路基路面工程课程设计.docx

路基路面工程课程设计专业：土木工程 班级：土1241 姓名： 学号： 安徽工业大学工商学院土木工程专业道桥方向 2015.9.21挡土墙设计1.1设计资料 (1)设计车辆荷载标准值按公路I级汽车荷载采用，即相当于汽车超20级、挂车120（验算荷载）。(2)墙后填料砂性土容重,填料与墙背的外摩擦角；粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数，地基容许承载力.(3)墙身采用2.5号砂浆砌25号片石，圬工容重，容许压应力，容许剪应力，容许拉应力.1.2车辆荷载换算查阅公路路基设计手册，按车带宽均摊的方法，计算各级荷载换算土柱高，并确定车辆荷载作用宽度。1.2.1计算荷载：汽车超20级汽车超20级对应的换算土层厚度，内数值大于分段长度,取从而求得.车辆荷载作用宽度.1.2.2验算荷载：挂车120挂车120，布置在路基全宽上。车辆荷载作用宽度.1.3主动土压力计算1.3.1计算荷载：汽车超20级1)计算破裂角假设破裂面交于荷载中部，则堤顶破裂面至墙踵：荷载内缘至墙踵：荷载外缘至墙踵：因，故破裂面交与荷载中部，假设正确。2)计算主动土压力，水平分量 竖直分量 3)主动土压力作用点位置因墙底倾斜，故取修正值其中，挡土墙顶宽由1.6栏中的试算确定。2)计算主动土压力，水平分量 竖直分量 3)主动土压力作用点位置因墙底倾斜，故取修正值其中，挡土墙顶宽由1.6栏中的试算确定。1.6挡土墙计算比较计算荷载与验算荷载，发现验算荷载的土压力较大。由于基底摩擦系数较小，估计为滑动控制，故先采用验算荷载即挂车120的土压力计算。这里只对荷载组合进行计算。经试算，取挡土墙顶1.6.1墙身自重计算墙身体积，,，墙身自重，, ，1.6.2抗滑稳定性与抗倾覆稳定性验算作用于墙底（即基底）的竖向力，抗滑稳定系数，满足抗滑要求。墙身自重力臂，抗倾覆稳定系数满足抗倾覆要求。验算结果表明，断面尺寸由滑动控制，故不必采用汽车超20级的土压力计算。1.6.4基底应力及合力偏心距验算竖向力至墙趾A的距离，墙底斜宽基底合力偏心距，基底应力，满足要求。1.6.5墙身截面强度验算墙面、墙背相互平行，截面最大应力出现在接近基底处。偏心距和基底应力经检验均满足要求。墙身截面应力也能满足墙身材料要求，故可不做检验。综上可知，所拟截面符合要求，挡土墙顶宽.2边坡稳定性设计2.1设计资料路线经过区域路基填土为粘土，边坡为梯形边坡，分两级，土力学的指标：塑限14%，液限27%，含水量19%，天然容重18KN/m3，粘聚力19KPa，内摩擦角27，公路按一级公路标准，双向四车道，设计车速为80Km/h，路基宽度为24.5m，荷载为车辆重力标准值550KN，中间护坡道取2m，车道宽度3.75m，硬路肩2.5m，土路肩0.75m，进行最不利布载时对左右各布3辆车2.2汽车荷载换算在进行边坡稳定性分析时，需将车辆按最不利情况排列，去单位长度路段，并将车辆的设计荷载换算成当量土柱高度.按公路工程技术标准规定,对于标准车辆荷载前后轮最大轴距为12.8m.取后轮轮距为1.8m，相邻两车后轮中心间距为1.3m，轮胎着地宽度为0.6m，则m其中，为横向分布车辆数，为一辆车的重力，为横向分布车辆轮胎最外缘之间的总距,m.2.3圆弧条分法2.3.1用4.5H法确定圆心辅助线自坡脚点向下作垂线，垂线长.自点向右作水平线,.即圆心辅助线上一点。平均边坡，据此查表得.以点为中心，把逆时针旋转角至；以点为中心，把水平线顺时针旋转角至；即为圆心辅助线上另一点。连接,并延长至,则即为圆心辅助线。图2-1 4.5H法确定危险圆心辅助线2.3.2假设滑动曲线通过路基中线1)计算步骤圆弧范围内土条分10段,每段宽3.45m.计算曲线每一分段距圆心竖线之间的偏角，其中，为各段中心横坐标，圆心竖线右侧为正，左侧为负，为滑动曲线半径。将土条底部曲线近似看做直线，计算个分段面积，其中包括土柱部分面积。取路堤1m长，计算各分段重力.并计算其法向分量，切向分量.直接用CAD读出滑动曲线总长.计算稳定系数，其中，摩擦系数，粘聚力.2)计算结果通过CAD软件对土条10等分，取每段土条中位线深度作为土条深度，并记下相关数据。