高速公路挡土墙毕业设计设计书.doc
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1、目 录第1章 绪论11.1 挡土墙的发展11.2 加筋土挡土墙的介绍11.3 设计的内容2第2章 设计基本资料32.1 工程概况32.2 设计范围32.3 基本资料3第3章 计算内容53.1 设计资料53.2 设计计算理论53.2.1 荷载组合53.2.2 基础设计及整体稳定性验算63.2.3 轴向力偏心距113.2.4 内部稳定性验算123.3 设计计算183.3.1 筋带受力计算183.3.2 内部稳定计算193.3.3 外部稳定计算21第4章 地基处理264.1 石灰桩的原理及分类264.2 加固机理264.2.1 桩间土加固机理274.2.2 桩身加固机理284.2.3 复合地基294
2、.3 理论设计294.4 设计过程314.5 施工工艺314.5.1 施工准备314.5.2 施工顺序324.5.3 成桩32第5章 理正验算335.1 理正软件介绍335.2 计算结果335.2.1 墙身尺寸及筋带资料335.2.2 物理参数345.2.3 一般情况墙体验算355.2.4 各组合最不利结果37第6章 挡土墙施工386.1 施工准备386.2 挡土墙基础386.3 排水406.4 沉降缝与伸缩缝406.5 墙背填料406.6 加筋土挡土墙41第7章 结论与展望447.1 结论447.2 展望44参考文献46致 谢47附录A 外文资料翻译55附录B 有关图纸60B.1 墙面板图6
3、0B.2 挡土墙横断面图60B.3 基底桩位图60第1章 绪论1.1 挡土墙的发展挡土墙是公路工程中广泛采用的一种构造物。随着我国高等级公路建设的飞速发展,特别是高等级公路建设向中西部地区的推进,路基挡土墙越来越显得重要,应用越来越多,而且其结构形式日新月异,设计理论也在不断发展。重力式挡土墙是最古老的结构形式,因其料源丰富、取材方便、形式简单、施工简便,所以仍然是目前应用最广泛的结构形式。为了适应不同的使用要求如:建筑高度稳定性等,以及不同地区的建筑条件如:地基、料源、地形等。研究开发了各种形式的挡土墙如悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚杆式和锚定板式等这些形式都是钢筋混凝土结构。悬臂式和扶壁式挡
4、土墙在国外应用十分广泛但在我国应用尚未普及不过随着高等级公路向中西部地区推进,其应用会越来越多。悬臂式和扶壁式挡土墙适用于缺乏石料的地区。它通过墙趾板和墙踵板宽度来调节控制基底应力1。从实际使用来看,在我国,加筋土技术的应用范围已由单一的挡墙发展到桥台、护岸、货场站台、水运码头等方面。开展这项研究工作的也已扩展到公路、铁路、煤炭、林业、城市建设、高等学校等各个部门。从理论研究来看。既有作用机理的研究,这就是进行实验室模型试验和现场原型试验、分析,又有基本设计参数试验和拉筋材质的试验。所有这些反映了我国在加筋土技术的研究和应用上已出见成效。可以预计加筋土技术在我国是有很大发展前途的。1.2 加筋
5、土挡土墙的介绍加筋土挡土墙指的是由填土、拉带和镶面砌块组成的加筋土承受土体侧压力的挡土墙。加筋土挡土墙是在土中加入拉筋,利用拉筋与土之间的摩擦作用,改善土体的变形条件和提高土体的工程特性,从而达到稳定土体的目的。加筋土挡土墙由填料、在填料中布置的拉筋以及墙面板三部分组成。一般应用于地形较为平坦且宽敞的填方路段上,在挖方路段或地形陡峭的山坡,由于不利于布置拉筋,一般不宜使用2。加筋土是柔性结构物,能够适应地基轻微的变形,填土引起的地基变形对加筋土挡土墙的稳定性影响比对其他结构物小,地基的处理也较简便;它是一种很好的抗震结构物;节约占地,造型美观;造价比较低,具有良好的经济效益。加筋土挡土墙指的是
6、由填土、拉带和镶面砌块组成的加筋土承受土体侧压力的挡土墙。加筋土挡土墙是在土中加入拉筋,利用拉筋与土之间的摩擦作用,改善土体的变形条件和提高土体的工程特性,从而达到稳定土体的目的。加筋土挡土墙由填料、在填料中布置的拉筋以及墙面板三部分组成。一般应用于地形较为平坦且宽敞的填方路段上,在挖方路段或地形陡峭的山坡,由于不利于布置拉筋,一般不宜使用。加筋土是柔性结构物,能够适应地基轻微的变形,填土引起的地基变形对加筋土挡土墙的稳定性影响比对其他结构物小,地基的处理也较简便;它是一种很好的抗震结构物;节约占地,造型美观;造价比较低,具有良好的经济效益3。1.3 设计的内容青银高速公路(或G035,035
