路基路面课程设计完整版

1、路基路面工程僻程微计学院：土木工程学院 专业：土木工程 班级：道路二班: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（一）设计容和要求3（二）设计容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 .绘制路面结构图31、重力式挡土墙第一部分设

2、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）,墙高二？ m,墙 顶宽4=? m,填土高度2.4m,填土边坡1： 1.5,墙背仰斜，1： 0.25 （a =14° 02'）,基底倾斜 1： 5 （a0=11° 18'）,墙身等厚，=7.0 m。2 .车辆荷载

3、车辆荷教等级为公路一II级，挡土墙荷载效应组合采用荷载组合I、H, 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片18KN/1一,摩擦角夕=38° ,填土与墙背间的摩榛角。=% 粘性土地基，允许承载力5j=250Kpa,基底摩榛系数/ =0.40。4 .墙身材料细粒水泥混凝土砌25号片石，砌体容重为,二23KN/m3；砌体允许压应力 a. =600KPa,允许剪应力7=100KPa,允许拉应力=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，使上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

4、土表面的车辆荷载可以近似 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Bo计算图示如下初步拟定”=6?, = 2加刈=3?方=1.5m，查公路设计手册（路基），由表321中第五类公式知ab 一 "(" + 2a)tga(" + 4则，A = 0.3282x3-6x(6 + 2x2)x tan(-l4n02)(6+ 2尸° = 0+a + 6 = 38° + (-14°02) + 19°= 42°58 tan (p = 0.931于是有:ig8 = 一次。+ 吆

5、。)(吆。+ A)=-0.931 + 7(cot 38° + 0.931)(0.931 + 0.328)= 0.737B() = (H +a)tge + Higa-b=(6 + 2) x 0.737 + 6 x tan(-l 4°02) - 3= 1.396？(2)求纵向分布长度LL = % +(H +2c/)fg30" = 7.0 + (6 + 2 x 2) x tan 300=12.77/n > 10/L采用10m,其中，Lo取为7.0m(3)计算车辆荷载总重Z。车轮中心距路基边缘0.5m,汽车20级，一辆车的总重力为300KN。在“ Lx8°

6、”围布置车轮重ZQ：布置车轮的宽度/。/0 = 1.40 0.5-(0.5-0.3) = 0.70/?/X。= 300/2 = 150&V(半辆车重)(4)换算当量土层厚度,EG 150/l = 0.5977/ZyB°L 18x1.396x102.主动土压力计算1)求破裂角8假设破裂面交于荷载，查公路设计手册(路基)A _ ab + 2h0(b + d)- H(H +2a + 2hQ)tga (H +a)(H + 0 + 2%)2x3 + 2x0.60x(3 + 0.5)-6x(6 + 2x2 + 2x0.60)xtan(-14°02 )(6 + 2)x(6 + 2

7、 + 2x0.60)tgB = 一/g。+ yl(Ctg(P + 吆。)(依。+ A)=-0.931 + J(cot 381+ 0.931乂0.931 + 0.367)= 0.7638=37°2 r现验算破裂面是否交于荷教：堤顶破裂面至墙踵：(H +。)吆夕=(6 + 2)x0.763 = 6.10z荷载缘至墙踵：/，一 " tan a + = 3 - 6 x tan(-l 4°02 ) + 0.5 = 5?荷载外缘至墙踵:人- tan。+ 4 + % = 3-6 x tan(-14°02 ) + 0.5 + 7.0 = 12m比较得知：5<6.1

8、0<12,故结果与假设相符，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，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：cos(e+e)sin(6 + °)(fgd + fga)cos(37"2+38°) sin(37°2r+42°58)X(0.763 +tan(-14°02)= 0.132b-atg®tgO + tga3-2x0.7630.763+ tan(-14002)=2.87/?/小tg0 + tga0.50.763+ tan(-14°02)=0.