具体数据如下表所示:表2-1 曲线通过路基中线的边坡稳定性分析分段土条深度(m)(kN/m)(kN/m)(kN/m)11.85-24.22-0.410.916.38114.89104.77-47.1325.08-15.50-0.270.9617.53315.47303.99-84.3137.76-7.15-0.120.9926.77481.90478.15-59.9849.931.040.021.0034.26616.65616.5511.19510.739.250.160.9937.02666.33657.67107.11612.3017.640.300.9542.44763.83727.91231.47714.3426.440.450.9049.47890.51797.37396.51812.2635.970.590.8142.30761.35616.18447.1999.2446.830.730.6831.88573.80392.58418.49104.5660.570.870.4915.73283.18139.14246.63合计4834.311667.17注：土条宽3.45m,滑动曲线长L=41.92m.最后算得边坡稳定系数.2.3.3滑动曲线通过路基左边缘对土条7等分，取每段土条中位线深度作为土条深度，结果如下，具体数据如下表所示:表2-4 曲线通过距右边缘路基1/4路基宽度处的边坡稳定性分析分段土条深度(m)(kN/m)(kN/m)(kN/m)10.689.480.160.992.1638.9238.396.4121.8015.300.260.965.72103.0399.3827.1932.5721.280.360.938.17147.11137.0853.3942.9427.520.460.899.35168.29149.2477.7652.6934.130.560.838.55153.98127.4686.3961.4241.310.660.754.5281.2861.0553.6670.7449.400.760.652.3542.3627.5732.16合计640.17336.95注：土条宽3.18m,滑动曲线长L=26.52m.最后算得边坡稳定系数.2.4结果分析由以上结果可知，第二条曲线（通过距左边缘路基1/4路基宽度处）为极限滑动面，其稳定系数满足范围（1.251.50）要求，因此所给边坡满足边坡稳定性要求。3.沥青混凝土路面设计3.1设计资料马鞍山市拟建一三级公路，按新建沥青混凝土路面标准设计，道路红线宽度为50m，双向六车道设置，三级公路的沥青混凝土达到路面结构达到临界状态时的设计年限设定为12年，交通量年平均增长率为6%，沥青路面设计初期日平均交通量的轴载分布如下表所示，路基填土的回弹模量试验测定为42MPa，试进行路面结构设计。预计通车初年的交通组成及交通量如下表所示：表3-1 预测交通组成及交通量车型前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(m)交通量(辆/d)黄河JN16358.6114.0120380江淮AL660017.026.5120440东风EQ14023.669.3120185东风SP925050.7113.3324200北京BJ13013.427.4120200交通量年平均增长率7，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。3.2设计轴载与路面等级路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。3.2.1以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标 1)轴载换算采用公式，其中，为标准轴载的当量轴次(次/日)为轴数系数为轮组系数，双轮组为1.0，单论组为6.4为各种被换算车辆的作用次数(次/日)为各种被换算车辆的轴型(kN)为标准轴载(kN)当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，此时轴数系数为1；当轴间距小于3m时，双轮或多轮的轴系数按公式计算，式中为轴数。