路基路面工程课程设计.doc

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1、课 程 设 计 说 明 书题目：V3区9组交通条件下路基路面设计学院（系）： 年级专业： 学 号： _学生姓名： 指导教师： 教师职称： 燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：建工学院 基层教学单位：土木工程 学 号080107030011学生姓名王薇专业（班级）08级道桥设计题目V3区9组交通条件下路基路面设计设计技术参数车辆荷载，计算荷载为汽车-20级验算荷载为挂车-100填料为砂性土，其密度18KN/m3计算内摩擦角=35填料与墙背间的摩擦角=地基为整体性较好的石灰岩，其允许承载力=450KPa基地摩擦系数为f=0.45墙身材料采用5号砂浆砌30号片石，砌体=22KN/m3砌体容许压应

2、力为KPa容许剪应力=100KPa容许拉应力=60 KPa季节影响系数以Kl=1.08温度影响系数K2=1.0其他技术指标可参阅附件：设计资料设计要求(1) 路基路面设计方案能够满足技术要求，经济、合理；(2) 计算过程准确、清晰，鼓励采用多种方法、多方案设计；(3) 图表绘制清晰、准确，能够指导具体施工。(4) 编写设计说明书，内容全面、格式工整。工作量路基工程需完成如下工作：(1) 挡土墙平面、立面布置(2) 挡土墙横断面布置，并拟定断面尺寸（图1供参考）(3) 计算主动土压力(4) 验算挡土墙抗滑、抗倾覆稳定性(5) 验算基底应力及偏心距(6) 验算墙身截面强度(7) 挡土墙的伸缩缝与沉

3、降缝，以及排水设施设计(8) 绘制挡土墙平面、立面、横断面图路面工程需完成如下工作：(1) 交通分析，共计9组交通资料，按事先确定的组别选用；(2) 拟定路面结构，要求水泥砼路面至少一种，沥青路面至少一种，并进行方案比选；(3) 计算路面结构层厚度。工作计划第一周：1-2 熟悉相关知识并资料调研；2-5 完成路基设计第二周：1-3 完成路面设计3-4 文本汇总及图纸打印装订4-5 答辩参考资料中华人民共和国行业标准公路沥青混凝土路面设计规范（ JTG D40-2002）.北京：人民交通出版社，2002年 中华人民共和国行业标准公路工程技术标准（ JTGD402004）。北京：人民交通出版社，2

4、004年 中华人民共和国行业标准公路路基设计规范（JTGD302004）北京：人民交通出版社，2004年 路基路面工程（第二版）同济大学出版社，1998年指导教师签字徐秋实基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。2011年12月12 日 燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：成绩： 指导教师： 年 月 日答辩小组评语：成绩： 评阅人： 年 月 日课程设计总成绩：答辩小组成员签字：年 月 日目录第一章 路基设计11.1设计资料11.2 路基边坡稳定性验算11.3平面、立面布置41.4挡土墙横断面布置，拟定断面尺寸41.5挡土墙主动土压力计算41.5.1

5、车辆荷载换算41.5.2主动土压力计算51.6挡土墙抗滑稳定性验算61.7挡土墙抗倾覆稳定性验算71.8挡土墙基底应力及偏心距验算81.9挡土墙墙身截面强度验算91.10挡土墙的伸缩缝与沉降缝设计101.11挡土墙的排水设施设计10第二章 路面设计112.1水泥混凝土路面设计112.1.1交通分析112.1.2初拟路面结构122.1.3路面材料参数确定132.1.4荷载疲劳应力132.1.5温度疲劳应力142.2沥青路面设计152.2.1新建柔性路面152.2.2 旧路改造20第三章 参考文献22第一章 路基设计1.1设计资料 (1) 车辆荷载，计算荷载为汽车-20级，验算荷载为挂车-100。

