路基路面课程设计.docx

路基路面课程设计指导老师：张璠姓名学号一、 挡土墙设计p1811、设计题目：南京郊区某二级公路，路基宽8.5m，双车道路面，其中K0+007K0+027需拟设计路肩式挡土墙，分段长度10m，端部设锥形护坡。要求设置普通重力式挡墙，墙身及基础采用浆砌片石（250#片石，50#砂浆），砌体22kN/m3，浆砌片石扩大基础下采用砂砾石材料（基础埋深为地面以下1m），0.6。墙后填筑普通粘性土，填土填土18kN/m3，计算内摩擦角30，填土与墙背间的摩擦角=/215。地基承载应力标准值为fk=450kPa，圬工砌体的极限抗压强度为700kPa、极限抗弯拉强度为110kPa、极限抗剪切强度为80kPa。2、设计内容：墙身断面构造与尺寸土压力计算库仑法适用条件：墙背倾斜、粗糙，墙后填土不水平，假定破裂面为平面、填料为砂性土（c=0）、破坏土体为刚性。一般粘性土填料的水平填土也可近似用库仑法计算土压力。边界条件：路肩墙，无内侧边坡，荷载布置在全宽范围，刚好从墙内侧布置，破裂角交于荷载中部。采用库仑法计算主动土压力： =arctan80200=2148 =15 =30 =+=30+15+2148=6648 q=20kN，=18kN/m3车辆荷载换算：h0=qr=2018=1.11mA0=12a+H+2h0a+H=120+2+21.110+2=4.22 B0=12ab+b+dh0-12HH+2a+2h0tan =0+0-1222+0+21.1180200=-1.688 tan=-tancot+tanB0A0+tan 解得 tan =0.47或-5.13（舍），则=acrtan0.47=2510 Ea=(A0tan-B0)cos(+)sin(+)=184.220.47+1.688cos(2510+30)sin(2510+6648)=37.77kN Ex=Eacos+=37.77cos2148+15=30.24kN ， Ey=Easin+=37.77sin2148+15=22.63kN 墙体抗滑及抗倾覆稳定性验算（1）抗滑稳定性验算需满足： 其中0为基底倾斜角，0=543取单位长度,则可得 G=(0.6+1.522.0+0.31+0.521.9)122=63.13kN(0.9G+Q1Ey)+0.9Gtan0=0.963.13+1.422.630.6+0.963.13tan543=58.79kNQ1Ex=1.430.24=42.34kN故满足抗滑稳定性的要求。（2）抗倾稳定性验算需满足： G1=20.112(0.1+0.123)+0.620.2+0.3+0.82120.2+0.6+0.813=1.47 G2=0.311.91.912+1.90.19121.923=0.79 ZG=1.47+0.790.6+1.5212+(0.31+0.5)1.912=0.79m k=1+2h0H=2.11 0.9GZG+Q1(EyZx-ExZy)=0.958.790.79+1.422.631.563-30.240.842 =55.67kNm0故满足抗倾稳定性的要求。基底应力及合力偏心距验算 N1=GG+Q1Ey-Wcos0+Q1Exsin0 =63.131.2+1.422.63-00.995+1.430.240.1=111.13kN MG=GB2-ZG=63.131.92-0.79=10.1kNm ME=ExZy-EyZx-0.9=30.240.842-22.631.563-0.9=10.46kNm M=1.4ME+1.2MG=26.76kNme=MN1=0.24mB6=0.32mpmax=N1A1+6eB=111.131.91+60.241.9=102.82kPapmin=N1A1-6eB=111.131.91-60.241.9=14.16kPa基底合力偏心距要求：eB4=1.94=0.48m,符合偏心距要求。pmax(=102.82kPa)1.2f(=1.2490=588kPa)满足地基承载力的要求。墙身断面强度验算（1）强度计算取1/2高处的水平断面进行验算：A0=1.61 B0=-0.644tan=0.47Ea=181.610.47+0.644cos5510sin9158=14.41kNEx=11.54kN Ey=8.63kN k1=1+2h0H=3.22故Zy0=Zy=0.45m Zx=1.07m G=20.35kN/m由以上数据计算可知ZG=10.0512(0.2+0.0523)+0.610.55+0.4112(0.413+0.85)(0.6+1.25)12=0.58mM=20.350.6-0.58+11.540.45-8.631.07-0.6=1.54kN得e0=MN=0.05B6=0.32 因为此路肩墙,为矮墙，可以不考虑纵向稳定问题。