路基路面設(shè)計

第5章路基穩(wěn)定性驗(yàn)算對于地質(zhì)與水文條件復(fù)雜、高填深挖、地面坡度陡于1：2.5的邊坡，應(yīng)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定驗(yàn)算。本路基設(shè)計中出現(xiàn)了較高路堤和深路塹，需要進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算；同時結(jié)合實(shí)際情況，選定合理的工程技術(shù)措施提高路基穩(wěn)定性。高路堤邊坡穩(wěn)定性計算本路線中樁號K1+000處邊坡填土高度最大為13.31m，填土高度較大，須進(jìn)行路堤穩(wěn)定性驗(yàn)算，驗(yàn)算采用圓弧滑動面條分法進(jìn)行計算?；举Y料：土質(zhì)路堤邊坡高H=13.31m，設(shè)置邊坡坡率為：上部6m,邊坡1：1.5；下部7.31m，邊坡1：1.5，變坡處設(shè)2m護(hù)坡道，填土的粘聚力c二30kpa，內(nèi)摩擦角申=30。，容重丫二25kN/m3，地基土的粘聚力c=0,內(nèi)摩擦角申=30。，容重丫二18kN/m3。計算荷載為公路一I級汽車荷載。計算過程如下：按下式計算換算土柱高h(yuǎn)為：0h=N0BL(1)行車荷載換算高度h0式中：L—前后輪最大軸距，按《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTGB01-2014)規(guī)定對于標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載為為12.8m；B—橫向分布寬度：B=Nb+(N—1)m+d=2X1.8+(2-1)X1.3+0.6=5.5m550x2因此h= 二0.625m05.5x12.8x25由于行車荷載對較高路堤邊坡穩(wěn)定性影響較小，為簡化計算，將換算高度分布于路基全寬上。確定圓弧輔助線位置本例按4.5H法確定滑動圓心輔助線。

13.81由tan13.81二0.667知a=33.69°，查規(guī)范得0=26°,0=35°。根據(jù)4.5H13.81x1.5 1 2法確定圓心位置，如下圖。圖5-1 4.5H法確定圓心計算位置選?。孩偻ㄟ^路基中線；②通過路基右邊緣；③通過距路基右邊緣1/4路基寬度處。圖5-2滑動面經(jīng)過距路基左邊緣1/4路基寬度處

ll12VJ1/圖5-4滑動面經(jīng)過距路基右邊緣1/4路基寬度處。（4）計算步驟圓弧范圍內(nèi)土體自每土基和填土交點(diǎn)處向二側(cè)每5m一段。在CAD中量取分段中心距圓心豎線的水平距離x，其中x在圓心豎線左側(cè)為負(fù),ii右側(cè)為正，sinx=X。iR計算每個土條的面積A。以路堤縱向長度1"計算出各個分段的重力G.，j將每一段的重力G、G化為二個分力：ij滑動面在土基內(nèi)時，法線方向分力：N二GcosaTOC\o"1-5"\h\zi i i切線方向分力：T二Gsinai i i滑動面在路堤內(nèi)時，法線方向分力：N二Gcosaj j j切線方向分力：T二Gsinaj j j并分別計算出此兩者之和，工N和YT。i(j) i(j)計算出滑動曲線圓弧長L、L。ij匯總計算結(jié)果根據(jù)以上計算步驟得出各種情形的計算結(jié)果如下所示。情形1：滑動面經(jīng)過距路基左邊緣1/4路基寬度處，計算如下表。表5-1滑動面經(jīng)過距路基左邊緣1/4路基寬度處計算表序sinaicosaiAiWi(j)Ni(j)Ti(j)號xi11.440.0260.99978.195163.890163.8334.32026.440.1180.993023.050461.000457.78654.344311.440.2090.977835.561711.220695.451148.936416.440.3010.953645.615912.298870.009274.541521.440.3920.919849.001980.028901.400384.620626.440.4840.875152.4581049.152918.089507.772731.440.5760.817849.932998.646816.689574.729836.440.6670.745045.185903.690673.275602.791941.440.7590.651631.663633.258412.635480.3631046.440.8500.52664.14582.89843.65870.470土條序號1~10滑動面均在路堤內(nèi)，土條底部滑弧長L=56.30i情形2：滑動面經(jīng)過距路基中線，計算如下表