轴载换算结果见下表，表3-2 以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标的轴载换算车型(kN)(次/日)(次/日)黄河JN163前轴58.616.4380237.86后轴11411380671.92江淮AL6600前轴1716.44401.26后轴26.5114401.36东风EQ140前轴23.716.41852.26后轴69.21118537.29东风SP9250前轴50.716.420066.68后轴113.3116001032.88北京BJ130前轴13.5516.42000.21后轴27.2112000.69合计2052.432）累计当量轴次沥青路面二级公路设计年限以12年计，双向两车道车道系数，则累计当量轴次，(次)属于中等交通。3.2.2以半刚性材料层的拉应力为设计指标1)轴载换算采用公式，其中，为轴数系数为轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5其余符号意义同前。单轴，双轮或多轮的轴系数按公式计算，式中为轴数。轴载换算结果见下表，表3-3 以半刚性材料层的拉应力为设计指标的轴载换算车型(kN)(次/日)(次/日)黄河JN163前轴58.6118.538097.75后轴114113801083.98江淮AL6600前轴17118.54400.01后轴26.5114400.01东风EQ140前轴23.7118.51850.03后轴69.2111859.73东风SP9250前轴50.7118.520016.15后轴113.3116001629.26北京BJ130前轴13.55118.52000.00后轴27.2112000.01合计2836.942）累计当量轴次沥青路面二级公路设计年限以12年计，双向两车道车道系数，则累计当量轴次，(次)3.3确定土基回弹模量3.3.1确定临界高度马鞍山路基土为高液限粘土，查表取路基临界高度.3.3.2拟定土的平均稠度地下水位为1.05m，路基填土高度0.5m，,故土基属中湿路基，查表取平均稠度。3.3.3预估路基回弹模量再根据土类和自然区划以及平均稠度，并考虑到采用重型击实标准时，路基回弹模量可较表列数值提高20%-35%，取土基回弹模量设计值为.3.4路面结构组合设计3.4.1拟定路面结构组合方案二级公路中等交通路面宜采用双层结构，面层类型选择沥青混凝土。其中，表面层采用细粒式密集配沥青混凝土，下面层采用粗粒式密集配沥青混凝土。由于沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应，故基层和底基层分别采用石灰粉煤灰碎石基层和石灰土稳定碎石。拟定方案：3cm细粒式密集配沥青混凝土+7cm粗粒式密集配沥青混凝土+20cm石灰粉煤灰碎石基层+?石灰土稳定碎石,以石灰土稳定碎石为设计层。3.4.2各层材料设计参数查表，确定各层材料的抗压回弹模量。当以路表弯沉值为设计验算指标时，取标准试验温度为20；当以层底拉应力为设计验算指标时，取标准试验温度为15。然后查表确定各层材料劈裂强度，并借助HPDS2003A软件计算各层材料容许拉应力（容许拉应力计算公式为，抗拉强度结构系数按结构材料类型选择相应公式计算）。软件计算结果如下表： 表3-4 各层材料设计参数层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)20151细粒式沥青混凝土3140020001.40.512粗粒式沥青混凝土7100015000.80.263石灰粉煤灰碎石20130013000.70.374石灰土稳定碎石？9009000.350.183.5路面厚度计算3.5.1设计弯沉二级公路等级系数，沥青混凝土面层系数，半刚性基层沥青路面结构类型系数，故设计弯沉，3.5.2路面结构厚度计算同样借助HPDS2003A软件计算。首先,确定设计层最小厚度为15cm,路面最小防冻厚度50cm.然后输入抗压模量、容许应力、设计弯沉、厚度等参数，进行厚度计算。1) 按设计弯沉值计算设