路基路面设计说明书

京港澳高速公路武汉段路基挡墙及沥青路面设计

一、路基挡墙部分

京港澳高速公路武汉段K80+100-K80+460段为填方路基，路堤边坡高度6-20m ，最大边坡高度为20m 。由于该路段临近阳逻城区，建设用地紧张，拟在较高填方路段设计路堤挡土墙。结合地形、地质条件，并考虑地材供应情况、施工条件、工期要求和工程费用等多种因素，初步确定采用浆砌片石重力式挡墙。路堤采用卵石土填筑，要求压实度不小于95%。经试验测定，压实后卵石土的物理力学指标如下:重度γ=20.3 kN/m3, 内摩擦角?=33? , 黏聚力c=27kPa. 墙背与填土间的外摩擦角δ=17o,基底摩擦系数5.0=f , 地基容许承载力为

??300=σkPa 。

（一）挡土墙的横向布置 挡土墙按路堤挡土墙设计，墙高为7.69m ，墙顶以上土质边坡坡率为1:1.5.按《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）“5.4”款的要求进行挡土墙设计。初步设计此段路堤挡土墙各尺寸如下：

1.主动土压力的计算

1.1假设破裂面交于内边坡，如图所示：

当参数γ、φ、δ、α、β固定时，φφ随破裂面的位置而变化，即φφ是破裂角θ的函数。为求最大土压力φφ，首先要求对应于最大土压力时的破裂角

θ。

其中： =0.23634629； =-0.85101955； =0.537383361。 则：

=0.816696575或2.784035004（舍去）

所以：θ=39.24°。又因为 ，所以假设正确，即破裂面交于内边坡。

1.2计算主动土压力 主动土压力：

求得φφ=597.5016462KN 。

土压力的水平和垂直分力为： 506.7101335KN

316.6276327KN 2.挡土墙抗滑稳定性验算 为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其他外力作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力。

由《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）“5.4.2”款中第11条：

11 车辆荷载作用在挡土墙墙背填土上所引起的附加土体侧压力，可按式

φ=cos φsin φcos (Ψ?φ)φ=cos (φ?φ)cos (Ψ+φ)

φ=cos φsinΨcos (φ?φ)tan φ=?φ±√φ2?4φφ2φ

0<φ<40.4507° φφ=1φφ2φφ=1φφcos (φ?φ)2cos φ2cos (φ+φ)[1+√sin (φ+φ)sin (φ?φ）cos (φ+φ)cos (φ?φ)]2

φφ=φφcos (φ+φ)= φφ=φφsin (φ+φ)

=

（5.4.2—3）换算成等代均布土层厚度计算，即γ

q

h =

0，其中q=12.8875KN/㎡，所

以φ0=0.635m 。

由CAD 中图形查得：挡土墙面积φ0=12.33㎡，所以每延米挡土墙重

283.5716KN 。 最大土压力系数 1.165149545， 其中，设定汽车荷载边缘至路肩边缘d=0，故 0。 所以土压力垂直分力作用点到墙趾的水平距离为：

4.061200076m ； 土压力水平分力作用点到墙趾的垂直距离为：

2.835830543m ；

墙身、基础及骑上的土重合力重心到墙趾的水平距离：φφ=0（由CAD 图形质量特性查得）。

在上述设计的挡土墙情况下，被动土压力为零，即φφ=0。该挡土墙基底倾斜角φ0=15°，基础与地基摩擦因数f=0.5。根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）中“表5.4.2-5”规定，荷载增大对挡土墙结构起不利作用时：φφ1=1.4；被动土压力分项系数φφ2=0.3，所以根据规范滑动稳定方程，即

()[]

()0tan 1.1tan tan 1.121010201

>+-++-++p Q x Q y Q p Q x y

Q E E E G E E E

G γγαγμαγαγ得：上式左边为：96.97059927>0，故满足滑动稳定方程。

3.挡土墙抗滑稳定系数验算 由规范，抗滑稳定系数φφ：

()[]

0tan tan αμαN E E E E N K x p p x

c

-'+'-+=

求得K c =1.575427833>1.3，故抗滑稳定系

数满足要求。

4.抗倾覆稳定系数验算

由规范，抗倾覆稳定系数y

x p

p x y G Z E Z E Z E GZ K '++=

0，带入数据，求得φ0=

1.50406191>1.5，故抗倾覆稳定系数满足要求。

5.基底应力验算

基底偏心受压，基底合力偏心距d

d

N M e =

0。 其中作用于基底上的垂直组合设计=617.6535012KN ，（挡土墙地基计算时，各类作用（或荷载）组合下，作用效应组合设计值计算式中的作用分项系数，除

被动土压力分项系数

3

.02=Q γ外，其余作用（或荷载）的分项系数规定均等于1。）

φ1

=1+2φ0(1?φ1φ)