9、97/7?% = H-h2 =6-2.87-0.97 = 2.16mr, i 2a 八 K. = 1 + (1-1 Ht 2x2 ”=1 +x(l-62H2.87.2x6)+2x0.97x2.1662= 1.624（3）求主动土压力及作用点位置按墙的每延米计算。墙后土体主动土压力：E = -yH1KK. =1x18 x 62 x 0. 132x1.624 = 69.45522水平向分力：Ex = E cos(a + J) = 81.70 x cos(-14°02 +19°) = 69.19AKN竖向分力:EY=Esin(a + J)=81.70xsin(-l4002 +19

10、°) = 6.013KN7 H (一九尸十4人仁九一2")Y 33H2K16 2x(6-2.87)2+0.597x2.16x(3x2.16-2x6)=+；33x6-x 1.624=2.071/7?因基底倾斜，土压力对墙趾O的力臂为：Z¥I =ZY -0.19Z;, =2.071-0.19xl.5 = 1.786/n AlA1Zyi =bt -ZXtga = 1.5 -1.786x tan(- 14°02 ) = 1.946/?/(4)验算荷载：对于挂车100取丸)=0.8”?，J = 0 o于是：A _ ab + 2/?0 (b + d)-H(H + l

11、a + 2hy )tg a (H +)(" + a + 2%)_ 2x3 + 2x0.8x(3 + 0)-6x(6 + 2x2 + 2x0.8)x tan(-14°02)一(6 + 2)x(6 + 2 + 2x0.8)= 0.367ig"J(ag8 + rg，)(o0 + A)=-0.931 + 7(cot 380 + 0.931)(0.931 + 0.367)= 0.7636 = 37。2 r验算破裂面是否交于荷载：堤顶破裂面至墙踵：(”+)依6 = (6 + 2)x0.763 = 6.10？荷载缘至墙踵:一" tan。+ 4 = 3-6xtan(-1

12、4u02 ) + 0 = 4.5/»荷载外缘至墙踵:一” tan a +，+%= 3 - 6 x tan(-l 4°02 ) + 0 + 7.0 = 11.5/n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Ki叱 cos(8 + e)/ 八 、 心淅/尔”)= 3(3/21+3：。) *(o. + tan4。02) sin(37021+42058)= 0.132b-atgO3-2x0.763tgO + tga 0.763 + tan(-14002)=2.87/?/h2 =tgO + tga 0.812 +tan(-1

13、4°02)=04 = " _4 _为=6 2.87-0 = 3.13m小吟。-务+冬=1+三T)+62x62x0.8x3.1362=1.646求主动土压力及作用点位置墙后土体主动土压力：E = -/H2KK =1x18 x 62 x 0. 132x1.646 = 70.39622水平向分力：Ex = £cos(cr + J) = 70.396 x cos(-14°02 +19°) = 70.132竖向分力：Ey = Esin(a + J) = 70.396 xsin(-14°02 +19°) = 6.095 KN比较得知：验

14、算荷载略大于设计荷载，故挡土墙截面设计按照验算荷教进行 计算。4 =- 33H-K、6 2x(6-2.87)2+0.8x3.13x(3x3.13-2x6)3x62 x 1.6463= 2.014/=一+因基底倾斜，土压力对墙趾O的力臂为:ZY1 =ZV -0.19Z;. =2.014-0.19x1.5 = 1.729/?/ AlA1Zri = A - Z'/ga = 1.5 -1.729 x tan(-14°02 ) = 1.932加3.设计挡土墙截面(1)计算墙身自重G及其力臂Z。G =(- 0.19 斤乂 =(1.5x6-0.19xl.52)x 23 = 197.167-

15、0.19Z7.20.19xl.52G =22x23 = 4.916KN故 G = 5 + G? = 197.167 + 4.916 = 202.083KNN = G + Ey = 202.083 + 6.095 = 208.178KNIl、-iZgi=-(H-0.19Z?1)x 0.25 + 瓦=x(6-0.19xl.5)x 0.25 +1.5 = 1.46nz2ZG7 = 0.65 lb、= 0.651x1.5 = 0.98/?/(2)抗滑稳定性验算_N + J tan%/K© -Ex -N tan a)208.178 + 70.132 x km 11°18 x 0.47

