路基工程课程设计Word文档格式.docx
- 文档编号:19619742
- 上传时间:2023-01-08
- 格式:DOCX
- 页数:20
- 大小:158.27KB
路基工程课程设计Word文档格式.docx
《路基工程课程设计Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《路基工程课程设计Word文档格式.docx(20页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
D路堤上口宽度
该高速公路双向4车道,每车道宽3.75m,中央分隔带3m,单侧路缘带1.5m,硬路肩3.5m,土路肩0.75m,根据该尺寸拟定路基上口宽度为28m.
2)路堤路拱横坡
考虑到行车以及排水要求,拟定路拱横坡为1.5%
3)路堤边坡坡度
边坡设为1:
1.5,采用植物防护,既达到边坡防护的效果,也起到了绿化的作用,同时作为高速公路,可以减轻司机驾驶疲劳,减少行车事故。
根据条件知:
上海地区地下水位在地表下0.5米,路基横坡为1.5%。
路面结构为20cm砾石砂垫层、40cm二灰碎石基层、15cm沥青混凝土面层。
路堤最低高度按中湿状态控制。
采用公路自然区划预估法,上海地区位于IV】区,土质为粘性土,由于路基处于中湿状态,则要求4)豆,查表得后二1.2—1.3m,这里计算取1.3m,则最低设计标高为H^=0-凄+H#hR-0.5+1.3+0.75=1.55m,考虑到南方梅雨季节地下水位上涨的因素,故取路堤的最低高度为2m。
1.3路堤填料
由于低路堤填挖不是很大,同时考虑到上海及周边地区的地形地质特点,故采用天然土层作为路堤的填料,该填料经济便宜,来源广泛,经过充分的压实可以满足承载力要求,并复合变形小的特点。
路面结构为20cm砾石砂垫层、40cm二灰碎石基层、15cm沥青混凝土面层。
2.路基沉降计算
2.1计算方法
根据题意,采用道路中心线以下附加应力进行分层总和法计算总沉降量,并计算施工完毕各层土的固结度,根据固结度验算工后沉降。
为防止路面结构变形或破坏,沉降控制指标应保证路基顶面工后沉降小于0.计算公式如下:
•附加应力:
%
其中,4)为与x/Z,6/2有关的系数,
x为路堤中心点距荷载边缘的距离
6为荷载作用的宽度的一半,z为作用的深度,
产为填土的重度
〃为填土的高度
•总沉降量计算:
S=Z}二区•4
1+0
其中,&
为第3层自重应力对应的含水量,
6为第d层自重应力与附加应力和对应的含水
量
修为第f层土的高度,
S为总的沉降量
•固结度计算:
'
7V
其中,.工,3=三,
H2,,儿人.
,,为压缩系数,
攵为渗透系数,
。
为土的空隙比
〃为固结厚度
2.2计算过程
2.1.1应力系数计算
在计算路基沉降过程中,填土高度为2m,填土重度为19kN/m、上口宽为28m,边坡1:
1.5,可得下口宽为34m,因此,填土荷载可以简化为梯形分布,其最大的强度为p=yh=19X2=38kPa。
将梯形荷载分解为两个三角形荷载(ebc)和(ead)之差,因此<7Z=2[ct2(ebo)-ctz(ebf)],计算图示如下:
计算各点的应力系数如下:
荷
X
J
zR.5
2」
2=10
z=20
z
~b
a。
zb
K
%
ebo
1
•
0.
03
49
18
45
59
33
1.
