路基路面工程重力式挡土墙和沥青路面课程设计

1、目录第一章 重力式挡土墙设计3一、设计资料3二、破裂棱体位置的确定41、破裂角的计算42、验算破裂面是否交于荷载范围内4三、荷载当量土柱高度计算5四、土压力计算5五、土压力作用点位置计算6六、土压力对墙趾力臂计算6七、稳定性验算61、墙体重量及其作用位置计算62、抗滑稳定性验算73、抗倾覆稳定性验算7八、基底应力及偏心距验算71、合力偏心距计算72、基地应力验算8九、截面内力计算8十、设计图纸及工程量8十一、 挡土墙的排水设施设计10第二章 沥青混凝土路面设计11一、设计资料11二、轴载换算111、以设计弯矩值为标准及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次122、验算半刚性基层层底拉应力中的累计

2、当量轴次13三、沥青路面结构组合设计141、初拟路面结构组合142、计算设计弯沉值ld和机构强度系数K153、计算确定容许弯拉应力R174、计算路表弯沉lr和底层拉应力m175、结构厚度计算结果186、验算防冻层厚度19附录19参考文献21第一章 重力式挡土墙设计一、设计资料某一级公路，在穿过一条深沟时，由于地形限制，无法按规定放坡修筑路堤，而采取仰斜式浆砌片石挡土墙。墙身构造：墙高5m，b0=1.80m,墙背仰斜坡度1:0.25(=14.2°)，墙身分段长度20m，其余尺寸如下图所示。墙后填料为碎石土，容重，计算内摩擦角，填料与墙背间的摩擦角=20.5º；地基为整体性较好

3、的砾石土类，其容许承载力=500KPa，基地摩阻系数f=0.5;墙体材料容重，其容许压应力=500KP，容许剪应力=80KP。二、破裂棱体位置的确定假设破裂面交于荷载范围内，则有：1、破裂角的计算=+=-14.2°+20.5°+41°=47.3°因为<90°A0=12a+H+2h0a+H=12H+2h0H B0=12ab+b+dh0-12H2a+H+2h0tan =0+0+012H+2h0Htan =12H+2h0Htan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+cot+tanB0A0+tan =-tan+co

4、t+tantan-tan =-tan47.3°+cot41°+tan47.3°tan47.3°+tan14.2° =0.64441=32.798°2、验算破裂面是否交于荷载范围内破裂棱体长度：L0=H(tan-tan)=5×(0.64441-0.25)=1.97m车辆荷载分布宽度：L=Nb0+(N-1)m+d=2×1.8+1.3+0.6=5.5m所以L0<L，即破裂面交于荷载范围内，符合假设。三、荷载当量土柱高度计算墙高5m，按墙高确定附加荷载强度惊醒计算。按照内插法，计算附加荷载强度：q=16kN/m2，则

5、：h0=q1=1619=0.842m四、土压力计算 A0=12a+H+2h0a+H=120+5+2×0.8420+5=16.71m2B0=12ab+b+dh0-12HH+2a+2h0tan =0+0-12×5×5+0+2×0.842×tan(-14.2°) =4.23m2根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部的土压力计算公式：Ea=A0tan-B0cos+sin+ =19×16.71×tan32.798°-4.23×cos32.798°+41°sin32.798°+47.

6、3° =35.19kN Ex=Eacos+=35.19×cos-14.2°+20.5°=34.98kNEy=Easin+ =35.19×sin-14.2°+20.5°=3.86kN五、土压力作用点位置计算K1=1+2h0H=1+2×0.8425=1.34 Zx1=H3+h03K1=53+0.8423×1.34=1.88mZx1表示土压力作用点到墙踵的垂直距离。六、土压力对墙趾力臂计算基底倾斜，土压力对墙趾的力臂：Zx=Zx1-h1=1.88-0.19=1.69m Zy=b1+Zxtan=0.98+1.69

7、×0.25=1.40m七、稳定性验算1、墙体重量及其作用位置计算挡土墙按单位长度计算，为方便计算，从墙趾处沿水平方向把挡土墙分为两部分，上部分为四边形，下部为三角形：V1=b1×H1=0.98×4.81=4.71m2G1=V1×2= 4.71×20=94.28kNZG1=0.5H1tan+b1=0.54.81×0.25+0.98=1.09mV2=0.5×b1×h1=0.5×0.98×0.19=0.093m2G2=V2×2=0.093×20 =1.86kNZG2=0.651&#

8、215;b1=0.651×0.98=0.64m2、抗滑稳定性验算倾斜基底0.2:1（0=11°1836"）,验算公式:1.1G+Q1Ey+Extan0-Q2Eptan0+1.1G+Q1Eytan0-Q1Ex+Q2Ey>0=1.1×96.14+1.4×3.86+34.98×0.2×0.5+1.1×96.14+1.4×3.86×0.2-1.4×34.98+1.4×3.86>0所以抗滑稳定性满足要求。 3、抗倾覆稳定性验算0.8GZG+Q1EyZx-ExZy+Q1EpZ

