长沙理工大学道路工程毕业设计标准计算书

第1章线形设计1.1平曲线的计算平曲线包括直线、圆曲线和缓和曲线。直线设计要求：直线的运用应注意同地形与环境相协调，《规范》规定:当设计速度≥60㎞/h时,同向曲线间的直线最小长度以不小于设计速度(以㎞/h计)的6倍为宜,反向曲线间直线最小长度以不小于设计速度的两倍为宜，圆曲线的最小长度一般要有3s行程。圆曲线设计要求：在选用圆曲线半径时，最大半径值一般不应超过10000米，在地形条件许可时，就力求使半径尽可能接近不设超高最小半径，在一般情况下或地形有所限制时，应尽量采用大于一般最小半径，只有在地形特别困难不得已时，方可采用极限最小半径。设计速度为100km/h时，一般最小半径为700m，极限最小半径为400m。缓和曲线设计要求：缓和曲线是设置在直线与圆同线之间或半径相差较大的两个转向相同的园曲线之间的一种曲率连续变化的曲线，其作用是使曲率连续变化，离心加速度、超高横坡度及加宽逐渐变化，便于行车平稳。设计速度为100km/h时，缓和曲线长度一般值为120m，最小值85m。1.1.1平曲线要素的计算已知：圆曲线半径R=1500m,缓和曲线长度mLs200转角1=46o24ˊ〞(右)；计算：曲线总长mRLsLL356.1172664.242400180l2’；外距mRRE24.1332sec；切线长mRT523.7432tan；切曲差mLTD026.722。1.1.2各主点桩号的计算已知:JD2桩号为:K164+；计算：直缓点桩号为ZH=JD-T=K163+；缓圆点桩号为HY=ZH+Ls=K163+;曲中点桩号为QZ=ZH+2L=K164+；圆缓点桩号为YH=QZ+2’L=K164+;缓直点桩号为HZ=YH+Ls=K165+。1.1.3逐桩坐标表表1-1逐桩坐标表桩号坐标桩号坐标桩号坐标N(X)E(Y)N(X)E(Y)N(X)E(Y)K164+000K164+500K164+980K164+020K164+520K165+000K164+040K164+540K165+020K164+060K164+560K165+040K164+080K164+580K165+060K164+100K164+600K165+080K164+120K164+620K165+100K164+140K164+640K165+120K164+160K164+660K165+140K164+180K164+680K165+160K164+200K164+700K165+K164+220K164+720K165+180K164+240K164+740K165+200K164+260K164+760K164+280K164+780K164+300K164+800K164+320K164+820K164+340K164+840K164+360K164+860K164+380K164+880K164+400K164+900K164+420K164+920K164+440K164+940K164+460K164+960K164+480K164+1.2竖曲线的计算纵坡设计要求：设计速度为100km/h时，最大纵坡为4%。最小纵坡应不小于%（一般情况下以采取不小于%为宜）。设计速度为100km/h时，纵坡坡长一般最小值350m，坡长最小值为250m。表1-2竖曲线的纵坡要求设计速度纵坡坡度最大坡长100km/h3%1000m4%800m5%600m表1-3竖曲线半径要求设计速度线形半径一般值半径极限值曲线最小长度100km/h凸形10000m6500m85m凹形4500m3000m85m1.2.1竖曲线要素的计算已知：第1变坡点：K164+170，高程：,竖曲线半径R1=17000m，i1=%,i2=%,为凸形曲线；第2变坡点：K165+170，高程：,竖曲线半径R2=12000m，i1=%,i2=%,为凹形曲线；计算得：竖曲线一：0%456.31212iiw,为凸形曲线，曲线长mwRL52.587%456.3170001211；切线长mLT768.293211；外距mRTE538.221211。