路基支挡工程及路面结构工程设计路基路面工程课程设

1、 成绩评定路 基 路 面 工 程课程设计指导教师： xxx 专业班级： 土木工程1204 姓名学号： 二一五年六月目录课程设计任务书 （2）重力式挡土墙设计说明书 （6）沥青路面结构设计说明书 （12）水泥混泥土路面结构设计说明书 （18）路基路面工程一、课程设计题目 路基支挡工程及路面结构工程设计二、课程设计内容1重力式挡土墙设计某二级公路重力式路肩墙设计资料如下：（1）墙身构造：墙高5m，墙背仰斜坡度：1：0.25（14°02），墙身分段长度20m，其余初始拟采用尺寸如图示；（2）土质情况：墙背填土容重=18kN/m3，内摩擦角=35°；填土与墙背间的摩擦角17.5&#

2、176;；地基为岩石地基容许承载力500kPa，基地摩擦系数f=0.5；（3）墙身材料：砌体容重=20kN/m3， 砌体容许压应力500kPa，容许剪应力80kPa。初始拟采用挡土墙尺寸图说明：（1）可以参考教材181页例题来做，但是例题当中有些错误，需要改正后正确地计算出来；（2）如需要第一次重新拟定b1，则按下列原则拟定：按学号最后一位数重新拟定，如学号最后一位数为1的，就取b1=1.01；如学号最后一位数为2的，就取b1=1.02；如学号最后一位数为3的，就取b1=1.03；如学号最后一位数为4的，就取b1=1.04；如学号最后一位数为5的，就取b1=1.05；如学号最后一位数为6的，就

3、取b1=1.06；如学号最后一位数为7的，就取b1=1.07；如学号最后一位数为8的，就取b1=1.08；如学号最后一位数为9的，就取b1=1.09；如学号最后一位数为0的，就取b1=1.10；（3）如需要第二次重新拟定b1，则按下列原则拟定：按学号最后一位数重新拟定，如学号最后一位数为1的，就取b1=1.11；如学号最后一位数为2的，就取b1=1.12；如学号最后一位数为3的，就取b1=1.13；如学号最后一位数为4的，就取b1=1.14；如学号最后一位数为5的，就取b1=1.15；如学号最后一位数为6的，就取b1=1.16；如学号最后一位数为7的，就取b1=1.17；如学号最后一位数为8的

4、，就取b1=1.18；如学号最后一位数为9的，就取b1=1.19；如学号最后一位数为0的，就取b1=1.20；（4）依此类推。2沥青路面结构设计东南某地（4）拟建全长40km(K0+000K40+000)，双向6车道的一级公路，采用沥青类路面。经调查交通量为4500辆/日，交通组成如表1所示，交通量年平均增长率= 4.2%。沿线有大量碎石集料，并有水泥、石灰和粉煤灰等供应。路基土质为粘性土，干湿状态为中湿，道路冻深为100cm。拟定两套路面结构方案，确定材料参数，应用软件计算或验算路面结构层厚度。表1 交通组成 车型Pi/KN交通组成黄河JN150前轴49.020%后轴101.6解放 CA10

5、B前轴19.420%后轴60.85东风EQ140前轴23.725%后轴69.20太脱拉138前轴51.45%后轴2*80小汽车-30%(每人用交通量加本人学号最后两位进行计算)3水泥混凝土路面结构设计3区某地拟建二级公路，路面宽度9m，拟修建水泥混凝土路面。路基平均填土高度为1.2m，土质为中液限粘土，平均地下水位为0.8m，平均冻深1.2m。沿河可开采砂砾，碎石，并有石灰、水泥、沥青、粉煤灰供应。据预测该路竣工初年的交通组成如表2所示。使用年限内交通量的年平均增长率为4，试进行该路面结构设计，要求手工进行计算。表2 交通组成 车型黄河JN150解放 CA10B太脱拉138东风 EQ-140辆

6、/d350100075500(每人用交通量加本人学号最后两位进行计算)3、 进度安排时 间进度安排指导教师指导地点第17周周一收集资料，明确任务，绘制横断面图；确定挡土墙类型、基本尺寸；方案比较，完成土压力计算。付小红S4-611周二进行挡土墙稳定性验算；调整数据直至符合设计要求。周三分析资料，确定沥青路面设计各项参数；使用路面设计软件进行计算、验算。周四分析资料，确定水泥路面设计各项参数；确定设计方案，验算方案是否满足设计要求。周五检查整理设计成果，写编制说明，填写封面，上交成果。四、基本要求1设计说明书内容与要求（1）重力式挡土墙设计说明书（2）沥青路面结构设计说明书（3）水泥混凝土路面结

