k路基路面课程设计

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。k路基路面课程设计k路基路面课程设计 路基路面课程设计 （河南理工大学 能源学院 ） 姓名：陈昊 学号：310702030306 专业班级：交通0703 重力式挡土墙设计（一） 基本资料墙身及基础填料及地基 挡土类型仰斜式路肩墙填料种类重度(kN/m)砂类土 19 墙高H(m) 4.00填料内摩擦角() 35 墙面坡度 1:0.2填料与墙背摩擦角 墙背坡度 1:0.2基础顶面埋深（m）0.80 砌筑材料 M5浆砌MU50片石地基土类别重度(kN/m)密实砂类土 21砌筑材料的重度(kN/m) 23地基土

2、承载力特征值(kN)400地基坡度tan 0.20基底与地基土摩擦系数0.40圬工砌体间的摩擦系数 0.70地基土摩擦系数0.80公路等级及荷载强度 片石砂浆砌体强度设计值公路等级一级抗压0.71汽车荷载标准公路I-级轴心抗拉0.048墙顶护栏荷强度7弯曲抗拉0.072直接抗剪0.120已建挡土墙的截面尺寸见图1，试按本细则的规定对其进行验算：（二） 挡土墙的平面立面布置如下图：挡土墙立面图：挡土墙平面图：（三） 挡土墙自重及重心计算取单位墙长（1m），如图1虚线所示，将挡土墙截面划分为三部分（图中都是以毫米为单位）：: 图1截面各部分对应的墙体重量为： 截面各部分的重心至墙趾（）的距离： 单

3、位墙长的自重重力为： 全截面重心至墙趾的距离： 如图2所示： 图2（四） 后踵点界面处，墙后填土和车辆荷载所引起的主动土压力计算按照规定，当墙身高度为5m时，附加荷载标准值： 换算等代均布土层厚度为： 因基础埋置较浅，不计墙前被动土压力。当采用库仑土压力理论计算墙后填土和车辆荷载引起的主动土压力时候，计算图式如图3所示： 图3 按本细则附录A.0.3条所列土压力计算公式，计算结果如下： 因d=0，故 墙顶至后踵点 后踵点土压力为：单位墙长（1m）上土压力的水平分量：单位墙长（1m）上土压力的竖直分量：土压力水平分量的作用点至墙趾的距离： 土压力竖直分量的作用点至墙趾的距离：（五） 按基础宽、深

4、作修正的地基承载力特征值基础最小深（算至墙趾点）：符合基础最小埋深的规定；但所以修正后的地基承载力特征值等于地基承载力特征值。按本细则表5.2.8的规定，当采用荷载组合H时，地基承载力特征值提高系数K=1.0,故=1.0400=400（kPa） 验算地基承载力时，计入作用在挡土墙顶面的护栏荷载强度与车辆附加荷载标准值。基底应力计算的力系图可参见图4. 图4（六） 基底合力的偏心距验算：按本细则5.2.1条的规定：在地基承载力计算中，基础的作用效应取正常使用极限状态下作用效应标准组合。 作用于基底形心处的弯矩： 作用于倾斜基底的垂直力： 倾斜于基底合力的偏心距为：偏心距验算符合本细则表5.2.4

5、及公式（5.2.2-4）的规定。（七） 地基承载力验算：有本细则公式（5.2.2）可算得： 基底最大压应力与地基承载力特征值比较： =400（kpa）地基承载力验算通过。(七) 挡土墙及基础沿基底平面、墙踵处地基水平面的滑动稳定验算： 按本细则5.2.1条规定：计算挡土墙及地基稳定时，荷载效应应按承载能力极限状态下的作用效应组合。（1） 沿基地平面滑动的稳定性验算如图5 图5不计墙前填土的被动土压力，即，计入作用于墙顶的护栏重力。滑动稳定方程应符合： 按本细则表4.1.7规定，土压力作用的综合效应增长对挡土墙结构起不利作用时，,则有：符合沿基底倾斜平面滑动稳定方程的规定。抗滑动稳定系数： 本细

