【導(dǎo)讀】和以往的理論教學不同,畢業(yè)設(shè)計是要學生在老師的指導(dǎo)下,獨立的、系統(tǒng)的完成。慮問題,分析問題和解決問題,并可以繼續(xù)學習到一些新的專業(yè)知識,有所創(chuàng)新。其中路基設(shè)計部分是針對軟土地帶高填方路段進行，要求進行沉降計算、地基處治設(shè)計、軟土路基的穩(wěn)定分析、懸臂式擋土墻的設(shè)計和坡面防護設(shè)計。治設(shè)計采用真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法，要求說明原理并進行施工設(shè)計。濟、使用性能的比較，推薦一種路面結(jié)構(gòu)。并進行水泥混凝土路面的傳力桿和拉桿設(shè)。材料設(shè)計部分要求進行礦質(zhì)混合料的配合比設(shè)計和最佳瀝青含量的設(shè)計。公路建設(shè)步伐將不斷加快。特別是進入21世紀，重點加快高速公路建設(shè)，已經(jīng)成為。我國的一項重要的戰(zhàn)略部署。本設(shè)計為某擬建高速公路一段的路基路面綜合設(shè)計。該地段為軟土地基且位于橋。頭與路堤相鄰處，路基的平均填土高度為8m。根據(jù)設(shè)計公路的交通量及其使用任務(wù)和性質(zhì)，結(jié)合沿線自然條件與主要技術(shù)。在確定最優(yōu)方案后進行詳細設(shè)計，設(shè)計

　　

【正文】 模量計算； 考慮前期固結(jié)壓力計算沉降。本設(shè)計采用壓縮模量計算主固結(jié)沉降。 路基填土為粘質(zhì)土，填料的內(nèi)摩擦角 ????? ，粘聚力 C=20 kN/m2， 容重 r =18 kN/m3，路堤平均填土高度為 8 m。軟土地基上層主要由第四紀全新世晚中期濱海河口相沉積的淤泥質(zhì)粘土構(gòu)成，其地層由上而下可分 為粘土（硬殼層）、淤泥質(zhì)粘土和粘土三層組成，最底層粘土以下是堅硬巖石。 其各層土的物理力學指標如表 23所 示。 西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 表 23 各層土的物理力學指標 土名 天然含 水量 ω （﹪） 密度 q （ 3/g cm ） 初始空隙比 0e 壓縮系數(shù) a （ 1/Mp） 直接快剪 固結(jié)系數(shù) vc 2/cms 固結(jié)快剪粘聚力 qc kN/2m 固結(jié)快剪摩擦角 ? Q KN/2m ? 粘土（硬殼層） 淤泥質(zhì)粘土 粘土 （ 2）壓縮層厚度的確定 根據(jù)《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》 (JTJ 01796)中 4． 1． 4 的有關(guān)規(guī)定，對用于計算沉降的壓縮層， 其底面應(yīng)在附加應(yīng)力與有效自重應(yīng)力之比不大于 處?，F(xiàn)試算軟土低層即離地面 14m 深處的附加應(yīng)力和有效自重應(yīng)力的比值。已知春季不利季節(jié)地下水位離地面 。 地下水位以下的土層有效重度取浮重度。附加應(yīng)力分別查帶狀均布荷載和帶狀三角形荷載的應(yīng)力系數(shù) k可得。 有效自重應(yīng)力 0 17. 1 17. 5 16. 5 10. 7 18. 2 2 235 .3q k P a? ? ? ? ? ? ? ? 附加應(yīng)力 的計算： 路基填土的容重 r=18 kN/ 3m ，路基高度 H=8m； 所以路基頂面處的應(yīng)力 p=18 8=144 kPa； 由 路基橫斷面的尺寸并查土力學帶狀均布荷載和帶狀三角形分布荷載的應(yīng)力系數(shù) （應(yīng) 力系數(shù)的查表說明如圖 22得： 12 0 1 4 2 5 1 4( ) [ ( , ) 2 ( , ) ]2 6 2 6 1 2 1 2k k p k k p? ? ? ?σ 所以 ( 2 ) 144 Pa? ? ? ? ?σ 0 128 .31 / 235 .3 ??σ 西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 圖 22 附加應(yīng)力查表說明 由上面的計算可以看到，壓縮層厚度定 為 14m 并不符合規(guī)范的要求，但由于第三粘土層的下面已經(jīng)是堅硬的巖石了， 故 可以不考慮 第三粘土 層以下 的沉降。 （ 3） 壓縮模量法計算主固結(jié)沉降 壓縮模量的計算公式如下： 01SveE a?? （ 2— 2） 式中 0e —— 軟土的初始空隙比； va —— 軟土的壓縮系數(shù)； 分層總和法計算主固結(jié)沉降的公式如下： 1n iCii SiShE???Δ P Δ （ 2— 3） 式中 CS —— 主固結(jié)沉降； iΔP —— 地基中個分層中點處附加應(yīng)力增量； SiE —— 第 i 分層的壓縮模量； ihΔ —— 第 i 分層的厚度； 主固結(jié)沉降的計算過程如表 24， 分層時不同土層單獨分層，同一土層中分層厚度為 2 到 4 米，軟土中有中間的粘土層厚度為 11m，故可以把它分為 4層 2m 和一層 3m， 分層具體情況見圖 23。 (a)帶狀均布荷載 （ b）三角形均布荷載 P b ( / , / )z k x b z b p? ? P ( / , / )z k x b z b p? ? z x z x z x z b x 西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 圖 23 軟土路基分層情況 表 24 主固結(jié)沉降計算 分層號 分層中點處的附加應(yīng)力 iΔP （ kPa） 壓縮摸量 SiE （ MPa） 分層厚度 ihΔ （ m） 主固結(jié)沉降 CS （ mm） 1 1 2 2 3 2 4 2 5 2 6 3 7 2 合計 CS = 總沉降的計算 地基總沉降采用經(jīng)驗系數(shù) m 和主固結(jié)沉降 CS 計算： CS mS? （ 2— 4） 式中 S —— 地基總沉降； m—— 沉降系數(shù)，與地基條件、荷載強度、加載速率等因素有關(guān)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場沉降觀測資料確定，也可采用公式 (2— 5)確定。 路 基 粘土 1m 淤泥質(zhì)粘土11m 粘土 3m 2m 2m 2m 2m 2m 3m 2m 1m 西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 0 .2 )0 .7m = 0 .1 2 3 H V H Y??γ (θ （ 2— 5） 式中 θ—— 地基處理類型系數(shù) ，地基用塑料排水板處理時取 ~，用粉體攪拌樁 處理時取 ，一般預(yù)壓時取 ； H—— 路基高度； V —— 填土速率修正系數(shù) ，填土速率在 ~，取 ； Y—— 地質(zhì)因素修正系數(shù) ，滿足軟土層不排水抗剪強度小于 25kPa、軟土層的厚度大于 6m、硬殼層厚度小于 ， Y=0，其他情況下可取 Y=； 由已知資料 并由公式（ 2— 5） 可計算沉降系數(shù)如下： 0. 8 8 )0. 7m = (? ? ?= 所以總沉降 ： ?? =1400 mm S? m 工后沉 降的計算 固結(jié)度的計算 （ 1）計算公式 根據(jù) 《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》 (JTJ 01796)的規(guī)定，不設(shè)豎向排水體時，只需計算豎直向固結(jié)度。豎直向固結(jié)條件下，地基平均固結(jié)度按 以下公式計算： 012 (11V UUU ??? ?α α )α （ 2— 6） 式中 α —— 排水面處的附加應(yīng)力與非排水面處的附加應(yīng)力之比； 0U 、 1U —— 分別按公式（ 2— 7）、（ 2— 8）計算； 9 2 50 28 1 11 ( )9 2 5N N NU e e e? ? ?? ? ? ? ? ?π （ 2— 7） 9 2 51 33 2 1 11 ( )2 7 1 2 5N N NU e e e? ? ?? ? ? ? ?π （ 2— 8） 式中 2/vN C t H? （ 2— 9） 其中 VC —— 豎向固結(jié)系數(shù)； H —— 空隙水的最大滲徑，單面排水取壓縮層的厚度，雙面排水取 壓縮層厚西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 度的一半； t —— 瞬時加荷固結(jié)過程歷時； （ 2）完工時 固結(jié)度的計算 已知建設(shè)周期為 3年，壓縮層為單面排水，上層面為排水面。 