7、国道,青银线),是横贯中国大陆北部一条国道主干线,为中国高速公路规划五纵七横的一条横向线。起点为山东青岛市,终点为宁夏回族自治区银川市,全长1610km,是中国“十五”在建投资最大、线路最长的国家级高速动脉。该路双向四车道,设计时速100km。途经山东、河北、山西、陕西、宁夏5个省区,是中国能源东送及出口的主要通道,对于加强西北内陆和东部沿海之间的资源互通,促进沿线地区的经济发展发挥着巨大作用。目前有部分建成高速公路,其它为一级或二级公路。根据青银高速公路的路况,设计一段路堤式加筋土挡土墙。主要内容包括;墙体选型,内部稳定性验算及外部稳定性验算,地基处理,理正验算,施工方法,外文翻译等。第2章
8、 设计基本资料2.1 工程概况青银高速公路(或G035,035国道,青银线),是横贯中国大陆北部一条国道主干线,为中国高速公路规划五纵七横的一条横向线。起点为山东青岛市,终点为宁夏回族自治区银川市,全长1610km,是中国“十五”在建投资最大、线路最长的国家级高速动脉。该路双向六车道,设计时速120km。途经山东、河北、山西、陕西、宁夏5个省区,是中国能源东送及出口的主要通道,对于加强西北内陆和东部沿海之间的资源互通,促进沿线地区的经济发展发挥着巨大作用。目前有部分建成高速公路,其它为一级或二级公路。青银线河北段,全长181.859km,主线以石家庄为中心,西接太原,东达济南,是冀中平原的经济
9、大动脉和运输主。该路段东起冀鲁交界的清河县,西至石太高速公路鹿泉立交桥,途径邢台、石家庄两个市的清河、南宫、威县、新河、宁晋县、赵县、栾城县、元氏县、鹿泉9个县。2.2 设计范围本设计是以青银高速公路(K46+099.06)岩土工程勘察报告为基础,设计一座挡土墙。随着经济的快速发展,交通量势必快速增长,早期修建的高速公路势必将不能满足交通量快速增长的要求。根据国家政治、经济发展的需要高速公路在当今社会发挥着重要的作用,随着社会经济的发展,生产建设项目逐年增加,由此带来的生态环境破坏、安全生产隐患等逐渐增多,而挡土墙在其中发挥了重要作用。2.3 基本资料表2-1 挡土墙基本资料墙身及基础填料及地
10、基挡土墙类型加筋土挡土墙填料种类砾碎石类土墙高H(m)8重度 (kN/m3)20筋带类型聚乙烯土工带填料内摩擦角()40筋带长度(m)10基础埋深(m)1.5筋带宽度(mm)18地基土黄土筋带厚度(mm)1公路等级及荷载强度筋带强度设计值公路等级级极限断裂强度标准值(MPa)220汽车荷载公路级筋带容许拉应力(MPa)50墙顶护栏荷载强度(kN/m)7填料与筋带的似摩擦系数0.4按一次建成双向4车道高速公路的标准设计,路基宽度为28m,计算行车速度为100km/h,公路一级。标准横断面尺寸如下表所示:表2-2 公路宽度尺寸表中央分隔带宽度(m)两侧行车道宽度(m)两侧路缘带宽度(m)两侧硬路肩
11、宽度(m)两侧土路肩宽度(m)323.750.753.50.75表2-3 地基土层参数天然含水量(%)18天然重度 (kN/m3)14地基承载力特征值(kPa)150地基内摩擦角()25粘聚力(kPa)40孔隙比0.7第3章 计算内容3.1 设计资料(1)挡土墙不受浸水影响,墙高m,顶部填土0.6m(2)路基宽28m,路面宽19.5m(3)荷载标准:公路一级(4)面板规格:0.8m0.56m十字型混凝土板。板厚300mm ,混凝土强度等级C30;(5)筋带:采用聚乙烯土工带,带宽为18mm,厚1.0mm,断裂极限强度标准值MPa,抗拉容许应力=50MPa,摩擦系数;(6)筋带节点间距:,;(7
12、)填料:砾碎石类土,重度,内摩擦角;(8)地基:黄土,重度,内摩擦角,黏聚力,地基承载力特征值;(9)墙体采用矩形断面,加筋体宽为10.0m;(10)墙顶填料与加筋土填料相同。3.2 设计计算理论3.2.1 荷载组合加筋土挡土墙所承受的作用(或荷载)及其组合如表3-1所示,本设计采用荷载组合。表3-1 常用作用(或荷载)组合作用(或荷载)名称挡土墙结构重力、墙顶上的有效永久荷载、填土重力、填土侧压力及其他永久作用(或荷载)相组合组合与基本可变作用(或荷载)相组合组合与其他可变作用(或荷载)相组合3.2.2 基础设计及整体稳定性验算3.2.2.1 基础设计(1)挡土墙的基础类型,除特殊地基情况需