（2）正截面直接受剪时验算设计的改进措施：经验算可知，截面的设计偏于安全，经济性相对较差。可以在设置倾斜基底、展宽墙趾的基础上适当减小截面尺寸。同时，可以适当调整上下宽度以控制，以优化截面的形式和尺寸，提高经济性。画出纵断面布置图、平面图及挡墙横断面图纵断面布置图平面图横断面图二、沥青路面设计1、设计题目：南京地区某高速公路，其中某段经调查路基为粉质中液限粘土，地下水位1.1m，路基填土高度0.5m。近期混合交通量为25350 辆/日，交通组成和代表车型的技术参数分别如表1、表2 所示，交通量年平均增长率8%。该路沿线可开采砂砾、碎石，并有石灰、水泥、粉煤灰、沥青供应。请设计合适的半刚性沥青路面结构。2、设计依据：公路沥青路面设计规范（JTG D502006）邓学钧 主编 路基路面工程（第三版）3、设计内容：土基回弹模量的确定南京属于东南湿热区（IV1区），雨量充沛集中，雨型季节性强，台风暴雨多，水毁、冲刷、滑坡是道路的主要病害，路面结构应结合排水系统进行设计。根据查表法，设计路段路基处于中湿状态，路基土为粉质中液限粘土，0.90c1.05。预估土基回弹模量设计值为30.0MPa。设计年限内一个车道的累积当量轴次和设计弯沉值已知标准轴载P=100kN；同时该高速公路为双向四车道，车道系数取0.4。（1）以弯沉值和沥青的层底拉应力为设计指标时的轴载当量换算：轴载小于40KN的特轻轴重对结构的影响可以忽略不计，所以不纳入当量换算。由表可知，桑塔纳和五十铃两种车型可忽略不计。解放CA10B，N=22.04%25350(60.85100）4.35=643.76黄河JN150， N=9.01%253506.4（49100）4.35+（101.6100）4.35=3103.82黄河 JN162，N=1.89%253506.4（59.5100）4.35+（115100）4.35=1200.44交通SH361，c1=1+1.2m-1=2.2 N=0.18%253506.4（60100）4.35+1101004.352.2=183.61N1=N=643.76+3103.82+1200.44+183.61=5131.63设计年限累计当量轴载次数Ne=1+rt-1365rN1Ne=（1+8%）15-1）3658%5131.630.4=20342852设计弯沉值ld=600Ne-0.2AcAsAB=20.72（0.01mm）（2）以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时的轴载当量换算：轴载小于40KN的特轻轴重对结构的影响可以忽略不计，所以不纳入当量换算。由表可知，桑塔纳和五十铃两种车型可忽略不计。解放CA10B，N=22.04%25350(60.85100）8=105.02黄河JN150， N=9.01%2535018.5（49100）8+（101.6100）8=2733.72黄河 JN162，N=1.89%2535018.5（59.5100）8+（115100）8=1604.86交通SH361，c1=1+2m-1=2.2 N=0.18%2535018.5（60100）4.35+1101004.353=307.61N1=N=105.01+2733.72+1604.86+307.61=4751.21设计年限累计当量轴载次数Ne=1+rt-1365rN1Ne=（1+8%）15-1）3658%4751.210.4=18834788设计弯沉值ld=600Ne-0.2AcAsAB=21.04（0.01mm）根据设计资料，确定合适的面层类型高速公路一般选用三层沥青面层结构。通常认为密实型中粒式或细粒式沥青混凝土混合料（如AC-13、AC-16）最宜用于表面层，可以防止水害及冻害。密实型级配沥青混合料的抗裂性、疲劳强度和耐久性较优越。对于重交通和特重交通等级，普通热拌和沥青混凝土混合料不能满足使用要求时，可以采用SMA-10、SMA-13沥青混合料，必要时可以采用改性沥青混合料。