路基路面.doc

学 号 10220124 路基路面课程设计 设计说明书公路挡土墙与高级路面设计起止日期： 2013 年 1 月 7 日 至 2013 年 1 月 11 日学生姓名张精旭班级10道路桥梁与渡河工程成绩指导教师董鹏 周燕土木工程系2013年 1 月 11 日天津城市建设学院课程设计任务书2012 2013 学年第 1 学期 土木工程 系 道路桥梁与渡河工程 专业 2010级 课程名称： 路基与路面工程 设计题目： 公路挡土墙与高级路面设计 完成期限：自 2013 年 1 月 7 日至2013 年 1 月 11 日设计依据、要求及主要内容（可另加附页）：依据设计任务书与公路工程设计相关规范，进行公路路基挡土墙设计、新建沥青路面设计、改建沥青路面设计和新建水泥混凝土路面设计。学生应在课程设计教室独立完成设计，保证出勤，学会查阅和使用规范、文献，掌握挡土墙、路面设计的基本方法以及设计说明书和工程图纸的基本格式。设计结束后，提交设计说明书一份，挡土墙设计图、路面设计图各一张（3号图），并在规定时间参加答辩。设计资料见附页。指导教师： 董鹏 周燕 教研室主任： 李美东 批准日期： 2012年12月14日 第一部分 挡土墙设计 5 一设计资料 5 二设计参数 5 三车辆荷载换算 6 四考虑车辆荷载作用时的土压力计算 7 五设计挡土墙截面 9第二部分 高级路面设计 11设计资料 11第一章 新建沥青路面结构设计 11第二章 改建沥青路面结构设计 14第三章 新建水泥混凝土路面结构设计 18一交通分析 18二初拟路面结构 18三初拟路面结构 19四确定路面材料参数 19五荷载疲劳应力20 六检验初拟路面结构 20 七、检验初拟路面结构21参考文献 21道路工程课程设计任务书（附页）一、挡土墙设计： 设计资料： 1.浆砌片石重力式路堤墙，墙身高46米，墙上填土高23米，填土边坡1:1.5，墙背仰斜，坡度1：0.151：0.35，墙身分段长度15米。2.公路等级二级，车辆荷载等级为公路II级，挡土墙荷载效应组合采用荷载组合I、II。3.墙背填土容重17kNm3，计算内摩擦角35,填土与墙背间的内摩擦角/2。 4.地基为砂类土，容许承载力f350kPa，基底摩擦系数0.40。 5.墙身材料2.5号砂浆砌25号片石，砌体容重23kNm3，砌体容许压应力a=600kPa，容许剪应力50kPa，容许弯拉应力wl80 kPa。根据设计资料进行挡土墙设计。二、路面设计：某国道天津段按一级公路标准修建，并将于2013年底通车，设计道路横断面为双向四车道。根据可行性研究报告提供的2011年的交通组成情况如下表：车型黄河JN-l 50解放CA10B东风EQ140日野KB222太脱拉l 38交通SH141辆/日746921630299132845 经论证分析，该公路自2011年至通车后2017年交通量增长率10.28，其后将以6.0增长。 旧路改建路段现有路面结构为2.5cm沥青表面处治，25cm石灰土，在不利季节由BZZ60实测弯沉值(1100mm)如下：61.8 68.3 69.1 65.7 58.8 66.6 77.8 44.3 31.338.9 45.3 29.1 27.5 30.7 31.9 54.3 79.6 77.268.9 92.3 83.4 91.6 89.7 83.6 路基土回弹模量为E035 MPa。 根据以上资料完成： 1. 新建与改建沥青路面结构设计计算；结构方案及结构设计图。2. 新建水泥混凝土路面结构设计计算；结构设计及结构构造图绘制。三、设计成果：设计结束后，提交设计说明书一份，挡土墙设计图、路面设计图各一张（3号图）第一部分 挡土墙设计一设计资料： 1.浆砌片石重力式路堤墙，墙身高46米，墙上填土高23米，填土边坡1:1.5，墙背仰斜，坡度1：0.151：0.35，墙身分段长度15米。2.公路等级二级，车辆荷载等级为公路II级，挡土墙荷载效应组合采用荷载组合I、II。3.墙背填土容重17kNm3，计算内摩擦角35,填土与墙背间的内摩擦角/2。 4.地基为砂类土，容许承载力f350kPa，基底摩擦系数0.40。 5.墙身材料2.5号砂浆砌25号片石，砌体容重23kNm3，砌体容许压应力a=600kPa，容许剪应力50kPa，容许弯拉应力wl80 KPa。根据设计资料进行挡土墙设计。二设计参数：(1)设计挡土墙高度H=5.0m；(2)墙上填土高度a=2.0m；(3) 填土边坡坡度为1:1.5；(4) 墙背仰斜坡度1:0.26；(5) 墙背填土计算内摩擦角35；(6) 填土与墙背间的摩擦角填土与墙背间的内摩擦角/2=1730；(7)路肩宽取0.5m；(8)墙背与竖直平面夹角：三车辆荷载换算：1试算不计车辆荷载作用时破裂破裂棱体宽度B0；(1)假定破裂面交于荷载内；不计车辆荷载作用；计算棱体参数A0、B0：=(2+5+0)(2+5)=24.5=8.85则：根据值计算不计车辆荷载作用时破裂棱体宽度值B：由于路肩宽度d=0.5mB=1.3511m，所以可以确定破裂面交与荷载内侧。(2)验证破裂面是否交与荷载内侧坡顶破裂面距墙踵：(H+)tan=(5+2)tan()=5.652m;荷载内边缘距墙踵：-Htan+b+d=-5tan(-)+3+0.5=4.80m;荷载外边缘距墙踵：-Htan+b+d+=4.80 +6=10.8m;因为4.80m5.652m15.00m,挡土墙的计算长度取值15.00m.车辆荷载布置图(公路-II级)：车辆荷载布置图由于在不加荷载时破裂棱体宽度B=1.3511m，路肩宽d=0.5m，所以可以知道车辆荷载有一半进入了破裂棱体范围，所以Q=.换算土层厚度：四考虑车辆荷载时作用时的土压力计算1计入求算破裂棱体的宽度(1)计算棱体参数A0、B0：则考虑车辆荷载后的破裂棱体宽度值为：(2)计算主动土压力及其作用位置主动土压力系数：主动土压力：E=作用位置：五设计挡土墙截面1初拟强顶宽度b2.抗滑稳定性验算假设b=1.80m每米墙体自重为：w= ，符合抗滑稳定性要求。