路基路面课程设计完整版

1、路基路面工程课程设计学院:专业：土木工程学院土木工程班级：道路二班姓名：黄叶松指导教师：但汉成二一五年九月目 录一、重力式挡土墙设计第一部分 设计任务书 3（一）设计内容和要求 3（二）设计内容 3（三）设计资料 3第二部分设计计算书1. 车辆换算荷载 42. 主动土压力计算 53. 设计挡土墙截面 94. 绘制挡土墙纵横截面（附图1） 30二、沥青路面结构设计1. 设计资料 122. 轴载分析 123. 拟定路面结构方案 164. 各材料层参数 165. 设计指标确定 176. 确定设计层厚度 187. 底层弯拉应力验算 218. 防冻层厚度验算 299. 方案可行性判定 2910. 绘制路

2、面结构图31一、重力式挡土墙第一部分 设计任务书（一）设计的目的要求 通过本次设计的基本训练，进一步加深对路基路面工程有关理论知识的理 解，掌握重力式挡土墙设计的基本方法与步骤。将设计任务书、设计说明书及全部设计计算图表编好目录，装订成册。（二）设计内容 车辆荷载换算； 土压力计算； 挡土墙截面尺寸设计； 挡土墙稳定性验算。（三）设计资料1 墙身构造拟采用细粒水泥混凝土砌片石重力式路堤墙 （如草图1），墙高H=? m,墙顶宽bi = ？ m,填土高度2.4m,填土边坡1： 1.5,墙背仰斜，1： 0.25（=1402）,基底倾斜 1: 5 （ o= 11 18），墙身等厚，bo =7.0 m。

3、2车辆荷载车辆荷载等级为公路一U级，挡土墙荷载效应组合采用荷载组合I、U,路基宽度33.5m,路肩宽度0.75m。3土壤工程地质情况墙后填土容重 =18KN/m3，内摩檫角 =38，填土与墙背间的摩檫角2 ；粘性土地基，允许承载力0 =250Kpa，基底摩檫系数f=0.40。4 墙身材料细粒水泥混凝土砌25号片石，砌体容重 K=23KN/m3;砌体允许压应力a=600KPa，允许剪应力=100KPa，允许拉应力i =60KPa。第二部分计算书正文1. 车辆荷载换算墙背后填土表面有车辆荷载作用，使土体产生附加的竖向应力，从而产生附 加的侧向应力。土压力计算时，对于作用于墙背后填土表面的车辆荷载可

4、以近似 的按均布荷载来考虑，并将其换算为重度与墙后填土相同的均布土层。（1）求不计车辆荷载作时的破裂棱体宽度 B0计算图示如下初步拟定H 6m,a 2m,b 3m,b1 1.5m，查公路设计手册（路基），由表32 1中第五类公式知ab H(H 2a)tg则，A0.328(H a) 3 6 (6 2 2) tan( 1402)(6 2)238 ( 1402) 190 4258tan 0.931于是有：tg tg (ctg tg )(tg A)0.931(cot 38 0.931)(0.931 0.328)0.737Bo (H a)tg Htg b(6 2) 0.737 6 tan( 14002)

5、 31.396m(2) 求纵向分布长度LL L0 (H 2a)tg30o 7.0 (62 2) tan3012.77m10mL采用10m,其中，L0取为7.0m(3) 计算车辆荷载总重Q300KN。车轮中心距路基边缘0.5m，汽车20级，一辆车的总重力为在L B。范围内布置车轮重Q :布置车轮的宽度I。l01.40 0.5 (0.50.3)0.70mQ 300 2 150KN（半辆车重）（4）换算当量土层厚度hQB0L15018 1.396 100.597m2. 主动土压力计算1）求破裂角假设破裂面交于荷载内，查公路设计手册（路基）A ab 2h0(b d) H (H 2a 2h0)tg(Ha

