高速公路边坡支护挡土墙设计计算书.doc

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1、目 录第一章 前言1第二章 场地岩土工程条件22.1 地形地貌22.2 气象水文22.3 地层岩性22.4 地震效应22.5 场地工程地质条件评价32.5.1 场地稳定性评价32.5.2 场地岩土工程条件评价32.5.3 水文地质评价3 2.5.4 土料场评价3 2.6 结论与建议4第三章 路基路面53.1 选线53.1.1 选线的一般原则53.1.2 选线的步骤和方法53.2 平曲线设计63.2.1 平面线形设计的一般原则63.2.2 路线方案拟定63.2.3 平曲线要素计算63.2.4 逐桩坐标计算83.3 纵断面设计93.3.1 纵断面设计原则103.3.2 平曲线与竖曲线组合的一般原则

2、103.4 路基设计及防护工程103.4.1 路基的类型和构造113.5 路基填料与压实标准113.5.1 填料的选择113.5.2 不同土质填筑路堤123.5.3 路基压实与压实度123.5.4 软基处理123.6 路基防护133.6.1 路堤边坡防护133.6.2 路堑边坡防护133.7 边坡稳定性分析133.7.1 路堤边坡稳定性分析143.7.2 路堑边坡稳定性分析15第四章 挡土墙设计184.1 概述184.1.1 挡土墙的用途184.1.2 挡土墙的类型及适用范围184.1.3 其他说明194.2 支护方案194.3 土钉墙结构设计和计算194.4 加筋土设计资料28第五章 公路排

3、水设计355.1 排水的重要性355.2 排水设计的内容355.3 路基排水的任务355.4 地表排水365.5 地下排水375.6 涵洞分类及各种构造型式涵洞的适用性和优缺点375.7 涵洞选用原则385.8 涵洞拟定38第六章 施工组织设计416.1 施工组织设计总要求416.2 施工布426.2.1 机械化施工总体计划内容：426.2.2 施工组织方法426.2.3 施工力量组织426.2.4 临时设施426.2.5 施工准备426.3 加筋土施工436.4 质量保证措施436.5 安全生产保证体系446.6 文明施工与环境保护456.6.1 文明施工与环境保护的措施456.6.2 环境

4、保护456.6.3 文明施工47第七章 结论48第一章 前言 毕业设计是培养学生综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能，分析和解决实际问题的能力。它具有很强的 实践性和综合性，是培养学生独立工作的一种良好途径和方法。在设计过程在，我重温了以前所学的基础理论和专业技术知识，查阅了很多相关方面的资料和工具书，弥补了自身一些缺陷。在设计过程中，我努力将 所学知识系统化条理化，不断地融会贯通。挡土墙分类的方法很多，一般可按结构型式、建筑材料、施工方法及所处环境条件等进行划分。按其结构型式及受力特点划分，常见的挡土墙型式可分为重力式、半重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、锚杆式、锚定板式、加筋土挡土墙、

5、板桩式及地下连续墙等；若按材料类型可划分为木质、砖、石砌、混凝土及钢筋混凝土挡土墙；按所处的环境条件划分为一般地区、浸水地区和地震区挡土墙等。 挡土墙作为一种结构物，其类型是各式各样的，其适用范围将取决于墙址地形、工程地质、水文地质、建筑材料、墙的用途、施工方法、技术经济条件及当地的经验积累等因素。本设计中用到了材料力学、混凝土原理、结构力学、钢结构、岩体力学、土力学、水力学等学科的相关知识，同时我也查阅了大量的图书馆、网上资料来解决设计过程中在挡土墙结构计算、图纸绘制等方面存在的疑惑，力求使设计合理、完整。通过这样的一个学习、认识到再学习的过程，我更深的掌握了挡土墙设计的基本方法、原理，同时

6、也在一定程度上掌握了Office 、AutoCAD的使用。 第二章 场地岩土工程条件2.1 地形地貌本合同段沿线地形主要为丘陵地貌，属构造侵蚀地形，相对高差5-12m，山丘和农田相间，山坡多低矮平缓，山坡上覆盖层一般不大。2.2 气象水文本项目所在区域所属亚热带季风湿润气候，四季分明，冬冷期短，夏热期长，雨量丰富，生长期长。多年平均气温1617.2，四季温差变化大，最高43，最低-13.3。48月份占年降水量的70左右，且多绵绵细雨，可连续30天之久。8月份以后雨量减少，11月到来年2月降水量很少，仅占年降水量的18左右。2.3 地层岩性根据钻孔揭露，现按层序由新到老分述如下：第四系堆积层：该