表5-2滑動面經(jīng)過距路基中線計算表序sinaicosaiAiWi(j)Ni(j)Ti(j)號xi1-9.31-0.1870.98245.072101.43499.644-18.9702-3.29-0.0660.997823.593471.850470.818-31.18531.710.0340.999440.875817.492817.01028.08246.710.1350.990955.4271108.5461098.429149.424511.710.2350.971964.8521297.0361260.639305.108616.710.3360.942071.5931431.8561348.776480.641721.710.4360.899975.7461514.9161363.256660.684826.710.5370.843975.4821509.6421273.929810.015931.710.6370.770972.2731445.4661114.254920.7661036.710.7370.675451.3401026.790693.502757.2011141.710.8380.545819.327386.538210.990323.875土條序號1~4滑動面在土基內(nèi)，其余在路堤內(nèi)。土條底部滑弧長L=18.62m,LiJ=44.83情形3：滑動面經(jīng)過距路基最危險處計算如下表。表5-3滑動面經(jīng)過距路基右邊緣計算表序號xisinaicosaiAiWi(j)Ni(j)Ti(j)13.560.0640.998035.561711.220709.78145.21328.560.1530.988245.615912.298901.577139.451313.560.2420.970249.001980.028950.863237.307418.560.3310.943552.4581049.152989.854347.719523.560.4210.907249.932998.646905.965420.145628.560.5100.860271.5931431.8561231.646730.247733.560.5990.800575.7461514.9161212.744907.868838.560.6890.725275.4821509.6421094.7451039.496943.560.7780.628472.2731445.466908.3901124.366土條序號1~9滑動面在土基內(nèi)，土條底部滑弧長L=58.85m。i6)穩(wěn)定系數(shù)計算(憶N+cL)+(fHn+cL)iiiijjjj穩(wěn)定系數(shù)K計算公式為K二—1 曰 Ht+Htiji=1 j=1=(0=(0?667X5952?84+30X56?3)=1.8243102.8864385.640=(0.667x2485.901+30xl8.62)+(0.667x7265.345+30x44.83)=19174385.640(0.667x5689.686+30x25.43)+(0.667x3215.879+30x38.85)K= =1.5763 4991.812其中，K3最小為1.576，大于規(guī)范所規(guī)定的穩(wěn)定系數(shù)1.35,故邊坡滿足邊坡穩(wěn)定性要求。路塹穩(wěn)定性驗(yàn)算路線中的K1+480.000處段為深挖路段，其中樁挖深在本路線中最大為23.59m，邊坡最大高度為23.12m，為高路塹。設(shè)置邊坡坡率：當(dāng)邊坡高大于6m為1：1，6m以內(nèi)為1:1，邊坡6m處設(shè)一邊坡平臺?；举Y料：該挖方路段土層軟弱面0二30。，c二50kpa,軟弱面傾角為a二45。,容重為丫二23.00kN/m3，驗(yàn)算采用條分法的圖解法，如下：由a=45。，0二30。查《路基路面工程》表4-11得：I=0.316。