16、0.132-208.176xtanll°18= 3.114K,KJ = L3,故抗滑移稳定性满足要求。(3)抗倾覆稳定性验算“ G|Zgi + G?g、+ EyZy197.167xl.46 + 4.916x 0.98 + 6.095 x 1.932八n EXZX170.132x1.7292.511K°>K° = 1.5,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教力，应进行基底应力验算。=-0.19x0.25 = 1.5-0.19x1.5x0.25 = 1.43/Zn =G/g + G2ZG2 + EyZyx - EXZ

17、XG + G? + Ey197. 167 x 1.46 + 4.916 x 0.98 + 6.095 x 1.932 - 70.132 x 1.729197.167 + 4.916 + 6.095= 0.880G + Ey 6%=.。±针=因此，=<'243.3107Q加47.848Kpnv5j = 250K/% ,地基承载力满足要求。(5)截面应力验算为了保证强身具有足够的强度，应根据经验选择 1-2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：氏4&/*之/如附图所示，选取一个截面进行验算：1-1截面=/o(/gJV

18、g+/(?1) = /u(O.9G + 1.4£v) = 1.0x (0.9 x 202.083 + 1.4x 6.095) = 190.408KN其中，/o一一重要性系数，取L0;偏心距：e =与一Zv =苧-0.88 = -0.16?202.083 + 6.095 ,一 6 x 0. 16、243.31 OKpax(l±)=1.431.4347.848勺%于是:aKARK / h=0764 xl.5x600/2.31 = 297.662攵 N >N=T 90.408KN 则挡土墙强度满足要求。稳定性计算要求：Ny <其中:Np %、A、人、九意义同前；匕一一

19、弯曲平面内的纵向翘曲系数，区1% = %5=4<1°，故认为此挡墙是矮墙， 取匕二L Oo于是：丝幽二二0生1字22=297.662KNNN,=19O.4O8KN九2.31则挡土墙稳定性满足要求。正截面受剪时验算要求：+如V1其中：Qj正截面剪力（KN）；A,受剪截面面积（m?） , A7=1.5m2；R,砌体截面的抗剪极限强度（Kpa） , /?;=100Kpa：f.n摩擦系数，九二0.42。Q.=Ex=86.25KN；于是：%+/“乂 = + °.42x208.178 = 152.37°KN2Q/ =70.132KN2.31则挡土墙抗剪强度满足要求。4.

20、绘制挡土墙纵横断面图（1:100）。见附图一二、沥青路面结构设计一、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JN150150.6049.00101.6011700解放CA10B80.2520.2560.0011200东风EQ14092.0023.7069.201650日野KB211147.5547.55100.001200太脱拉138211.4051.40160.00225SH13039.5016.5023.001340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

21、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、确定设计年限交通量的平均增长率根据设计资料，2010年2015年交通量的平均年增长率为12%, 2000年以 后为11 %。2、设计年限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教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：心GG,(g 严=/-I y表1.2轴载换算结果表(弯沉)车型Pi(KN)ClC2NiN黄河JN150前轴4916.41700488.63后轴101.611170018

22、21.53解放CA10B前轴20.2516.412007.38后轴60111200130.06东风EQ140前轴23.716.46507.93后轴69.211650131.03日野KB211前轴47.5516.420050.44后轴10011200200太脱拉138前轴51.416.4258.85后轴1602.2125424.90SH130前轴16.516.43400.86后轴23113400.57跃进230前轴18.216.43501.35后轴333113502.93N=3276. 46设计使用年限设计车道的标准轴载累计作用次数NeNe =Mx(l + /y -lx365x7?= 3.42x

23、lQ= 5 85x1()6式中：Ne-标准轴载累计当量作用次数t设计基准年限丫一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产3276. 46Nx(1 + 41x365x；7 3276.46x(1+12%)'- 1x365x0.4512%第二个 5 年M = 3276.46xl.l24xl.ll= 5722.69做 X(1 + 4 -1 卜365X 5722.69x(l+l 1%)'-Ix365x0.4511%第三个 5 年 N” = 5722.69 x L1/=9643.07= 9.86x|QN“x(l + y)'l 卜36

