52.40.35+3(0.46+0.9)=1.99m土楔上荷载重G4G4=hd2=180.290.46=2.4OKN对墙趾B力臂Zc4=h(7i+2)+Z?,+J1=0.05(2.4+3.6)+0.5+10.9=1.25mK =(Gl +G2+G3+G4 + Ey+E2y)/E】x + ElX(51.74 +116.98 + 29.38 2.40 + 34.22 2.56) 0.6 _ 237.28
21、0.618.20 + 49.38 67.58Ke=2 Ke = .3f故挡土墙抗滑稳定性满足规定。（3）抗倾覆稳定性验算Zly = nH2 +3+ 4 - ZIXtgai = 5 3.6 + 1.46 + 0.9 -0.88 X 0.532 = 2.07mZ2 = B + Z2xtga2 =1.64 + 1.56 (-0.25) = 1.25m二 % M_ GlZGl + G?Gl + G3ZG3 + G-Zf74 - EyZy + E2yZ2yEIX (Z + H2) + E2xZ2x51.74 0.76 +116.98 l.11 + 29.38 1.99 + 2.40 1.25 + 34.
22、22 2.07 + 2.56 X 1.2518.20 (0.88 + 3.6) 49.38 1.56=列竺= 1.75158.57Ko=I .75 K0 = 1.5 ,因此该挡土墙的抗倾覆稳定性满足规定。（4）基底应力计算Z _ M V N MK _ 277.58 -158.57N - Z(G + EJ .237.28=0.5Ome = -ZN =-0.50 = 0.32w2 n 2e0 = 0.75 - = 0.75 1 64- = 0.21me = 0.32 m6即偏心距不小于容许偏心距，基底出现拉应力，由于土地基不能承受拉力,则基底发生应力重分布。于是:bax= 316.37 Kpa2N
23、.2Z(G+Ej_2237.283Zjv3ZN30.50则5皿=316.377t/1.46%=74.18即。中“一”，表达上墙墙底出现拉应力。E% 18.20 Or 【才二前37版l = 93.18KPa cra = SOOKpa则，1=14.18即口 = 80切。,截面强度满足规定。. =12.47Kpa = 60Kpa斜截面剪应力验算E18.20 = 12l = 12.41 KPab21.46-G1+E; _ 51.47 + 6.37 T b21.4639.62 Kpar=b2=221.46=16.06Aptzar-x-tga16.06-12.47-39.620.0512.470.05-3
24、9.62xtga-gA=0.041tgi=-AA2+1=0.041(-0.041)2+1_ 1.042-0.960把tgi=1.042和3=-0.960分别带入下式得：如皿=cos?zx(1-tgatgi)+(1-tgatgi)+rtg2i=+I.U247(1-0.051,042)+39.621.042(1-0.051.042)+16.061.0422=32.19Kpa%a=cos?ix(ITgafgi)+工Jgi(1Tgafgi)+“g2fi=+(096尸U2.47(1+0.050.96)+39.62(-0.96)(1+0.050.96)+16.060.962=-6.24Kpa则x=32.79Kp=160即,因此，斜截面的抗剪承载力满足规定。5.绘制档土墙纵横断面图（LlO0）。衡重式挡土墙纵横断面图见附图2o
