路基路面课程设计

1、 西华大学交通与汽车工程学院路基路面工程课程设计摘 要本设计为南京新建的一条公路,.其中某段经调查地基为粉质中液限粘土，地下水位1.2m，路基填土高度0.8m。当地沿河可开采砂砾、碎石并有石灰、水泥、沥青和粉煤灰供应。路基设计中主要以矮路堤形式进行设计,路堤平均高度为2.5m。主要进行了路基横断面设计、道路横断面排水设计、路基稳定性验算和路面结构厚度设计关键词 矮路堤、排水、施工、沥青路面目 录摘 要1目 录21 路基设计41.1 路基横断面设计41.1.1轴载换算41.1.2计算设计年限内一个车道上累计当量轴次61.1.3设计弯沉值61.1.4确定自然区划和路基干湿类型71.1.5土基回弹模

2、量81.2 道路横断面排水设计81.2.1 确定边沟布置、断面形式及尺寸91.2.2 确定截水沟布置、断面形式和尺寸91.2.3 其他排水设施111.3路基稳定性验算121.3.1设计参数121.3.2稳定性验算121.4拟定可能的路面结构组合与厚度方案142 路面材料配合比设计和设计参数的确定2.1材料的确定 152.2路面材料抗压回弹模量的确定162.2.1沥青材料抗压回弹模量的确定162.2.2半刚性极其他材料抗压回弹模量的确定162.3材料劈裂强度的测定173验算拟定方案173.1计算各方案的弯沉值173.2抗拉强度结构系数Ks及容许拉应力R计183.3设计方案验算181 路基设计路基

3、根据其使用要求和当地自然条件，并结合施工方案进行设计，既有足够的强度和稳定性，又要经济合理。影响路基强度和稳定的地面水和地下水，必须采取拦截或排出路基以外的措施，并结合路面排水，综合排水设计，形成完整的排水系统。修筑路基取土和弃土时，应符合环保要求，以适当处理，减少弃土侵占耕地，防止水土流失和瘀塞河道。本路基设计主要依据公路路基设计规范(JTG D302004)、公路工程技术标准(JTJ B012003)、公路自然区划标准及土的工程分类(GBT_50145-2007)和路基路面工程教材进行设计。1.1 路基横断面设计1.1.1轴载换算 轴载换算以弯沉值和沥青层的层底拉力和半刚性材料的层底拉力为

4、设计标准（1）.当轴载换算以弯沉值和沥青层的沉底拉力为设计指标时， 式中：标准轴载的当量轴次（次/日） 各种被换算车辆的作用次（次/日） 标准轴载（kN） 各种被换算车型的轴载（kN） 轴数系数 论组系数，双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组为0.38 当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，此时轴系数为1，当轴间距小于3m时，双轴或多轴按C=1+1.2（m-1）计算，m为轴数。前轴后轴N1= 49.184+ 651.604=700.788（2）当进行以半刚性层底拉应力为设计指标轴数系数 轮组系数，双轮组为1.0，单轮组18.5，四轮组0.09对于轴间距小于3m的双轴或多轴的轴数系数按计算，m为

5、轴数前轴后轴N2=9.577+2440.664=2450.2411.1.1 1.1.2计算设计年限内一个车道上累计当量轴次Ne=N1×5798.48=4.06×106Ne=N2×5798.48=1.4×107换算方法沥青层的层底拉力验算时半刚性材料的层底拉力验算时累计交通轴次4.06×1061.4×107可知，为重交通等级。1.1.2 1.1.3设计弯沉值我国公路沥青路面设计规范（JTG D502006）规定路面设计弯沉值ld由下式确定: ld =600Ne-0.2AsAB 式中：ld设计弯沉值（0.01mm） NE设计年限内一个累积