24、5x 9643.07x(1+1 1 %)"-1x365x0.4511%一个车道的累计当量轴载作用次数为：N产Ne、”eN, =1.913x101属于重级交通。该值可川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的当量作用次数N的公式为:车型Pi(KN)crC2yniN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47.55112000.5

25、2后轴10011200200太脱拉138前轴51.411250.12后轴16031253221.23SH130前轴16.5113400后轴23113400跃进230前轴18.2113500后轴333113500.05N=5412. 1设计使用年限设计车道的标准轴载累计作用次数Ne+-11x365x7；Ne =-/式中：Ne-标准轴载累计当量作用次数t设计基准年限Y-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=o.45,第一个5年N产54121N x(l + ,y -lx365x N=5412.1x(l+12%)'-lx365x0.4512%= 5.65x10N©

26、; x(l +7y -lx365xNe、=第二个 5 年汽6 = 5412.1x1.12, xl.l 1=9452.81 9452.81x(14-1 1%) -lx365x0.45=9.67 x 1 A11% 1U笫三个 5 年 N” = 9452.8 lxl.ll5=l 5928.53+lx365x 15928.53x(14-1 1 %)5-lx365x0.456N% = 丁 =:一n%=16,29x10一个车道的累计当量轴教作用次数为：N=Ne+Nei+Ne =3.161 xlO7,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。三、拟定路面结构组合方案及厚度方案二:方案一:细粒式

27、沥青混凝土h =4cm细粒式沥青混凝土h =4cm中粒式沥青混凝上h 2 =5cm中粒式沥青混凝上h)=6cni粗粒式沥青混凝土h 4=6cm粗粒式沥青混凝上h =8cm水泥稳定碎石h4 =20cm水泥稳定碎石=?石灰土h-s=?二灰土h5=16cm级配碎、砾石h6 = 12 cm填隙碎石h6 = 10cm上基上基方案一中石灰上层为设计层，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 ）15劈裂强度< MPa）*2015细粒式沥青混凝土1

28、40020001.4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可得上基回弹模量。E（）= 45.5A/pa五、设计指标的确定（设计鸾沉Ld）对于一级公路，规要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构底层拉应 力验算。1、设计弯沉值的计算必=600NA A、'LdNeAASAB 中式设计弯沉值（0.01mm）-设计年限一个车道累计当量轴载标准通行次数- 公路等级系数，一级公路

29、：1.0- 面层系数，沥青混凝土面层：1.0- 路面结构系数，刚性基层、半刚性基层、沥青路面为1。XNe=1.913xl07则设计弯沉值L. =20.98 （0.01mm）/r=O.O97Vf22/A.= 3.599 DCCKs =0.35吠/4 =2.339Ks=0.45N："/A=3.007抗拉结构强度系数K：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容许拉应力=&,路面结构材料的极限抗拉强度（MPa ）。K,结构层材料名称NeAcKs（MPa）细粒式沥青混凝土1.913xl071.03. 5991.40. 389中粒式沥青混凝土1.913xl071.03. 5

30、991.00. 278粗粒式沥青混凝土1.913xl071.03. 5990.80. 222-水泥稳定碎石3.161X1071.02. 3390.50. 214石灰土3.161X1071.03. 0070. 2250.0748二灰土3.161 xlO71.03. 0070. 250.0831级配碎、砾石3.161 xlO71.02. 339填隙碎石3.161 xlO71.02. 339六、确定设计层的厚度(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F/ 0.3

31、6z 、0 36g.6心严但“63x("您产x空一 =0,5282J ( P J2x10.65 I 0.7 )式中：F一弯沉综合修正系数；4一路面实测弯沉值，在计算路面厚度时，可用容许弯沉值；P、5一标准车型的轮胎接地压强(MPa)和当量圆半径(cm), 通常户 取 0.7MPa, 5 取 10.65cm； 员一土基回弹模量。、计算理论弯沉系数&lRxE. 0.02098x1400 o a, = = 3.7312 P5 r 2x0.7x10.65x0.528、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:Ei %E,h,E3h3e41】4e5h5e6h6Ei%E。E

