高速公路邊坡支護擋土墻設計計算書_畢業設計目錄第一章前言 1第二章場地巖土工程條件 22.1地形地貌 22.2氣象水文 22.3地層巖性 22.4地震效應 22.5場地工程地質條件評價 32.5.1場地穩定性評價 32.5.2場地巖土工程條件評價 32.5.3水文地質評價 32.5.4土料場評價 32.6結論與建議 4第三章路基路面 53.1選線 53.1.1選線的一般原則 53.1.2選線的步驟和方法 53.2平曲線設計 63.2.1平面線形設計的一般原則 63.2.2路線方案擬定 63.2.3平曲線要素計算 63.2.4逐樁坐標計算 83.3縱斷面設計 93.3.1縱斷面設計原則 103.3.2平曲線與豎曲線組合的一般原則 103.4路基設計及防護工程 103.4.1路基的類型和構造 113.5路基填料與壓實標準 113.5.1填料的選擇 113.5.2不同土質填筑路堤 123.5.3路基壓實與壓實度 123.5.4軟基處理 123.6路基防護 133.6.1路堤邊坡防護 133.6.2路塹邊坡防護 133.7邊坡穩定性分析 133.7.1路堤邊坡穩定性分析 143.7.2路塹邊坡穩定性分析 15第四章擋土墻設計 184.1概述 184.1.1擋土墻的用途 184.1.2擋土墻的類型及適用范圍 184.1.3其他說明 194.2支護方案 194.3土釘墻結構設計和計算 194.4加筋土設計資料 28第五章公路排水設計 355.1排水的重要性 355.2排水設計的內容 355.3路基排水的任務 355.4地表排水 365.5地下排水 375.6涵洞分類及各種構造型式涵洞的適用性和優缺點 375.7涵洞選用原則 385.8涵洞擬定 38第六章施工組織設計 416.1施工組織設計總要求 416.2施工布 426.2.1機械化施工總體計劃內容: 426.2.2施工組織方法 426.2.3施工力量組織 426.2.4臨時設施 426.2.5施工準備 426.3加筋土施工 436.4質量保證措施 436.5安全生產保證體系 446.6文明施工與環境保護 456.6.1文明施工與環境保護的措施 456.6.2環境保護 456.6.3文明施工 47第七章結論 48第一章前言畢業設計是培養學生綜合運用所學的基礎理論、基本知識和基本技能,分析和解決實際問題的能力。它具有很強的實踐性和綜合性,是培養學生獨立工作的一種良好途徑和方法。在設計過程在,我重溫了以前所學的基礎理論和專業技術知識,查閱了很多相關方面的資料和工具書,彌補了自身一些缺陷。在設計過程中,我努力將所學知識系統化條理化,不斷地融會貫通。擋土墻分類的方法很多,一般可按結構型式、建筑材料、施工方法及所處環境條件等進行劃分。按其結構型式及受力特點劃分,常見的擋土墻型式可分為重力式、半重力式、衡重式、懸臂式、扶壁式、錨桿式、錨定板式、加筋土擋土墻、板樁式及地下連續墻等;若按材料類型可劃分為木質、磚、石砌、混凝土及鋼筋混凝土擋土墻;按所處的環境條件劃分為一般地區、浸水地區和地震區擋土墻等。擋土墻作為一種結構物,其類型是各式各樣的,其適用范圍將取決于墻址地形、工程地質、水文地質、建筑材料、墻的用途、施工方法、技術經濟條件及當地的經驗積累等因素。本設計中用到了材料力學、混凝土原理、結構力學、鋼結構、巖體力學、土力學、水力學等學科的相關知識,同時我也查閱了大量的圖書館、網上資料來解決設計過程中在擋土墻結構計算、圖紙繪制等方面存在的疑惑,力求使設計合理、完整。通過這樣的一個學習、認識到再學習的過程,我更深的掌握了擋土墻設計的基本方法、原理,同時也在一定程度上掌握了Office、AutoCAD的使用。第二章場地巖土工程條件2.1地形地貌本合同段沿線地形主要為丘陵地貌,屬構造侵蝕地形,相對高差5-12m,山丘和農田相間,山坡多低矮平緩,山坡上覆蓋層一般不大。2.2氣象水文本項目所在區域所屬亞熱帶季風濕潤氣候,四季分明,冬冷期短,夏熱期長,雨量豐富,生長期長。多年平均氣溫16~17.2℃,四季溫差變化大,最高43℃,最低-13.3℃。4~8月份占年降水量的70%左右,且多綿綿細雨,可連續30天之久。8月份以后雨量減少,11月到來年2月降水量很少,僅占年降水量的18%左右。2.3地層巖性根據鉆孔揭露,現按層序由新到老分述如下:①第四系堆積層:該層廣泛分布在合同段內,其厚度不大,一般15m。