22
eaf
0■
04
48
21
43
71
30
19
2.2.2分层总和法总沉降计算
根据分层总和法,以地下水位和不同土层为分界线,同时每1m分一层,计
算总的沉降量,计算简图及计算过程如下:
L
7.0
深
度
自重
应力
附加
自重应力平均值B
附加应力平均值AP
总应力平均值p2i
受压前空
隙比e”
38
受
0.5
9.5
37.87
4.75
37.935
42.685
0.890295
14
37.68
11.75
37.775
49.525
0.884835
2
23
37.33
18.5
37.505
56,005
0.87957
3
32
36.9
27.5
37.115
64.615
0.87255
50
36.54
41
36.72
77.72
1.08178
68
36.33
36.435
95.435
1.06072
86
36.2
77
36.265
113.265
1.04416
104
36.08
95
36.14
131.14
1.0276
122
35.98
113
36.03
149.03
1.01442
140
35.88
131
35.93
166.93
1.00254
158
35.72
149
35.8
184.8
0.99066
175.5
35.66
166.75
35.69
202.44
0.978945
C
12
193
35.61
184.25
35.635
219.885
0.967395
经过计算,在此时总的沉降量S=Z/,=0.162m,
2.2.3施工期固结度计算
路基施工周期为2年,计算引起主要沉降的土层即第二层灰色淤泥质亚粘土在施工期等压固结后的固结度:
其中G尸(cm7sec),H=12m
7;
.=-^4=0.14
H2
U,=1一上JT*=0.437T
由此可以看出,该路堤工后沉降占总沉降的47%左右,约为0.092m。
满足工后沉降小于0.1ID的控制指标要求,故可以采用此种低路堤设计。
3.软土层应力控制验算
3.1荷载组成分析:
1)行车荷载:
设计年限内每车道累计标准轴载作用次数为10000000,无超载。
荷载
计算简图如下:
2)路堤自重荷载:
路堤填土重度Y为19kN/〃六梯形分布,梯形上底28m,下底34m高2mo
3.2行车荷载应力计算
已知灰色淤泥质亚粘土层无侧限抗压强度Q=0.6kg/cm2=60kPa,则在反复荷载作用下,考虑到塑性变形的积累,以及该层土为饱和粘性土,其抗压临界应力值为[。
』=0.09,a=5.4kPa,当重复应力超过次临界值时,土的塑性变形会随荷载次数的增加而急剧增大。
采用布辛奈斯克解,将标准轴载等效为作用在轮胎中心的集中荷载。
标准轴载轴距为2.4m,后轴一侧两轮中心矩为0.32m;
等效后的集中力为25kNo分别对道路中心线下方灰色淤泥质亚粘土层顶端的附加应力,以及周围集中力分布最为密集的集中力下方该土层顶端的附加应力进行验算,这些点为附加应力较大的点。
验算公式为
LF
其中:
F为集中力,
z为计算点的深度,a
为系数,与r/z有关,r为计算点至荷载
作用点的水平距离。
验算道路中心线下方灰色淤泥质亚粘土层顶端的附加应力,其中z=5m。
由于荷载对称分布,只需计算半结构引起的附加应力即可。
计算表如下:
点
号
r
/
1.7
1.3
0.9
0.6
0.3
0.2
Z
<
y
0.0
0.1
0.4
129
144
317
357
344
978
849
103
计算得到道路中心线下方灰色淤泥质亚粘土层顶端的行车荷载附加应力
为:
J=l.12kpa,满足承载力要求。
同理验算道路其他集中荷载点的应力,均满足要求。
这里不做一一验算。
3.3路堤自重作用的应力计算
根据前面沉降分析得到了路堤自重的应力计算值,在利用应力叠加的办法求解,得到各分层点的应力值如下:
b
z=O
z=O.5
z=3
2=20
载面积
zr
z~b
■
bz
35.7
27.36
经过计算,可以发现自重应力也满足要求,故该路堤满足承载力要
求。
4.造价估算
低路堤设计填方两较少,在上海平原微丘区施工成本较低,项目支出大多
为人力及材料成本,在没有考虑用地及其他外部成本支出的情况下,对低路堤项目人材机的费用支出如下表。
项目
数量
单位
单价阮)
费用
(万
元)
人工
60000
人*日
300
材料
土方
12000
3m
36
黄砂
600
碎石
10000
55
生石灰
700
2.24
粉煤灰
1300
5.85
路面用碎石
2600
60
15.6
改性石油沥青
900
t
4000
360
能源(柴油及电能)
草皮
3000
2m
6.5
1.95
机械及运输费用
各种施工机械平均约5万元每月
200
三项总费用
1277
第三部分高路堤设计
1)路堤上口宽度
该高速公路双向4车道,每车道宽3.75m,中央分隔带3m,单侧路缘带1.5叫硬路肩3.5m,土路肩0.75m,根据该尺寸拟定路基上口宽度为28m.