竖曲线二：同理求得：曲线长切线长L2=；T2=,外距E2=。1.2.2竖曲线要点桩号及高程的计算竖曲线一：起点桩号=K164+170－T1=K163+；终点桩号=K164+170＋T1=K164+；变坡点对应桩号设计高程=—E1=；竖曲线一起点设计高程=－T1×i1=；竖曲线一终点设计高程=—T1×i2=。竖曲线二：起点桩号=K165+170—T2=K165+；终点桩号=K165+170+T2=K165+；变坡点二对应桩号设计高程=+E2=；竖曲线二起点设计高程=+T2×i1=。第2章路堤边坡稳定性分析桩号K165+060处的路堤高米，顶宽26米，为本路段的最大填方路段，且填土为膨胀土,有必要进行边坡稳定性验算。本次稳定性验算分为三个部分：（1）计算参数的的选用；（2）确定最危险滑动面；（3）路堤稳定性验算。2.1计算参数的选用：对本段路堤所填的包边土为砂粘土(取值见路基设计手册)，潮湿程度为半干硬状态，土的容重31/2.19mkN,粘聚力kpaC301，内摩擦角191.路堤土为中等膨胀土,土的容重3/192mkN,粘聚力kpaC202，内摩擦角152重。2.2危险滑动面的确定：2.2.1路堤计算模型如图：1:1.751.512.25639.9图2.2-1路堤设计计算模型荷载当量高度计算：根据公路路基设计规范，按以下公式换算土柱高度为BLNQh0=。公式中：N为车辆数4Q为550KNB为横向分布车辆最外轮中心之间的宽度加轮胎着地宽度，B=Nb+(N-1)m+△,其中b为每一车辆的轮距,1.8米。m为左右两车辆相邻车轮之间的距离,1.3米。△为轮胎着地宽度,0.6米.故B=11.7米。L为纵向分布长度，L=12.8mγ为填土的容重m3由此可得H=+=15m。2.2.2最危险滑弧圆心位置的确定：采用法：如图，首先确定圆心O与半径OA，一般情况下，圆心的位置是在圆心辅助线EF的延长线上移动，E点和F点的位置可用以下的法确定。由A点作垂直线，取深度为H确定G点，由G点作水平线，取距离为确定E点，F点位置由角度β1与β2的边线相交而定，其中由边坡角为31°查路基设计手册取β1=26°，β2=35°交点为F，圆心在辅助线上向左上方移动，计算K值最小时的圆心即为最危险滑动面的圆心，滑动面通过坡角A，作出的圆弧线如图所式。图2.2-2滑动圆心的确定：在EF的延长线上取个点分别画出个滑动面，如图,对4个滑动面在不考虑水作用影响下，且不考虑土基与路堤填土的差异时采用条分法求安全系数K值，然后取最小的K值所对应的滑动面为最危险滑动面。2.2.3计算过程如下将土体划分为若干块，用CAD工具量取各个条快的面积Fi；用CAD工具量取个土条重心垂线与滑动动圆弧交点的法向方向与重心垂线的夹角αi（有正负之分，法向量在垂线左侧为负，右侧为正）；用CAD工具量取圆弧弧段所对应的圆心角，在计算弧长L值。O1O2O3O4图2.2-3由计算公式可得以上四种情况的K值分别为：45.11K36.12K34.13K44.14K如图所示：O1O2O3O41.451.361.341.44图2.2-4由上图可知最小K值的危险滑动面圆心位于3O处，所以，最危险滑动面的圆心位于过3O点且与EF线相垂直的线上。故，以3O点向两边取圆心点，计算并得到最小K值。O5O6O7图2.2-5则由公式来计算稳定系数K值。其中f为土的内摩擦系数,Ni为个土条重量(包括外部荷载所产生的竖向力)的法向分量,其值为Wi×cosαi,Ti为个土条重量的切向分量,其值为Wi×sinαi。