②三疊系大冶組:灰色,薄層狀灰巖為主,局部夾中厚層狀灰巖,隱晶質結構,組成橋頭河向斜的核部,厚度不超過20m。③二疊系上統龍潭組:上部為灰色頁巖夾灰質透鏡體,中部為灰、灰黑色粉砂巖。其厚度不大④二疊系下統棲霞組:灰黑色,中厚-厚層狀灰巖為主。局部發育溶洞,本巖組大致分布在K151+600?K151+200段,厚度超過20m。本次勘察經在ZK5,ZK7取兩組水樣進行分析,按照《巖土工程勘察規范》GB50021-2001第十二章第12.2條判定:本場地地下水對混凝土無腐蝕性,對鋼筋混凝土中的鋼筋無腐蝕性。2.4地震效應根據《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)和《中國地震動參數區劃圖》(GB18306?2001)可知,公路沿線的xx縣、xx市境內抗震設防烈度為6度,動反應譜特征周期值為0.35s。2.5場地工程地質條件評價2.5.1場地穩定性評價根據現場地質調查,并綜合勘查結果,無影響場地穩定性的不良地質現象,在勘察深度內未發現有影響場地穩定性的的地質構造,勘查期間對場地范圍內的巖層露頭進行了測量,其產狀為310∠15左右,但因邊坡為填方邊坡,不會破壞邊坡下伏巖層的應力平衡狀態,該巖層產狀對邊坡整體穩定影響不大。總體而言,場地等級為二級,基坑側壁安全等級為一級,場地為Ⅱ類建筑場地,處于對建筑抗震有利與不利地段之間的一般場地。但場地整體是穩定的,可進行構筑物的建筑。2.5.2場地巖土工程條件評價素填土①為新近填土,未完成自重固結,其物理力學性質較差,居高壓縮性,低強度,該層主要分布在ZK12號鉆孔附近,該層不能作為邊坡擋土墻基礎的持力層。殘積中砂②-1、殘積粉質粘土②-2主要分布在勘察場地的中部,具有一定的強度,中等壓縮性,該兩層可做為邊坡擋土墻的基礎持力層,也可將護壁樁的嵌固段嵌固與該兩層之中。強風化泥質粉砂巖③、中風化泥質粉砂巖④強度高,壓縮性低,是擋土墻基礎的良好持力,也是護壁樁嵌固段的良好嵌固地層。2.5.3水文地質評價路線所經地域地下水包括松散堆積層孔隙水和碳酸巖裂隙巖溶水倆種類型本,接受大氣降水的補給,水位及水量隨大氣降水和季節變化而變化。在雨季挖方路段地下水普遍上升,地下水對路塹有一定影響。填方路段地下水位埋深不大,尤其是在沖溝中,地下水埋深淺而排水不暢,須采用截排水措施以利施工,同時排出地下水對路基產生的不良影響。根據調查和水質分析結果,地下水和地下水污染小,對混泥土無腐蝕性。2.5.4土料場評價本區路線填方大于挖方,挖方多為硬塑性狀紅粘土,一般上覆有0.5m左右的種植土,下部為基巖,根據室內試驗成果:紅粘土壓實度為96%~100%時,其承載比為0.9~11.6%,粘粒含量為21.2%~93%,液限為36.8%~96.6%,自由膨脹率為20%~70%,多具弱膨脹性,且液限較高,作路基填料時需摻石灰和其他穩定材料進行處理。邊坡支護方案建議2.6結論與建議①勘察場地工程地質總體較簡單,偶見巖溶,場地區域穩定性好。②地表水與地下水對混泥土無侵蝕性。③灰巖中淺表局部溶溝、溶鑿、巖溶泉,其規模不大,對路基穩定比較輕微。沿線附近多處可見巖溶裂隙泉分布,水質清澈、透明,多為當地村名的生活用水設計和施工時應進行疏導并保留。④沿線邊坡土體多具紅粘土性質,設計時應加強邊坡防護及截、排水處理。⑤部分樁位因溶溝、溶洞、溶蝕裂隙發育,成孔時可能發生卡鉆,漏漿等事故,應予以注意。巖土名稱 承載力特征值粘聚力標準值內摩擦角標準值土體錨固體粘結度特值 擋土墻基底摩擦系數 天然重度標準值素填土①10 101 1018.0殘積粉質粘土② 220 50 18 40 0.30 19.0殘積中砂②-1 200 40 22 38 0.35 19.5強風化泥質粉砂巖③ 350 60 15 90 0.40 21.0中化泥質粉砂巖④ 800 80 15 130 0.50 22.0表2.1主要巖土層工程特性指標代表值表注:⑥地區抗震設防烈度為Ⅵ度,地震動峰值加速度0.05g,動反應普特征周期為0.35s,設計地震分組為第一組,請按有關政策法規設防。第三章路基路面3.1選線選線是在道路規劃路線起終點之間選定一條技術上可行,經濟上合理,且能符合使用要求的道路中心線的工作。