7、构设计说明书。注意：设计说明书的原理清楚，说明简要、公式运用准确、设计步骤清晰、流畅，书写工整，图文并茂。2图纸内容与要求（1）绘制挡土墙的典型断面如图；（2）绘制挡土墙的立面布置图；（3）绘制挡土墙的平面布置图；（4）绘制沥青路面结构图；（5）绘制水泥混凝土路面结构图。3装订顺序（1）封面；（2）目录；（3）课程设计任务书；（4）重力式挡土墙设计说明书；（5）沥青路面结构设计说明书；（6）水泥混泥土路面结构设计说明书；（7）设计图纸。重力式挡土墙设计说明书某二级公路重力式路肩墙设计资料如下：（1）墙身构造：墙高5m，墙背仰斜坡度：1：0.25（14°02），墙身分段长度20m，其余

8、初始拟采用尺寸如图示；（2）土质情况：墙背填土容重=18kN/m3，内摩擦角=35°；填土与墙背间的摩擦角17.5°；地基为岩石地基容许承载力500kPa，基地摩擦系数f=0.5；（3）墙身材料：砌体容重=20kN/m3， 砌体容许压应力500kPa，容许剪应力80kPa。初始拟采用挡土墙尺寸图破裂棱体位置确定：（1）破裂角（）的计算假设破裂面交于荷载范围内，则有： 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：（2）验算破裂面是否交于荷载范围内：破裂契体长度：车辆荷载分布宽度：所以，即破裂面交于荷载范围内，符合假设。荷载当量土柱高度计算：墙高5米，按墙高确定附加荷载

9、强度进行计算。按照线性内插法，计算附加荷载强度：q16.25kN/m2，土压力计算根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部土压力计算公式：土压力作用点位置计算：土压力作用点到墙踵的垂直距离土压力对墙趾力臂计算基地倾斜，土压力对墙趾力臂：稳定性验算（1）墙体重量及其作用点位置计算：挡墙按单位长度计算，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，下部分为三角形： （2）抗滑稳定性验算：，验算公式： 所以抗滑稳定性满足。（3）抗倾覆稳定性验算：所以倾覆稳定性不足，应采取改进措施以增强抗倾覆稳定性。重新拟定b11.04斜基地，土压力对墙址力臂：所以倾覆稳定性不足，应采取改进措施以增强抗倾覆

10、稳定性。重新拟定b11.24m倾斜基地，土压力对墙址力臂： 所以倾覆稳定性满足。基地应力和合力偏心矩验算1）合力偏心矩计算上式中弯矩为作用与基底形心的弯矩，所以计算时先要计算对形心的力臂：根据前面计算过的对墙趾的力臂，可以计算对形心的力臂。=-19.37所以基底合力偏心矩满足规范的规定。2）基地应力验算所以基底应力满足要求。图1 典型断面图图2 立面布置图图3 平面布置图沥青路面结构设计说明书一、设计弯沉值和容许拉应力计算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1黄河JN15049101.61双轮组9012解放CA10B19.460.851双轮组9013东风E

11、Q14023.769021双轮组11264太脱拉13851.4801双轮组<3225设计年限 20 车道系数 .3 交通量平均年增长率 4.2 一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh= 946 ,属中等交通等级当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时 :路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 1841 设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 6129064 属中等交通等级当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时 :路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 1288 设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 4288014 属中等交通等级路面设计交通等级为中等交通等级公路等级 高速

12、公路公路等级系数 1 面层类型系数 1 路面结构类型系数 1 路面设计弯沉值 : 26.3 (0.01mm)方案一：层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 细粒式沥青混凝土 1.2 .43 2 中粒式沥青混凝土 1 .36 3 粗粒式沥青混凝土 .8 .29 4 水泥稳定碎石 .6 .32 5 水泥石灰稳定碎石 .6 .32 新建路面结构厚度计算 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 26.3 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 150 (mm)层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度 2

13、0平均抗压 标准差 15平均抗压 标准差 容许应力 (mm) 模量(MPa) (MPa) 模量(MPa) (MPa) (MPa) 1 细粒式沥青混凝土 40 1400 0 2000 0 .43 2 中粒式沥青混凝土 80 1200 0 1600 0 .36 3 粗粒式沥青混凝土 80 900 0 1200 0 .29 4 水泥稳定碎石 ? 1500 0 1500 0 .32 5 水泥石灰稳定碎石 250 550 0 550 0 .32 6 新建路基 36 图4 沥青路面横断面图 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 26.3 (0.01mm) H( 4 )= 150 mm LS= 28.7

14、(0.01mm) H( 4 )= 200 mm LS= 25.4 (0.01mm) H( 4 )= 186 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 4 )= 186 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 186 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 186 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 186 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 186 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 186 mm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 186 mm(同时考虑弯沉和拉

