路基路面课程设计

1、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°： tan 0=0.190,取汽车荷载边缘距路肩边 缘 d =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=18kN/m3,填料与墙背的外摩擦角= 18.5°粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数w =0.30,地基容许 承载力0=250kPa；(5)墙

2、身采用2.5号砂浆砌25号片石，土亏工容重k=22kN/m3, 容许压应力a 600 kPa ,容许剪应力j 100kPa ,容许拉应力 l 60kPa(6)墙后砂性土填料的内摩擦角37°,墙面与墙背平行，墙背仰斜坡度1:0.27 (=15°10 ),墙高H=5m墙顶填土高a=4m2.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：°°°° a15 10 18 303740 20因为 90°1 11B0-ab (b d)h0 -H(H 2a 2h0)tana 0 (0 0)ho - H (H 2h0)t

3、ana2 221-H (H 2h0)tana1 1A0,(a H 2h0)(a H) 2 H(H 2h。)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：tan tan"(cottan )(曳 tan ) 0.711:A35o25(2)验算破裂面是否交于荷载范围内破裂砌体长度：L0 H(tan tana) 5 (0.711 0.27) 2.21m车辆荷载分布宽度：L Nb (N 1)m d 2 1.8 1.3 0.6 3.5m所以L° L,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5nl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

4、度：h0 q 14 0.78m 184 . 土压力计算1 1A -(a H 2h0)(a H) -(0 5 2 0.78)(0 5) 16.42 1B0 -ab (b d)h0 -H(H 2a 2h0)tana 1c0 0 - 5 (5 0 2 0.78) tan( 15o10) 4.43根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部压力计算公式Ea(Ao tan Bo)cos)sin( )cos(35o25 37o)18.0 (16.4 0.711 4.43) 二40.61kNsin(35o25 40020)ExEacos(a)40.61 cos(15°1018°30 )40.54kN

5、EyEa sin(a)40.61 sin( 15o0718o30)2.36kN5 .土压力作用点位置计算Ki 1 2h°/H 1 2 0.78/5 1.312Zx1H /3 h0/(3K1) 5/3 0.78/(3 1.312) 1.865m6 . 土压力对墙趾力臂计算基地倾斜，土压力对墙趾力臂Zx Zx1 b1tan 0 1.865 1.7 0.190 1.542mZy by1 Zxtan 1.7 1.542 tan( 15°10) 2.12m7 .稳定性验算(1)抗滑动稳定性验算墙身体积计算：一 一一一 3V1 b1(H b1tan 0) 1.7 (5 1.7 0.19

6、0)7.95mV V1 V27.95 0.27 8.22m223V20.5bl tan 0 0.5 1.72 0.190 0.27m3墙身自重计算:Gi Vi k 7.95 22 174.9kN ,G2 V2 k 0.27 225.94kN ,G G1 G2 174.95.94 180.84kN抗滑稳定性验算：1.1G Q1(Ey Ex tan 0)(1.1G Q1Ey)tan 0 qRx40.541.1 180.84 1.4 (2.36 40.54 0.190) 0.3 (1.1 180.84 1.40 2.36) 0.190 1.4 44.36> 0墙身自重力臂计算：Zg10.5(H

7、 b1 tan0) n b1 0.55 1.7 0.1900.271.71.481ZG21/2 1/3(1/2tantan0)b10.5(0.5 0.0513)1.71.163Zg(G1ZG1 G2ZG2)174.9 1.48 5.94 1.16180.841.47N G1 G2 Ey 174.9 5.94 2.36 183.2kN/ N Ex tan。KC Ex N tan 0抗滑稳定系数:9.99 >1.3183.2 40.54 0.190 0.340.54 183.2 0.190满足要求。(2)抗倾覆稳定性验算0.8GZg Q1(EyZy ExZx)0.8 180.84 1.47

8、1.4 (2.36 2,12 40.54 1.54)132.27>0抗倾覆稳定系数：K0G1ZG1G2ZG2EyZyExZx174.9 1.48 5.94 1.16 2.36 2.12 4.34 1.540.54 1.54满足要求。(3)基底合力偏心距验算N至墙趾A的距离ZnG1ZG1G2ZG2 EyZyExZxN174.9 1,48 5.94 1.16 2.36 2,12 40.54 1.54183 .21.13m基底合力偏心距e°B Zn1.621.130.32(4)地基承载力验算B(16e0183.21.62(10.321.62247.11kPa< 0250kPa6

9、e0183.26 0.321.621.6220.94kPa< 0250kPa满足要求。沥青路面设计1 .设计参数广东某地区地区（IV7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

10、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,4.35kPiNCQzni采用 ，1p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Pi (kN)CiC2ni次/日1''4.35Ci C2n1Pi/P/(次日1)解放前轴19.40/1137/CA10B后轴60.85111137131.01黄河前轴49.0016.4720206.95JN150后轴101.6011720771.47长征前轴45.2016.433768.18CZ160后轴83.702.21337341.91东风前轴50.7016.