9、p>00.8×94.28×1.09+1.86×0.64+1.4×1.69×2.97-34.98×1.4+0=21.63>0所以倾覆稳定性满足要求。八、基底应力及偏心距验算1、合力偏心距计算e=MN1=1.4ME+1.2MGGG+Q1Ey-Wcos0+Q1Exsin0 ZG1'=ZG1-B2=1.09-0.49=0.6m ZG2'=ZG2-B2=0.64-0.49=0.15m Zx'=Zx+B2tan0=1.69+0.49×0.198=1.79m Zy'=Zy-B2=1.4-0.49

10、=0.91m e=MN1=1.4ME+1.2MGGG+Q1Ey-Wcos0+Q1Exsin0 =1.4EyZy'-ExZx'+1.2G1ZG1'-G2ZG2'GG+Q1Ey-Wcos0+Q1Exsin0 =1.43.86×0.91-34.98×1.79+1.294.28×0.6-1.86×0.1596.14×1.2+1.4×3.86-0×0.98+1.4×34.98×0.19 =-0.12m< B14=0.248m 所以基地合力偏心距满足规范的规定。 2、基地应力验算

11、N1=96.14×1.2+1.4×3.86-0×0.98+1.4×34.98×0.19 =127.7kN由于eB6因此pmax=N1A1+6eB=127.70.981+6×0.120.98=226.04kPa pmax=N1A1-6eB=127.70.981-6×0.120.98=34.57kPapmax=226.04kPa=500kPa所以基地应力满足要求。九、截面内力计算墙面强背平行，截面最大应力出现在接近基底处，由基底应力验算可知，基底应力及偏心距验算满足地基承载力，墙身应力也满足，验算内力通过，强顶顶宽0.98m，墙

12、高5m。十、设计图纸及工程量1、典型断面如图所示，立面布置如图所示，平面布置如图所示。2、挡土墙工程数量见表，工程数量表墙高断面尺寸（m）M 浆砌片石（m3m）h1HH1B1b15.00.195.04.810.980.984.84路肩墙墙体间隔20m设置沉降缝一道，缝内用沥青麻絮嵌塞;泄水孔尺寸为10cm×10cm，每23m布置一个，泄水孔应高出地面不小于30cm，强背均应设置50cm厚的沙砾透水层，并做土工布封层。十一、 挡土墙的排水设施设计在墙身上沿墙高和墙长设置泄水孔，其为10cm20cm的方孔，具有向墙外倾斜的坡度，间距取为2.5m，泄水孔的进水侧设反滤层，厚度为0.4m，在

13、最下排泄水孔的底部设置隔水层，由于处于自然区域处，泄水量较大，在排水层底部加设纵向渗沟，配合排水层把水排出墙外。第二章 沥青混凝土路面设计一、设计资料某地计划修建一条双向四车道的高速公路，拟采用沥青路面结构进行施工图设计，沿线土质为中液限黏性土。该地区多年最大道路冻深为165cm，平均冻结指数为882·d，最大冻结指数为1225·d。该道路设计使用年限为15年。在使用期内，预计未来十年，交通量年平均增长率为11.1% ，并有石灰供给。路基中湿, E0=50MPa。预计交通量如下：表1 预测交通组成车型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

14、（次/日）01成都CD13013.627.11201530黄河QD35249.095.8120127002星牌660M234.032.02222695太脱拉111S38.578.2222326003宇通ZK6116HG60.0105.01201420镇江ZJ66233.574.5120156204瓦房店WK173A29.075.02241580北京BK66170.090.0224159305东风CS93824.070.0224121耶尔奇31652.083.0224106二、轴载换算路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。1、以设计弯矩值为标准及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次轴载换算

15、Ns=i=1kC1C1niPiP4.35 表二 轴载换算表车型Pi（kN）C1C2ni(次/日)Ns=i=1kC1C1niPiP4.35成都CD130前轴13.616.41530（1.7）0后轴27.11115305.2黄河QD352前轴49.016.41270365.0后轴95.81112701053.8星牌660M2前轴34.016.42695158.0后轴32.02.21269541.7太脱拉111S前轴38.516.43260328.2后轴78.22.2132602460.9宇通ZK6116HG前轴60.016.41420985.0后轴105.01114201755.7镇江ZJ662前

16、轴33.516.41562145.2后轴74.5111562512.5瓦房店WK173A前轴29.016.4158046.4后轴75.0111580452.0北京BK661前轴70.016.415932160.6后轴90.01115931007.3东风CS938前轴24.016.4121（1.6）0后轴70.01112125.6耶尔奇316前轴52.016.410639.5后轴83.01110647.1合计Ns=i=1kC1C1niPiP4.3511589.8注：轴载小于25KN的轴载作用不计，后面挂车的荷载不计。累计当量轴次根据设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取15年，四车道的车道系数,