7、层广泛分布在合同段内，其厚度不大，一般)： (3-14) (3-15)（2）设缓和曲线单曲线中桩坐标计算曲线上任点的切线横距 (3-16)式中，为缓和曲线上任意点至 (或)的曲线长；为缓和曲线长度。1）第一缓和曲线（）任意点坐标计算公式如下： (3-17) (3-18)式中：转角符号，右偏为“+”，左偏为“-”。 2）圆曲线内任意点坐标计算公式如下：当处于段内时： (3-19) (3-20)式中，为圆曲线内任意点至HY点的曲线长；为当处于段内时： (3-21) (3-22)式中，为圆曲线内任意点至YH点的曲线长。3）第二缓和曲线（）内任意点的坐标计算公式如下： (3-23) (3-24)式中：

8、为第二缓和曲线内任意点至HZ点的曲线长。3.3 纵断面设计沿着道路中线竖直剖开然后展开即为道路纵断面，它反映了道路中线地面高低起伏的情况及设计路线的纵向坡度情况，从而可以看出纵向土石方工程的挖填情况。把道路的纵断面图与平面图结合起来，就能完整的表达出道路的空间位置。本路段地形属山丘区，公路等级为高速公路，道路设计速度为100km/h，设计了三段竖曲线，半径分别为2000m，10000m，4000m，最大坡率为3.443%，最大坡长为552m。3.3.1 纵断面设计原则（1）设计线形应与地形相适应，设计成视觉连续、平顺而圆滑的线形，避免在短距离内出现频繁的起伏。（2）应避免能看见近处和远处而看不

9、见中间凹处之线形。（3）较长的连续上坡路段，宜将最陡纵坡放在底部，接近坡顶的纵坡宜放缓。（4）相邻纵坡之间代数差较小时，应尽量采用较大的竖曲线半径。 （5）应满足纵坡及竖曲线的各项规定（最大纵坡、最小纵坡、坡长限制、坡段最小长度、竖曲线最小半径及竖曲线最小长度等）。（6）在积雪或冰冻地区，应避免采用陡坡。3.3.2 平曲线与竖曲线组合的一般原则（1）平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线，竖曲线的起终点应落在平曲线的缓和曲线段内，即所谓的“平包竖”。（2）要避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平曲线的拐点重合。（3）计算行车速度大于40km/h的道路，应避免在凸形竖曲线顶部

10、或凹形竖曲线底部插入小半径的平曲线。（4）平曲线最好设一个竖曲线，最多不宜超过两个竖曲线。（5）平、纵面线形组合必须注意与路线所经地区的环境相配合。应满足行车安全、舒服以及与沿线环境、景观协调的要求，并保持平面、纵断面两种线形的均衡，保证路面排水通畅。3.4 路基设计及防护工程公路路基是路面的基础，它是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物，承受由路面传来的荷载，必须具有足够的强度、稳定性和耐久性。根据规范，二级公路采用整体式横断面，为单幅双车道，整体式路基横断面包括行车道、路肩以及错车道等组成部分。路基宽度是指公路路幅顶面的宽度，即两路肩外缘之间的宽度，公路路基宽度为行车道与路肩宽度之和

11、。本设计中，行车道宽度为43.75m，路肩为23m中央分隔带3.5m。路基宽度为26m。路基形式有路堤、路堑和半填半挖。填土土质为粘性土，经对土体进行边坡稳定性验算，路堤边坡值均取1：1.5。边坡稳定性分析中路堤边坡采用表解法，路堑边坡采用直线滑动面法。边坡防护采用植草护坡和设置挡土墙。3.4.1 路基的类型和构造由于填挖情况不同，路基横断面形式可归纳为路堤、路堑和填挖结合三种类型。本设计路段中，路堤和路堑是路基的主要横断面形式。（1）路堤 路基设计标高高于天然地面标高时，需要进行填筑，这种路基形式称为路堤。按填土高度的不同，划分为高路堤、矮路堤和一般路堤。路基边坡坡度一般取1：1.5，在路基

12、的两侧设边沟。高路堤的填方数量大，占地多，为使路基稳定和横断面经济合理，可以在适当的位置设置挡土墙。（2）路堑路基设计标高低于天然地面标高时，需要进行开挖，这种路基形称为路堑。挖方边坡根据高度和岩土情况设置成直线或折线，一般坡度取1：1.25。挖方边坡的坡脚设置边沟，以汇集和排除路基范围内的地表径流，路堑的上方设置截水沟，以拦截和排除流向路基的地表径流。（3）半挖半填路基半挖半填路基兼有路堤和路堑的特点，上述对路堤和路堑的要求均应满足。本设计中，填土土质为粘性土，经对土体进行边坡稳定性验算，路堤边坡值均取1：1.5。在挖方边坡中，由于本设计中边坡土质为岩石，所以边坡值采用1：0.5。3.5 路