φ＝ φ1

=φ

(tan φ+tan φ)

= φφ=φ+φtan φ

?φφtan φ= φφ

=φ3+(φ0(φ?2φ1)2?φ0φ12)2φ2φ1

= φφ=(φφφ+φφ1φφ?φ)cos φ0

+φφ1φφsin φ0

作用于基底形心的弯矩组合设计值，其中

=-91.50299208KN/m ， =140.435178KN/m ，求得φφ=86.80565874KN/m 。 所以：d

d N M

e =

0=0.140541029m<φ

6=0.458333333m 所以基底压力：???

?

?±=

B e A

N d 61,21σ，求得φ1=293.4718784KPa ；φ2=

155.7306679KPa ，均小于[σ]=300KPa 。故基底压力满足要求。

6.基底合力偏心距验算

查规范“5.4.3”款第三条：基底合力的偏心距

e ，对土质地基不应大于B/6；

岩石地基不应大于B/4。基底压应力不应大于基底的容许承载力

[]0σ；基底容许

承载力值可按现行《公路桥涵地基与基础设计规范》的规定采用，当为作用（或荷载）组合Ⅲ及施工荷载时，且

[]0σ＞150kPa 时，可提高25%。由上述计算对上

述计算结果e=0.140541

综上所述，各项校核均满足要求，挡土墙设计合理。 7.挡土墙细部构造

挡土墙横断面的外形尺寸、构造（泄水孔，反滤层，基础等）、材料、挡土墙与地面路基的位置关系等详见CAD 横断面图。

（二）挡土墙的纵向布置

挡土墙纵向布置在墙趾的纵断面图上布设，布置后绘成挡土墙正面图。布置内容包含：确定挡土墙的起讫点和墙长，选择挡土墙与路基或其他结构物的衔接方式；按地基及地形情况进行分段，确定伸缩缝与沉降缝的位置；布置各段挡土墙的基础；布置泄水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸等；在布置图上注明各特征点的桩号，以及墙顶、基础顶面、基底、冲刷线、冰冻线、常水位线或设计洪水位的标高等。具体布置详见CAD 纵断面图形。

φφ

=1.4φφ+1.2φφ φφ=φφ(φφ

?φ

2

tan φ0)φ

二、路面结构设计

1.设计基本资料

新建京港澳高速公路武汉段，双向4车道，拟采用沥青路面。某段路基土为低液限黏土，地下水位为－1m，路基填土高度 1.2m，预计通车初年的交通量如

（注:解放CA340：总重78.70kN，前轴重22.10kN，后轴重56.60kN，后轴数1，双轮组。）

交通量年平均增长率 6.4％，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。

2.土基回弹模量的确定

设计路段路基土为低液限黏土。新建京港澳高速公路武汉段处于自然分区区，从地下水判断，该路段路基处于干燥状态，土基稠度ωc>1.2，对应分Ⅳ

3

区土基回弹模量设计值为42MPa。

3.地区交通通行情况

根据工程可行性研究报告可知路段所在地区近期交通组成与交通量，如下表。

交通量年平均增长率6.4％，沥青路面累计标准轴次按15年计。

4.设计轴载

一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh= 1582 ,属重交

通等级。双向四车道车道系数为0.4~0.5，取车道系数为0.45。

4.1以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时：

=7500918次

路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 1903次 属于中等交通等级。

4.2以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时： φφ=[(1+φ)φ?1]?365

φφ1φ

设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次数：

=5352731次

路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 1358次 属于中等交通等级。

4.3设计弯沉值和容许拉应力计算 路面设计交通等级为中等交通等级。 公路等级：高速公路， 公路等级系数：1 面层类型系数：1 路面结构类型系数：1

经软件计算得路面设计弯沉值为：25.3 (0.01mm)， 各路面结构层层底拉应力为： 5.新建路面结构厚度计算

新建公路公路等级为高速公路，新建路面层数为5层，标准轴载为：BZZ-100，由上述计算可得，路面设计弯沉值为：25.3 (0.01mm)，路面设计层层位为第4层，设计最小厚度为150mm 。

根据本地区的路用材料，结合已有工程经验与典型结构，拟定了下述结构方案。根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具等功能因素，初步确定路面组合与各层厚度，各材料的抗压回弹模量和劈裂强度均按照《路基路面工程》表14-15和表14-16中参数进行设计，初步设计如下：

φφ=[(1+φ)φ?1]?365φφ1φ