排水面處的附加應(yīng)力： 1 2 5 11 8 8 [ ( 0 , ) 2 ( , ) ]2 6 1 2 1 2kk? ? ? ?1σ =18 8 ( 0)? ? ?= kPa 非排水 面處的附加應(yīng)力： 1 2 2 5 1 21 8 8 [ ( 0 , ) 2 ( , ) ]2 6 1 2 1 2kk? ? ? ?2σ 18 8 ( 0. 84 2 2 0. 04 0) 13 2. 67? ? ? ? ? ? kPa 故： 1 4 3 .8 3 1 .0 8 41 3 2 .6 7??12σα = σ 時間因數(shù) 由公式（ 2— 9）可得 ： 3221 . 9 8 1 0 3 3 6 5 2 4 3 6 0 0 0 . 1 5 5( 1 1 1 0 )N?? ? ? ? ???? 由公式（ 2— 7）、公式（ 2— 8）可分別計算 U0、 U1 0 . 1 5 5 9 0 . 1 5 5 2 5 0 . 1 5 50 28 1 11 ( )9 2 5U e e e? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?π = 0 . 1 5 5 9 0 . 1 5 5 2 5 0 . 1 5 51 33 2 1 11 ( )2 7 1 2 5U e e e? ? ? ? ?? ? ? ? ?π = 故： 1 2 0 . 2 8 2 8 ( 1 1 . 0 8 4 0 . 2 8 9 11 1 . 0 8 4VU ? ? ? ? ????1 .0 8 4 ) 0 .1 2 5 4 （ 3）設(shè)計年限末固結(jié)度的計算 時間因數(shù)： 3221 . 9 8 1 0 2 3 3 6 5 2 4 3 6 0 0 1 . 1 8 8( 1 1 1 0 )N?? ? ? ? ???? 1 . 1 8 8 9 1 . 1 8 8 2 5 1 . 1 8 80 28 1 11 ( ) 0 . 7 5 2 99 2 5U e e e? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??π 1 . 1 8 8 9 1 . 1 8 8 2 5 1 . 1 8 81 33 2 1 11 ( ) 0 . 6 8 5 42 7 1 2 5U e e e? ? ? ? ?? ? ? ? ??π 故： 2 2 0 . 7 5 2 9 ( 1 1 . 0 8 4 0 . 7 5 5 61 1 . 0 8 4VU ? ? ? ? ????1 .0 8 4 ) 0 .6 8 5 4 （ 4）工后沉降 21 ( 0 .7 5 5 6 0 .2 8 9 1 ) 1 .4 0 .6 5 3 1VVS U U S m? ? ? ? ? ?工 后 （ ） 根據(jù) 《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》 (JTJ 01796)，高速公路橋臺西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 與 路堤相鄰處工后沉降應(yīng)小于等于 ，否則應(yīng)進行地基處治設(shè)計。故此處應(yīng)進行地基處治設(shè)計。 地基處治設(shè)計 軟土地基處理的目的和意義 在軟土地基上填筑路堤有可能出現(xiàn)失穩(wěn)，或者沉降量和沉降速率不能滿足使用要求時，需對軟土地基進行適當?shù)奶幚?，以增加其穩(wěn)定性、減少沉降量或加速沉降。 軟土地基處理的方法很多，各種方法具有不同的特點，可的得到不同的效果，因而各適用于不同的目的。 軟土地基處理的目的可分為以下兩大類： （ 1） 沉降處理。包括加速固結(jié)沉降和減少總沉降兩方面。前者可采用加載預(yù)壓、豎向排水和擠實沙樁等方法；后者則可采用擠實沙樁、石灰樁、換填土等方法。 （ 2） 穩(wěn)定處理?？刹捎脫Q填土、反壓護道、擠實沙樁、石灰樁等措施增加抗滑阻力。各種加速固結(jié)沉降措施都有助于促進軟土層強度的增長。 真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法的原理 真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法是真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓兩種方法的組合，其基本作法見 圖 24。