32、) HE。1、对于方案一，计算石灰土层厚度：由已知参数求得：hh 14八皿/ E,1200八 °C E。45.5八-=0.376 ； =0.857； = 0.0379：JJ10.65E11400E21200查三层体系表面弯沉系数诺谟图，可得a=6.600, K尸1.250由公式K,=2=3731 = 0.452 aK1 6.6x1.25111 K2=0.452, " = 0.0379,查诺谟图得：= 5.93J6 取 10.65cm 则 H=62.84CM由中层厚度的换算公式：”=儿+£%2监h2 =5cm解得 /«= 33.734取整 =34c?2、对

33、于方案二，计算水泥稳定碎石层厚度： 0.376 ；.蹿= 0.857 ； -0.0379；6 5 10.65E11400E2 1200查三层体系表面弯沉系数诺谟图，可得。=6.600, Ki=1.250由公式K)= & = 3,731 = 0.452aKx 6.6x1.25由K2=0.452,邑= 0.0379,查诺谟图得：匀= 5.9 E)d5 取 10.65cm 则 H=62.84CM由中层厚度的换算公式：”=也+12的/2, =6cm 一=56.84cmo 1000 , =82用f /i4120012001500 入 f 750 s f 250 入”f 162川f IO2.川=5

34、6.8412001200解得 h4 =28.311取整/“ = 29cm则初步拟定路面方案如下图所示:方案一：方案二:中粒式沥青混凝上h 2 =5cm中粒式沥青混凝上h)=6cni粗粒式沥青混凝土h 4=6cm粗粒式沥青混凝上h =8cm水泥稳定碎石h4 =20cm水泥稳定碎石IL =29cm石灰土h5=34cm二灰土h5=16cm级配碎、砾石h6 = 12 cm填隙碎石h6 = 10cm上基上基细粒式沥青混凝土hj=4cm细粒式沥青混凝土 h j =4cm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:Ei储E)

35、h,E3h3e4e5h5e6h6E。E3 hE4 HE。换算公式可以采用下列公式表示:注意此时第一层用15c抗压模量，其余各层抗压模量不变H =£%455022S= 20 + 34则二+1209/- = 32.60915001500则 2 = 2丝2 = 3062 610.65h 17.134 一” =1.O095 10.65E4 _ 810E-1500= 0.542E 45 5 = - = 0.0303E4 1500假设上中层间为连续的，查诺谟图，得：=1.151 ； b = 0.140 ； 八=0.470<7 = 0.7x0.140xl.151x0.470 = O.O53M

36、pa <外=0222Mpa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:E,hiE2h.E3h3e4h4E，h5E6h6E。E4 hE5 HEo换算公式可以采用下列公式表示:注意此时笫一层用15c抗压模量，其余各层抗压模量不变h =1500H =£鼠>34+ ，理+6.幽+ 20 = 33.99。1500理=38.445 550HlI H 38.445 一贝 IJ = 3.610510.652=9 = 3.d 10.65E _ 550e7 = 15OO= 0.367f=1?=00827假设上中

37、层间为连续的，查诺谟图，得：g=L250 ； (7 = 0.160 ； m2 =0.730cr = p(ymxm2 = 0.7x0.16x1.25 x 0.730 = 0.053陷=0.214A/，” 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:E。换算公式为：换算公式可以采用下列公式表示:注意此时笫一层用15抗压模量，其余各层抗压模量不变H = 21210.65= 1.12760.13210.65= 5.646225550=0.545.5225=0.202假设上中层间为连续的，查诺谟图，得：町=1.010 ； 3

38、= 0.085 ；利=0.93c = pc mxni2 = 0.7 x 0.085 xl.OlOx 0.930 = 0.056Mpa <%=0.0748,监照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:E。换算公式可以采用下列公式表示:注意此时第一层用15抗压模量，其余各层抗压模量不变则夫稽= 3.547力普“899J 10.65F 45 5刍土二= 0.0303E4 1500假设上中层间为连续的，查诺谟图，得：叫=1490 ； o- = 0.120 ；%=0.370er = p b"秘 小 = 0.7 x 0.120 x 1.490 x 0.370 = 0.