cc由I=——得 H=一=67.93myH yI考慮到穩(wěn)定系數(shù)K=1.5,于是容許最大邊坡高度為H'二—=6793=45.29m，大于設(shè)K1.5計路線的最大邊坡高度23.13m，滿足穩(wěn)定性要求。穩(wěn)定性設(shè)計措施為了保護(hù)路基邊、路塹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(fēng)化、碎裂，從而保護(hù)路基、路塹邊坡的整體穩(wěn)定性，在兼顧美化和協(xié)調(diào)自然環(huán)境，需要進(jìn)行坡面防護(hù)設(shè)施的設(shè)計。5.3.1植物防護(hù)（1）三維網(wǎng)植草。在土工網(wǎng)或土工墊等土工合成材料鋪設(shè)3~5cm的種植土層，經(jīng)過撒種、養(yǎng)護(hù)后形成的人工草皮。適于邊坡坡度在1：1.0~1：2.0之間的路堤、路塹，對邊坡高度小于4m的坡面采用三維網(wǎng)噴播。5.3.2工程防護(hù)因地制宜采用抹面防護(hù)、勾縫或噴涂以及石砌護(hù)坡或護(hù)面墻等。對于路堤邊坡高度大于4m的坡面采用漿砌方形格防護(hù)。擋土墻設(shè)計擬在K2+100-K2+140右側(cè)填方路段設(shè)路堤擋土墻（1）擋土墻一般構(gòu)造設(shè)計：1） 設(shè)計的擋土墻應(yīng)按照公路設(shè)計規(guī)范進(jìn)行抗滑移，抗傾覆及整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。2） 擋土墻的埋深應(yīng)符合以下要求：埋深一般不小于1m；當(dāng)凍結(jié)深度小于或等于1m時，基底應(yīng)在凍結(jié)深度以下不小于0.25m；當(dāng)凍結(jié)深度大于1m時埋深應(yīng)不小于1.25m。3） 重力式擋土墻的構(gòu)造要求：強(qiáng)身為混凝土澆筑時墻頂寬度應(yīng)不小于0.4m,為漿砌時應(yīng)不小于0.5m,圬工砌筑時應(yīng)不小于0.6m；應(yīng)根據(jù)墻趾地形情況及經(jīng)濟(jì)比較合理選擇墻背坡度。4） 擬定擋土墻形式及擋墻布置情況：擋墻形式擬采用路堤式。擋墻排水設(shè)施設(shè)計：擋墻前設(shè)置排水溝；漿砌墻身在墻前地面以上設(shè)置一排泄水孔，泄水孔尺寸為10cm圓孔，孔眼間距為2?3m；擋土墻縱向設(shè)置沉降縫合伸縮縫,縫寬為3cm,最大墻長定為10m。根據(jù)計算驗(yàn)算最后確定擋土墻的各項(xiàng)尺寸再繪制擋墻的布置圖。5）基本資料見下表所列：表5-4基本資料擋土墻類型路堤墻填料種類重度Y（N/m2）t砂類土19墻咼H(m)5.15填料內(nèi)摩擦角申（）35墻面坡度1：0.25填料與墻背摩擦角5申/2墻背坡度1：0.25基礎(chǔ)頂面埋深（m）1砌筑材料M7.5漿砌地基土類別重度密實(shí)MU50片石Y (kN/m3)J砂類土J21基底坡度基底與地基土摩擦系數(shù)卩0.2010.40tana0砌筑材料的地基土承載力特征值重度Y(kN/m3)t23fa(kN)250圬工砌體間0.70地基土摩擦系數(shù)卩20.90

的摩擦系數(shù)卩抗壓f(KN)cd0.71公路等級一級公路軸心抗拉f（KN）td0.048彎曲抗拉f（KN）tmd0.072汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)公路一I級直接剪f（KN）vd0.12通過試算，選擇斷面尺寸數(shù)據(jù)如下：B=1.48m,1DL=0.31m,DH=0.51m,B=1.48m,2tana=0.2a=11.31。,H=5.15m,H=1m003cotB=1.5,B=34。,a=1.03m,b=acotB=1.545m,5=w2=17.5。,d=0.75m,tana=-0.25,a=14.04。