东南大学路基路面课程设计报告

1、东南大学路基路面工程课程设计沥青路面厚度设计计算书学号：姓名：班级：成绩：日期：2014年 9月1东南大学路基路面工程课程设计沥青路面厚度设计A 、基本情况某地拟新建一条二级公路省道，路线总长21km，双向四车道，路面宽度为16m，该地属公路自然区划IV区，路基为低液限粘土土质，填方路基最大高度2.1m，路床顶距地下水位平均高度1.4m，属中湿状态， 根据室内试验法确定土基回弹模量50MPa，年降雨量1200mm ，最高气温39，最低气温-10。拟采用沥青混凝土路面，根据规范规定，查表得其设计使用期12 年。B、交通荷载情况根据区域交通分析预测近期交通组成和交通量如表1 所示，交通量年平均增长

2、率为4%。表 1近期交通组成与交通量车型分类代表车型数量（辆 /d）小客车桑塔纳 20002280中客车江淮 AL6600220大客车黄海 DD680450轻型货车北京 BJ130260中型货车东风 EQ140660重型货车黄河 JN163868铰接挂车东风 SP9250330要求：试根据交通荷载等级，选择相应的基层（和底基层）材料进行组合设计，并根据进行沥青路面厚度设计计算，编制计算书（计算书格式及编目示例附后）。2东南大学路基路面工程课程设计一、基本设计条件与参数依题意得，基本设计条件如下：新建二级公路，双向四车道，路面宽度 16m，公路自然区划 IV 区，低液限粘土土质，填方路基最大高度

3、 2.1m，路床顶距地下水位平均高度 1.4m，中湿状态，年降雨量 1200mm，最高气温 39，最低气温 -10。基本参数如下：土基回弹模量50MPa，设计使用期12 年，交通量年平均增长率为4%。二、交通量分析本设计的累计当量轴次的计算以双轮组单轴载100kN 为标准轴载，以 BZZ-100 表示。1. 当设计弯沉值为指标时，当量轴次计算公式及计算结果如下：k4.35PiNC1C 2 niPi 1汽车车型PC1C2ni (次 / 日)C1C2ni(Pi/P)4.35次 /日i(kN)黄海 DD680前轴49.001145020.2100后轴91.5011450305.7696东风 EQ14

4、0后轴69.2011660133.0471黄河 JN163前轴58.61186884.8935后轴114.00118681534.8143东风 SP9250前轴50.701133017.1909后轴113.303.413301931.4922k4.354027.418Pi（P=100kN ）NC1C2 nii 1P注：轴载小于 25kN 的轴载作用不计查规范得该公路车道系数为0.4，累计当量轴次计算如下：1 r t13651 0.0412 1 3656NerN4027.418 0.48.835 10（次）0.04属于中等交通。2. 以半刚性基层层底拉应力为指标计算当量轴次3东南大学路基路面工程

5、课程设计汽车车型PiC1C2i1 2 ii/P)8次/日(kN)n (次 / 日)CC n(P黄海 DD680后轴91.5011450221.0962东风 EQ140后轴69.201166034.7051黄河 JN163前轴58.61186812.0698后轴114.00118682476.045东风 SP9250前轴50.70113301.4407后轴113.30513304480.4664k87225.823Pi（ P=100kN ）N C1C 2nii 1P注：轴载小于 50kN 的轴载作用不计查规范得车道系数为0.4，累计当量轴次计算如下：(1 r ) t1 365(1 0.04)12

6、 1 3657NeN7225.823 0.41.585 10（次）r0.04属于重交通。由 1、2 计算可得，该设计道路的累积轴载情况属于重交通级别。三、结构组合设计1. 初拟结构组合和材料选取参照规范，本道路设计选用 6 层基本层位，路面结构面层采用沥青混凝土 (18cm) ，其中表面层采用细粒式密级配沥青混凝土 ( 厚度 4cm)，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土( 厚度 6cm)，下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土 ( 厚度 8cm)；基层采用水泥稳定碎石（厚度取 20cm）；底基层采用石灰土（厚度待定），初拟厚度 40cm。2. 各层材料的抗压模量与劈裂强度查表得到各层材料的抗压回弹模量

7、和劈裂强度。 抗压回弹模量取 20的模量， 得到 20 的抗压回弹模量：细粒式密级配沥青混凝土为 1400MPa，中粒式密级配沥青混凝土为 1200MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为 1000MPa，水泥碎石为 1500MPa，石灰土 550MPa。弯拉回弹模量和弯拉强度沥青层取 15的值，分别为 2000MPa、 1800MPa、1200MPa、3550MPa、 1480MPa。4东南大学路基路面工程课程设计各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝土为 1.4MPa，中粒式密级配沥青混凝土为1.0MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为 0.8MPa，水泥碎石为 0.5MPa，石灰土 0.225MPa