6、 (2) 填料为砂性土，其密度18KN/m3，计算内摩擦角=35，填料与墙背间的摩擦角=。 (3) 地基为整体性较好的石灰岩，其允许承载力=450KPa，基地摩擦系数为f=0.45。 (4) 墙身材料采用5号砂浆砌30号片石，砌体=22KN/m3，砌体容许压应力为KPa，容许剪应力=100KPa，容许拉应力=60 KPa。1.2 路基边坡稳定性验算取全线未设挡土墙处最高路堤处行边坡稳定性验算，桩号为K30+861粘性土质采用圆弧破裂面法，并用条分发进行土坡稳定性分析。（1）将黄河JN-150换算成土柱高。按最不利的情况其中一辆黄河车停在路肩上，另一辆以最小间距与它并排按下式换算土柱高 式中：-

7、横向分布车辆数，单车道，双车道； -每一辆车的重量，KN； -汽车前后轴的总距，m; -横向分布车辆轮胎最外缘之间总距，m； 其中：-每一辆车轮胎最外缘之间的距离，m； -相邻两辆车轮胎之间的距离，m考虑到车辆停放在路肩上，认为厚的当量土层分布在整个路基宽度上。 （2）采用4.5H法确定圆心辅助线，具体如下：由坡脚E向下引竖线，在竖线上截取高得F点。自F向右引水平线，在水平线上截取，得M点。连接边坡坡脚E和顶点S，求得SE的斜度，据此查粘土边坡表得。由E点作与SE成角的直线，再由S点作与水平线成角的直线，两条直线交于点I。连接I和M两点得到圆心辅助线。（3）绘出三条不同位置的滑动曲线（都过坡脚

8、）：一条过路基中线；一条过路基边缘；一条过距左边缘1/4路基宽度处。（4）通过平面几何关系找出三条滑动曲线各自的圆心。（5）将土基分段，每段如图（图中以曲线和曲线为例进行划分，段始于左侧）宽1m，最后一段可能略小一点。（6）计算滑动曲线每一份段中点与圆心竖线之间的偏角， 并计算分段面积和以路堤纵向长度1m计算出各段的重力，进而将分化为两个分力：a)在滑动曲线法线方向分力；b)在滑动曲线切线方向力。 通过计算可得： 曲线： ，曲线： ，曲线： ，（7）计算滑动曲线圆弧长 曲线： 曲线： 曲线： （8）计算稳定系数 曲线：曲线：曲线：由于第一条曲线（过路基中线）的稳定性最小，而又作靠左边，因此，在

9、左边缘与路基中线之间的中点再绘一条滑动曲线，并计算其稳定性，结果曲线： 由此可见，第一条曲线为极限滑动面，其稳定性系数大于1.5，满足规定的要求。1.3平面、立面布置二级公路在桩号为K30+845-K30+879路段为填方路段，为保证路堤边坡稳定，少占地拆迁，故设置路堤挡土墙，拟采用重力式挡土墙。(见附图1)1.4挡土墙横断面布置，拟定断面尺寸具体布置见附图11.5挡土墙主动土压力计算1.5.1车辆荷载换算当时，；当时，由直线内插法得：H=8m时，换算均布土层厚度：1.5.2主动土压力计算假设破裂面交于荷载中部（1）破裂角由得： 验核破裂面位置：堤顶破裂面至墙锺：荷载内缘至墙锺：荷载外缘至墙锺

10、：由于破裂面至墙锺的距离大于荷载内缘至墙锺的距离并且小于荷载外缘至墙锺的距离，所以破裂面交于路基荷载中部的假设成立。并且直线形仰斜墙背，且墙背倾角较小，不会出现第二破裂面。（2）主动土压力系数和 （3）求主动土压力及土压力的作用点 1.6挡土墙抗滑稳定性验算为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其他外力作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力。即：式中：G-挡土墙自重 Ex,Ey-墙背主动土压力的水平与垂直分力 基底倾斜角 u基底摩擦系数，取0.45 主动土压力分项系数，取1.4不等式左边为： 不等式右边为：由上述计算结果得：成立，因此该挡墙抗滑稳定性满足要求。1.7挡土墙抗倾覆稳定性验算要使