,B=1.71m，4B=1.74m41AH=0.34m,HH=6m,擋土墻的結(jié)構(gòu)形式及計算圖式如下頁：取單位墻長（lm）,如圖3—5所示，將擋土墻截面劃分為三個部分，截面各部分對應(yīng)的墻體重量為：G=yx1.48x5.15x1=23x1.48x5.15x1=175.306(KN)1tG二丫x(1.48+0.31)x0.51x1=23x(1.48+0.31)x0.51x1=21.00(KN)2tG二丫x(1.48+0.31)x0.34/2=23x(1.48+0.31)x陽篤=6.999(KN)截面各部分的重心至墻趾（o/的距離：Z二0.90（m） Z2=0.90（m）Z二1.38（m）13單位墻長的自重重力為：G=G+G+G=175.306+21.00+6.999=203.305 全截面重心至墻趾（O）的0 1 2 3 1距離：Z=Z1xG1+Z2佗+Z3xG3=0.917m00圖5-6擋土墻重心計算圖4）后踵點(diǎn)截面處，墻后填土和車輛荷載引起的主動土壓力計算（見圖示）查表4.2.519的規(guī)定，當(dāng)墻身高度大于10m時，附加荷載標(biāo)準(zhǔn)值取10KN/m,墻高小于2m時取20KN/m，中間段用內(nèi)插法求得當(dāng)墻高為5.83m時：q=15.47(KN/m2)換算等代均布土層厚度為：h=q=1547=0.673(m)0丫23因基礎(chǔ)埋置較淺，不計墻前被動土壓力。假設(shè)破裂面交于荷載內(nèi)，選用第六類公式

①破裂角0a=1/tan(-0.25)=-14.04。屮=q+a+§=35°-14.04。+17.5。=38.46。ab+2hCh+d)—HH(HH+2a+2h)tanaA二0(HH+a)Hh+a+2h)00_1.03x1.545+2x0.673(1J45+0.75)—6(6+2x[.03+2x0.673)x(-0.25)(6+1)6+1+2x0.673)=0.322tan0_tan0_一tan屮+=—tan38.460+、.(cot35。+tan38.46。)(tan38.46。+0.322)=0.78n0_37o57'驗(yàn)證破裂面是否交于荷載內(nèi)：堤頂破裂面距墻踵：(HH+a)tan0_(6+1.03)x0.78_5.483m荷載內(nèi)邊緣距墻踵：-HHtana+b+d_—6x0.25+1.545+0.75_0.795m荷載外邊緣距墻踵：一HHtana+b+d+d_—6x0.25+1.545+0.75+3.25_4.045m0因0.795V4.045V5.483，故破裂面交于荷載內(nèi)，所以假設(shè)的計算圖式符合實(shí)際。②主動土壓力系數(shù)Kcos@+申)C )K_ vtan0+tana丿sin附+屮丿=cos(37,570+350)x(0.78—0.25)_0.16sin(37.570+38.46。)③主動土壓力Eb—atan0 1.545—1.03x0.78h_ _ _1.399m1tan0+tana 0.78—0.25

dtan0dtan0+tana0.750.78—0.25二1.42mh=HH—h—h=6—1.399—1.42=3.181m3 1 21+HHJ2hhHH2h1+HHJ2hhHH22HH丿二1+注x(1—空)+2%°.67333」816 2x6 62=1.422后踵點(diǎn)土壓力為E二1丫H2KK二1x23x5.152x0.16x1.422二69.396(KN)212單位墻長(1m)上土壓力的水平分量:E二Excos(a+5)二69.396xcos(—14.04。+17.50)二69.270(KN)x單位墻長(1m)上土壓力的豎直分量：E=Exsin(a+5)=69.396xsin(—14.040+17.50)=4.188(KN)y④土壓力水平分量的作用點(diǎn)至墻趾的距離：rHHa(HH—h》+hh(3h—2HH)Z= + + 3 y3 3HH2K161.03x(6—1.399)2+0.673x3.181x(3x3.181—2x6)

=一+=2.113 3x62x1.422土壓力豎直分量的作用點(diǎn)至墻趾的距離：Z=B—(Z+Ah)tana=1.71—(2.11+0.34)x0.25=1.098mx4y按路基寬、深作修正的低級承載力特征值f'a基礎(chǔ)最小埋深(算至墻趾點(diǎn))：h=0.78+0.515=1.295(m)>1.0(m)符合基礎(chǔ)最小埋深的規(guī)定。埋h<3.0(m),但基礎(chǔ)寬度B=1.71(m)<2.0(n)所以修正后的地基承載力特征值埋4f'為：f'=f+KYaaa1j32i查表5.2.7圖得：K=3.0,K=5.5(密實(shí)中砂)。