6、则表5.3.5规定，荷载组合II时，抗滑动稳定系数，故本例沿倾斜基底的抗滑动稳定系数，符合本细则的规定。（2） 沿过墙踵点水平面滑动稳定性验算如图6 图6计入倾斜基底与水平滑动面之间的土楔的重力，砂性土粘聚力c=0。 滑动稳定方程应符合： 即：计算结果符合滑动稳定方程的规定。抗滑动稳定系数： 符合本细则抗滑动稳定系数的规定。（八） 挡土墙绕墙趾点倾覆稳定验算（1）倾覆稳定方程应符合： 即：计算结果符合倾覆稳定方程的规定。（2） 抗倾覆稳定系数：本细则表5.3.5规定，荷载组合I时，抗倾覆稳定系数故本例的抗倾覆稳定系数符合本例的抗倾覆稳定系数符合本细则规定。（九） 挡土墙身正截面强度和稳定验算取

7、基顶截面为验算截面：（1） 基顶截面压力计算如图7：由墙踵点土压力的计算结果：;基顶截面宽度：基顶截面处的计算墙高为： 按：;基顶处的土压力为：单位墙长（1m）上土压力的水平分量： 单位墙长（1m）上土压力的竖直分量： 土压力水平分量的作用点至基顶截面前缘的力臂长度： 土压力竖直分量的作用点至基顶截面前缘的力臂长度： （2） 基顶截面偏心距验算：截面宽度：取单位墙长（1m），基顶截面以上墙身自重：墙身重心至验算截面前缘力臂长度： 墙顶防撞护栏重量换算集中力：护栏换算集中力至验算截面前缘的力臂长度： 按本细则公式（6.3.5）计算，查表6.3.5-1取综合数应组合系数并按表4.1.7的规定，取荷

8、载分项系数截面形心上的竖向力组合设计值为： 基底截面形心处，墙身自重及护栏重量作用的力矩： 基底截面形心处，墙身自重及护栏重量作用的力矩： 按本细则表4.1.7的规定，分别取作用分项系数：根据本细则表6.3.5-1的规定，取综合效应组合系数截面形心上的总力矩组合设计值： 查本细则表6.3.6得合力偏心距容许限值为： 截面上的轴向力合力偏心距：符合偏心距验算要求，应按本细则公式（6.3.8-1）验算受压构件墙身承载力。（3） 截面承载力验算：由前计算结果知，作用于截面形心上的竖向力组合设计值为： 按本细则表3.1.5的规定，本挡土墙之结构重要性系数为：查本细则表6.3.8得长细比修正系数：由本细

9、则公式（6.3.8-3）计算构件的长细比： 按本细则6.3.8条规定：由公式（6.3.8-1）得构件轴向力的偏心距和长细比对受压构件承载力的影响系数： 墙身受压构件抗力效应设计值：因为符合本细则公式（6.3.8-1）的规定，所以截面尺寸满足承载力验算要求。（4） 正截面直接受剪验算：按本细则6.3.12条规定，要求： 计算截面上的剪力组合设计值： 由基础资料得： 又：可计算得到轴压比为：查本细则表6.3.12得： 符合正截面直接受剪验算要求。路面课程设计（一）设计资料公路自然区划区拟建高速公路，采用沥青路面结构，设计年限为15年，土基为粉质土，确定土基的稠度为1.03，路基干湿状态为干燥状态。

10、有关资料如下：1.初始条件：表1 交通组成型号前轴载(KN)后轴载(KN)后轴数轮组数轴距(cm)交通量(辆/日)三菱T653B29.348.01双-500黄河JN15049.0101.61双-500江淮HF15045.1101.51双-500解放CA15028.768.21双-400湘江HQP4023.173.22双>3m500东风EQ14023.769.21双-400东风EQ15526.556.72双-500长征XD98037.172.652双-500 2公路技术等级为高速，为双向六车道。 3交通组成如表1所示，交通量年平均增长率= 8%。 设计过程：1、 交通分析高速公路的设计基准

11、期查表为15年，齐可靠度设计标准的安全等级查表为一级。临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数超标可取0.2。交通量的年增长率为8%。我国公路沥青路面设计规范规定以汽车轴重100KN的单轴荷载作为设计标准轴载。凡是前后轴载大于25KN的轴数均应换算成标准轴数。对于轴载小于后者等于25KN的轴数，因为它在沥青路面内产生的应力很小，引起的疲劳损坏也很小，因此可以忽略不计。根据上面表一的交通组成可得标准轴载作用次数Ns=1286设计基准期内的设计车道标准荷载累计作用次数按公式：得Ne=次 ，属于重交通等级。（1）路面设计成双轮轴载100为标准轴载1）以设计弯沉为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次轴载