11、4350116.69SP9250 后轴113.302.213501325.53北用前轴13.55/1037/BJ130后轴27.2016.4103723.03上海前轴16.50/137/SH130后轴23.00/137/小汽车/100/合计：NikCi C2i 1n1 P/ P 4.352948.77一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:Ne1 t 1 365 一Ni151 0.071 3650.072948.77 0.451217087次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P(kN)CiC2Q次/日1_ &

12、#39;_ '一_ 8Ci C2nPi / P/(次日1)解放前轴19.40/1137/CA10B后轴60.8511113721.37黄河前轴49.00/720/JN150后轴101.6011720817.49长征前轴45.20/337/CZ160后轴83.702.21337382.90东风前轴50.7016.43509.78SP9250后轴113.302.213502090.88北京前轴13.55/1037/BJ130后轴27.20/1037/上海前轴16.50/137/SH130后轴23.00/137/小汽车/100/合计：N1kCi C2 i 1n1_8 8Pi / P3322.

13、42则用半刚性基层层底拉应力验算的累计当量轴次为:Ne 1 365 N11371309欹(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 7区，路梢底距地下水位 高度平均为1m+1.2m=2.2np查表可知此高度高于H1，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C1 1.03和c0 1.20之间，取 1.1。(3)查表可得土基的回弹模量Eo 40MPa。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59

14、6.7 1。4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（MPa20 C15 C细粒试沥青混泥土140020001.4中粒试沥青混泥土1200180

15、01粗粒试沥青混泥土100014000.8两灰碎石15000.65石灰土5500.225土基27一5.根据设计弯沉值计算路面厚度(1)计算设计弯沉值级公路，取Ac1.0,面层为沥青混凝土，取As1.0,半刚性基层、底基层总厚度大于 20cm,取Ab 1.0。设计弯沉:Ld600 Ne 0.2 Ac As Ab 600 59674560.2 1.0 1.0 1.0 26.48计算各层材料的容许层底拉应力:R sp / K s细粒式密集配沥青混凝土:Ks 0.09 Aa Ne022 /Ac0.09 1.059674560.22 /1.02.79R sd/Ks 1.4/2.79 0.5MPaR sp

16、 s中粒式密集配沥青混凝土:0 22Ks 0.09 Aa Ne/Ac0.09 1.0_0 22_5967456 /1.02.79R Sp/Ks 1/2.79 0.36MPa sp s粗粒式密集配沥青混凝土:0 22Ks 0.09 Aa Ne/Ac0.09 1.159674560.22/1.03.08MPaRsd/Ks 0.8/3.08 0.26MPaRsp s两灰碎石:Ks 0.35 Ne0.11/Ac 0.35 596745601/1.0 1.91MPaRSp/Ks0.65/1.91 0.34MPasp s石灰土:_0 11_ _0 11_Ks 0.45 Ne /Ac 0.45 596745

17、6 /1.1 2.5MPaR sd/Ks 0.225/2.5 0.09MPaR sp s设计参数汇总表材料名称厚度(cmj)20 C抗压模里(MPa15C抗压模里(MPa谷许拉应力(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HPDS2003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=

18、 26.5 (0.01mm)H( 5 )= 20 cmLS= 27.8 (0.01mm)H( 5 )= 25 cmLS= 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

19、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 7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 9nl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Zd）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

20、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目标可罪指标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此，轴载换算的np 16Ns iNipi计算公式为:si i i i 100轴载换算结果表车型P(kN)轴型轴-轮型系数1ni次/日1解放前轴19.40单轴单轮2.22.八30.4310 Pi437CA10B后轴60.85单轴双轮1437黄河前轴49.00单轴单轮2.22 c30.4

21、310 Pi737JN150后轴101.60单轴双轮1737长征前轴45.20单轴单轮2.22103 Pi 0.43637CZ160后轴83.70双轴双轮1.0710 5Pi 0.22637东风前轴50.70单轴单轮2.22103 pi 0.43350SP9250后轴113.30双轴双轮1.07105Pi 0.22350北京前轴13.55单轴单轮2.221030.43Pi1037BJ130后轴27.20单轴双轮11037上海前轴16.50单轴单轮2.221030.43Pi837SH130后轴23.00单轴双轮1837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

22、，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:N 1Ne St301 3651053.86 1 0.0851 365 ,0.085 0.22 1051166欹属于重交通等级普通混凝土设计弯拉强度fr (MPa)5.0钢纤维混凝土设计弯拉强度fr (MPa)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 7区，路梢底距地下水位高度平均为0.7m+0.6m=1.3ni查表可知此高度在H2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 ci(1.03)和ci(0.94)之间，取 1。(3)查表可得土基的回弹模

23、量E0 34.5MPa5.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4.5m,长5m。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

24、拉模量 31000 MPa混凝土面层板长度5m地区公路自然区划IV7面层最大温度梯度92 C /m接缝应力折减系数 0.87使用HPDS2003舒算得:层位 基（垫）层材料名称厚度（mm） 回弹模量（MPa）多孔隙水泥碎石12015002 水泥稳定粒料 20013003石灰粉煤灰土1506004土基基层顶面当量回弹模量：Et 254.5MPa普通混凝土面层的相对刚度半径：r=0 .639mpsm1.02MPa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 Kr=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 Kf Nev 105116660,057。根据公路等