6、当量标准轴载通行次数 AC公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三四级公路为1.2 AS面层类型系数。沥青混泥土面层为1.0，热拌沥青碎石、冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1 AB路面结构类型系数，刚性基层、半刚性基层沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6.若基层由半刚性材料层与组合而成，则AB介于两者之间通过线性内插决定。 所以设计弯沉值：ld=600*（1.4×107）-0.2*1.0*1.1*1=22.33由设计任务书所给条件，路基横断面可采用路堤、路堑和半填半挖三种形式，以及公路曲线的超高、加宽时的路基横断面。本设计主要才用矮路

7、堤形式，按照标准横断面形式进行设计。1.1.3 1.1.4确定自然区划和路基干湿类型由公路自然区划标准可知：南京大部分位于1a华东地区河北河南山东一带。属于温带季风气候/亚热带季风气候,年降水量900-1000mm，属于东南湿热区。路基土质厚深疏松，气候雨热同期。由公路自然区划标准得公路二级区划的特征和指标：表1.1 二级区划的特征和指标二级区名(包括副区)水热状态潮湿系数(K)年降水量(mm)雨型最高月K值最大月雨期长度最高月平均地温()1a东南湿热区0.51.09001000梅雨伏旱1.02.03.03.523.033.5由表1.1可知1a东南湿热区的潮湿系数K值较低。由路基路面工程可得路

8、基临界高度：表1.2 路基临界高度参考值土组路槽底至水位临界高度自然区划粘性土地下水H1H2H31a1.71.91.21.30.80.9该公路为高速公路双向四车道,要求标准较高,故取路基干湿类型为干燥,则由表1.2可得路基最小高度H>0.8m。1.1.4 1.1.5土基回弹模量由当地经验或路基临界高度判断各路段的干湿类型，由下表可论证各路段路基土的平均稠度WC的值 可知：WC=1.1 由二级自然区划各土组土基回弹模量参考值 可得:土基回弹模量=37.51.2 道路横断面排水设计公路位于1a华东地区东南湿热区，主要自然病害以冻胀与翻浆为主，其次崩塌、土流。自然条件对公路工程的影响主要表现在

9、冻土多，公路的不利季节为7、8月，公路由宽广的平原地通过条件不太困难。1.2.1 确定边沟布置、断面形式及尺寸边沟的排水量不大，一般不需进行水文和水力计算。依据沿线情况，选用标准横断面形式。边沟的纵坡一般与路线纵坡一致。边沟横断面采用梯形，内测边坡坡率为11.5，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。由于该公路位于东南潮热区，降雨量较大，梯形边沟的底宽和深度都采用0.6m。由于水量较大，边沟采用浆砌片石铺砌，砌筑用砂浆M7.5号。边沟断面如图1.2所示：图1.2 边沟构造图1.2.2 确定截水沟布置、断面形式和尺寸截水沟的位置应尽量与绝大多数的地面水流方向垂直，以提高截水沟的效能和缩短截水沟的长度。

10、沟底采用0.5%的纵坡。截水沟截面采用对称梯形，沟的边坡坡度采用11.5，沟底采用干砌片石铺筑。对截水沟断面尺寸采用试算法进行水力计算，以获得最佳断面。（1） 设计参数：纵坡i=0.005，坡率m=1.5，粗糙系数n=0.025，设计流量 =1.10m3/s。（2） 假定沟底宽度b=0.4m；由表1.5可得b/h=0.61,取h=0.66m；表1.5 水力最佳断面宽深比边坡率m00.250.50.751.001.251.502.003.00b/h21.561.241.000.830.700.610.470.32（3） 水流断面积： (1-1)由 得，=0.92m2； 断面系数： (1-2)由

11、得，=3.6； 湿周： (1-3)由 得，=2.78m； 水力半径： (1-4)由 得，=0.33m；（4） 指数： (1-5)由 得，=0.24； 流速系数： (1-6)由 得，=32.05； 水流断面流速： (1-7)由 得=1.3m/s； 断面流量： (1-8)由 得，=1.2 m3/s；（5） 验算 沟底铺砌采用干砌片石。则由表1.6可得最大容许设计流速为=2.0m/s；表1.6 容许流速表沟渠类型最大容许设计流速（m/s）沟渠类型最大容许设计流速（m/s）粗砂0.8草皮护面1.6黏土质砂1.0干砌片石2.0高限黏土1.2浆砌片石3.0石灰岩4.0混凝土4.0假设水中主要含土类为中细沙