最终计算得K5=K6=K7=1.331.341.34图2.2-6最危险滑动面的确定：由以上分析可知滑动面6为最危险滑动面，同时采用简化毕绍普法来验算滑动面6，算得的K=（计算见下表）,说明采用条分法是偏安全的，而简化毕绍普法是与实际比较接近的。故最小稳定系数K=＞，边坡属于稳定。表2-1土坡计算表mt土条编号αiLiWiWisinαiWitanφicilicosαi10.2-30.34567230.80.9340.10400.110.120.第3章挡土墙设计与验算说明书挡土墙是支撑路基填土或山坡土体，以防其变形失稳的构造物。为了收缩边坡内占用土地，设置路堤挡土墙，同时也避免与其它建筑干扰或者多占农田。设计验算挡土墙时需要计算其所受土压力，一般为主动土压力。在计算土压力时一般有两种方法：等效内摩擦角法与力多边形法（数解法），以下采用等效内摩擦角法来计算主动土压力的大小。以本设计段中K165+060桩号的横断面为例，如下图所示，填方高度达米，中线左侧跨度达米，占用了大量的鱼塘面积，设置挡土墙后，将会大幅度收缩坡脚。为增强路基的稳定性，又收缩边坡，拟在本段设置重力式路堤挡土墙。原填方图如下图：计算流程见图，本次设计是在选定最佳尺寸后进行的设计。3.1墙身构造拟采用浆砌片石式路堤挡土墙，墙高H=5米，墙顶填土高度a=11米；顶宽2米，底宽米，采用俯斜式重力挡墙，α=20°，基底斜角10oα；墙身分段长度为12米。设计荷载为公路Ⅰ级。采用号砂浆,25号片石,砌体容重k=23kN/m3。墙身构造见图3。修该截面尺寸直至满足两种验算要求，选用最佳尺寸采用容许应力法与极限状态验算法来验算计算土压力，根据土压力初选截面尺寸选定挡墙墙高、挡墙类型及墙背倾角图3.1-13.2计算参数选用（1）采用等效内摩擦角法来求主动土压力，考虑到墙高与填土的性质，取填土的综合内摩擦角D=32°(取值范围为30°～35°)，则墙背摩擦角2/D=16°，填土的容重=m3。（2）对于地基土，则土基的粘聚力1C=30Kpa，内摩擦角1=19°，则土的内摩擦系数19tan1f=。根据土力学课本由土的孔隙比和液限指数查表得土的地基容许承载力][0=380Kpa，基底与基底土间的摩擦系数=。（3）砌体容许压应力为][1=1300Kpa,容许剪应力为][1=140Kpa,砌体的极限抗压强度为fcu=2700Kpa,极限抗剪强度fuv=540Kpa砌体的容重k=23KN/m3。（取值均来自于结构设计原理）3.3车辆荷载换算据《路基设计规范》(JTGD30-2004)，将车辆荷载简化换算为路基填土的均布土层,全断面布载，由车辆荷载引起的附加土侧压力按等代均布土层厚度计算：依据规范当墙高H0.2m时，q取；当墙高H10.0m时，q取10;墙高在2-10米之间时，附加荷载强度用直线内插法计算。因此这里采用q=m3，所以h0=q/γ=，γ为墙后填土容重m3。K165+060图3.3-1几何尺寸图3.4主动土压力计算由于该部分粘性土的粘聚力很大，在采用数解法来计算土压力时得到粘性土的开裂深度实际情况偏差很大，则采用库仑土压主动土压力的计算方法，在取等效内摩擦角时，考虑到填土高度取土的等效内摩擦角为32°，首先假定破裂面交与荷载内部，已知条件为：H=5m,a=11m,b=20.55m,h0=,d=0.75m,墙背倾斜角=20°,土的内摩擦角=32°，=16°，==68°。根据路基设计手册公式，则有：))(2(210HahHaAo=48.102tan)22(21)(21ooohaHHhdbabB所以tanθ=)A)(tantan(tanooBctg=,故θ=°,破裂面交于内边坡。mKNHKHEaa/72.219])cos()cos()sin()sin(1)[cos(cos)cos(21212222所以Ex=)cos(aE=m，Ey=)sin(aE=kN/m，Zy=3H=1.67m,mZx21.3。其中，Zy为墙踵与土压力作用力的垂直距离，横向距离Zx=