12、换算 轴载换算采用如下的计算公式注:轴载小于25KN的轴载作用不计根据设计规范,高速公路沥青路面设计年限取15年,四车道的车道系数是040.5,取0.45累计当量轴次Ne=2.55E06次2)验算半刚性基层层底拉应力平均累积当量轴次轴载换算验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为:计算结果如表2所示2）累计当量轴次参数取值同上，设计年限15年，累计当量轴次Ne=2.55E06次注：轴载小于50KN的轴载作用不计1.2、结构组合与材料选取由上面计算，根据规范推荐结构，路面结构面层采用沥青混凝土（15cm），基层采用水泥稳定碎石（取25 cm），底基层采用石灰土(厚度待定)。规范规定高速公路、一级

13、公路的 面层由二层至三层组成。查规范中的 第四节沥青路面的4-2高级路面中的 表4.2.1“沥青混合料类型的 选择（方孔筛）”，采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土厚度(4cm),中面层采用中粒式沥青混凝土(厚度5cm)，下面层采用粗粒式混凝土（厚度6cm）1.3、各层材料的抗压模量与劈裂强度查表得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。抗压模量取C时的模量，各值取规范给定范围中值，因此得到C时的模量：细粒式沥青混凝土：1400Mpa。中粒式密集度沥青混凝土1200Mpa。粗粒式密集度混凝土1000Mpa，水泥碎石为1500Mpa，石灰550Mpa。各层材料的 劈裂强度：细粒式沥青混凝

14、土：1.4Mpa。中粒式密集度沥青混凝土1.0Mpa。粗粒式密集度混凝土0.8Mpa，水泥稳定碎石为 0.5Mpa，石灰0.225Mpa。1.4、土基回弹模量的确定该路段地处区，属东部温润季冬区，土质为粘性土，据调查和设计要求，路床表面距地下水位为2.0 m。查沥青路面设计规范，路基高度H2<H<H1,所以路基干湿类型为中湿。查得路基土的平均稠度 c=1.03，由路基土的平均稠度，查表得土基回弹模量 E0=40.3MPa，如果是高等公路，由沥青路面设计规范说明，采用重型击实试验时，土基回弹模量：E0提高20%，即40.3×(1+20%)=48.36MPa1.5、设计指标确

15、定对于高速公路，规范要求以设计弯层作为设计指标，并进行结构基地拉应力验算（1）该公路为高速公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层厚度大于20cm，基层类型系数取1.0，设计弯层：（2）各层材料容许层底拉应力细粒式密级配混凝土：中粒式密级配混凝土：粗粒式密级配混凝土：水泥碎石：石灰土 1.6、设计资料总结设计弯沉值28.39（0.01mm），相关设计资料汇总如表沥青-3设计资料汇总 表沥青-3材料名称h/cm15°c模量20°c模量劈裂强度/Mpa容许拉应力/Mpa细粒式沥青混凝土4180014001.40.6061中粒式沥青混

16、凝土5160012001.00.4329粗粒式沥青混凝土6120010000.80.315水泥碎石2515000.50.2825石灰土？5500.2250.0987土基-48.36-1.7、用计算机程序验算其层底拉应力和防冻层厚度根据设计弯沉值计算路面宽。 轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算 型号前轴载(KN)后轴载(KN)后轴数轮组数轴距(cm)交通量(辆/日)三菱T653B29.348.01双-500黄河JN15049.0101.61双-500江淮HF15045.1101.51双-500解放CA15028.768.21双-400湘江HQP4023.173.22双>3m500东风EQ

17、14023.769.21双-400东风EQ15526.556.72双-500长征XD98037.172.652双-500 设计年限 15 车道系数 0 .45 交通量年增长率8 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 : 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 1286 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 4.25E+07 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 : 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 1286 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 4.25E+07 公路等级 高速公路 公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 28.39 (0.01mm)层位 结

18、 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 1.4 0.61 2 中粒式沥青混凝土 1 0.43 3 粗粒式沥青混凝土 0.8 0.31 4 水泥稳定碎石 0.5 0.28 5 石灰土 0 .25 0.09 新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 28.39 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 15 (cm) 层位 结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)抗压模量(MPa)容许应力(MPa) (20) (15) 1 细粒式沥青混