12f'=250+3.0x23x(2.45-2)+0=277.6(kPa)a基底合力的偏心距檢驗(yàn)按《公路擋土墻設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則》第5.2.1條圖的規(guī)定：擋土墻地基承載力計算時，傳至基礎(chǔ)底面上的作用(或荷載)效應(yīng)，宜按正常使用極限狀態(tài)下作用(或荷載)效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合，相應(yīng)的抗力也采用地基承載力特征值。作用于基底形心處的彎矩：( B)(B)(AH)M二GxZ—7+EZ—^-EZ+k0102丿y(x2丿x(y2丿=203.305x(0.917=-28.808(KN/m)少4?188x⑴098-°T)-69-270x⑵11+晉)=203.305x(0.917=-28.808(KN/m)作用于傾斜基底的垂直力：N-C?+E乂osa+Esinak 0y 0x 0二(203.305+4.188)xcos11.31。+69.270xsin11.31。二217.049(KN)傾斜基底合力的偏心距為：-28.808217.049二-28.808217.049二0.133(m)<B41二169二0.282(m)66e=—k0Nk偏心距驗(yàn)算符合公式(5.2.2-4))］的規(guī)定。地基承載力驗(yàn)算由公式(522-1))］及(522-2))］可算得：PmaxN(1+字)二ab217.0491.74xPmaxN(1+字)二ab217.0491.74x(1+6x0.133)二259.259(kPa)1.74Pmin217.0491.74x(1-6x0.1331.74)二-9.777(kPa)基底最大應(yīng)力與地基承載力特征值比較：P二259.259(kPa)<f'=277.06(kPa)地基承載力驗(yàn)算通過。max a擋土墻及基礎(chǔ)沿基底平面、墻踵處地基水平面的滑動穩(wěn)定驗(yàn)算按《公路擋土墻設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則》5.2.1條kl的規(guī)定：計算擋土墻及地基穩(wěn)定時，荷載效應(yīng)應(yīng)按承載力極限狀態(tài)下的作用效應(yīng)組合。(1)沿基底平面滑動的穩(wěn)定性驗(yàn)算不計墻前填土的被動土壓力，即E二0。p①滑動穩(wěn)定方程應(yīng)符合：1.1G+y(E+Etana)[i+C.1G+yE)tana-yE>0Q1yx01 Q1y0 Q1x按表4.1.7口的規(guī)定，土壓力作用的綜合效應(yīng)應(yīng)增長對擋土墻結(jié)構(gòu)起不得作用時,y=1.4，則有:1.1x203.305+1.4x(4.188+69.270xtanll.31°)]x0.4+(l.lx203.305+1.4x4.188)xtanll.31?！?.4x69.270=48.480(KN)>0符合沿基底傾斜平面滑動穩(wěn)定方程的規(guī)定。②抗滑動穩(wěn)定系數(shù)N二G+E+qx0.5二203.305+4.188+5.15x0.5二210.068(KN)0y“ (N+Etana屮 (210.068+69.270x0.2)x0.4K二 x 0—1二 二3.29cE—Ntana 69.270—210.068x0.2x0表5.3.5口規(guī)定，荷載組合II時，抗滑動穩(wěn)定系數(shù)K>1.3，故本計算得沿傾斜基c底的抗滑動穩(wěn)定系數(shù)，符合規(guī)定。2)沿過墻踵點(diǎn)水平面滑動穩(wěn)定性驗(yàn)算圖5-7沿墻踵點(diǎn)水平面滑動穩(wěn)定性驗(yàn)算圖示計入傾斜基底與水平滑動面之間的土楔的重力AN，砂性土黏聚力c二0。AN二3.19x0.75x21.2二25.12(KN)滑動穩(wěn)定方程應(yīng)符合：1.1G+丫E丫e>0Q1yn Q1x即：1.lx203.305+1.4x4.188〕x0.7—1.4x69.270二63.671計算結(jié)果符合滑動穩(wěn)定方程的規(guī)定。抭滑動穩(wěn)定系數(shù)疋(N+AN)卩 (210.068+25.12)x0.7K= n= =2.38>1.3c E 69.270x符合抗滑動穩(wěn)定系數(shù)的規(guī)定。