其具體作法是先按真空預(yù)壓的工藝要求，鋪膜、埋管、挖溝，然后進行抽氣。當膜下真空度穩(wěn)定后 ，即可按堆載預(yù)壓的工藝要求，在薄膜上堆載。為了防止薄膜損壞，需 在薄膜上采取有效的防護措施。 圖 24 真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法示意圖 真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法的實質(zhì)為在同一時間內(nèi)，土體在薄膜下 的真空與薄膜上的堆載聯(lián)合作用上，將其中的水分排出，促進土體固結(jié) 強度增長。設(shè)土體原來承受一個大氣壓 Pa ,真空預(yù)壓時，通過抽氣，膜下形成真空，該真空度換算成等效壓力 P0 ,使砂西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 墊層和砂井中的壓力減少至 Pv(PV=PaP0),在壓力差 PaPv 作用下，土體中的水流向砂井。堆載預(yù)壓時，通過壓載，土體中的壓力增高至 PP ,在壓力差 PPPa作用下，土體中的水流向砂井，故在真空 — 堆載聯(lián)合作用時，二者壓力差為 PPPv 。由于壓 力差增大，加速了土體中水的排出，增大了土體的壓密率，使土體的強度進一步提高，沉降進一步消除。 施工設(shè)計 本方案采用間距為 、深度為 14m、三角形布置的 d=7cm 的袋裝沙井作為豎向排水通道， 50cm 的中粗砂砂墊層作為水平排水通道， 85kPa 的真空負壓和路堤本身的荷載作為預(yù)壓和超載預(yù)壓的荷載。 加載計劃 本工程計劃荷載為：砂墊層 50cm（相當于 8 kPa 的荷載），真空負壓 85kPa，這是一個很大的超載量，在這么大的超載作用下，路堤填土高度無需填到設(shè)計高度，也能達到很好 的 預(yù)壓效果。根據(jù) 預(yù)計完成的沉降量， 堆載荷載用 5m 的路基填土（相當于 90 kPa的荷載）。其中真空荷載可一次加上去，堆載荷載分四級進行，計劃在真空度穩(wěn)定在 85 kPa、 15 天后進行加載施工。堆載分為四級進行，分別為 2m，每加一級的加載時間為 5 天，預(yù)壓間歇時間為 10 天。 為了保護真空薄膜不致破壞，第一級加載前在真空預(yù)壓薄膜上鋪設(shè)一層抗拉強度為 40kN/m 的土工布。 固結(jié)度和沉降計算 （ 1）固結(jié)度的計算： ①公式說明 按照太沙基理論公式，根據(jù)固結(jié)系數(shù)隨固結(jié)度的提高而減小的規(guī)律，并結(jié)合真空預(yù) 壓的加固機理進行經(jīng)驗修正。 [1 (1 ) (1 ) ]t s r vU m U U? ? ? ? （ 2— 10） [ 8 / ( )]1 rT F nrUe??? （ 2— 11） 2rr CtT d? （ 2— 12） 西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁 2231( ) ln14nnF n n ???? （ 2— 13） 式中 sm —— 當 t30 天且 P100 kPa 時， sm =；當 120 天 t30 天且 P〈 100 kPa時， sm =(t30)/90；當 t〉 120 天且 P100 kPa是， sm =； Ut 、 Uv 、 Ur—— 總的、豎直和水平向的平均固結(jié)度， Uv的計算見上一節(jié)公式（ 2— 6）；v C 、 rC —— 豎直向和水平向的固結(jié)系數(shù)； d—— 地下排水體的有效排水直徑； t—— 加荷固結(jié)歷時； n—— 井徑比，即排水體的有效直 徑與排水體直徑之比； ② VU 的計算 預(yù)計在聯(lián)合預(yù)壓荷載下預(yù)壓期為 120 天。 時間因數(shù)由公式（ 2— 9）可得： 3221 . 9 8 1 0 1 2 0 2 4 3 6 0 0 0 . 0 1 7(1 1 1 0 )N?? ? ? ???? 由公式（ 2— 7）、公式（ 2— 8）可分別計算 U0、 U1 0 . 0 1 7 9 0 . 0 1 7 2 5 0 . 0 1 70 28 1 11 ( )9 2 5U e e e? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?π = 0 . 0 1 7 9 0 . 0 1 7 2 5 0 . 0 1 71 33 2 1 11 ( )2 7 1 2 5U e e e? ? ? ? ?? ? ? ? ?π = 故由公式（ 2— 6）： 2 0 . 1 0 4 6 ( 1 1 . 0 8 4 0 . 1 0 8 61 1 . 0 8 4VU ? ? ? ? ????1 .0 8 4 ) 0 .0 0 5 5 ③ Uv的計 算 水平滲透系數(shù)可依據(jù)經(jīng)驗取為垂直滲透系數(shù)的 3倍，固結(jié)系數(shù)可由以下公式計 算： (1 )vwkeC a ?? ?γ ，因此垂直方向的固結(jié)系數(shù) rC =3 vC = 310?? 2/cms 。三角形布 置時有效排水直徑 de== =。井徑比 n=。 由公式（ 2— 12）得： 3225 . 9 4 1 0 1 2 0 2 4 3 6 0 0 3 . 3 0 51 3 6 . 5rr CtT d?? ? ? ?? ? ? 又由公式（ 2— 13）得： 西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 2 2 2 22 2 2 23 1 1 9 . 5 3 1 9 . 5 1( ) l n l n 1 9 . 5 2 . 2 2 91 4 1 9 . 5 1 4 1 9 . 5nnF n nnn ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? 最后由公式（ 2— 11）得： [ 8 / ( ) ] 8 3. 30 5 / 2. 22 91 1 9rT F nrU e e? ??? ? ? ? ? ④ tU 的計算 由 已知條件可取經(jīng)驗系數(shù) sm = 由公式（ 2— 10）可得： [ 1 ( 1 ) ( 1 ) ] [ 1 ( 1 9) ( 1 086 ) ] 92t s r vU m U U? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 有上可以知道在真空堆載的作用下 120 天地基的總固結(jié)度可達到 %。 （ 2）沉降計算 地基的主固結(jié)沉降采用分層總和法計算，利用壓縮模量按公式（ 2— 3）計算。主固結(jié)沉降的計算過程如表 25。表中附加 應(yīng)力的計算按帶狀均布荷載計算，頂面處的外加荷載為堆載和真空負壓的 和 : P=5 18+8+85=183 kPa 以下各層的應(yīng)力可參照前一節(jié)的方法通過查表得 ： ( / , / )iP k x b z b p? 表 25 處治時的主固結(jié)沉降計算 分層號 分層中點處的附加應(yīng)力 iΔP （ kPa） 壓縮摸量 SiE （ MPa） 分層厚度 ihΔ （ m） 主固結(jié)沉降 CS （ mm） 1 1 2 2 3 2 4 2 5 2 6 3 7 2 合計 CS =1115 路基的總沉降可由 公式 CS mS? 計算，其中 m為經(jīng)驗系數(shù)，考慮到真空負壓的作用 m 取為 ～ ，這里取 。 西南交通大學本科畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 所以總沉降為： 111 5 145 0CS mS? ? ? ?mm 在聯(lián)合預(yù)壓荷載下預(yù)壓期為 120 天時加固層的沉降量為： 120 120 0 .8 9 2 1 4 5 0 1 2 9 5S U S m m? ? ? ?= 在使用荷載下地基 在設(shè)計年限末 的最終沉降為 ，在聯(lián)合預(yù)壓荷載下預(yù)壓期為 120 天時加固層沉降量為 ，工后沉降為 ，工后沉降還是滿足高速公路橋臺與路堤相鄰處應(yīng)小于等于 的要求。 施工簡介 真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法的施工可分為施工準備和軟基處理兩部分，施工準備包括：清場、鋪設(shè)砂墊層、打設(shè)袋裝砂井等；軟基處理包括：真空預(yù)壓、真空堆載、聯(lián)合預(yù)壓。其技術(shù)控制措施如下： （ 1） 砂墊層鋪筑。