3.1.1選線的一般原則(1)各個階段,應運用各種先進手段對路線方案作深入、細致的研究,在多方案論證、比選的基礎上,選定最優路線方案。(2)路線設計應在保證行車安全、舒適、迅速的前提下做到工程量小、造價低、經濟適用、效益好、并有利于施工和養護。(3)選線應注意同農田基本建設相配合,做到少占用農田,并應盡量不占高產田、經濟作物或穿過經濟林園等,通過名勝、風景、古跡地區的道路,應注意保護原有狀態。(4)選線時應深入了解當地的工程地質和水文地質情況,弄清它們對工程的影響。選線時還要注意環境的保護。根據資料得知,本設計路段屬平原微丘區。選線時,應注意平原微丘區選線的條件,即盡量與平原微丘地形相適應,并注意少占耕地或經濟林園,尤其是盡量避免穿過居民區,做到“靠城而不進城,便民而不擾民”。3.1.2選線的步驟和方法(1)路線方案選擇路線方案選擇主要是解決起終點間路線基本走向問題,此項工作通常是在小比例尺地形圖上從較大面積范圍內找出各種可能的方案,收集各種可能的有關資料,進行初步評選,確定數條有比較價值的方案。(2)路線帶選擇在路線基本方向選定的基礎上,按地形、地質、水文等自然條件選定出一些細部控制點,連接這些控制點,即構成路線帶,也稱路線布局。這些細部控制點的取舍,是通過比選的辦法來確定的。主要考慮路線的平縱組合、填挖平衡等。(3)具體定線經過上述工作,路線雛形已經明顯勾畫出來。定線就是根據技術標準和路線方案,結合有關條件在有利的路線帶內進行平、縱、橫斷面綜合設計,定出道路中線的工作。3.2平曲線設計 3.2.1平面線形設計的一般原則(1)平面線形應直捷、連續、順適,并與地物相適應,與周圍環境相適應。(2)行駛力學上的要求是基本的,視覺和心理上的要求對高速公路應盡量滿足。(3)保持平面線形的均衡與連貫。應注意:長直線盡頭不能接以小半徑曲線;高、低標準之間要有過渡。(4)應避免連續急彎的線形。(5)平曲線應有足夠的長度即滿足最小平曲線長度。(6)各級公路不論轉角大小均應敷設曲線,并盡量選用圓曲線較大的半徑。3.2.2路線方案擬定路線方案是根據指定的路線總方向和設計道路的性質任務及其在公路網中的作用,考慮了社會、經濟因素和復雜的自然條件等擬定的路線走向。路線方案的選擇是路線設計中最根本的問題,目的是合理地解決設計道路的起迄點和走向。在一般情況下,新建公路的走向,已在國家或當地路網規劃中有了初步輪廓。由于我國社會主義建設事業的飛速發展,工礦資源的不斷發現和開發,國家對公路建設不斷提出新的要求,因此在勘測設計過程中,要結合路線的性質及其在路網中的作用、政治經濟控制點,近遠期交通量,主要技術標準,自然條件等因素,進一步認真研究落實。路線方案是根據許多方案的比較淘汰而確定的,一條路線的起終點及中間必須經過重要的城鎮或地點,通常是由公路網規劃所規定或領導機關根據國家過地方經濟建設指定的。這些指定的點稱為”據點”,把據點連接成線,就是路線的總方向或大致走向。兩個據點之間常有若干可提供的不同走向,有的可能沿某河,越某嶺,也有可能沿某幾條河,翻越幾個嶺;可能走某河的這一岸,靠近某城鎮;也有可能走對岸,避開某城鎮等。3.2.3平曲線要素計算平曲線計算示意圖見圖3.1所示,平曲線計算公式如下:3.13-2圖3.1緩和曲線要素計算示意圖3-33-43-53-63-7以JD1為例,進行曲線要素計算。擬定R1000m,,,則:同理,據以上方法可得JD2各曲線要素分別為:JD2:T243.836,L479,E24.570,J8.512.3.2.4逐樁坐標計算逐樁坐標計算即路線中樁坐標計算。首先計算交點坐標,其坐標可從地形圖上直接量取。然后計算各中樁坐標,可先計算直線和曲線主要點坐標,然后計算緩和曲線上每一個中樁的坐標。(1)直線中樁坐標計算設交點坐標為交點相鄰直線的方位角分別為和,則ZH點坐標:3-83-9點坐標:3-103-11設直線上加樁里程為L,ZH、HZ表示曲線起終點里程,則前直線上任意點的坐標(L<ZH):3-123-13后直線上任意點坐標:3-143-15(2)設緩和曲線單曲線中樁坐標計算曲線上任點的切線橫距3-16式中,為緩和曲線上任意點至或的曲線長;為緩和曲線長度。1)第一緩和曲線(?)任意點坐標計算公式如下:3-173-18式中:??轉角符號,右偏為“+”,左偏為“-”。