擋土墻繞墻趾點(diǎn)的傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算不計墻前填土的被動土壓力。(1)傾覆穩(wěn)定方程應(yīng)符合：0.8GZ+丫(EZ—EZ)>00 Q1yxxy即：0.8x203.305x0.917+1.4x(4.188x1.098—69.270x2.11)二113.603>0計算結(jié)果符合傾覆穩(wěn)定方程的規(guī)定。2)抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)GZ+EZ 0 y_xEZ2°3.305x0.917+4」GZ+EZ 0 y_xEZ69.270x2.11xy表5.3.5［5］規(guī)定，荷載組合II時，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0>1.50,故本計算的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)符合規(guī)定。10）擋土墻墻身正截面強(qiáng)度和穩(wěn)定驗(yàn)算取基頂截面為驗(yàn)算截面。（1）基頂截面土壓力計算由墻踵點(diǎn)土壓力的計算結(jié)果：K0=C0魯］,］（tan0+tana）siZQCsiZQCX(°78-°25)二°16h=0.673m0主動土壓力Eh二b-atan0二1.545-1.03X0.78二1.399m1tan0+tana0.78—0.25dtan0dtan0+tana0.750.78—0.25二1.42mh二H—h—h二5.15—1.399—1.42二2.331m2a仁h)2hh1 —1—+ HI2H丿H22x1.031.399K1二K1二1+_1+5.15X2x0.673x2.3315.1522x5.152=1.464基頂處的土壓力為：11E=-yH2KK二—x23x5.152x0.16x1.464二71.445(KN)212單位墻長(1m)上土壓力的水平分量：E二Excos(a+5)二71.445xcos(—14.04。+17.50)二71.315(KN)x單位墻長（lm）上土壓力的豎直分量:E=Exsin(a+5)=71.445xsin(—14.04。+17.5。)=4.312(KN)y土壓力水平分量的作用點(diǎn)至墻趾的距離：Ha(H—h》+hh(3h—2H)Z= + + 3 y3 3H2K1=1.7975.15丄1.03x(5.15—1.399)2+0.673x2.331x(3x2.331—2x5.15)T丄 3x5.152X=1.797土壓力豎直分量的作用點(diǎn)至墻趾的距離：Z二B—(Z+Ah)tana二1.71—(1.797丄0.34)x0.25二1.176mx4y2)墻頂截面偏心距驗(yàn)算截面寬度：Bs=B2=l.482（m）取單位墻長（lm）,基頂截面以上墻身自重：面積:8.97取單位墻長（1m）,基頂截面以上墻身自重：N二G二175.306（KN）s1-1482-1482—2xtan(-14.040)]=0.991(m)Z_(B一HtanaTOC\o"1-5"\h\zZ_s as?-22N_N_175.306(KN),N_E_4.188(KN)GS Q1 y按公式（6.3.5）[5]計算，查表6.3.5[5],取綜合效應(yīng)組合系數(shù)屮_1.0，并按表zc4.1.7[5]的規(guī)定，取荷載分項(xiàng)系數(shù)丫_1.2,y_1.4，截面形心上的豎向力組合設(shè)計值G Q1為：N_屮(yN+yN)_1.0x(1.2x175.306+1.4x4.188)_216.230(KN)dzcGG Q1Q1基底截面形心處，墻身自重作用的力矩：B 1.482M_N(Z——)_175.306x(0.991——)_43.827(KN.m)GSS2 2基底截面形心處，土壓力作用的力矩：-EZxy二4.312-EZxy二4.312x(1.176-1.4822)-71.315x1.797二-126.277(KN.m)按表4.1.7【5］的規(guī)定，分別取作用分項(xiàng)系數(shù)：丫二0.9,y二1.4G Q1根據(jù)表6.3.5［5］的規(guī)定，取綜合效應(yīng)組合系數(shù)屮為1.0。zc截面形心上的總力矩組合設(shè)計值：M二屮(yM+yM)二1.0x(0.9x4