此时：3.抗倾覆稳定性验算1.5符合抗倾覆稳定性要求。4.地基承载力验算作用于基底的合力偏心距： = =0.015=0.3当e时，压应力计算公式为: =122.57Kpaf=350Kpa符合地基承载力要求。5.墙身截面强度验算(1)抗压强度验算：在墙身截面强度验算中主动土压力计算时取墙身截面的一半计算：=15.27KPa由于Nj=237KPa=266.12KPa,所以强身截面满足抗压强度要求。(2) 抗剪强度验算60.98KPa；=0.45则，抗剪强度符合要求。综合步骤(1)(2)可见墙身截面强度符合要求。综上，各项指标验证完毕且均符合技术规范要求。第二部分 高级路面设计设计资料：某国道天津段按一级公路标准修建，并将于2013年底通车，设计道路横断面为双向四车道。根据可行性研究报告提供的2011年的交通组成情况如下表：车型黄河JN-l 50解放CA10B东风EQ140日野KB222太脱拉l 38交通SH141辆/日746921630299132845 经论证分析，该公路自2011年至通车后2017年交通量增长率10.28，其后将以6.0增长。 旧路改建路段现有路面结构为2.5cm沥青表面处治，25cm石灰土，在不利季节由BZZ60实测弯沉值(1100mm)如下：61.8 68.3 69.1 65.7 58.8 66.6 77.8 44.3 31.338.9 45.3 29.1 27.5 30.7 31.9 54.3 79.6 77.268.9 92.3 83.4 91.6 89.7 83.6 路基土回弹模量为E035 MPa。 根据以上资料完成： 1. 新建与改建沥青路面结构设计计算；结构方案及结构设计图。2. 新建水泥混凝土路面结构设计计算；结构设计及结构构造图绘制。第一章 新建沥青路面结构设计(1)轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算：序号车辆名称前轴重（kN）后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(m)交通量1黄河JN15049101.61双轮组-9072解放CA10B19.460.851双轮组-11203东风EQ14023.769.21双轮组-7664日野KB22250.2104.31双轮组-3645太脱拉13851.4802双轮组31028设计年限 15 车道系数 0.45 序号分段时间(年)交通量年增长率1410.282116当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 : 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 2572 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.096039E+07 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 : 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 1834 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 5701515 公路等级 一级公路 公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 23.5 (0.01mm)层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土1.40.442中粒式沥青混凝土10.313粗粒式沥青混凝土0.80.234石灰粉煤灰碎石0.60.35石灰土0.250.16天然砂砾-(2)新建路面结构厚度计算: 公路等级 : 一级公路 新建路面的层数 : 6 标准轴载 : BZZ-100路面设计弯沉值 : 23.5 (0.01mm)路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 15 (cm) 层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)(20)抗压模量(MPa) (15)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土3140020000.442中粒式沥青混凝土4120016000.313粗粒式沥青混凝土690012000.234石灰粉煤灰碎石?150015000.35石灰土255505500.16天然砂砾15150150-6土基-35-按设计弯沉值计算设计层厚度 :LD= 23.5 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm LS= 23.9 (0.01mm)H( 4 )= 30 cm LS= 21.5 (0.01mm)H( 4 )= 25.8cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 25.8cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25.8 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25.8 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25.8 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25.8 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度 : H( 4 )= 25.8 cm(仅考虑弯沉)H( 4 )= 25.8 