13、基填料与压实标准3.5.1 填料的选择本设计填方路基采用土石混合料等填筑，优先采用强度高、无风化、摩擦系数大、透水性良好的材料进行填筑。填筑时分层填筑。透水性较小的土壤填于下层，透水性较好的土壤填于上层，以利于排水和路基分层压实稳定，这样可以避免出现土壤杂乱填筑所导致的水囊与滑动现象。根据公路路基设计规范可知，二级公路路基填料最小强度和最大粒径要求如表3.1所示。 表3.1 路基填料最小强度和最大粒径要求 项 目 分 类路面底面以下深度（cm）填料最小强度（%）填料最大粒径（cm）填方路基上路床030610下路床3080410上路堤80150410下路堤150以下310 零填0306103.5

14、.2 不同土质填筑路堤（1）如透水性较小的土层，位于透水性较大的土层下面，则透水性较小的土层表面应自填方轴线向两边做成不小于4%的坡度。（2）如透水性较大的土层位于透水性较小的土层下面，则透水性较大的土层表面应做成平台。（3）为了防止雨水冲刷，可覆盖透水性较小的土层。（4）允许使用取土场内上述各种土的天然混合物。（5）水的土与不透水的土，不能非成层使用，以免在填方内形成水囊。3.5.3 路基压实与压实度（1）堤填土需分层压实，使之具有一定的密实度。土的压实效果同压实时的含水量有关。对于路基的不同层位应提出不同的压实要求，上层和下层的压实度应高些，中间层可低些。（2）为了保证路基的强度和稳定性，

15、使路面有一个必要的稳定基础，填方路基应分层铺筑，均匀压实，压实标准根据现行公路路基设计规范，具体标准见下表3.2所示：填挖类型路面底面以下深度（cm）压实度（%）填方路基上路床03095下路床308095上路堤8015094下路堤150以下92 零填03095 表3.2 路基（重型）压实度3.5.4 软基处理软土具有高含水量、大孔隙、低密度、低强度、高压缩性、低渗透性的特点；具有一定的结构性，这种结构性是不可逆的，一旦被破坏很难恢复，从而加大了土的压缩量；具有结构性的土类应力应变关系将表现出一定的膨胀性。由于软弱土具有强度低压缩性大和明显的触变性等不良特性，对路基危害较大。因此，想要满足设计要

16、求就必须根据实际情况，因地制宜地对软土地基进行加固，以提高其强度，减少其压缩性，改善其稳定条件，以满足设计的要求。软基处理方法很多，大致可分为：表层处理法、换填法、反压护道法、固结排水法、凝固法、构造物法等。在选择处理方法时，应根据地基的性状、道路的标准、施工条件、对周围环境的影响等各种条件，选择最符合目的要求，而且最经济的方法。3.6 路基防护路基防护工程是防护路基病害、保证路基稳定、改善环境景观、保护生态平衡的重要设施。边坡防护，主要是保护路基边坡表面免受雨水冲刷，减缓温差及湿度变化的影响，防止和延缓软弱岩土表面的风化、碎裂、剥蚀演变进程，从而保护路基边坡的整体稳定性，在一定程度上还可以兼

17、顾路基美化和协调自然环境。边坡防护设施，不承受外力作用，必须要求坡面岩土整体稳定牢固，但护面墙可用于极限稳定边坡。对于土路堤的坡面铺砌防护工程，最好待填土沉实或夯实后再施工，并根据填料的性质及分层情况决定防护方式。铺砌的坡面应预先整平，坑洼处应填平夯实。常用的坡面防护设施有植物防护和工程防护两大类。3.6.1 路堤边坡防护由于本设计路段是以粘性土为主，且路堤边坡为1：1.5，坡度较缓，边坡稳定性比较高。路堤高度小于3米，边坡采用方格网植草护坡；部分路堤高度较高，为了减少土石方，达到更好的边坡稳定，设置挡土墙。3.6.2 路堑边坡防护本设计中，路堑边坡为1：0.5，对不超过12m的石质边坡，可按