6、)(Ha 2ho)2 3 2 0.60 (3 0.5) 6 (6 2 2 2 0.60) tan( 1402) (6 2) (6 2 2 0.60)0.367tg tg(ctgtg )(tgA)0.931 , (cot 380.931)(0.931 一0.367)0.763=37021现验算破裂面是否交于荷载内：堤顶破裂面至墙踵：（H a）tg （6 2） 0.763 6.10m荷载内缘至墙踵：b H tan d 3 6 tan（ 14002） 0.5 5m荷载外缘至墙踵：b H tand b0 3 6 tan（ 1402）0.5 7.0 12m比较得知：5 6.10 12，故结果与假设相符，

7、所选公式正确。（2）求主动土压力系数K和K1（1）中假设成立，即破裂面交于荷载内，则采用公路设计手册（路基）第二版表3-2-1采用第6类公式计算：tg )cos(37021 380)sin(37021 4258)(0.763 tan( 1402)h10.132b atgtg tg3 2。.代2.87m0.763 tan( 14 02)h2tgdtg0.500.97m0.763 tan( 1402)K1 1(1h)2hh32H2HH 2 2 22.87、2 0.97 2.16(1)262 662hah1 h21.6246 2.870.972.16m(3) 求主动土压力及作用点位置按墙的每延米计算

8、。墙后土体主动土压力：E 1 H2KK11 18 62 0.132 1.624 69.455KN2 2水平向分力：EX Ecos( ) 81.70 cos( 140219)69.194KN竖向分力：Ey Esin( ) 81.70 sin( 1402 19) 6.013KNH a(HhQ2 悅人3(3% 2H)X 33H 2K162 (62.87)20.597 2.16 (3 2.162 6) 233 61.6242.071m因基底倾斜，土压力对墙趾 O的力臂为：ZX1 Zx 0.19b12.0710.19 1.51.786mZY1b ZX1tg1.5 1.786 tan( 14002) 1.

9、946m(4) 验算荷载： 对于挂车100取h0 0.8m， d 0。于是：A ab 2h0(b d) H(H 2a 2g)tg (H a)(H a 2h。)0 2 3 2 0.8 (3 0) 6 (6 2 2 2 0.8) tan( 14 02 )(6 2) (6 2 2 0.8)0.367tg tg , (ctg tg )(tg A)0.931.(cot380 0.931)(0.931 0.367)0.76337021验算破裂面是否交于荷载内：堤顶破裂面至墙踵：(Ha)tg(6 2) 0.7636.10m荷载内缘至墙踵:bH tand30 6 tan( 14 02)04.5m何载外缘至墙踵

10、:bH tandb00 3 6 tan( 14 02 ) 0 7.011.5m比较得知：4.5 6.10 11.5,故结果与假设相符，所选公式正确 求主动土压力系数K和KikC0H(tgtg )cos(3702l 380)sin(3702i 42058)(0.763 tan( 14002)h1b atg3 2 0.7632.87mtgtg0.763tan(0 14 02)h2d00tgtg0.812tan(0 14 02)haHh1 h26 2.8703.13mK11和1J :2H2%h3H21262 (12.87)2 6)2 0.83.131.646620.132求主动土压力及作用点位置墙后

11、土体主动土压力:E - H2KK128 62 0.132 1.646 70.396KN2水平向分力：Ex Ecos(0 0)70.396 cos( 14 0219 )70.132 KN竖向分力：Ey Esin()70.396 sin( 1402 19)6.095KN比较得知：验算荷载略大于设计荷载，故挡土墙截面设计按照验算荷载进行计算H a(H h)2 h0h3(3h3 2H)33H2K12 (6 2.87)2 0.8 3.13 (3 3.13 2 6)3 62 1.6462.014m因基底倾斜，土压力对墙趾 O的力臂为:ZX1 ZX0.19b1 2.014 0.19 1.5 1.729m0

