路基路面课程设计.doc

嘉应学院土木工程学院路基路面工程课程设计姓 名:专 业:学 号:日 期:指导教师:一、重力式挡土墙设计1.设计参数（1）浆砌片石重力式仰斜路堤墙，墙顶填土边坡1:1.5，墙身纵向分段长度为10m；路基宽度26m，路肩宽度3.0m；（2）基底倾斜角：tan0.190，取汽车荷载边缘距路肩边缘=0.5m；（3）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）；（4）墙后填料砂性土容重=18,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=0.30，地基容许承载力=250；（5）墙身采用2.5号砂浆砌25号片石，圬工容重=22，容许压应力，容许剪应力，容许拉应力（6）墙后砂性土填料的内摩擦角，墙面与墙背平行，墙背仰斜坡度1:0.27（=），墙高H=5m，墙顶填土高=4m。2.破裂棱体位置确定（1）破裂角（）的计算假设破裂面交于荷载范围内，则有：因为根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部时破裂角的计算公式：（2）验算破裂面是否交于荷载范围内破裂砌体长度：车辆荷载分布宽度：所以，即破裂面交于荷载范围内，符合设计。3.荷载当量土柱高度计算墙高5m，按墙高确定附加荷载强度进行计算。按照线性内插法，计算附加荷载强度：4.土压力计算根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部压力计算公式5.土压力作用点位置计算6.土压力对墙趾力臂计算基地倾斜，土压力对墙趾力臂7稳定性验算（1）抗滑动稳定性验算墙身体积计算：墙身自重计算:， ，抗滑稳定性验算： 墙身自重力臂计算：抗滑稳定系数:1.3满足要求。（2）抗倾覆稳定性验算 抗倾覆稳定系数: 满足要求。（3）基底合力偏心距验算至墙趾A的距离基底合力偏心距（4）地基承载力验算满足要求。一、 沥青路面设计 1.设计参数广东某地区地区（IV区）某新建双向4车道一级公路，拟采用沥青混凝土路面，路基土为高液限粘土，地下水位为1m，路基填土高度1.2m，预计通车初每日双向混合交通量组成及交通量如下表：汽车车型日交通量（辆/d）解放CA10B1137黄河JN150720长征CZ160337东风SP9250350北京BJ1301037上海SH130137小汽车100预计年平均交通量增长率为7；沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。2.确定路面等级和面层类型（1）轴载分析路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载当以设计弯沉为指标及验算沥青层层底拉应力时各级轴载换算采用计算（小于25的轴载不计），计算结果下列表所示： 轴载换算结果汇总表（以弯沉为标准时）车型解放 前轴CA10B 后轴19.4060.85/1/111371137/131.01黄河 前轴JN150 后轴49.00101.60116.41720720206.95771.47长征 前轴CZ160 后轴45.2083.7012.26.4133733768.18341.91东风 前轴SP9250 后轴50.70113.3012.26.41350350116.691325.53北京 前轴BJ130 后轴13.5527.20/1/6.410371037/23.03上海 前轴SH130 后轴16.5023.00/137137/小汽车/100/2948.77一级公路沥青路面的设计年限为15年，双向四车道的车道系数0.45则设计使用期累计当量轴次为：当验算半刚性基层层底拉应力时：各级轴载（轴载小于50KN的不计）车型解放 前轴CA10B 后轴19.4060.85/1/111371137/21.37黄河 前轴JN150 后轴49.00101.60/1/1720720/817.49长征 前轴CZ160 后轴45.2083.70/2.2/1337337/382.90东风 前轴SP9250 后轴50.70113.3012.26.413503509.782090.88北京 前轴BJ130 后轴13.5527.20/10371037/上海 前轴SH130 后轴16.5023.00/137137/小汽车/100/3322.42则用半刚性基层层底拉应力验算的累计当量轴次为：(2) 确定路面等级和面层类型 根据“沥规”并结合上面的计算，确定路面等级为高级路面；面层类型为沥青混凝土。3.确定土基的回弹模量（1）确定路基的干湿类型：该路处于IV区，路槽底距地下水位高度平均为1m+1.2m=2.2m，查表可知此高度高于,属于干燥路基。（2）确定路基的平均稠度：查表可知路基平均稠度介于和之间，取。（3）查表可得土基的回弹模量。4.路面结构组合设计（1）拟定路面结构组合方案经计算，路基设计使用年限内一个车道上累计标准轴载次为次左右，查表可得路面为高级路面，面层宜选择沥青混凝土，又由于该路为一级公路，因此采用双层式结构。（2）拟定路面结构层的厚度表面层采用4cm厚细粒式密集配沥青混凝土，下面层采用6cm厚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，基层和底基层分别采用刚度较高、水稳定性好的石灰粉煤灰稳定碎石基层（厚20cm）和石灰稳定土底基层（厚度待计算确定）。（3）各层材料设计参数土基及路面材料的回弹模量及各强度值列于下表中材料名称抗压回弹模（MPa）劈裂强度（MPa）2015细粒试沥青混泥土140020001.4中粒试沥青混泥土120018001粗粒试沥青混泥土100014000.8 两灰碎石15000.65石灰土5500.225土基275.根据设计弯沉值计算路面厚度（1） 计算设计弯沉值一级公路，取，面层为沥青混凝土，取，半刚性基层、底基层总厚度大于20cm,取。