考虑到行车以及排水要求,拟定路拱横坡为L5%
1.2路堤极限填土高度确定
在不控制软土地基处理和不控制填土速率的情况下,确定路堤的极限填土高度,由于上海地区存在一定厚度的硬壳层(>
1.5m),故采用下式进行估算。
其中,Ck为软土层的直剪块剪试验的粘性力指标,
/为路堤填土重度,
,。
为硬壳层厚度。
假设填土为表层的褐黄色亚粘土,查得各项数据值为:
Ck=25kPa,/=19kN/m\硬壳层厚度得,极限填土高度为5.8m。
2.一般填土路堤沉降计算
选用表层褐黄色亚粘土作为填土材料,填土高度设为5m,边坡坡度按1:
1.5设计,则路堤的上口宽为28m,下口宽为45nl,总的沉降计算,方法同前。
由此得到一般填土路基的总的沉降计算如下表:
自重应力
自重应力平均值B
受压百隙比
94.76
94.88
99.63
0.890295
0.826
93.51
16.25
94.135
110.385
0.881325
0.820
92.33
36.5
92.92
129.42
1.08817
1.003
91.16
91.745
159.745
1.05244
0.983
8122
89.9610490.56194.56L020360.96
由此计算得到总的沉降量为0.49m。
由于该路基施工周期为2年,计算引起主要沉降的土层即第三层灰色淤泥质粘土等压固结后的固结度:
其中Gv=0.8X10"
(cnVsec),H=20m
T=S£
=o.O13
8xT;
U,=l--e4=0.21
7T
可以看出,该填土路堤在施工期的沉降较小,沉降主要集中在工后阶段,这部分沉降仍占总沉降的80%左右,约为0.388m。
尽管没有考虑硬壳层导致的应力扩散作用,以及随深度增加压缩模量的增大而使计算的附加应力偏大,偏安全,但工后沉降量仍然远远高出沉降控制量,因此采取软基加固措施是很有必要的。
3.加固路堤沉降计算
3.1加固路堤的填料选择
对于上述的填土路堤,我们发现由于附加应力的作用,导致路堤的工后沉降过大,不能满足变形要求。
因此,我们采用EPS轻质路堤对软基进行加固。
EPS材料具有超轻质、耐压缩、自立性强、耐水性强等特性。
容重一般进为沙土的1/50-1/100,吸水性很差。
利用EPS轻质路堤可以减少地基顶面的垂直土压力,减少软土地基的沉降,同时还能降低侧向土压力,简化支挡结构物,是一种比较经济、实用价值高的材料。
在高路堤的设计中选择该材料进行地基的加固。
3.2加固地基处理方法
对地基进行处理,主要对地面以下第一层褐黄色亚粘土层,第二层灰色淤泥质亚粘土层以及第三层灰色淤泥质粘土层进行处理,处理方式为:
1)路堤以下厚度为3m的褐黄色亚粘土采用聚苯乙烯泡沫(EPS,P=20Kg/mS,E,=6MPa)换填。
同时对地下水进行处理,将水位降至-3m以下。
2)采用等压预固结,设置袋装砂井降水,砂井采用正三角形布置,间距L为l.5m,深度20山,即伸入灰色淤泥质粘土层底部。
EPS顶部设置厚度为0.5m的砂垫层与砂井顶部相接。
加速路堤排水过程,减少固结时间。
3.3加固地基应力计算
由于采用了EPS地基加固,换填了表层下面的褐黄色亚粘土,就减少了地基顶面的垂直土压力,这样,路堤的附加应力相对降低,此时,各点的附加应力计算式为:
JP=/尸+。
:
一
其中4P为未做地基处理时的附加应力为加固地基的自重压力
c为未做地基处理时的自重压力
3.4加固地基沉降计算
采用EPS加固后的附加应力,利用前面相同的方法进行路堤的沉降计算,计算简图如下:
此时路基的表层土被EPS置换,由于EPS的容重远远小于天然土的容重(约为1%),故可以忽略该部分EPS的重量,经过加固后的地基在地表下3m处的自重应力可以近似看成0,所以,各土层前后自重应力差为C-久=-(19x0.5+9x1.5)=-32kPa,利用分层总和法重新计算路基的总沉降量为:
附加应力
自重应力平均值几
附加应力平均
4自
1ILAP
受压前空隙比e”
受压振隙比
63
62.76
62.88
0.855
0.847
61.51
62,135
62.135
60.33
60.92
69.92
1.12722
1.050
54
59.16
59.745
95.745
1.08888
1.026
2030132.42283.533.49316.990.9227650.909
在计算到16m处的时候,附加应力已经小于自重应力的20%,此时
的总沉降为0.302m。
经过比较可以发现,采用EPS对地基进行加固后的
沉降(0.302m)小于一般填土路基的沉降(0.49m)o
在施工期内进行等压固结,由于采用砂井排水,取砂井的影响半径d=ur作为排水距离月的计算值,各层的工后沉降计算如下表:
土层
固结系数Ch(10-3cm2/sec)
排水距离Mm)
时间
因数7,
固结度〃
工后沉降(m)
EPS材料
沉降主要在工期内完成,工后沉降约为0
灰色淤泥质亚粘土
8.
.8
4.0
灰色淤泥质粘土
0.8
0.67
0.84
0.04
工后沉降量为S=0+0+0.048=0.048(m)<
0.1m,同时考虑填筑EPS带来的应力扩散,以及土的压缩模量随深度增加而增大,工后沉降量完全满足工程要求。
3.5EPS抗浮验算。
由于EPS材料密度远小于水,当地下水位上升时,可能导致EPS材料浸水而产生一定的浮力,为了防止因材料因受水的浮力而产生应力应变变化,需要对EPS进行抗浮验算。
在本项目的设计中,由于EPS位于地表以下,填筑时必须考虑尽可能的排尽基坑内的水后再施工。
防止产生浮力而影响地基的稳定性和承载能力。
在高路堤的设计中,路面填土的重量为7方远大于EPS材料受到的浮力,因此不会因为EPS受浮力作用导致下层的结构破坏,因此可以说抗浮性能满足基本的要求。
4.挡土墙设计
4.1挡墙尺寸设计
根据条件,为满足排水要求,设置挡墙的形式为路堤墙,墙高设为4m,填土高为5m,则高出挡墙部分的路堤高s=lm,^=1.5m,
设置挡墙上表面水平,宽4m,破裂面交于荷载内延伸至墙角,a=20。
则下底宽为5.46m,墙后填土为褐黄色亚粘土,y=19kN/,n3,经过计算可以得到,j=l^=9(),〃=e+a+5=18°
+9°
+20°
=47°
取墙身容重2
为24kN/m8o
4.2挡墙应力分析
车辆荷载采用15级的重车,车重200KN,车辆荷载纵向分布长度2N.2m,车辆荷载横向分布宽度B=nb+(n-l)d+e.其中:
双向四车道,n=4;
2,=1.8m;
〃=1.3m;
e=0.6m;
则计算车辆荷载换算土柱高度h0
nG4x200…
===0.57m
邓/19x17.5x4.2
应力分析图及应力计算如下:
2)计算总的压力与所在的位置
b-atga
h==1.59/77
fgB+fga
1)计算破裂面与垂直面的夹角
Tga=0.16吆8=Tgw±
J(age+/g〃)(/g0+A)=2.26
=19.21°
K=/g2(450—£
)=0.528
E=J汨2KK1+尸%K(〃-生)=23&
66ZN
=Ecos0+5)=208.73kN
Ey=Esiii(c?
+J)=115.70^
=H_a("
―小),一丁.3H2Kl
=1.36/77
Z\=B—Zjga
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 路基 工程 课程设计