12、ZY1 d ZX1tg1.5 1.729 tan( 14 02 ) 1.932m3.设计挡土墙截面(1)计算墙身自重G及其力臂ZgG1 (b1H 0.19b2) K(1.5 6 0.19 1.52 ) 23 1 97.167KN2 2G20.19b1 K 0.19 1.523 4.916KN2 2故 G G1 G2197.1674.916202.083 KN1ZG1 H 0.19b!0.25 d21-(60.19 1.5) 0.25 1.51.46m2ZG2 0.651b10.651 1.5 0.98mN G Ey202.083 6.095 208.178 KN(2)抗滑稳定性验算N Ex t

13、an。KcEx N tan 0208.178 70.132 tan 11018 0.470.132 208.176 tan 110183.114Kc Kc 1.3，故抗滑移稳定性满足要求。(3)抗倾覆稳定性验算G1ZG1 G2ZG2 EyZY1197.167 1.46 4.916 0.98 6.095 1.932K0ExZx170.132 1.7292.511K0 K01.5，故挡土墙抗倾覆稳定性满足要求。(4)基底应力验算为保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力验算B1 b 0.190 0.251.5 0.19 1.5 0.251.43mZnG1ZG1G2Zg2Ex ZX1G-i

14、G2Ey197.167 1.46 4.916 0.98 6.095 1.932 70.132 1.729197.167 4.916 6.0950.880偏心距：e ZN罟。880.16m1,26e202.083 6095 (11.436 0.16)1.43243.310Kpa47.848Kpa243.310Kpa47.848Kpa0 250Kpa，地基承载力满足要求。因此，12为了保证强身具有足够的强度，应根据经验选择 12个控制断面进行验算，墙面、墙背相互平行，截 面的最大应力出现在接近基底处。强度计算要求：kARk / K Nj如附图所示，选取一个截面进行验算：1-1截面Nj0( gNgQ

15、1)0(0.9G 1.4Ey)1.0 (0.9 202.083 1.4 6.095) 190.408KN其中，o重要性系数，取1.0 ；81 256 勺_bk=F1 12 eb1 2561 1280.1610.16 20.764于是:K ARK /0.764 1.5 600/2.31297.662kN Nj 190.408KN则挡土墙强度满足要求稳定性计算要求：Njk k ARkk其中：Nj、k、A、Rk、 k意义同前；k弯曲平面内的纵向翘曲系数，因取 k=1.0。% 舅5=4 10故认为此挡墙是矮墙,于是:4J.0 0.7645 600 =297.662KN2.31N j=190.408KN

16、则挡土墙稳定性满足要求。 正截面受剪时验算要求：QjAjR fmN1其中：Qj -正截面剪力（KN）；Aj受剪截面面积（m），Aj -1.5m ；Rj砌体截面的抗剪极限强度（Kpa）， Rj-100Kpa;fm-摩擦系数，fm-0.42。Qj=Ex=86.25KN ；是208.178 152.370KN Qj 70.132KN于1.5 100Aj Rj k fmN1 2 3142则挡土墙抗剪强度满足要求。4.绘制挡土墙纵横断面图（1:100）。见附图一、沥青路面结构设计、设计资料表1交通量及荷载组成车型总重（KN）前轴（KN）后轴（KN）后轴数辆/日黄河JN150150.6049.00101.

17、6011700解放CA 10B80.2520.2560.0011200东风EQ14092.0023.7069.201650日野KB 211147.5547.55100.001200太脱拉138211.4051.40160.00225上海SH13039.5016.5023.001340跃进23048.5018.2033.3013502010年2015年交通量的平均年增长率为12%, 2000年以后为11%。该公路为双向四车道，路基平均填土高度 1.8 m，土质为中液限粘土，平均地下水位1.6 m,平均冻深0.4 m。二、轴载分析1、确定设计年限内交通量的平均增长率根据设计资料，2010年2015