沥青中面层和下面层经受着与沥青上面层相同的不利工作环境，通常选用密实型中粒式和粗粒式混合料（如DAC-20，DAC-25），有时对于特重交通等级也有采用SMA-20沥青混合修筑中面层并采用改性沥青混合料。初步使用：上面层：密实型细粒式沥青混凝土混合料中面层：密实型中粒式沥青混凝土混合料下面层：密实型粗粒式沥青混凝土混合料拟定2种可能的路面结构组合与厚度方案，确定各结构层材料的计算参数根据附录给出的南京地区材料价格以及示例，初步拟定以下两种结构层组合：（1）4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式沥青混凝土+8cm粗粒式沥青混凝土+？水泥稳定碎石基层+20cm水泥石灰沙砾土层，以水泥稳定碎石基层为设计层。 15 20 方差 劈裂强度（单位MPa）-细粒式沥青混凝土 4cm 2000 1400 200 1.4-中粒式沥青混凝土 6cm 1800 1200 100 1.0-粗粒式沥青混凝土 8cm 1400 1000 50 0.8-水泥稳定碎石 ？cm 3600 1500 200 0.5 （拉应力）（弯沉）-水泥石灰砂砾土 20cm 1850 1000 100 0.35（拉应力）（弯沉）-土基（2）4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式沥青混凝土+8cm粗粒式沥青混凝土+？二灰碎石基层+20cm二灰土，以水泥稳定碎石基层为设计层。 15 20 方差 劈裂强度（单位MPa）-细粒式沥青混凝土 4cm 2000 1400 200 1.4-中粒式沥青混凝土 6cm 1800 1200 100 1.0-粗粒式沥青混凝土 8cm 1400 1000 50 0.8-二灰碎石 ？cm 3600 1500 200 0.65 （拉应力）（弯沉）-二灰土 20cm 2400 750 100 0.25（拉应力）（弯沉）-土基根据公路沥青路面设计规范，计算或验算拟定的路面结构（1） 程序结果： 层位 层间条件 弹性模量 标准差 泊松比 厚度 层间系数 1 完全连续 1400.000 200.000 .350 4.000 .000 2 完全连续 1200.000 100.000 .350 6.000 .000 3 完全连续 1000.000 50.000 .350 8.000 .000 4 完全连续 1500.000 200.000 .250 待设计 .000 5 完全连续 1000.000 100.000 .250 20.000 .000 6 30.000 .000 .350 - 荷载 垂直力 半径 荷载位置 X Y 1 .7000 10.6500 .0000 .0000 2 .7000 10.6500 31.9500 .0000 - 设计弯沉值与理论弯沉= .2073 .4586 计算厚度 = 38.49 1 容许强度与计算强度= .3826 -.2592 考虑强度设计厚度 = 38.49 容许强度与计算强度= .3826 -.1285 考虑强度设计厚度 = 38.49 2 容许强度与计算强度= .2733 -.0248 考虑强度设计厚度 = 38.49 容许强度与计算强度= .2733 -.0567 考虑强度设计厚度 = 38.49 3 容许强度与计算强度= .2187 -.1285 考虑强度设计厚度 = 38.49 容许强度与计算强度= .2187 -.1000 考虑强度设计厚度 = 38.49 4 容许强度与计算强度= .2218 .1068 考虑强度设计厚度 = 38.49 容许强度与计算强度= .2218 .1116 考虑强度设计厚度 = 38.49 5 容许强度与计算强度= .1208 .0890 考虑强度设计厚度 = 38.49 容许强度与计算强度= .1208 .0922 考虑强度设计厚度 = 38.49（2） 程序结果： 层位 层间条件 弹性模量 标准差 泊松比 厚度 层间系数 1 完全连续 1400.000 200.000 .350 4.000 .000 2 完全连续 1200.000 100.000 .350 6.000 .000 3 完全连续 1000.000 50.000 .350 8.000 .000 4 完全连续 1500.000 200.000 .250 待设计 .000 5 完全连续 750.000 100.000 .250 20.000 .000 6 30.000 .000 .350 - 荷载 垂直力 半径 荷载位置 X Y 