19、凝土 4 1400 2000 0.61 2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1600 0.43 3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 0.31 4 水泥稳定碎石 25 1500 1500 0.28 5 石灰土 ? 550 550 0.09 6 土基 48.36 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 28.39 (0.01mm) H( 5 )= 30 cm LS= 20.6 (0.01mm) H( 5 )= 35 cm LS= 19.2 (0.01mm) H( 5 )= 30.7 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 5 )= 30.7 cm(第 1 层底面拉应力验算

20、满足要求) H( 5 )= 30.7 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 30.7 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 30.7 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 30.7 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 30.7 cm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 30.7 cm(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 40 cm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 . 通过对设计层厚度取整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

21、式沥青混凝土 4 cm - 中粒式沥青混凝土 5 cm - 粗粒式沥青混凝土 6 cm - 水泥稳定碎石 25 cm - 石灰土 31 cm - 土基 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 层位 结构层材料名称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 计算信息 (20) (15) 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 计算应力 2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1600 计算应力 3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 计算应力 4 水泥稳定碎石 25 1500 1500 计算应力

22、5 石灰土 31 550 550 计算应力 6 土基 48.36 计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 20.3 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 22.1 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 24.6 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 27.6 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 73.8 (0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值LS= 244.8 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 192.6 (0.01mm)(根

23、据“测试规程”第56页公式) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 : 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-0.197 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.057 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-0.041 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= 0.102 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= 0.057 (MPa)满足设计要求参考文献： 1.路基路面工程 邓学钧 2. JTGD50-2004沥青路面设计规范附录：JTGD50-2004沥青路面设计规范 新建路面的结构厚度计算8.0.1 1结构设计应采用双圆均布垂直荷载作用下

24、的弹性层状连续体系理论进行计算，路面荷载及计算点如图8.0.1所示。图8.0.1 路面荷载及计算点图示8.0.2 高速、一级、 二级公路的路面结构设计，应以路表面回弹弯沉值和沥青混凝土层层底拉应力(拉应变)及半刚性材料层的层底拉应力为设计指标。三级、四级公路以路表面设计弯沉值为设计指标。有条件时，对重载交通路面宜检验沥青混合料的抗剪切强度。8.0.3 路面结构厚度设计应满足结构整体承载力与抵抗疲劳开裂的要求：1 轮隙中心处（A点）路表计算弯沉值小于或等于设计弯沉值，即： （8.0.3-1）2 轮隙中心（C点）或单圆荷载中心处（B点）的层底拉应力应小于或等于容许拉应力，即： （8.0.3-2）

25、8.0.4 路面结构设计应按图8.0.4所示的流程进行，主要设计内容包括:1 根据设计任务书的要求，按弯沉或弯拉指标分别计算设计年限内一个车道的累计标准当量轴次，确定设计交通量与交通等级、面层、基层类型，并计算设计弯沉值或容许拉应力。2 按路基土类与干湿类型及路基横断面形式，将路基划分为若干路段，确定各个路段土基回弹模量设计值。3 参考本地区的经验拟定几种可行的路面结构组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比试验，测定各结构层材料的抗压回弹模量、弯拉模量与抗拉强度等，确定各结构层的设计参数。4 根据设计指标采用多层弹性体系理论设计程序计算路面厚度。5 对于季节性冰冻地区应验算防冻厚度是否符合要

26、求。6 进行技术经济比较，确定路面结构方案。收集调查交通量并计算累计标准轴次根据公路等级、面层、基层类型及Ne计算设计弯沉值气象资料、材料调查及混合料试验土基类型划分，确定土基回弹模量拟定路面结构方案按设计弯沉值计算路面厚度是否验算拉应力进行劈裂试验、确定抗拉强度sp确定容许拉应力r计算层底拉应力mmr是否增加厚度是否调整材料配合比，提高sp是否验算防冻层厚度是否有下一个结构层变更路面结构进行技术经济比较，确定采用的路面结构方案验算防冻厚度确定材料模量验算不验算满足是不满足否是是 否没有是否是 图8. 0.4 设计程序流程图8.0.5 设计弯沉值应根据公路等级、设计年限内累计标准当量轴次、面层