18、年交通量的平均年增长率为 12%，2000年以 后为11%。2、设计年限内一个车道的累计当量轴次的计算路面设计采用双轮组单轴载100KN为标准轴载，以BZZ 100表示。1）当以设计弯沉值为设计指标时，换算成标准轴载P的当量作用次数N的公式为：kp厂 4 35N= C1C2ni（冷i 1P表1.2轴载换算结果表（弯沉）车型Pi(KN)C1C2NiN黄河JN150前轴4916.41700488.63后轴101.61117001821.53解放CA10B前轴20.2516.412007.38后轴60111200130.06东风EQ140前轴23.716.46507.93后轴69.211650131

19、.03日野KB211前轴47.5516.420050.44后轴10011200200太脱拉138前轴51.416.4258.85后轴1602.2125424.90上海SH130前轴16.516.43400.86后轴23113400.57跃进230前轴18.216.43501.35后轴33.3113502.93N=3276.46设计使用年限内设计车道的标准轴载累计作用次数NetNs11 365Ne式中：Ne-标准轴载累计当量作用次数t-设计基准年限丫 -交通量年平均增长率n -临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，取n=0.45,第一个 5 年 Ni=3276.46tNi11365Ne!563.42

20、 1012%3276.46 (1 12%)1 365 0.45第二个 5 年 N6 3276.46 1.124 1.11 5722.69tN611365Ne2565.85 1069.86 105722.69 (1 11%)1 365 0.4511%第三个 5 年 5722.69 1.1159643.07tN1111365Ne359643.07 【(1 11%)1 365 0.4511%一个车道的累计当量轴载作用次数为:Ne=Nq + Ne2+Ne =1.913 10?，属于重级交通。该值可用于来计算路面设计弯沉及沥青层底拉应力。2）当进行半刚性基层层底拉应力验算时， 换算成标准轴载P的当量作用

21、次数N的公式为:kP 8NGGnd ：)i 1P车型Pi(KN)C1C2niN黄河JN150前轴491117005.65后轴101.61117001930.18解放CA10B前轴20.251112000后轴6011120020.16东风EQ140前轴23.7116500.01后轴69.21165034.18日野KB211前轴47.55112000.52后轴10011200200太脱拉138前轴51.411250.12后轴16031253221.23上海前轴16.5113400SH130后轴23113400跃进230前轴18.2113500后轴33.3113500.05N=5412.1设计使用年

22、限内设计车道的标准轴载累计作用次数NetNs11365Ne式中：Ne-标准轴载累计当量作用次数t-设计基准年限丫 -交通量年平均增长率n -临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，取n=0.45,第一个 5 年 N,=5412.1tN111365Nei55412.12%)1 365 0.4512%65.65 10第二个 5 年 N65412.1 1.124 1.119452.81tN611365Ne259452.81 (1 11%)1 365 0.4511%69.67 10第三个 5 年 9452.81 1.11515928.53515928.53%)tN,11 365Ne3一个车道的累计当量轴载作

23、用次数为：Ne=Nq + Ne2+Ne =3.161 10?，属于特重级交通此数据用于进行半刚性基层层底拉应力验算。11%616.29 10三、拟定路面结构组合方案及厚度万案一:方案一:细粒式沥青混凝土h1=4cm细粒式沥青混凝土h1 =4cm中粒式沥青混凝土h 2 =5cm中粒式沥青混凝土h 2 =6cm粗粒式沥青混凝土h 3 =6cm粗粒式沥青混凝土h3 =8cm水泥稳定碎石h 4 =20cm水泥稳定碎石h4 =?石灰土h 5 =?二灰土h5 =16cm级配碎、砾石h 6 =12 cm填隙碎石h6 =10 cm十基十基方案一中石灰土层为设计层，方案二中以水泥稳定碎石层为设计层。四、各层材料