12、，取=0.5； 最小容许流速： (1-9)由得=0.26 m/s；因为设计结果=1.3 m/s，介于与值之间，所以流速符合要求。又因为计算流量=1.2 m3/s，与 =1.10m3/s相差为超过10%，一般可认为符合设计要求。综上可知：因为流量和流速均符合要求，本截水沟可采用底宽0.4m，而沟深H，应为水深h加安全高度h=0.100.20m，本设计取h=0.14m，所以沟深H=h+h=0.66+0.14=0.8m。截水沟断面如图1.3所示： 图1.3 截水沟构造图1.2.3 其他排水设施道路的排水设施主要包括路基排水和路面排水。常用的路基地面排水设施，除了已经进行设计的边沟和截水沟外，还包括排

13、水沟、跌水与急流槽。这些排水设备，分别设在路基的不同部位，各自的排水功能、布置要求和构造形式均有所差异。各类地表水沟沟顶应高出设计水位0.2m以上。当地下水影响路基路面的强度或边坡稳定时，应设置暗沟、渗沟和检查井等地下排水设施。路面表面排水主要是迅速把降落在路面和路肩表面得降水排走，一面造成路面积水而影响行车安全。主要包括中央分隔带排水、路面内部排水和边缘排水系统，以及排水基层的排水系统等。1.3路基稳定性验算由于本设计标准横断面采用一般路堤形式，路堤平均填土高度为0.8m。对于路基的稳定性分析，采用矮路堤。由公路路基设计规范(JTG D302004)得路堤边坡坡度为定值。1.3.1设计参数路

14、堤填土高h1=0.8m，路堤边坡坡率为m=11.5，路堤填料为粘质土，粘聚力C=20KPa，内摩擦角=30°（tan=0.577）。土的容重取=20KN/m3。车辆荷载为公路一级汽车荷载。由公路路基设计规范(JTG D302004)，对路堤和地基的整体稳定性采用简化的Bishop法进行分析计算。1.3.2稳定性验算（1） 车辆荷载的换算在进行路堤稳定性验算时，将车辆荷载按最不利情况排列，并换算成相当的土层厚度。公路一级汽车荷载换算成土柱高：由路基路面工程有， ； (1-10)式中：N并列车辆数，双向四车道N=4 L 标准车辆轴载为12.8m； Q一辆重车的重力（标准车辆荷载为550K

15、N）； 路基填料的重度为20KN/m3； B荷载横向分布宽度，近似取路基宽30m。数值带入计算可得：h0=0.29m，取h0=0.3m，偏于安全计算。（2） 路堤横断面用4.5H法滑动面圆心位置的辅助线，取通过路堤坡脚和距路基左边缘1/4路基跨度处的圆弧。绘出圆弧滑动面的计算图示，如图1.4所示：图1.4 4.5H法确定圆心位置图示其中，辅助线的作图表值参考表1.7：表1.7 辅助线的作图表值边坡坡度边坡角1211.530°40´26°35°（3） 稳定系数K值由路基路面工程有， ； (1-11)式中：Ni各土条的法向分力，Ni=Qicosi； Ti各土

16、条的切向分力，Ti= Qisini； i各土条重心与圆心连接线对竖轴y的夹角； L圆弧滑动面全长，L=16.59m边坡计算高度H=h0+h1=1.2m。综上可列稳定性计算表如表1.8所示：表1.8 路堤稳定性计算表编号icosisiniAiQiNiTi1-6°01´0.99-0.103.5971.8271.42-7.5325°50´0.990.109.62192.42191.4219.56317°34´0.950.3013.77275.36262.283.11430°23´0.860.5115.75315.0427