8、。3. 土基回弹模量的确定依题意得土基回弹模量为 50MPa。四、弯沉计算本公路为二级公路，公路等级系数取 1.1，面层是沥青混凝土，面层类型系数取 1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于 20cm，基层类型系数取 1.0。该路面结构属于弹性层状体系，计算较复杂，因此借助计算机软件完成计算任务，计算结果如下：路面设计弯沉0 .2l d 600Ne Ac AsAb 0.269mm五、层底拉应力计算通过电算程序计算得到，各层层底拉应力与容许拉应力计算结果如下：层位厚度类型层底拉应力容许拉应力（ cm（ MPa ）（ MPa）14细粒式密级配沥青砼-0.23300.507126中粒式密级配沥青砼-0.

9、03970.362238粗粒式密级配沥青砼-0.02040.2898420水泥稳定碎石0.25370.2537540石灰土0.08880.8888六、设计极限状态验证极限状态验证如下：ls26.9mmld26.9mm（见层底拉应力计算表 格）mR路面厚度验证如下：5东南大学路基路面工程课程设计H468204078cm40 45cm因此方案一符合设计要求。七、设计成果优化由于设计道路等级仅为二级公路，出于节省沥青用料的目的，新的方案从减少沥青层厚度的角度考虑，同时加厚水泥稳定碎石基层厚度，在保证路面承载能力和满足最小防冻厚度的要求，底基层厚度也可得到一定的缩减。设计方案如下：1. 初拟结构组合和

10、材料选取路面结构面层采用沥青混凝土 (15cm) ，其中表面层采用细粒式密级配沥青混凝土 ( 厚度4cm)，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土 ( 厚度 5cm)，下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土( 厚度 6cm)；基层采用水泥稳定碎石（厚度取 30cm）；底基层采用石灰土（厚度待定），初拟厚度 30cm。2. 各层材料的抗压模量与劈裂强度与设计弯沉计算同方案一。路面设计弯沉0 .2l d 600Ne Ac AsAb 0.269mm五、层底拉应力计算通过电算程序计算得到，各层层底拉应力与容许拉应力计算结果如下：层位厚度类型层底拉应力容许拉应力（ cm（ MPa ）（ MPa）14细粒式密级配沥青

11、砼-0.23310.507126中粒式密级配沥青砼-0.06890.362238粗粒式密级配沥青砼-0.04330.2898420水泥稳定碎石0.25370.2537540石灰土0.08880.8888六、设计极限状态验证6东南大学路基路面工程课程设计极限状态验证如下：ls26.9mml d26.9mm（见层底拉应力计算表 格）mR路面厚度验证如下：H456303075cm40 45cm因此方案二符合设计要求。综上，方案二和方案一都能满足强度和弯沉指标的要求，但方案二中路面结构层总厚度和沥青面层厚度降低，造价更加低廉，因此，在道路要求不高的条件下，可选择方案二。7东南大学路基路面工程课程设计普

12、通水泥混凝土路面板厚设计计算书学号：姓名：班级：成绩：日期：2014年 9月8东南大学路基路面工程课程设计普通水泥混凝土路面板厚设计A 、基本情况某地拟新建一条二级公路省道，路线总长21km，双向四车道，路面宽度为16m，该地属公路自然区划IV区，路基为低液限粘土，路床顶距地下水位平均高度1.4m ，本地石料以砂岩为主。拟采用普通水泥混凝土路面，根据规范规定，查表得其设计基准期20 年，目标可靠度85%。综合以往工程情况，结合施工企业一般技术、设备和工艺水平，确定其变异水平等级为“中”。B、交通荷载情况根据区域交通分析确定：设计车道初始年平均日标准轴载作用次数Ns 为 3775，交通量年平均增

13、长率为4%；设计荷载选定为单轴双轮100kN ，单次极限荷载经调研选定为单轴双轮170kN 。C、其他已知情况选定平面尺寸：5m 长， 4m 宽。接缝：缩缝为设传力杆的假缝，纵缝为带拉杆的平头真缝。路肩：基层材料与路面相同，面层采用与面层同厚度水泥混凝土，与路面板间设拉杆连接。要求：试根据交通荷载等级，选择相应的基层（和底基层）材料进行组合设计，并根据初估板厚进行板厚设计计算，编制计算书（计算书格式及编目示例附后）。9东南大学路基路面工程课程设计一、基本设计条件与参数依题意得：设计道路为二级公路，路面宽度 16m，属公路自然区划 IV 区，路基为低液限粘土，路床顶距地下水位平均高度 1.4m，