11、挡墙抗倾覆满足要求即满足：合力重心到墙趾的水平距离为：满足要求。1.8挡土墙基底应力及偏心距验算基础底面的压应力作用于基底的合力偏心距e为： 其中： 基础底面的压应力满足要求。基底合力偏心距荷载组合为：挡土墙结构自重、土重、土侧压力、汽车荷载引起的土侧压力相组合。查表可知，坚密的岩石地基的合力偏心距须有，由以上计算可知是满足的。地基承载力须满足 p1.2f式中 p基底平均压应力（KPa）； A基础底面每延米的面积，即基础宽度，B1.0（）； N每延米作用于基底的总竖向设计值（KN）； f地基承载力抗力值（KPa）； 式中 地基承载应力标准值； 承载力修正系数； 基底下持力层上土的天然容重； 基

12、础地面以下各土层的加权平均容重； b基础底面宽度小于3m时取3m，大于6m时取6m； h基础底面的埋置深度(m)。显然, 满足地基承载力的要求。1.9挡土墙墙身截面强度验算取墙底处截面进行验算。(l）强度计算验算公式： 式中:-轴向力偏心影响系数； ，所以截面强度符合要求。稳定性演算验算公式: 弯曲平面内的纵向翘曲系数: ，所以墙身稳定性满足要求。所以通过上述验算，各项符合要求，挡土墙尺寸可采用拟定尺寸。1.10挡土墙的伸缩缝与沉降缝设计 把伸缩缝和沉降缝结合在一起，统成为变形缝，沿墙长每10米设置变形缝，变形缝全高设置，其宽度取0.02米，缝内沿墙内、外、顶三边填塞沥青木板，塞入深度为0.2

13、米。1.11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 路面设计2.1水泥混凝土路面设计路基为黏性土，采用普通混凝土路面，路面宽7米2.1.1交通分析(1)可靠度设计标准及变异系数范围、可靠度系数的选用 公路技术等级二级公路安全等级三级设计基准期（a）20目标可靠度（%）85目标可靠指标1.04变异水平等级中可靠度系数1.10(2)标准轴载作用次数的换算 计算

14、设计使用年限内的标准轴载累计作用次数轴载换算的计算公式为：计算结果如下表: 临界荷载处的车辆轮迹横向系数取0.6，交通年增长率为0.05，设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为 属于重交通等级。车型轴型Pi（kN）轴轮型系数N(次/日)Ns小客车前轴单轴单轮16.566510000后轴单轴单轮23576.510000中客车SH130前轴单轴单轮25.5555111000后轴单轴单轮45.1431.611001.39大客车CA50前轴单轴单轮28.7524.29000后轴单轴双轮68.219001.97小货车BJ130前轴单轴单轮13.4727.39500后轴单轴单轮27.4534.7950

15、0中货车CA50前轴单轴单轮28.7524.27000后轴单轴双轮68.21 7001.53中货车EQ140前轴单轴单轮23.7569.110000后轴单轴双轮69.2110002.77大货车JN150前轴单轴单轮49416.54001.84后轴单轴双轮101.61400515.5特大日野车KB222前轴单轴单轮50.2412.17004.69后轴单轴双轮104.317001373拖挂车五十铃前轴单轴单轮60381.716017.23后轴双轴双轮100（3轴）01600合计（N）1919.922.1.2初拟路面结构查表16-17（本课设所用数据表皆取于路基路面工程），初拟普通混凝土面层厚度为0