24、的抗压模量与劈裂强度、土基的回弹模量的确定1）确定各层材料的抗压模量与劈裂强度，（通过查表）可得下列设计参数，汇 表如下：材料名称抗压回弹模量（MPa ）15C劈裂强度(MPa ) sp20 r15C细粒式沥青混凝土140020001.4中粒式沥青混凝土120014001.0粗粒式沥青混凝土100012000.8水泥稳定碎石15000.5石灰土5500.225二灰土7500.25级配碎、砾石225填隙碎石2502）确定土基的回弹模量根据该路段所处的自然区划，土质，且稠度等，查公路沥青路面设计规 范可得土基回弹模量。E 0 45.5Mpa五、设计指标的确定（设计弯沉Ld）对于一级公路，规范要求以

25、设计弯沉值作为设计指标，并进行结构底层拉 应力验算。1设计弯沉值的计算0.2L d 600 Ne Ac As Ab式中：Ld 设计弯沉值（0.01mm）Ne-设计年限内一个车道累计当量轴载标准通行次数A c-公路等级系数，一级公路：1.0A-面层系数，沥青混凝土面层：1.0阳-路面结构系数，冈I性基层、半刚性基层、沥青路面为1.0又 Ne=1.913 107则设计弯沉值Ld =20.98 （0.01mm）抗拉结构强度系数K:沥青混凝土面层Ks0.09N；22/Ac3.599无机结合料稳定集料KsO.35N0.11/Ac2.339无机结合料稳定细粒土Ks0.45N0.11/Ac3.007容许拉应

26、力r亠，sp-路面结构材料的极限抗拉强度（MPa ）Ks结构层材料名称NeAcKs(T spt r (MPa)细粒式沥青混凝土1.913 1071.03.5991.40.389中粒式沥青混凝土1.913 1071.03.5991.00.278粗粒式沥青混凝土1.913 1071.03.5990.80.222-水泥稳定碎石3.161 1071.02.3390.50.214石灰土3.161 1071.03.0070.2250.0748一灰土3.161 1071.03.0070.250.0831级配碎、砾石3.161 1071.02.339填隙碎石3.161 1071.02.339六、确定设计层的厚

27、度（采用三层体系为计算体系）确定我国路面结构设计的标准为实际弯沉值小于设计弯沉值，即Is Id因此在设计路面结构厚度时，可以采用最不利情况，即实际弯沉值等于设计 弯沉值。 、计算弯沉综合修正系数F0.360.361 s o 38 Eo0.02098 o 3845.5F 1.63（旦）01.63 （）0.5282 p2 10.650.7式中：F弯沉综合修正系数；Is 路面实测弯沉值，在计算路面厚度时，可用容许弯沉值；P、一标准车型的轮胎接地压强（MPa）和当量圆半径（cm）,通常 P 取 0.7MPa, 取 10.65cm；E。一土基回弹模量。 、计算理论弯沉系数acIr Ei0.02098 1

28、4003 7311 2p F 2 0.7 10.65 0.528 、将多层体系照弯沉等效的原则换算为按三层体系，如下图所示:E1h1E2h2E3h3E4h4E5h 5E6h6E。E1 h1e2 HE。1、对于方案一，计算石灰土层厚度: 由已知参数求得：h hi410.650.376E2E1120014000.857 ；E45.5E2 12000.0379 ；查三层体系表面弯沉系数诺谟图，可得=6.600, K1=1.250由公式K213.7310.452K16.6x1.25由 K2=0.452， E 0.0379，查诺谟图得：旦 5.9E2取 10.65cm 贝U H=62.84CM由中层厚度

29、的换算公式：Hh2 =5cmk取整h5 34cm550120012222557.8412002、对于方案二，计算水泥稳定碎石层厚度:h hi 4E212000.376 :10.65E11400查三层体系表面弯沉系数诺谟图，可得0857 ； E45 5一-0.0379 ；1200=6.600,Ki=1.250由公式K2-3.7310.452K16.6x1.25由 K2=0.452,0.0379 ,查诺谟图得：H 5.9E2取 10.65cm贝U H=62.84CM由中层厚度的换算公式：Hh26 hk2.4 Ekk 3 E2h2 =6cmk则kh42.41200 1624 囂 102 56.84解