14、设计基准期 20 年，目标可靠度 85%，变异水平等级为“中”；设计车道初始年平均日标准轴载作用次数 Ns 为 3775，交通量年平均增长率为4%；设计荷载选定为单轴双轮 100kN，单次极限荷载经调研选定为单轴双轮 170kN。二、交通量分析由题意可知年交通量平均增长率为 4%，由规范得临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数为 0.39。计算设计基准期内设计车道标准轴载累计作用次数如下：NeN s 1 grt1 3653755 1 0.04 20 1 3650.39 1.6 107 次gr0.04查表得设计道路交通量等级属于重交通。三、结构组合设计参照规范，根据二级公路、重交通和中级变异水平，查表

15、得初拟定路面结构组合如下：面层选用普通混凝土，厚度为 0.25m；基层选用水泥稳定碎石，厚度为 0.20m，底基层选用水泥稳定碎石，厚度为 0.20m。普通混凝土板的尺寸选定为长5m，宽 4m。四、路基参数计算1.参数选择查表得取重交通荷载等级要求路基综合回弹模量该值为80MPa。查表得水泥混凝土弯拉强度标准值 5.0MPa，相应弯拉模量 31GPa，泊松比取 0.15，线胀系数为 1.0 10-5/。查表得取水泥稳定碎石基层回弹模量为 2500MPa，水泥稳定碎石底基层为 1500MPa，7d浸水抗压强度分别为 5.5MPa 和 2.5MPa，上层的泊松比取为 0.20。2.综合回弹模量计算

16、因双层水泥稳定碎石基层， 故选择分离式双层板模型。 因除路基外只有单层基层， 所以：Ex1500MPa,hx0.20m10东南大学路基路面工程课程设计0.860.26 ln 0.200.86 0.26 1.61 0.442Ex15000.44280 292.25 MPaEtE0E080五、荷载应力计算1. 上层板在设计荷载作用下的荷载应力计算D cEc hc331000 0.253m上层板弯曲刚度：12(1vc2 )12(1 0.152 )41 .29MN下层板弯曲刚度：D bE b hb325000.203m12 (1b2 )12 (11.74 MN0.20 2 )双层板总的刚度半径：13r

17、g1.21 DcDbEt41.291.741.21292.25130.639m标准轴载在临界荷位处产生的的荷载应力按下式计算：1.4510 30.65hc20.941.4510 30.650.2520 .941.262MPapsrgPs0.6391001Db11.74Dc41.29下层板材料为水稳碎石，无需计算其荷载应力。2. 计算荷载疲劳应力查规范得应力折减系数kr=0.87；二级公路kc =1.05；荷载疲劳应力系数kf ：k f Ne 160020000.0572.574荷载疲劳应力：prkr kc k fps0.871.052.5741.2622.97MPa3. 计算轴载在四边自由板的

18、临界荷位处产生的荷载应力设计轴载在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力：ps1.45103hcPm1.451030.6390.65 0.25 2 1700.942.078MParg0.6520 .941Db11.74Dc41.29最重轴载在面层板临界荷位处产生的荷载应力计算公式与ps 相同，但要用最重轴载Pm11东南大学路基路面工程课程设计代替式中的设计轴载Ps。最重轴载在临界荷位产生的最大荷载应力：p,maxkr kcpm0.87 1.052.0781.898MPa六、温度应力计算1. 最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力计算综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数 BL：面板计算与弹性地基

19、单层板模型相比，温度翘曲应力系数 CL 计算公式不同，其他都相同，下层板不考虑其温度应力。1 hc110.251knhb0.202 EcEb2310005677.66MPa/m25001Dc Db4rDcDb K n41.29 1.7441.291.745677.66140.131m(kr4D)rngc(kr 4D)rnc33g(5677.660.639441.29) 0.13130.197(5677.660.131441.29) 0.6393L52 608trg30.639.3C L11sinh t costcosh t sin t1cost sin tsinh t cosht11sinh

20、2.608 cos2.608cosh2.608sin 2.6081 0.197cos2.608sin 2.6081.043sinh 2.608 cosh 2.608BL1 774.48hcCL01311C L ). e.(1 77e4.48 0.251 0430.1311 1043.(. )1 770.37320.9124-0.1310.0876.0.6080查表 IV 区取最大温度梯度取88 /m，计算最大温度应力如下：c Ec hcTgt ,max2BL10 51310000 2588.0.591222.073MPa2. 面层板临界荷位处产生的温度疲劳应力查表得 at、bt 和 ct 分别