17、1.77159.34545°23´0.700.7111.70234.08164.41166.62658°48´0.520.861.6432.816.9928.06总和56.081121.52978.54449.16则，稳定系数 。由于K>1.45，所以路基稳定性验算结果满足要求1.4拟定可能的路面结构组合与厚度方案根据本地区的路用材料，结合已有工程经验 与典型结构，拟定了两个结构方案，根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具的功能因素，初步确定路面结构组合与各厚度如下：方案一： 层号 材 料 名 称 厚度(cm) 1 细粒式SMA

18、4.0 2 中粒式AC 7.0 3 粗粒式AC 10.0 4 粗粒式ATB基层 5 级配碎石 20.0 6 土 基 方案二： 层号 材 料 名 称 厚度(cm) 1 细粒式AC 4.0 2 中粒式AC 6.0 3 粗粒式ATB 9.0 4 水泥稳定碎石 25.0 5 水泥石灰砂砾 6 土 基 2路面材料配合比设计和设计参数的确定2.1材料的确定刚性材料、柔性材料取自沿线料场集合料沥青选自A级90号，技术指标符合公路沥青路面施工技术规范（JTG F402004）相关规定。2.2路面材料抗压回弹模量的确定2.2.1沥青材料抗压回弹模量的确定 拟定20和15的抗压回弹模量，见表3-1 沥青材料抗压回

19、弹模量测定与参数取值 表3-1材料名称20抗压回弹模量（Mpa）15抗压回弹模量（Mpa）标准差标准差细粒式SMA20001801640180030012002600细粒式沥青混凝土17001501400210034014202780中粒式沥青混凝土16001501300190018015402260粗粒式沥青混凝土145050135018506017301970密集配沥青碎石12001509001300150100013002.2.2半刚性极其他材料抗压回弹模量的确定拟定材料抗压回弹模量，见表3-2 半刚性材料及其他材料抗压回弹模量测定与参数取值 表3-2材料名称抗压模量（Mpa）方差水泥稳

20、定碎石300078016404760水泥石灰砂砾土159025010902090级配碎石4002.3材料劈裂强度的测定根据路基路面表14-15和表14-16确定材料劈裂强度，见表3-3 路面材料劈裂强度 表3-3材料名称细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土密集配沥青碎石水泥稳定碎石水泥石灰砂砾土SMA劈裂强度1.21.00.80.60.60.41.63验算拟定方案3.1计算各方案的弯沉值路面的弯沉值由下式求出 式中：设计弯沉值（mm） 设计年限内一个车道累计当量标准轴载通过次数 公路等级系数，高速公路、一级公路取1.0，二级公路为1.1，三四级公路为1.2 面层类型系数，沥青混凝土

21、面层为1.0，热拌沥青碎石、冷拌沥青碎石、上拌下贯或灌入式路面、理清处治为1.1 路面结构系数，刚性基层、半刚性基层沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6，若基层由柔性材料和半刚性材料组合而成，则位于两者之间，通过线性内插决定。表4-1各方案弯沉值方案基层类型ACASABLD=600Ne-0.2 AC AS AB一柔性111.633.6二半刚性111.121.03.2抗拉强度结构系数Ks及容许拉应力R计 （沥青混凝土面层） （无机结合料稳定集料） （无机结合料稳定细粒土） 序号结构层材料名称NeAC劈裂强度Ks值容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土2.63×10711.23.8

22、60.312中粒式沥青混凝土2.63×10711.03.860.263粗粒式沥青混凝土2.63×10710.83.860.214SMA2.63×10711.63.860.415密集配沥青碎石2.63×10710.63.860.166水泥稳定碎石3.39×10710.52.360.217水泥石灰砂砾土3.39×10710.42.030.203.3设计方案验算干燥路段 方案一验算： 结构厚度计算结果序号结构层材料名称20抗压模量（Mpa）15抗压模量（Mpa）劈裂强度（Mpa）厚度（cm）层底拉应力（MPa）容许拉应力（Mpa）均值标准差均值标准差1细粒式SMA20001801800601.64<00.412中粒式沥青混凝土160015019001051.07<00.263粗粒式沥青混凝土14505018503000.8100.0390.214粗粒式ATB120015013001100.6180.1080.165级配碎石4000400-18-6土基35