2)圓曲線內任意點坐標計算公式如下:當處于~段內時:3-193-20式中,為圓曲線內任意點至HY點的曲線長;為當處于~段內時:3-213-22式中,為圓曲線內任意點至YH點的曲線長。3)第二緩和曲線(~)內任意點的坐標計算公式如下:3-233-24式中:為第二緩和曲線內任意點至HZ點的曲線長。3.3縱斷面設計沿著道路中線豎直剖開然后展開即為道路縱斷面,它反映了道路中線地面高低起伏的情況及設計路線的縱向坡度情況,從而可以看出縱向土石方工程的挖填情況。把道路的縱斷面圖與平面圖結合起來,就能完整的表達出道路的空間位置。本路段地形屬山丘區,公路等級為高速公路,道路設計速度為100km/h,設計了三段豎曲線,半徑分別為2000m,10000m,4000m,最大坡率為3.443%,最大坡長為552m。3.3.1縱斷面設計原則(1)設計線形應與地形相適應,設計成視覺連續、平順而圓滑的線形,避免在短距離內出現頻繁的起伏。(2)應避免能看見近處和遠處而看不見中間凹處之線形。(3)較長的連續上坡路段,宜將最陡縱坡放在底部,接近坡頂的縱坡宜放緩。(4)相鄰縱坡之間代數差較小時,應盡量采用較大的豎曲線半徑。(5)應滿足縱坡及豎曲線的各項規定(最大縱坡、最小縱坡、坡長限制、坡段最小長度、豎曲線最小半徑及豎曲線最小長度等)。(6)在積雪或冰凍地區,應避免采用陡坡。3.3.2平曲線與豎曲線組合的一般原則(1)平曲線與豎曲線應相互重合,且平曲線應稍長于豎曲線,豎曲線的起終點應落在平曲線的緩和曲線段內,即所謂的“平包豎”。(2)要避免使凸形豎曲線的頂部或凹形豎曲線的底部與反向平曲線的拐點重合。(3)計算行車速度大于40km/h的道路,應避免在凸形豎曲線頂部或凹形豎曲線底部插入小半徑的平曲線。(4)平曲線最好設一個豎曲線,最多不宜超過兩個豎曲線。(5)平、縱面線形組合必須注意與路線所經地區的環境相配合。應滿足行車安全、舒服以及與沿線環境、景觀協調的要求,并保持平面、縱斷面兩種線形的均衡,保證路面排水通暢。3.4路基設計及防護工程公路路基是路面的基礎,它是按照路線位置和一定技術要求修筑的帶狀構造物,承受由路面傳來的荷載,必須具有足夠的強度、穩定性和耐久性。根據規范,二級公路采用整體式橫斷面,為單幅雙車道,整體式路基橫斷面包括行車道、路肩以及錯車道等組成部分。路基寬度是指公路路幅頂面的寬度,即兩路肩外緣之間的寬度,公路路基寬度為行車道與路肩寬度之和。本設計中,行車道寬度為4×3.75m,路肩為2×3m中央分隔帶3.5m。路基寬度為26m。路基形式有路堤、路塹和半填半挖。填土土質為粘性土,經對土體進行邊坡穩定性驗算,路堤邊坡值均取1:1.5。邊坡穩定性分析中路堤邊坡采用表解法,路塹邊坡采用直線滑動面法。邊坡防護采用植草護坡和設置擋土墻。3.4.1路基的類型和構造由于填挖情況不同,路基橫斷面形式可歸納為路堤、路塹和填挖結合三種類型。本設計路段中,路堤和路塹是路基的主要橫斷面形式。(1)路堤路基設計標高高于天然地面標高時,需要進行填筑,這種路基形式稱為路堤。按填土高度的不同,劃分為高路堤、矮路堤和一般路堤。路基邊坡坡度一般取1:1.5,在路基的兩側設邊溝。高路堤的填方數量大,占地多,為使路基穩定和橫斷面經濟合理,可以在適當的位置設置擋土墻。(2)路塹路基設計標高低于天然地面標高時,需要進行開挖,這種路基形稱為路塹。挖方邊坡根據高度和巖土情況設置成直線或折線,一般坡度取1:1.25。挖方邊坡的坡腳設置邊溝,以匯集和排除路基范圍內的地表徑流,路塹的上方設置截水溝,以攔截和排除流向路基的地表徑流。(3)半挖半填路基半挖半填路基兼有路堤和路塹的特點,上述對路堤和路塹的要求均應滿足。本設計中,填土土質為粘性土,經對土體進行邊坡穩定性驗算,路堤邊坡值均取1:1.5。在挖方邊坡中,由于本設計中邊坡土質為巖石,所以邊坡值采用1:0.5。3.5路基填料與壓實標準3.5.1填料的選擇本設計填方路基采用土石混合料等填筑,優先采用強度高、無風化、摩擦系數大、透水性良好的材料進行填筑。填筑時分層填筑。透水性較小的土壤填于下層,透水性較好的土壤填于上層,以利于排水和路基分層壓實穩定,這樣可以避免出現土壤雜亂填筑所導致的水囊與滑動現象。根據《公路路基設計規范》可知,二級公路路基填料最小強度和最大粒徑要求如表3.1所示。