16、.22m；基层采用水泥稳定粒料，厚0.2m；垫层为0.15m低剂量无机结合料稳定土。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.5m，长5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝.2.1.3路面材料参数确定 查表16-23和表16-25，取普通混凝土的弯拉强度标准值为5.0MPa,相应弯拉弹性模量标准值为31Gpa。 计算基层顶面当量回弹模量如下： 普通混凝土面层的相对刚度半径2.1.4荷载疲劳应力标准荷载在临界荷位处产生的荷载应力计算为:因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数=0.87考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数 根据公路等级，由表16-24，考虑偏载和动载等因素对路面

17、疲劳损坏影响的综合系数。荷载疲劳应力计算为：2.1.5温度疲劳应力由表16-28，V区最大温度梯度取88/m，板长5m，由,16-14可查得普通混凝土板厚0.22m，温度应力系数。最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：温度疲劳应力系数可按下式计算确定： 式中：a、b和c回归系数，按所在地区的公路自然区划查表16-29确定，自然区划为IV区，式中a=0.871，b=0.071，c=1.287。临界荷位处的温度疲劳应力按下式计算确定： 由表16-20可得二级公路的安全等级为三级，目标可靠度为85，相应的变异水平等级为中，再由表16-22可得可靠度系数=1.10。水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温

18、度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，其表达式采用下式计算： 普通混凝土面层为， 因而，拟定的面层厚度为0.22m的普通混凝土路面，可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。2.2沥青路面设计2.2.1新建柔性路面选择V3区，黏质土，土基干湿状态为潮湿，稠度取0.9，则回弹模量为36MPa. 对于K30+845K30+879路段采用沥青路面，道路等级为二级公路，路面类型为沥青混凝土。(1)交通分析 路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载当以设计弯沉为指标及验算沥青层层底拉应力时各级轴载换算采用，计算结果如下表车型Pi（kN）C1C2Ni(次/日)N小客车前轴16.51

19、6.410002.52后轴2316.4100010.71中客车前轴25.5516.4110018.61后轴45.116.41100220.41大客车前轴28.716.490025.25后轴13.411900170.30小货车前轴27.416.49500.97后轴28.716.495021.78中货车前轴68.216.470019.64后轴23.711700132.45中货车前轴69.216.4100012.20后轴49111000201.59大货车前轴101.616.4400114.97后轴50.211400428.60特大日野车前轴104.316.4700223.53后轴6011700840

20、.69拖挂车前轴1002.26.4160110.98后轴1002.21160352合计（N）2907.2二级公路沥青路面的设计年限为12年，双向四车道的车道系数0.45则设计使用期累计当量轴次为:属于中等交通。(2)确定土基回弹模量值选择V3区，黏质土，土基干湿状态为潮湿，稠度取0.9，则回弹模量为36MPa(3)路面等级以及路面类型的确定路面等级选为二级公路，路面类型为沥青混凝土。(4)拟定路面结构层的厚度 表面层采用4cm厚细粒式密集配沥青混凝土，下面层采用9cm厚粗粒式密集配沥青混凝土。基层和底基层分别采用水泥石灰稳定碎石基层（厚35cm）和石灰稳定土底基层（厚度待计算确定）。土基及路面

21、材料的回弹模量及各强度值列于下表中材料名称抗压回弹模（MPa）劈裂强度（MPa）2015细粒试沥青混泥土140020001.4粗粒试沥青混泥土100014000.8两灰碎石15000.65石灰土5500.225土基27(5)计算设计弯沉值二级公路，取，面层为沥青混凝土，取，该结构为柔性基层与半刚性基层组合，按内插法确定基层类型系数为。 设计弯沉： 计算各层材料的容许层底拉应力: 细粒式密集配沥青混凝土面层： 粗粒式密集配沥青混凝土： 水泥石灰稳定碎石： 石灰稳定土：采用HPDS2006A公路路面设计程序计算结果： 公 路 等 级 : 二级公路 新建路面的层数 : 4 标 准 轴 载 : BZZ