13、采用桩基础外,宜采用明挖基础。明挖基础宜设置在地质情况较好的地基上,当地基为松软土层时,可采用换填、砂桩、搅拌桩等方法处理地基。挡土墙采用刚性基础时,基础底部的扩展部分不应超过材料的刚性角。对于混凝土基础,刚性角不应大于40;对于片石、块石、粗料石砌体基础,当用M5以上砂浆砌筑时,刚性角不应大于35,当用M5及低于M5砂浆砌筑时,刚性角不应大于30。挡土墙的基础采用钢筋混凝土条形扩展基础时,应按照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)的规定进行设计4。(2)基础的埋置深度应符合下列规定:当冻结深度小于或等于1.00m时,基底应在冻结线以下不小于0.25m,并应符合
14、基础最小埋置深度不小于1.00m。当冻结深度超过1.00m时,基底最小埋置深度不小于1.25m,还应将基底至冻结线0.25m深度范围的地基土换填为弱冻胀材料。受水流冲刷时,应按路基设计洪水频率计算冲刷深度,基底置于局部冲刷线以下不小于1.00m。路堑式挡土墙的基础顶面应低于路堑边沟底面不小于0.50m。在风化层不厚的硬质岩石地基上,基底宜置于基岩表面风化层以下;在软质岩石地基上,基底最小埋置深度不小于1.00m。(3)建筑在斜坡地面的挡土墙,基础前趾埋入地面的深度和距地表的水平距离应符合表3-2。表3-2 斜坡地面基础埋置条件土层类别最小埋入深度h(m)距地表水平距离l(m)较完整的硬质岩石0
15、.250.250.50一般硬质岩石0.600.601.50软质岩石1.001.002.00土层1.001.502.50(4)明挖基础的基坑面,应设置不小于4%的排水横坡。在湿陷性黄土地区,应采取消除湿陷或防止水流下渗的措施。3.2.2.2 地基计算(1)挡土墙地基承载力计算时,传至基础底面上的作用(或荷载)效应,宜按正常使用极限状态下作用(或荷载)效应标准组合,相应的抗力采用地基承载力特征值。计算挡土墙及地基稳定时,荷载效应应按承载能力极限状态下的作用(或荷载)效应组合。计算基础结构的作用(或荷载)效应、配置钢筋、验算材料强度时,作用(或荷载)效应应按承载能力极限状态下的作用(或荷载)效应组合
16、。(2)挡土墙明挖基础底面的压应力可按下列公式计算: (3-1) (3-2) (3-3)公式(3-1)及公式(3-2)的使用条件为: (3-4)式中:采用作用(或荷载)效应标准组合的基底边缘最大压应力值(kPa); 采用作用(或荷载)效应标准组合的基底边缘最小压应力值(kPa); 采用作用(或荷载)效应标准组合时,作用于基底上的垂直力(kN/m); 基础地面每延米的面积,即基础宽度; 基础底面宽度,对于倾斜地基为其斜宽(m); 基底合力的偏心距(m); 采用作用(或荷载)效应标准组合时,作用于基底形心的弯矩(MPa)。(3)设置在岩石地基上的挡土墙明挖基础,当时,不计基底承受拉应力,仅按受压区
17、计算最大压应力,可按下列公式计算: (3-5) (3-6)垂直于基底面的合力对受压边缘的力臂,可按下式计算: (3-7)(4)垂直于基础底面的合力偏心距应符合表3-3的规定。表3-3 垂直于基础底面的合力的偏心距限制作用(或荷载)组合地基条件合力偏心距作用(或荷载)组合非岩石地基作用(或荷载)组合、施工荷载非岩石地基作用(或荷载)组合、施工荷载较差的岩石地基作用(或荷载)组合、施工荷载坚密的岩石地基注:岩石地基上的挡土墙,在荷载组合作用下,当满足地基承载力特征值与稳定性要求时,合力的偏心不受限制。(5)挡土墙地基的承载力特征值,应根据地质勘测、原位测试、荷载试验,调查、对比邻近已建构造物的地基
18、承载力资料及经验、理论公式的计算数据,综合分析后确定。(6)挡土墙基础底面置于软土地基上时,可按下式计算基底最大压应力值: (3-8)式中:h基底埋置深度(m),当受水流冲刷时,由一般从冲刷线算起; z基底到软土层顶面的距离(m); p基底平均压应力(kPa); 土中附加压力系数; 深度(h+z)之间各土层的换算重度(kN/m); 基底以上土的重度(kN/m),地下水位以下为浮重度; P基础宽度(m)。 (7)地基承载力特征值提高系数k,可按表3-4的规定确定。表3-4 地基承载力特征值的提高系数作用(或荷载)与使用情况提高系数k作用(或荷载)与使用情况提高系数k作用(或荷载)组合、1.00经
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