表3.1路基填料最小強度和最大粒徑要求項目分類 路面底面以下深度(cm) 填料最小強度(%) 填料最大粒徑(cm)填方路基 上路床 0~30 6 10 下路床 30~80 4 10 上路堤 80~150 4 10 下路堤 150以下 3 10零填 0~30 6 103.5.2不同土質填筑路堤(1)如透水性較小的土層,位于透水性較大的土層下面,則透水性較小的土層表面應自填方軸線向兩邊做成不小于4%的坡度。(2)如透水性較大的土層位于透水性較小的土層下面,則透水性較大的土層表面應做成平臺。(3)為了防止雨水沖刷,可覆蓋透水性較小的土層。(4)允許使用取土場內上述各種土的天然混合物。(5)水的土與不透水的土,不能非成層使用,以免在填方內形成水囊。3.5.3路基壓實與壓實度(1)堤填土需分層壓實,使之具有一定的密實度。土的壓實效果同壓實時的含水量有關。對于路基的不同層位應提出不同的壓實要求,上層和下層的壓實度應高些,中間層可低些。(2)為了保證路基的強度和穩定性,使路面有一個必要的穩定基礎,填方路基應分層鋪筑,均勻壓實,壓實標準根據現行《公路路基設計規范》,具體標準見下表3.2所示:填挖類型 路面底面以下深度(cm) 壓實度(%)填方路基 上路床 0?30 ≥95下路床 30?80 ≥95上路堤 80?150 ≥94下路堤 150以下 ≥92零填 0?30 ≥95表3.2路基(重型)壓實度3.5.4軟基處理軟土具有高含水量、大孔隙、低密度、低強度、高壓縮性、低滲透性的特點;具有一定的結構性,這種結構性是不可逆的,一旦被破壞很難恢復,從而加大了土的壓縮量;具有結構性的土類應力應變關系將表現出一定的膨脹性。由于軟弱土具有強度低壓縮性大和明顯的觸變性等不良特性,對路基危害較大。因此,想要滿足設計要求就必須根據實際情況,因地制宜地對軟土地基進行加固,以提高其強度,減少其壓縮性,改善其穩定條件,以滿足設計的要求。軟基處理方法很多,大致可分為:表層處理法、換填法、反壓護道法、固結排水法、凝固法、構造物法等。在選擇處理方法時,應根據地基的性狀、道路的標準、施工條件、對周圍環境的影響等各種條件,選擇最符合目的要求,而且最經濟的方法。3.6路基防護路基防護工程是防護路基病害、保證路基穩定、改善環境景觀、保護生態平衡的重要設施。邊坡防護,主要是保護路基邊坡表面免受雨水沖刷,減緩溫差及濕度變化的影響,防止和延緩軟弱巖土表面的風化、碎裂、剝蝕演變進程,從而保護路基邊坡的整體穩定性,在一定程度上還可以兼顧路基美化和協調自然環境。邊坡防護設施,不承受外力作用,必須要求坡面巖土整體穩定牢固,但護面墻可用于極限穩定邊坡。對于土路堤的坡面鋪砌防護工程,最好待填土沉實或夯實后再施工,并根據填料的性質及分層情況決定防護方式。鋪砌的坡面應預先整平,坑洼處應填平夯實。常用的坡面防護設施有植物防護和工程防護兩大類。3.6.1路堤邊坡防護由于本設計路段是以粘性土為主,且路堤邊坡為1:1.5,坡度較緩,邊坡穩定性比較高。路堤高度小于3米,邊坡采用方格網植草護坡;部分路堤高度較高,為了減少土石方,達到更好的邊坡穩定,設置擋土墻。3.6.2路塹邊坡防護本設計中,路塹邊坡為1:0.5,對不超過12m的石質邊坡,可按一般路基設計,采用規定的坡度值,穩定性滿足要求。但為了更好的邊坡穩定,路塹邊坡防護采用菱形骨架植草皮防護來保護邊坡同時也考慮了美化環境、改善景觀以及舒緩駕駛人員視覺疲勞等因素。3.7邊坡穩定性分析路基邊坡滑坍是公路上常見的破壞現象之一。滑坍是指路基邊坡土體或巖石沿著一定的滑動面成整體狀向下滑動。例如,在巖質或土質山坡上開挖路塹,有可能因自然平衡條件被破壞或者因邊坡過陡,使坡體沿某一滑動面產生滑坡。對河灘路堤、高路堤或軟弱地基上的路堤,也可能因水流沖刷、邊坡過陡或地基承載力過低而出現填方土體(或連同原地面土體)沿某一剪切面產生坍塌。為此,須對可能失穩或已出現失穩的路基進行穩定性分析,保證路基設計既滿足穩定性要求,又滿足經濟性要求。3.7.1路堤邊坡穩定性分析一般性質的土,均具有一定的粘結力,其邊坡滑動面成曲面,慣用的計算方法是假定為圓弧曲線。圓弧滑動面的邊坡穩定計算方法很多,工程上普遍采用條分法及其簡化的表解法和圖解法,此外還有應力圓法和圓法等。本設計中采用條分法的表解方法。