18、一般路基设计，采用规定的坡度值，稳定性满足要求。但为了更好的边坡稳定，路堑边坡防护采用菱形骨架植草皮防护来保护边坡同时也考虑了美化环境、改善景观以及舒缓驾驶人员视觉疲劳等因素。3.7 边坡稳定性分析路基边坡滑坍是公路上常见的破坏现象之一。滑坍是指路基边坡土体或岩石沿着一定的滑动面成整体状向下滑动。例如，在岩质或土质山坡上开挖路堑，有可能因自然平衡条件被破坏或者因边坡过陡，使坡体沿某一滑动面产生滑坡。对河滩路堤、高路堤或软弱地基上的路堤，也可能因水流冲刷、边坡过陡或地基承载力过低而出现填方土体（或连同原地面土体）沿某一剪切面产生坍塌。为此，须对可能失稳或已出现失稳的路基进行稳定性分析，保证路基设

19、计既满足稳定性要求，又满足经济性要求。3.7.1 路堤边坡稳定性分析一般性质的土，均具有一定的粘结力，其边坡滑动面成曲面，惯用的计算方法是假定为圆弧曲线。圆弧滑动面的边坡稳定计算方法很多，工程上普遍采用条分法及其简化的表解法和图解法，此外还有应力圆法和圆法等。本设计中采用条分法的表解方法。如图3.2将土体划分各小块，其宽度为b、高为a、滑弧全长L，将此三者换算成边坡高度H的表达式，即 （3-25） （3-26） （3-27）每1m坡长的土块总量为： （3-28） 图3.2 表解法边坡稳定性分析原理其法向和切向分力为： （3-29） （3-30）稳定系数为： （3-31）令：，由此可得： （3-

20、32）式中：H边坡高度(m)；c土的粘聚力()；土的容重()；f土的内摩擦系数，为土的内摩擦角()；A，B取决于几何形状的参数，查表所得。本设计中，路堤最大填土高度为20m， 边坡坡率为1：1.5， 现以该边坡断面为例，对其进行稳定性验算。 已知边坡参数：m1.5，=17kN/，=22，c=20KPa，H=8.91m，故通过查表及计算得不同圆心对应的A，B值及值如表3.3所示。 A3.062.542.151.90 1.71B6.256.507.158.33 10.102.061.881.811.87 2.02 表3.3 表解法计算结果表根据公路路基设计规范的要求，路堤边坡抗滑应满足稳定系数要（

21、k=1.251.5）。该边坡稳定系数=1.81大于1.5，所以该边坡稳定性满足要求。 3.7.2 路堑边坡稳定性分析本设计路堑边坡稳定性分析采用直线滑动面法验算边坡的稳定性。如图3.3所示，土楔ABD沿假定的破裂面AD滑动，其稳定性系数K计算如下。图3.3 直线破裂法验算图令滑动面AD=L，可得 （3-33）又，并令，加以变换，得： （3-34）式中：W土楔ABD得重力，按1长度计；破裂面的倾斜角（）；边坡的坡度角（）； 边坡土体得内摩擦系数，；边坡土体的单位粘聚力，； 参数，；边坡斜度系数（横：纵）。欲求K的最小值，按微分方法，以求K为最小时的破裂面倾斜角，得： （3-35）的界限为，并以代

22、替，得 （3-36）最后得 19第四章 挡土墙设计4.1 概述本设计中设路堑土钉墙，由于K144+520至K144+620段路段比其它地方高故选K144+520至K144+620段作为分析，加筋土路堤式挡土墙路堤。同理选K145+320至K145+500段作为分析。路堑挡土墙墙高10m，路堤填土高度为20m路堤的斜率为1:1.5。设置挡土墙主要作用是收缩坡脚和支挡作用，防止出现较大边坡，占地面积过大。其它高度不足处采用草皮护坡。4.1.1 挡土墙的用途挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的构筑物。在公路工程中广泛应用于支撑路堤或路堑边坡、隧道洞口、桥梁两端及河流岸壁等。路肩墙或

23、路堤墙设置在高填路堤或陡坡路堤的下方，可以防止路基边坡或基底滑动，确保路基稳定，同时可以收缩填土坡脚，减少填方数量，减少拆迁和占地面积，以及保护临近线路已有的重要建筑物。滨河及水库路堤，在傍水一侧设置挡土墙，可防止水流对路基的冲刷和浸蚀，也是减少压缩河床或少占库容的有效措施。路堑挡土墙设置在堑坡底部，主要用于支撑开挖后不能自行稳定的边坡，同时可减少挖方数量，降低边坡高度。山坡挡土墙设在堑坡上部，用于支撑山坡上可能坍滑的覆盖层，有的也兼有拦石作用。本设计中，路面边坡稳定性满足要求，但为了减少土石方，以及达到更好的边坡防护，进行挡土墙设计。4.1.2 挡土墙的类型及适用范围（1）重力式挡土墙重力式