cm(同时考虑弯沉和拉应力)通过对设计层厚度取整,以及设计人员对路面厚度进一步的修改,最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 3 cm - 中粒式沥青混凝土 4 cm - 粗粒式沥青混凝土 6 cm - 石灰粉煤灰碎石 26cm - 石灰土 25 cm -天然砂砾 15 cm-土基(2)竣工验收弯沉值和层底拉应力计算：公路等级 : 一级公路新建路面的层数 : 6 标准轴载 : BZZ-100 层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)(20)抗压模量(MPa) (15)计算信息1细粒式沥青混凝土314002000计算应力2中粒式沥青混凝土412001600计算应力3粗粒式沥青混凝土69001200计算应力4石灰粉煤灰碎石2615001500计算应力5石灰土25550550计算应力6天然砂砾15150150不算应力7土基-35-（4）计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23.4 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 27.3 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 30.6 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 84.5 (0.01mm) 第 6 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 293.5 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 331.5 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 266.2 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)计算新建路面各结构层底面最大拉应力 : 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-0.244 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.106 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-0.057 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= 0.113 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= 0 .059 (MPa)第二章 改建沥青路面结构设计（1） 轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算：序号车型名称前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(m)交通量1黄河JN15049101.61双轮组9072解放CA10B19.460.851双轮组11203东风EQ14023.769.21双轮组7664日野KB22250.2104.31双轮组3645太脱拉13851.4802双轮组31028设计年限 15 车道系数 0 .45 序号分段时间(年)交通量年增长率141028 2116 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 :路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 2572 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.096039E+07 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 :路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 1834 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 7815457 公路等级：一级公路公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 23.5 (0.01mm)层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1中粒式沥青混凝土10.312粗粒式沥青混凝土0.80.233水泥稳定碎石0.60.34石灰土0.250.1（2）改建路段原路面当量回弹模量计算原路面换算弯沉值(0.01mm)： 96 107 108 102 92 104 121 69 49 61 71 45 43 48 50 85 124 120 107 144 130 143 140 130 原路面有效弯沉数 : 24 原路面平均弯沉值 : 95 (0.01mm)原路面弯沉值标准差 : 34 (0.01mm)测定汽车轴载: 60 kN改建公路等级: 一级公路保证率系数: 1.5 原沥青面层厚度: 2.5 (cm)季节影响系数 1.2 湿度影响系数 1 温度修正系数 1原路面计算弯沉值 : 175 (0.01 mm)原路面当量回弹模量 : 93.7 (MPa)（2） 改建路面补强厚度计算：公 路 等 级 : 一级公路 加铺路面的层数 : 4 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 23.5 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 