如圖3.2將土體劃分各小塊,其寬度為b、高為a、滑弧全長L,將此三者換算成邊坡高度H的表達式,即(3-25)(3-26)(3-27)每1m坡長的土塊總量為:(3-28)圖3.2表解法邊坡穩定性分析原理其法向和切向分力為:(3-29)(3-30)穩定系數為:(3-31)令:,由此可得:(3-32)式中:H??邊坡高度m;c??土的粘聚力;??土的容重;f??土的內摩擦系數,,為土的內摩擦角o;A,B??取決于幾何形狀的參數,查表所得。本設計中,路堤最大填土高度為20m,邊坡坡率為1:1.5,現以該邊坡斷面為例,對其進行穩定性驗算。已知邊坡參數:m=1.5,17kN/,22o,c20KPa,H8.91m,故通過查表及計算得不同圓心對應的A,B值及值如表3.3所示。A 3.06 2.54 2.15 1.901.71B 6.25 6.50 7.15 8.3310.102.06 1.88 1.81 1.872.02表3.3表解法計算結果表根據《公路路基設計規范》的要求,路堤邊坡抗滑應滿足穩定系數要(k1.25~1.5)。該邊坡穩定系數1.81大于1.5,所以該邊坡穩定性滿足要求。3.7.2路塹邊坡穩定性分析本設計路塹邊坡穩定性分析采用直線滑動面法驗算邊坡的穩定性。如圖3.3所示,土楔ABD沿假定的破裂面AD滑動,其穩定性系數K計算如下。圖3.3直線破裂法驗算圖令滑動面ADL,可得(3-33)又,并令,加以變換,得:(3-34)式中:W??土楔ABD得重力,,按1長度計;??破裂面的傾斜角();??邊坡的坡度角();??邊坡土體得內摩擦系數,;??邊坡土體的單位粘聚力,;??參數,;??邊坡斜度系數(橫:縱)。欲求K的最小值,按微分方法,以求K為最小時的破裂面傾斜角,得:(3-35)的界限為≤≤,并以代替,得(3-36)最后得第四章擋土墻設計4.1概述本設計中設路塹土釘墻,由于K144+520至K144+620段路段比其它地方高故選K144+520至K144+620段作為分析,加筋土路堤式擋土墻路堤。同理選K145+320至K145+500段作為分析。路塹擋土墻墻高10m,路堤填土高度為20m路堤的斜率為1:1.5。設置擋土墻主要作用是收縮坡腳和支擋作用,防止出現較大邊坡,占地面積過大。其它高度不足處采用草皮護坡。4.1.1擋土墻的用途擋土墻是用來支撐天然邊坡或人工填土邊坡以保持土體穩定的構筑物。在公路工程中廣泛應用于支撐路堤或路塹邊坡、隧道洞口、橋梁兩端及河流岸壁等。路肩墻或路堤墻設置在高填路堤或陡坡路堤的下方,可以防止路基邊坡或基底滑動,確保路基穩定,同時可以收縮填土坡腳,減少填方數量,減少拆遷和占地面積,以及保護臨近線路已有的重要建筑物。濱河及水庫路堤,在傍水一側設置擋土墻,可防止水流對路基的沖刷和浸蝕,也是減少壓縮河床或少占庫容的有效措施。路塹擋土墻設置在塹坡底部,主要用于支撐開挖后不能自行穩定的邊坡,同時可減少挖方數量,降低邊坡高度。山坡擋土墻設在塹坡上部,用于支撐山坡上可能坍滑的覆蓋層,有的也兼有攔石作用。本設計中,路面邊坡穩定性滿足要求,但為了減少土石方,以及達到更好的邊坡防護,進行擋土墻設計。4.1.2擋土墻的類型及適用范圍(1)重力式擋土墻重力式擋土墻依靠墻身自重支撐土壓力來維持其穩定。一般多用片塊石砌筑,在缺乏石料的地區有時也用混凝土修建。重力式擋土墻圬工量大,但其形式簡單,施工方便,可就地取材,適應性較強,故被廣泛采用。(2)錨定式擋土墻錨定式擋土墻通常包括錨桿式和錨定板式兩種。它的特點在于構件斷面小,工程量省,不受地基承載力的限制,構件可預制,有利于實現結構輕型化和施工機械化。(3)薄壁式擋土墻薄壁式擋土墻是鋼筋混凝土結構,包括懸臂式和扶壁式兩種主要型式。它們自重輕,圬工省,適用于墻高較大的情況。(4)加筋土擋土墻加筋土擋土墻是由填土、填土中布置的拉筋條以及墻面扳三部分組成。它屬于柔性結構,對地基變形適應性大,建筑高度大,適用于填土路基;它結構簡單圬工量少,與其他類型的擋土墻相比,可節省投資30%~70%,經濟效益大。4.1.3其他說明擋土墻是用來承受土體側壓力的構造物,它應具有足夠的強度和穩定性擋土墻可能的破壞形式有:滑移、傾覆、不均勻沉陷和墻身斷裂等。因此擋土墻的設計應保證在自重和外荷載作用下不發生全墻的滑動和傾覆,并保證墻身截面有足夠的強度、基底應力小于地基承載能力和偏心距不超過容許值。這就要求在擬定墻身斷面形式和尺寸之后,對上述幾方面進行驗算。