15、应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 1000 mm 验算结果表明 ,路面总厚度比路面最小防冻厚度小 364 mm , 程序将自动在上述刚设计的路面最下层厚度中予以补足 .三、交工验收弯沉值和层底拉应力计算层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度 20平均抗压 标准差 15平均抗压 标准差 综合影响系数 (mm) 模量(MPa) (MPa) 模量(MPa) (MPa) 1 细粒式沥青混凝土 40 1400 0 2000 0 1 2 中粒式沥青混凝土 80 1200 0 1600 0 1 3 粗粒式沥青混凝土 80 900 0 1200 0 1 4 水泥稳定碎石 186 1500 0 1

16、500 0 1 5 水泥石灰稳定碎石 250 550 0 550 0 1 6 新建路基 36 1 计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 26.3 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 29.2 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 36.1 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 44.1 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 111.3 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值 LS= 258.8 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算

17、) LS= 322.9 (0.01mm)( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :(未考虑综合影响系数) 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-.225 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.021 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-.016 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .125 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= .076 (MPa)方案二：位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 细粒式沥青混凝土 1.2 .43 2 中粒式沥青混凝土

18、1 .36 3 粗粒式沥青混凝土 .8 .29 4 石灰粉煤灰碎石 .6 .32 5 石灰土 .25 .1 6 天然砂砾新建路面结构厚度计算 新建路面的层数 : 6 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 26.3 (0.01mm) 路面设计层层位 : 6 设计层最小厚度 : 150 (mm)层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度 20平均抗压 标准差 15平均抗压 标准差 容许应力 (mm) 模量(MPa) (MPa) 模量(MPa) (MPa) (MPa) 1 细粒式沥青混凝土 30 1600 0 2000 0 .43 2 中粒式沥青混凝土 40 1425 0 1600 0

19、 .36 3 粗粒式沥青混凝土 60 978 0 1200 0 .29 4 石灰粉煤灰碎石 200 1500 0 1500 0 .32 5 石灰土 250 550 0 550 0 .1 6 天然砂砾 ? 150 0 150 0 7 新建路基 36 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 26.3 (0.01mm) H( 6 )= 150 mm LS= 26 (0.01mm) 由于设计层厚度 H( 6 )=Hmin时 LS<=LD, 故弯沉计算已满足要求 . H( 6 )= 150 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 6 )= 150 mm(第 1 层底面拉应力计算满

20、足要求) H( 6 )= 150 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 6 )= 150 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 6 )= 150 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 6 )= 150 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 6 )= 150 mm(仅考虑弯沉) H( 6 )= 150 mm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 1000 mm 验算结果表明 ,路面总厚度比路面最小防冻厚度小 270 mm , 程序将自动在上述刚设计的路面最下层厚度中予以补足 . 通过对设计层厚度取整和将路面防冻

21、厚度不足部分增补到路面 最下层以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构 设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 30 mm - 中粒式沥青混凝土 40 mm - 粗粒式沥青混凝土 60 mm - 石灰粉煤灰碎石 200 mm - 石灰土 250 mm - 天然砂砾 420 mm - 新建路基三、交工验收弯沉值和层底拉应力计算层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度 20平均抗压 标准差 15平均抗压 标准差 综合影响系数 (mm) 模量(MPa) (MPa) 模量(MPa) (MPa) 1 细粒式沥青混凝土 30 1600 0 2000 0 1 2 中粒式沥青混凝土 40 1425

22、0 1600 0 1 3 粗粒式沥青混凝土 60 978 0 1200 0 1 4 石灰粉煤灰碎石 200 1500 0 1500 0 1 5 石灰土 250 550 0 550 0 1 6 天然砂砾 420 150 0 150 0 1 7 新建路基 36 1 计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 21.7 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 23.2 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 25.6 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 28.9 (0.01mm) 第 5

23、层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 58.1 (0.01mm) 第 6 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 133.3 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值 LS= 258.8 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算) LS= 322.9 (0.01mm)( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :(未考虑综合影响系数) 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-.249 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.105 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-.052 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 (

24、4 )= .117 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= .054 (MPa) 图5 沥青路面横断面图水泥混泥土路面结构设计说明书本设计中，拟在V区某地建一条二级公路采用水泥混凝土路面，根据交通部颁公路水泥混凝土路面设计规范，故选用单轴双轮轴载BZZ-100进行计算，设计年限为20年，安全等级为三级，变异水平等级为中级。1、 交通分析根据表3，二级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级，临界荷位出的车辆轮迹横向分布系数取0.39。取交通量年平均增长率为4%。按公式计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为：（辆）查表2，属于重交通2、 初拟路面结构根据二级公路、重交通等级和中级变异水平等级，查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为0.20m。基层选用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚0.18m。垫层为0.15m低剂量石灰土稳定土。普通混凝土板的平面尺寸宽4.5m、长5.