22、-100 路面设计弯沉值 : 27.76 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 200 (mm)材料名称厚度（cm）抗压回弹模（MPa）容许拉应力（MPa）2015细粒式密集配沥青混凝土3140020000.52粗粒式密集配沥青混凝土8120018000.30水泥石灰稳定碎石18 1500 0.36 石灰稳定土？5000.12土基-40 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 27.76 (0.01mm) H( 4 )= 200 mm LS= 22.2 (0.01mm) 由于设计层厚度 H( 4 )=Hmin时 LS=LD, 故弯沉计算已满足要求 . H( 4 )= 2

23、00 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 4 )= 200 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 200 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 200 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 200 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求)路面设计层厚度 : H( 4 )= 200 mm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 200 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 550 mm 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

24、到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 40 mm - 粗粒式沥青混凝土 90 mm - 水泥石灰稳定碎石 350 mm - 石灰土 200 mm - 新建路基交工验收弯沉值和层底拉应力计算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= 22.2 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 24.3 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 29.8 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 149.6 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值 LS= 258.8 (0.01mm)计算新建路

25、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 )=-0.204 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.031 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-0.117 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )=-0.058 (MPa)各结构层容许拉应力均大于底面最大拉应力,故应力满足要求。2.2.2 旧路改造K15600K 22440路段为老路改造，采用补强措施。(1)确定原路面当量回弹模量改建路段原路面当量回弹模量计算 原路面实测弯沉值(0.01mm) 72 81 78 64 66 65 68 75 72 71 66 7

26、3 68 77 74 74 81 82 78 79 原路面有效弯沉数 : 20 原路面平均弯沉值 : 73 (0.01mm) 原路面弯沉值标准差 : 6 (0.01mm) 测定汽车轴载 100 kN 改建公路等级 二级公路 保证率系数 1.5 原沥青面层厚度 3 (cm) 季节影响系数 1.08 湿度影响系数 1 温度修正系数 1 原路面计算弯沉值 : 89 (0.01 mm) 原路面当量回弹模量 : 184.3 (MPa)(2)确定补强层材料及厚度该道路为二级公路，拟采用中粒式沥青混凝土、水泥石灰稳定砂砾两层补强，用采用HPDS2006A公路路面设计程序计算求解补强层厚度。 公 路 等 级

27、: 二级公路 加铺路面的层数 : 2 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 89 (0.01mm) 路面设计层层位 : 2 设计层最小厚度 : 15 (cm)层位材料名称厚度(cm) 抗压模量(MPa) (20) 抗压模量(MPa) (15) 容许应力(MPa)1中粒式沥青混凝土4140020000.82水泥石灰稳定砂砾？120016000.73改建前原路面 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 89 (0.01mm) H( 2 )= 19 cm LS= 95.6 (0.01mm) H( 2 )= 21 cm LS= 85.3 (0.01mm) H( 2 )= 20.3 c

28、m(仅考虑弯沉)取设计层厚度为21cm。 （3） 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 2 )= 20.3 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 2 )= 20.3 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度 :H( 2 )= 20.3 cm(仅考虑弯沉) H( 2 )= 20.3 cm(同时考虑弯沉和拉应力)经验算，取设计层厚度为21cm满足要求。第三章 参考文献1. 中华人民共和国行业标准公路沥青混凝土路面设计规范（ JTG D40-2002）.北京：人民交通出版社，2002年 2. 中华人民共和国行业标准公路工程技术标准（ JTGD402004）。北京：人民交通出版社，2004年 3. 中华人民共和国行业标准公路路基设计规范（JTGD302004）北京：人民交通出版社，2004年 4.路基路面工程（第二版）同济大学出版社，1998年 5. 道路勘测设计北京：人民交通出版社，2007年 6. 土质学与土力学（第三版）北京：人民交通出版社，2002年 7. 中华人民共和国行业标准公路桥涵地基与基础设计规范JTGD63-2007.北京：人民交通出版社，2004年