设计弯沉：计算各层材料的容许层底拉应力：细粒式密集配沥青混凝土：中粒式密集配沥青混凝土：粗粒式密集配沥青混凝土：两灰碎石： 石灰土：设计参数汇总表材料名称厚度（cm）20抗压模量（MPa）15抗压模量（MPa）容许拉应力(MPa)细粒式沥青混凝土4140020000.5中粒式沥青混凝土5120018000.36粗粒式沥青混凝土6100014000.26两灰碎石2215000.34石灰土235500.09土基-34-采用HPDS2003A公路路面设计程序计算结果：公路等级:一级公路新建路面的层数：5标准轴载:BZZ-100路面设计弯沉值:26.5(0.01mm)路面设计层层位:5设计层最小厚度:15cm 按设计弯沉值计算设计层厚度:LD= 26.5 (0.01mm)H( 5 )= 20 cm LS= 27.8 (0.01mm)H( 5 )= 25 cm LS= 25.5 (0.01mm)H( 5 )= 22.8 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度: H( 5 )= 22.8 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.8 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)H( 5 )= 22.8 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)H( 5 )= 22.8 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)H( 5 )= 22.8 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) （2）路面设计层厚度 :H( 5 )= 22.8 cm(仅考虑弯沉)H( 5 )= 22.8 cm(同时考虑弯沉和拉应力)通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 4 cm - 粗粒式沥青混凝土 6 cm - 石灰粉煤灰碎石 22cm - 石灰土 23cm - 土基三、水泥混凝土路面设计1.设计参数广州郊区（IV区）某新建双向2车道二级公路，拟采用水泥混凝土路面，行车道宽度为9m。路基土为中液限粘土，地下水位为0.7m，路基填土高度0.6m，预计通车初每日双向混合交通量组成及交通量如下表：汽车车型日交通量（辆/d）解放CA10B437黄河JN150737长征CZ160637东风SP9250350北京BJ1301037上海SH130837预计年平均交通量增长率为7；沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。2. 可靠度设计标准及变异系数范围、可靠度系数的选用公路技术等级一级公路安全等级二级设计基准期（a）30目标可靠度（%）90目标可靠指标1.28变异水平等级低-中可靠度系数1.163. 标准轴载作用次数的换算计算设计使用年限内的标准轴载累计作用次数，轴载换算的计算公式为： 轴载换算结果表车型轴型轴-轮型系数解放 前轴CA10B 后轴19.4060.85单轴单轮单轴双轮1437437黄河 前轴JN150 后轴49.00101.60单轴单轮单轴双轮1737737长征 前轴CZ160 后轴45.2083.70单轴单轮双轴双轮637637东风 前轴SP9250 后轴50.70113.30单轴单轮双轴双轮350350北京 前轴BJ130 后轴13.5527.20单轴单轮单轴双轮110371037上海 前轴SH130 后轴16.5023.00单轴单轮单轴双轮1837837按规范查表得：交通等级为重，水泥混凝土路面的设计基准期为30年，安全等级为二级，临界荷载处的车轮轮迹横向分布系数=0.22。设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为：属于重交通等级普通混凝土设计弯拉强度（）5.0钢纤维混凝土设计弯拉强度（）6.04.确定土基的回弹模量（1）确定路基的干湿类型：该路处于IV区，路槽底距地下水位高度平均为0.7m+0.6m=1.3m，查表可知此高度在范围内,属于中湿路基。（2）确定路基的平均稠度：查表可知路基平均稠度介于和之间，取。（3）查表可得土基的回弹模量5. 结构组合设计（1）选择面层类型及厚度查表得相应于安全等级二级的变异水平为中级。查表得初拟普通混凝土面层厚度为0.24m；排水基层选用多孔隙水泥碎石，厚0.12m。底基层采用水泥稳定粒料，厚0.2m；垫层为0.15m石灰粉煤灰土，普通混凝土板的平面尺寸为宽，长。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。（2）路肩及路面排水设计路肩采用混凝土面层，其厚度与行车道面层相同，集成宽度与路基宽度相同。行车道路面设置为双向横坡，坡度为1%-2%，路肩辅面的横向坡度值宜比行车道路面的横坡值大1%2%（3）路面材料参数确定混凝土弯拉强度 5 MPa 混凝土弯拉模量 31000 MPa混凝土面层板长度 5 m 地区公路自然区划 面层最大温度梯度 92 /m 接缝应力折减系数 0.87 使用HPDS2003A计算得：层位 基（垫）层材料名称 厚度(mm) 回弹模量(MPa) 1 多孔隙水泥碎石 120 1500 2 水泥稳定粒料 200 1300 3 石灰粉煤灰土 150 600 4 土基 基层顶面当量回弹模量：普通混凝土面层的相对刚度半径：r=0 .639m标准荷载在临界荷位处产生的荷载应力计算为： 考虑到接缝间的不同状态其传荷能力不同，因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数=0.87。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。根据公路等级，查上表，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。荷载疲劳应力计算为：查表得，IV区最大温度梯度取92/m，板长5m，由图可查得普通混凝土板厚0.24m，温度应力系数0.65。最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力温度疲劳应力系数计算温度疲劳应力按规范查表得，一级公路的安全等级为二级，相对于的变异水平等级为中级，目标可靠度为90%，根据目标可靠度和变异水平等级，查上表确定可靠度系数。 因而，所选普通混凝土面层厚度（0.24m）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。最后得到路面结构设计结果如下: - 普通混凝土面层 240 mm - 多孔隙水泥碎石 120 mm - 水泥稳定粒料 200 mm - 石灰粉煤灰土 150 mm - 土基6.收缩缝见图1-1。7.混凝土面层钢筋布置见图1-1。四课程设计参考资料（1）中华人民共和国行业标准. 公路路基设计规