24、挡土墙依靠墙身自重支撑土压力来维持其稳定。一般多用片(块)石砌筑，在缺乏石料的地区有时也用混凝土修建。重力式挡土墙圬工量大，但其形式简单，施工方便，可就地取材，适应性较强，故被广泛采用。（2）锚定式挡土墙锚定式挡土墙通常包括锚杆式和锚定板式两种。它的特点在于构件断面小，工程量省，不受地基承载力的限制，构件可预制，有利于实现结构轻型化和施工机械化。（3）薄壁式挡土墙薄壁式挡土墙是钢筋混凝土结构，包括悬臂式和扶壁式两种主要型式。它们自重轻，圬工省，适用于墙高较大的情况。（4）加筋土挡土墙加筋土挡土墙是由填土、填土中布置的拉筋条以及墙面扳三部分组成。它属于柔性结构，对地基变形适应性大，建筑高度大，适

25、用于填土路基；它结构简单圬工量少，与其他类型的挡土墙相比，可节省投资30%70%，经济效益大。4.1.3 其他说明挡土墙是用来承受土体侧压力的构造物，它应具有足够的强度和稳定性挡土墙可能的破坏形式有：滑移、倾覆、不均匀沉陷和墙身断裂等。因此挡土墙的设计应保证在自重和外荷载作用下不发生全墙的滑动和倾覆，并保证墙身截面有足够的强度、基底应力小于地基承载能力和偏心距不超过容许值。这就要求在拟定墙身断面形式和尺寸之后，对上述几方面进行验算。4.2 支护方案由于旁边有农田需减少用地且加筋土挡土墙用地面积小施工简便，从经济合理和施工方便方面因素考虑，采取了土钉墙和路堤加筋挡土处理。4.3 土钉墙结构设计和

26、计算设计参数和结构尺寸山坡上有红粘土分布，土层厚度不一，一般在510m由于该路段有许多居民和农田为减少征地且加筋土可以做成垂直，造价低廉施工简便易行等优点固该边坡挡土墙路堑选用土钉墙边坡支护边坡高度H=10m，土钉长度L/H=0.8，土钉间距水平竖直各取一米，土钉直径22mm，土钉倾角15，支护面层厚度200mm，采用C25，12.5KPa =21.3土钉所受的侧压力 (4-1)式中P土钉长度中点所处深度位置上的侧压力（）；土钉长度中点所处深度位置上由支护土体自重引起的侧压力地表均布荷载引起的侧压力（）。自重引起的侧压力Pl对于的沙土和粉土 对于的一般粘性土 粘性土的Pl取值不小于0.2H 地

27、表均布荷载引起的侧压力取为 土钉抗拔力计算在土体自重和地表均布荷载作用下每一土钉中所受最大拉力或设计内力N由下式求出： (4-2) 式中土钉倾角；土钉的垂直间距；土钉的水平间距；土钉受拉强度破坏应满足下列条件： (4-3)式中Fs，d土钉的局部稳定性安全系数，取1.21.4 N土钉设计拉力 d土钉钢筋直径 fyk钢筋拉强度标准值各排土钉的长度宜满足下列条件： (4-4)式中1土钉轴线倾角等于（45+0.5）斜线的交点至土钉外端点的距离 d0土钉孔径 土钉与土体之间的界面粘结强土钉墙支护内部稳定性分析1土土钉强度（与截面大小和屈服强度有关）。 （4-5）2土钉从破坏面外侧稳定土体中抗拔的能力（与

28、伸入土体的长度，钻孔直径以及界面粘结强度有关）。 （4-6）式中土钉在破坏面一侧伸入稳定土体中的长度。3土钉从破坏面内侧失稳土体中拔出的能力（与伸入失稳土体的长度、钻孔外径、界面粘结强度以及土钉端部与面层的连结强度有关）。 （4-7）式中土钉端部与混泥土面层连接处的极限抗拔力。土钉的极限抗拔力取上述三者中的最小一个R土钉支护内部稳定性安全系数为： （4-8）式中作用于土条i的土体自重和地面、地下盒子啊、荷载（KN/m）土条i圆弧滑裂面切线与水平之间夹角土条i的宽度（）土条i圆弧破坏面所处第j层土的内摩擦角土条i圆弧破坏面所处第j层土的粘聚力破坏面上第k排土钉的最大抗力；按（4-5）-（4-7）取用第k排土钉轴线与该处破坏面切线之间的夹角第k排土钉的水平间距内部稳定