15 (cm)层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15)容许应力(MPa)1中粒式沥青混凝土4120016000.312粗粒式沥青混凝土690012000.233水泥稳定碎石20150015000.34石灰土?5505500.15改建前原路面93.7按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 23.5 (0.01mm) H( 4 )= 15 cm LS= 26.3 (0.01mm) H( 4 )= 20 cm LS= 23.5 (0.01mm) H( 4 )= 20 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 20 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 20 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 20 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 20 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度 :路面设计层厚度 : H( 4 )= 20 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 20 cm(同时考虑弯沉和拉应力) (4) 通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下:- 中粒式沥青混凝土 4 cm - 粗粒式沥青混凝土 6 cm - 水泥稳定碎石 20 cm - 石灰土 20 cm - 改建前原路面（5）竣工验收弯沉值和层底拉应力计算公路等级 : 一级公路加铺路面的层数 : 4 层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15)计算信息1中粒式沥青混凝土412001600计算应力2粗粒式沥青混凝土69001200计算应力3水泥稳定碎石2015001500计算应力4石灰土20550550计算应力5改建前原路面93.7计算改建路面各加铺层顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23.5 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 26.2 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 30.6 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 77.6 (0.01mm) 计算改建路面各加铺层底面最大拉应力 : 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-0.204 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.082 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )= 0.147 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= 0.033 (MPa)新建水泥混凝土路面设计一、设计资料某国道天津段按一级公路标准修建，并将于2012年底通车，设计道路横断面为双向四车道。根据可行性研究报告提供的2010年的交通组成情况如下表：车型黄河JN-l 50解放CA10B东风EQ140日野KB222太脱拉l 38交通SH141辆/日746921630299132845 经论证分析，该公路自2011年至通车后2017年交通量增长率10.28，其后将以6.0增长。二、交通分析 由课本表12-9，一级公路的设计基准期为30年，安全等级为二级。1标准轴载作用次数计算 表3-11序号汽车型号前轴重（kN）后轴重（kN）后轴数轮组数日平均交通量（辆/日）1黄河JN15049.00101.601双7642解放CA10B19.4060.851双9213东风EQ14023.7069.201双6304日野KB22250.20104.301双2995太脱拉13851.40160.002双1326交通SH14125.5555.101双845路面特征系数为16，单轴双轮组，单轴单轮组,双轴双轮组，标准轴载为100KN，轴轮型系数及轴载换算结果如下：表3-12车型轴重/KN轴-轮型系数轴载换算黄河JN150前49.0010.00823903后101.601961.6967639解放CA10B前19.4013.70755E-09后60.8510.325408544东风EQ140前23.7016.24186E-08后69.2011.741959529日野KB222前50.2010.004863296后104.301586.4353253太脱拉138前51.4010.003133169后160.0027.430939386交通SH141前25.5512.78683E-07后55.1010.060993322合计1557.707626因设计年平均日交通量分三段计算，则使用初期设计车道的目标标准轴载作用次数：2014年，次2017年，次2018年，次标准轴载累计作用次数 由表12-13临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取2013年2017年：次2018年2043年：次累计标准轴作用次数次查表12-12得出该路段属于重交通。三、初拟路面结构相应安全等级为二级，变异水