27、和基层类型按式8.0.5-1计算确定。 (8.0.5-1)式中： 设计弯沉值（0.01mm）； 设计年限内一个车道累计当量轴次； 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； 面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；热拌和冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1；中、低级路面为1.2。 基层类型系数，对半刚性基层=1.0；柔性基层=1.6；对于混合式基层采用线性内插确定基层类型系数： (8.0.5-2)式中： 为半刚性基层或底基层上柔性结构层总厚度（cm）；8.0.6 沥青混凝土面层、半刚性材料基层、底基层以弯拉应力为设计指标时，材料的容许拉

28、应力应按下列公式计算： （8.0.6-1）式中： 路面结构层材料的容许拉应力(MPa); 沥青混凝土或半刚性材料的极限抗拉强度(MPa)； 抗拉强度结构系数。1 对沥青混凝土的极限抗拉强度，系指15时的极限抗拉强度；对水泥稳定类材料龄期为90d的极限抗拉强度(MPa)；对二灰稳定类、石灰稳定类的材料龄期为180d的极限抗拉强度(MPa)。2 对沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数，宜按式(8.0.6-2)计算： （8.0.6-2）对无机结合料稳定集料类： （8.0.6-3）对无机结合料稳定细粒土类： （8.0.6-4）8.0.7 路面设计中各结构层的材料设计参数应根据公路等级和设计阶段的要求确定。

29、1 高速公路、一级公路施工图设计阶段应根据拟采用的路面材料实测设计参数；各级公路采用新材料时，也必须进行材料试验实测设计参数。2 高速公路、一级公路初步设计阶段或二级及其以下公路施工图设计阶段可借鉴本地区已有的相近材料试验资料，根据使用经验确定。3 初步设计阶段可根据附录E确定设计参数。8.0.8 以路表弯沉值为设计指标时，设计参数采用抗压回弹模量，对于沥青混凝土试验温度为20；8.0.9 以弯拉应力（应变）为设计指标时，应采用抗拉强度与弯拉回弹模量，对于沥青混凝土试验温度为15。也可采用劈裂强度与抗压回弹模量。8.0.10 各地区应建立抗压设计参数与弯拉设计参数的相关关系；弯拉强度与劈裂强度

30、的相关关系；强度、回弹模量与龄期的相关关系；以及快速养生方法等预估规定龄期的材料强度、模量的换算关系，经充分论证后作为设计参数及施工过程中各结构层弯沉检验标准计算参数的取值方法。8.0.11 半刚性材料的设计参数按公路工程无机结合料稳定材料试验规程的规定测定。沥青混合料的设计参数按公路工程沥青及沥青混合料试验规程的规定测定。考虑到模量取值的不利组合，回弹模量（）的设计值按下式计算： 1 计算路表弯沉值时，抗压回弹模量应按式8.0.11-1计算其设计值： (8.0.11-1)2 计算层底拉应力时，计算层以下各层的模量应采用式8.0.12-1计算其设计值；计算层及以上各层模量应采用式8.0.8-2

31、计算其设计值： (8.0.11-2)式中： 各试件模量的平均值； S 各试件模量的标准差； 保证率按95%，系数取2.0。8.0.12 轮隙中心路表回弹弯沉的计算1 路表弯沉值应按式8.0.12-1计算 (8.0.12-1)式中：2 弯沉综合修正系数 (8.0.12-2)式中： 路面计算弯沉值（0.01mm）； p, 标准车型的轮胎接地压强(MPa)和当量圆半径（cm）； 理论弯沉系数；或 土基回弹模量值 (Mpa)； , 各层材料回弹模量(Mpa)；, 各结构层厚度（cm）。8.0.13 层底拉应力设计与验算层底拉应力以单圆中心 (B点)及双圆轮隙中心 (C点)为计算点，并取较大值作为层底拉应力。按下式计算层底最大拉应力： （8.0.13-1）式中： 理论最大拉应力系数。8.0.14 设计时，应先拟定某一层作为设计层，根据施工厚度要求拟定面层和其它各层的厚度。当采用半刚性基层、底基层结构时，可选用任一层为设计层；当采用半刚性基层、粒料类材料为底基层时，宜拟定面层、底基层厚度，一般半刚性基层为设计