1 .7000 10.6500 .0000 .0000 2 .7000 10.6500 31.9500 .0000 - 设计弯沉值与理论弯沉= .2073 .4586 计算厚度 = 41.89 1 容许强度与计算强度= .3826 -.2477 考虑强度设计厚度 = 41.89 容许强度与计算强度= .3826 -.1166 考虑强度设计厚度 = 41.89 2 容许强度与计算强度= .2733 -.0188 考虑强度设计厚度 = 41.89 容许强度与计算强度= .2733 -.0505 考虑强度设计厚度 = 41.89 3 容许强度与计算强度= .2187 -.1265 考虑强度设计厚度 = 41.89 容许强度与计算强度= .2187 -.0980 考虑强度设计厚度 = 41.89 4 容许强度与计算强度= .2883 .0828 考虑强度设计厚度 = 41.89 容许强度与计算强度= .2883 .0861 考虑强度设计厚度 = 41.89 5 容许强度与计算强度= .0863 .0938 考虑强度设计厚度 = 41.89 .ADD THE THICKNESS. 5 容许强度与计算强度= .0863 .0857 考虑强度设计厚度 = 45.55 容许强度与计算强度= .0863 .0884 考虑强度设计厚度 = 45.55 .ADD THE THICKNESS. 容许强度与计算强度= .0863 .0860 考虑强度设计厚度 = 46.68（3） 方案比较方案一：价格为27.49+34.3+49.95+39+2029.3120+18=216.20 总厚度为4+6+8+39+20=77方案二：价格为27.49+34.3+49.95+4729.3520+16.4+18=215.11总厚度为4+6+8+47+20=87综上所述，两种方案的价格差不多，厚度也均满足与最小防冻厚度的要求。但是方案一的底基层选择更适合于重载交通，且其厚度更小，所以选择方案一。三、普通水泥混凝土路面设计1、设计题目：公路自然区划III 区拟新建一条二级公路，路基回弹模量根据以往经验取30MPa，采用普通混凝土路面，路面宽16m（双向四车道），经交通调查与预测知设计车道使用初期标准轴载日作用次数为3200，交通量年增长率取4%。试设计该水泥混凝土路面结构。（平面尺寸可按板长5m、板宽4m 设计，纵缝采用设拉杆平缝，横缝采用不设传力杆的假缝；初拟路面结构建议值：底基层20cm 石灰粉煤灰稳定土，基层18cm 水泥稳定碎石）2、设计内容：交通分析二级公里路的设计基准期为20年，安全等级为三级。查表得临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.39.计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为Ne=Ns1+grt-1365gr =3200（1+0.04）20-13650.040.39 =13564510次属于重交通等级初拟路面结构因本路段属重交通荷载等级，适宜的基层材料为：水稳碎石、密级配沥青稳定碎石等；必须设置底基层，适宜材料类型：级配碎石、水稳碎石、二灰碎石等。查表可知，安全等级为三级的道路对应的变异水平等级为中级，厚度为0.210.24m。根据二级公路，重交通等级和中级变异水平等级，初拟结构组合：普通混凝土面层厚度为0.23m。基层选用水泥稳定粒料(水泥用量5%)，厚0.18m。底基层选用石灰粉煤灰稳定土，厚0.2m。普通混凝土板的平面尺寸为宽4m，长5m。纵缝为拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。路面材料参数取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值为31GPa，路基回弹模量取30MPa，计算基层顶面当量回弹模量如下：Ex=h12E1+h22E2h12+h22=13000.182+6000.220.182+0.22=850.28MPaDx=E1h1312+E2h2312+h1+h2241E1h1+1E2h2-1 =13000.18312+6000.2312+0.18+0.224113000.18+16000.2-1=3.90KNm hx=312DxEx=0.380(m) a=6.221-1.51(ExE0)-0.45=4.135