4.2支護方案由于旁邊有農田需減少用地且加筋土擋土墻用地面積小施工簡便,從經濟合理和施工方便方面因素考慮,采取了土釘墻和路堤加筋擋土處理。4.3土釘墻結構設計和計算設計參數和結構尺寸山坡上有紅粘土分布,土層厚度不一,一般在5~10m由于該路段有許多居民和農田為減少征地且加筋土可以做成垂直,造價低廉施工簡便易行等優點固該邊坡擋土墻路塹選用土釘墻邊坡支護邊坡高度H10m,土釘長度L/H0.8,土釘間距水平豎直各取一米,土釘直徑φ22mm,土釘傾角15°,支護面層厚度200mm,采用C25,c=12.5KPaθ21.3°土釘所受的側壓力4-1式中P??土釘長度中點所處深度位置上的側壓力();??土釘長度中點所處深度位置上由支護土體自重引起的側壓力??地表均布荷載引起的側壓力()。自重引起的側壓力Pl對于的沙土和粉土對于的一般粘性土粘性土的Pl取值不小于0.2γH地表均布荷載引起的側壓力取為土釘抗拔力計算在土體自重和地表均布荷載作用下每一土釘中所受最大拉力或設計內力N由下式求出:4-2式中θ??土釘傾角; ??土釘的垂直間距;??土釘的水平間距;土釘受拉強度破壞應滿足下列條件:4-3式中Fs,d?土釘的局部穩定性安全系數,取1.2~1.4N?土釘設計拉力d?土釘鋼筋直徑fyk?鋼筋拉強度標準值各排土釘的長度宜滿足下列條件:4-4式中ι1?土釘軸線傾角等于(45°+0.5δ)斜線的交點至土釘外端點的距離d0?土釘孔徑τ?土釘與土體之間的界面粘結強土釘墻支護內部穩定性分析1土土釘強度(與截面大小和屈服強度有關)。(4-5)2土釘從破壞面外側穩定土體中抗拔的能力(與伸入土體的長度,鉆孔直徑以及界面粘結強度有關)。(4-6)式中?土釘在破壞面一側伸入穩定土體中的長度。3土釘從破壞面內側失穩土體中拔出的能力(與伸入失穩土體的長度、鉆孔外徑、界面粘結強度以及土釘端部與面層的連結強度有關)。(4-7)式中?土釘端部與混泥土面層連接處的極限抗拔力。土釘的極限抗拔力取上述三者中的最小一個R土釘支護內部穩定性安全系數為:(4-8)式中??作用于土條i的土體自重和地面、地下盒子啊、荷載(KN/m)??土條i圓弧滑裂面切線與水平之間夾角??土條i的寬度()??土條i圓弧破壞面所處第j層土的內摩擦角??土條i圓弧破壞面所處第j層土的粘聚力??破壞面上第k排土釘的最大抗力;按(4-5)-(4-7)取用??第k排土釘軸線與該處破壞面切線之間的夾角??第k排土釘的水平間距??內部穩定安全系數按表4-1取用表4-1支護內部穩定性安全系數深度/m 小于6 6-12 大于12最小安全系數 1.2 1.3 1.4土釘墻外部穩定分析1抗滑動穩定分析作用在墻后滑移合力為土體主動土壓力(4-9)作用在墻底斷面上抗滑合力(4-10)式中B??寬度??土釘水平間距()抗滑安全系數要滿足下式(4-11)2抗傾覆穩定性驗算抗傾覆力(4-12)傾覆力矩(4-13)抗傾覆安全系數要滿足下式:(4-14)土釘墻支護面層設計面層所受側向土壓力可按下式估算(4-15)(4-16)式中S?為土釘水平間距和豎向間距中較大值圖4-1土釘墻布置圖表4-2內部穩定計算工況號 安全系數 圓心坐標xm 圓心坐標 ym半徑m 土釘號 土釘長度1 1.521 -0.579 11.589 3.508 2 2.388 -3.276 14.035 7.777 1 4.9423 2.185 -6.058 16.607 12.199 2 4.8084 1.978 -6.468 14.32 11.343 3 4.8075 1.713 -10.509 17.672 17.164 4 4.8066 1.562 -10.408 15.337 15.993 5 4.8057 1.368 -15.281 19.09 22.676 6 4.8048 1.306 -15.036 16.786 21.454 7 5.3039 1.306 -20.825 21.03 29.134 8 5.80210 1.31 -20.495 19.097 28.014 9 7.132表4-3土釘的選筋結果土釘號 土釘拉力抗拉 土釘拉力穩定 計算鋼筋面積 配筋 配筋面積1 4.2 81.4 271.3 1D20 314.22 6.8 77.4 258.1 1D20 314.23 15.2 80.3 