17、0.40.5，取0.45。累计当量轴次： Ne=1+t-1×365Ns=1+11.1%15-1×36511.1%×11589.8×0.45=68020712次2、验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次轴载换算Ns'=i=1kC1C1niPiP8表三 轴载换算车型Pi（kN）C1C2ni(次/日)Ns'=i=1kC1C1niPiP8成都CD130前轴13.616.415300.0后轴27.11115300.0黄河QD352前轴49.016.41270(27.0)0后轴95.8111270901.0星牌660M2前轴34.016.42695

18、（3.1）0后轴32.0212695（0.6）0太脱拉111S前轴38.516.43260（10.1）0后轴78.2213260911.8宇通ZK6116HG前轴60.016.41420152.6后轴105.01114202098.0镇江ZJ662前轴33.516.41562（4.2）0后轴74.5111562201.2瓦房店WK173A前轴29.016.41580（0.5）0后轴75.0111580158.2北京BK661前轴70.016.41593587.7后轴90.0111593685.7东风CS938前轴24.016.41210.0后轴70.0111217.0耶尔奇316前轴52.01

19、6.41063.6后轴83.01110623.9合计Ns'=i=1kC1C1niPiP85730.7注：轴载小于25KN的轴载作用不计，后面挂车的荷载不计。累计当量轴次 Ne=1+t-1×365Ns'=1+11.1%15-1×36511.1%×5730.7×0.45=32644644次三、沥青路面结构组合设计1、初拟路面结构组合根据交通状况，结构层的最小施工厚度等因素综合考虑，初拟各结构层厚度如下：方案一：细粒式沥青混凝土： 3cm中粒式沥青混凝土： 5cm粗粒式沥青混凝土： 7cm二灰碎石： 40cm二灰土： ？以二灰土为设计层方案二：

20、细粒式沥青混凝土： 4cm中粒式沥青混凝土： 6cm水泥稳定碎石： ？级配碎石： 40cm以水泥稳定碎石为设计层2、计算设计弯沉值ld和机构强度系数K ld=600Ne-0.2AcAsAb K1=0.09AsNe0.22/Ac (用于沥青层) K2=0.35Ne0.11/Ac (用于二灰碎石和水泥碎石) K3=0.45Ne0.11/Ac (用于二灰土)取Ac=1.0，面层为沥青混凝土，As=1.0,半刚性基层，底基层总厚度大于20cm，Ab=1.0计算结果如下：ld=600Ne-0.2AcAsAb=600×68020712-0.2×1×1×1=16.28

21、mm（方案一）ld=600Ne-0.2AcAsAb=600×32644644-0.2×1×1×1=18.85mm（方案二）细粒式沥青混凝土K1=0.09AsNe0.22/Ac=0.09×1.0×680207120.221=4.76中粒式沥青混凝土 K1=0.09AsNe0.22/Ac=0.09×1.0×680207120.221=4.76粗粒式沥青混凝土K1=0.09AsNe0.22/Ac=0.09×1.1×680207120.221=5.23水泥稳定碎石，二灰碎石：K2=0.35Ne0.11/

22、Ac=0.35×326446440.11/1=2.54石灰土：K3=0.45Ne0.11/Ac=0.45×326446440.11/1=3.27设计参数E0，E1，sp资料给出：E0=50MPa 按试验规程的方法试验确定20的沥青混合料和其他结构层材料的抗压回弹模量E1。15的沥青混合料和其他结构层材材料的弯拉回弹模量E1，以及沥青混合料15弯拉强度和半刚性材料的弯拉强度值sp，见下表：表四 材料名称沥青针入度抗压模量E1MPa劈裂强度15°CMPa备注20°C15°C细粒沥青混凝土90140020001.4中粒沥青混凝土90120018001

23、.0粗粒沥青混凝土90100014000.8水泥稳定碎石15000.55%6%（配合比或规格要求）二灰土7500.210：30：60（配合比或规格要求）二灰碎石15000.67：13：80（配合比或规格要求）级配碎石250符合级配要求，做底基层用3、计算确定容许弯拉应力RR=spK表五材料名称spMPaKRMPa细粒沥青混凝土1.44.760.29中粒沥青混凝土1.04.760.21粗粒沥青混凝土0.85.230.15水泥稳定碎石0.52.540.20二灰土0.23.270.06二灰碎石0.62.540.244、计算路表弯沉lr和底层拉应力m通过计算，两个设计方案中的设计层厚度未定，先假设初始厚度，若计算不满足不等式，再调整厚度，直至满足为止。lrlamR5、结构厚度计算结果一方案假设设计层二灰土厚度：Hs=50cm，设计弯沉：ld=16.280.01mm路表计算弯沉：lr=12.800