30、得 h428.311取整h5 29cm则初步拟定路面方案如下图所示:细粒式沥青混凝土h1=4cm细粒式沥青混凝土h1 =4cm中粒式沥青混凝土h 2 =5cm中粒式沥青混凝土h 2 =6cm粗粒式沥青混凝土h 3 =6cm粗粒式沥青混凝土h3 =8cm水泥稳定碎石h 4 =20cm水泥稳定碎石h4 =29cm石灰土h 5 =34cm一灰土h5 =16cm级配碎、砾石h 6 =12 cm填隙碎石h6 =10 cm十基十基七、层底弯拉应力验算对于方案一1、验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力将多层路面按照拉应力相等的原则 换算为弹性三层体系，如下图所示:E1h1E2h2E3h3E4h4E5h 5E6h

31、6E0E3hE4HE0换算公式可以米用下列公式表示:E3Ek3hk 1EkE4h 0.9k 46H注意此时第一层用15C抗压模量，其余各层抗压模量不变E33hkk 1Ek42000 5 1200 6 17.1341000 1000550 120150020 3422532.6091500H32.60910.65h17.13410.65E4810E31500E045.5E41500k则3.0621.6090.5420.0303假设上中层间为连续的，查诺谟图，得：叶1.151；0.140； m2 0.470p mim20.7 0.140 1.151 0.4700.053Mpar 0.222 Mpa

32、沥青混凝土面层底面拉应力满足要求2、验算半刚性基层底面的弯拉应力将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示:E1h1E2h2E3haE4h4E5h 5E6h6E0E4 hE5 HE0换算公式可以米用下列公式表示:hH注意此时第一层用15C抗压模量，其余各层抗压模量不变E4Ek4hkk 142000 5 1200 61500150015001000 20 33.9906hk05Ek34 12038.44538.4453.61010.6533.990 3.19110.65E5550E415000.367Eo百45.55500.0827假设上中层间为连续的，查诺谟图，得：g 1.2

33、50;0.160; m20.730p m1m20.7 0.16 1.25 0.7300.053Mpa R 0.214Mpa沥青混凝土面层底面拉应力满足要求3、验算底基层底面的弯拉应力将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：E0E1h1E5hE2h2E6 HE3h3=E0E4h4VE5h 5E6h6注意此时第一层用15C抗压模量，其余各层抗压模量不变h /JI 騰層 6鷹 20縻 34 60.132H 12则H121.12710.65h60.1325.64610.65E6E52250.5550E0E5455 0.202225假设上中层间为连续的，查诺谟图，得：mi 1.01

34、0;0.085 ; m2 0.93p m1m20.7 0.085 1.010 0.9300.056Mpa R 0.0748Mpa沥青混凝土面层底面拉应力满足要求对于方案二1、验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：E1h1E2h2E3h3E4h4E5h 5E6h6Eg hE4 HE0H注意此时第一层用15C抗压模量，其余各层抗压模量不变Ek 43hkk 1E3iooo 620001200 8 20.2291000hk06E4Ek29 161500 10025037.7731500H37.77310.65h20.22910.65E4810E31500E045.5E41500k则3.5471.8990.5420.03034假设上中层间为连续的，查诺谟图，得：g 1.490 ;0.120 ; m2 0.370p m1m20.7 0.120 1.490 0.3700.0463Mpa R 0.222Mpa沥青混凝土面层底面拉应力满足要求2、验算半刚性基层底面的弯拉应力将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：E1h1E2h2E3h3E4h4E5h 5E6h6E4 hE5 HE0换算公式可以米用下列公式