21、为 0.843、 1.323、0.058，计算温度疲劳应力系数如下：12东南大学路基路面工程课程设计frbtatt ,maxctktfrt ,max5.00.8432.0731 .3232.0735.00.0580.494trktt ,max0.4942.073 1.024MPa七、设计极限状态验证极限状态验证如下：r (prtr )1.06 ( 2.971.024)4.234MPafr5.0MPar (p,maxt ,max )1.06(1.8982.073)4.209MPafr5.0MPa故设计符合要求。八、设计成果优化方案一普通混凝土面层厚度为 25cm，疲劳极限状态的综合疲劳应力达4.

22、234MPa，与材料的弯拉强度标准值有一定差距，故方案二可考虑降低面层厚度，取面层厚度为22cm。经计算，极限状态验证如下：r (prtr ) 1.06(3.48 0.78) 4.52MPafr5.0MPar (p ,maxt ,max )1.06 (1.98 1.77)3.98MPaf r 5.0MPa设计满足要求，根据规范最终结果需加6mm 磨耗层，并向上取整，取 23cm。故方案设计如下：面层选用普通混凝土，厚度为0.23m；基层选用水泥稳定碎石，厚度为 0.20m，底基层选用水泥稳定碎石，厚度为0.20m。普通混凝土板的尺寸选定为长5m，宽 4m。13东南大学路基路面工程课程设计重力式

23、挡土墙设计计算书学号：姓名：班级：成绩：日期：2014年 9月14东南大学路基路面工程课程设计重力式挡土墙设计基本情况二级公路，路基宽8.5m，双车道路面，其中K0+007 K0+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 18kN/m3，计算内摩擦角 30，填土与墙背间的摩擦角 = /2 15。地基承载应力标准值为 f k=450kPa，圬工砌体的极限抗压强度为 7

24、00kPa、极限抗弯拉强度为 110kPa、极限抗剪切强度为 80kPa。15东南大学路基路面工程课程设计一、确定墙身断面构造与尺寸墙身断面如图 1 所示图 1重力式挡土墙墙身断面（单位：cm）二、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：已知：arctan 60 20016.7，30 ，115216.7301561.761 42车辆荷载换算：已

25、知 H 2m时， q 20KPa; H10m时， q10KPa;故 h0q201.11m18A 01 ( aH2h0 )(aH )1(02 21.11) (0 2) 4.2222B 01 ab(bd )h01H(H2a2h0 ) tan2216东南大学路基路面工程课程设计12(2 2600 00 2 1.11)22001.266tantan(cottan)( B0tan)A0则 tan0.507或 tan4.22 （舍去），所以，26 53Ea(A0 tancos()B0 )sin18 (4.22tan 26 531.266)cos(265330 )33.50kNsin(26 53 61.7

26、)ExEa cos()18.50kN ， EyEa sin() 17.60 kN三、墙体抗滑及抗倾覆稳定性验算（1）抗滑稳定性验算需满足：(0.9GQ1 Ey )0.9G tan0Q1Ex取单位长度，可得：0.61.612248.4kNG2.02(0.9GQ1 Ey )0.9G tan0(0.9 48.4 1.4 17.60） 0.6 0.9 48.4 tan068.2kNQ1 Ex1.4 18.525.9kN故满足抗滑要求（2）抗倾稳定性验算需满足： 0.9GZ GQ1 (Ey Z xEx Z y )010.4 220.40.62(0.40.3)10.62 (10.60.4 0.6)ZG23

27、230.758m(0.61.6)2 / 2k112h0 / H2.11Z yH / 3 h0 / 3k10.842m, ZxBZ y tan1.60.842 tan16.71.347m17东南大学路基路面工程课程设计0.9GZ GQ1 (Ey ZxExZ y )0. 9 48.4 0.758 1.4 (17.60 1.347 18.50 0.842)44. 4kN 0故满足抗倾稳定性的要求。四、基底应力及合力偏心距验算N1(GGQ1Ey W ) cos0Q 1Ex sin0(48.41.21.417.60 0)cos01.418.50sin 082.72kNM GG(B/2ZG )48.4(1