267.8 1D20 314.24 23.6 79.7 265.7 1D20 314.25 32.1 81.1 270.4 1D20 314.26 40.5 80.9 269.6 1D20 314.27 48.9 91.8 305.9 1D20 314.28 57.4 101.7 339.1 1D22 380.19 101.9 131.3 490.9 1D25 490.9噴射混凝土面層計算][計算參數]厚度:100混凝土強度等級:C30配筋計算as:15水平配筋:d8@150豎向配筋:d8@150配筋計算as:15荷載分項系數:1.200表4-4配筋編號 深度 范圍 荷載值kPa 軸向 MkN.m Asmm^2 實配Asmm^21 0.00~ 1 0 x 0 306.4構造 335.1 y 0 306.4構造 335.12 1.00~ 2 3.2 x 0.119 306.4構造 335.1 y 0.119 306.4構造 335.13 2.00~ 3 13.1 x 0.483 306.4構造 335.1 y 0.483 306.4構造 335.14 3.00~ 4 23.2 x 0.854 306.4構造 335.1 y 0.854 306.4構造 335.15 4.00~ 5 33.3 x 1.226 306.4構造 335.1 y 1.226 306.4構造 335.16 5.00~ 6 43.4 x 1.597 306.4構造 335.1 y 1.597 306.4構造 335.17 6.00~ 7 53.5 x 1.968 306.4構造 335.1 y 1.968 306.4構造 335.18 7.00~ 8 63.6 x 2.339 306.4構造 335.1 y 2.339 306.4構造 335.19 8.00~ 9 73.7 x 2.711 306.4構造 335.1 y 2.711 306.4構造 335.110 9.00~ 10 83.7 x 3.082 306.4構造 335.1 y 3.082 306.4構造 335.1【外部穩定計算參數】所依據的規程:《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2002土釘墻計算寬度:10.000墻后地面的傾角:0.0度墻背傾角:90.0度土與墻背的摩擦角:10.0度土與墻底的摩擦系數:0.300墻趾距坡腳的距離:0.000墻底地基承載力:400.0抗水平滑動安全系數:1.300抗傾覆安全系數:1.600[外部穩定計算結果]重力:1641.6重心坐標:5.426,4.839)超載:123.6超載作用點x坐標:5.880m土壓力:290.7土壓力作用點y坐標:3.400m基底平均壓力設計值181.6400.0基底邊緣最大壓力設計值186.81.2*400.0抗滑安全系數:1.9031.300抗傾覆安全系數:10.4161.600結果滿足要求。4.4加筋土設計資料計算資料路基寬度為26m,荷載標為汽?20級面板為1.0m×0.8m矩形混泥土面板,板厚20cm混泥土強度等級C30筋帶節點的水平間距0.5m,垂直間距0.5m填料為黃土,容重為γ120KN/m3內摩擦角φ30°1計算加筋土上填土重力的等代土層厚度4-17式中??加筋土上填土換算成等代均布土層厚度,當時,取;m??路堤邊坡率H??加筋體高度??坡腳至面板水平距離??加筋體上路堤高度2計算汽?20重車作用下的等代土層厚度h計算荷載布置長度B已知汽?20重車的前后軸距L1.4+4.05.4m,車輪接地長度a0.2,由《公路加筋土設計規.范》式2.3.2-2:B5.4+0.20+(2×0.6+12)tg30°13.22根據車輛的擴散長度B按下式計算(4-18)式中??汽車或平板掛車的前后軸距a??車輪或履帶的著地長度筋帶所受拉力計算4-19式中??車輛荷載作用下,加筋體內深度處的垂直應力??結構計算時采用的荷載布置寬度??深度處應力擴散寬度,按下式計算;當當??面板背面至路基邊緣距離3筋帶所受拉力計算路堤式擋土墻4筋帶設計斷面積按下式計算4-20式中??第i單元筋帶設計斷面積??拉筋容許應力K??筋帶容許應力提高系數??第i單元筋帶所受拉力,采用或5筋帶長度按下式計算4-21式中??筋帶總長