28、.6/ 20.758) 2.033kNmM EExZ yEy ( Z x0.9)18.500.84217.60(1.8530.9)1.1958kN mM1.4M E1.2M G0.7655kNmMe0.7655 / 82.72 0.009m B / 6 1.6 / 6 0.267m N1PmaxN1 (16e)82.72(160.009)38.869kPaAB2.21.6PminN1 (16e)82.72 (160.009)36.331kPaAB2.21.6基底合力偏心距要求： eB1.60.4m ，符合偏心距要求。44ff k11 (b3)22 (h0.5)45004.4 18(1 0.5)

29、 490kPaPmax38.869kPa1.2 f1.2490588kPa故满足地基承载力的要求。五、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：A 01 (aH 2h 0 )( aH )1(01 2 1.11) (0 1) 1.6122B 01ab(bd )h01H(H2a2h0 ) tan22111021.110.6220.48318东南大学路基路面工程课程设计tantan(cottan)( B0tan)A0则 tan0.507或 tan4.22 （舍去），所以，26 53 ， tan0.507 cos()cos56 53Ea( A0tanB0 ) sin()18

30、(1.610.5070.483)sin 88 3512.781kNEx10.874kN , Ey 6.716kN又 k11 2ho / H 3.22Z yH/3h0 / 3k10.448m, Z xBZ ytan1.60.448 tan16.71.466m因此 Z y 0.448m, Z x 1.466m， G 18.7kN10.2120.20.61(0.20.3)11(10.20.3)230.30.3ZG 230.475(0.61.1)1/ 2N G Ey (0.61.1)1 0.5 22 6.71625.416kNM 18.7(0.50.448)10.8740.4486.716(1.466

31、0.9)2.043kNme0M 2.0430.080mB0.267N 25.41661256( e0 ) 81256( 0.267)81所以 kB1.60.749A(0.61.1)0.85m2e00.2671.01)2112()2212(1.6BN j0 (G N GQ1 NQ1Qi CQi NQi )1.0(1.218.71.4 6.7160)31.8424kNk ARk /r0.7490.85700192.924 kNN j31.8424 kN2.31因为此路肩墙H1.2510 为矮墙，可以不考虑纵向稳定问题。B（ 2）正截面直接受剪时验算Qj Ex 10.874kNAj Rj / kf

32、m N10.85 80 0.42 25.416 40.112kN Q j 10.874kN2.31综上所述，设计挡土墙符合要求。19东南大学路基路面工程课程设计悬臂式挡土墙设计计算书学号：姓名：班级：成绩：日期：2014年 9月20东南大学路基路面工程课程设计悬臂式挡土墙设计A 、内容要求悬臂式挡土墙由立臂和墙底板组成，呈倒“ T”字型。其具有三个悬臂，即立臂、墙趾板和墙踵板，适用于墙高小于 6 米的挡土墙，其形式如图 2 所示。悬臂式挡土墙的设计，包括墙身构造设计、墙身截面尺寸的拟定、结构稳定性和基底应力验算以及墙身配筋计算等。墙身构造设计是指挡土墙的外形构造设计，一般悬臂式挡土墙的外形即如

33、上图所示；墙身截面尺寸的拟定是指已知部分条件，根据对挡土墙的使用要求设计其它部位的尺寸；结构稳定性和基底应力验算是根据设计的一定尺寸的挡土墙，验算其在荷载、土压力等因素作用下是否满足规范的设计要求等。B、工程实例某城市道路拓宽改造工程，采用轻型悬臂式路肩墙，其构造特点、荷载条件、道路状况初步见图 3：面层基层2.4m墙前填土粉媒灰固化剂踵板立臂底趾板图 2轻型悬臂式路肩墙其它资料：（ 1）行车荷载：道路行车荷载为汽 20 级，换算为汽车等代土层厚 H00.96m；（ 2）墙后填土：墙后填土的容重 115kN/m 3，内摩擦角 35o；（ 3）墙前填土：墙前填土的容重 218kN/m 3；（ 4）墙底参数：基底摩擦系数0.4，地基承载应力值为f =200kPa；（ 5）墙体参数：墙体采用30 号混凝土浇筑，容重为3 25kN/m3。C、课程设计内容1）根据以上工程实例资料，参照悬臂式挡墙设计内容要求，设计该挡土墙。21东南大学路基路面工程课程设计2）将其改为普通重力式挡墙，重新设计该挡土墙，并比较其与悬臂式挡墙在结构形式和计算方法方面的异同。（一）悬臂式挡土墙设计一、确定墙身断面构造与尺寸图 3 墙身结构设计图（单位：cm）墙身断面如图所示，各项数据符合作业设计要求，下面进行挡墙计算。二、力学计算1. 土压力计算墙外土体水平，墙背竖直且光