路基路面课程设计

1学 号武 汉 科 技 大 学 城 市 学 院课 程 设 计 报 告课程名称 路基与路面工程 题 目A 重力式挡土墙设计 B 沥青路面设计 C 水泥混凝土路面设计 院 系 土木工程系 专 业 交通土建 班 级 07 级 1 班 姓 名 褚骏鹏 指导教师 陆永青 2010 年 6 月 13 日2路基与路面工程课程设计任务书题目: A 重力式挡土墙设计B 沥青路面设计C 水泥混凝土路面设计1. 课程设计教学条件要求 设计室：制图教室2. 课程设计任务（1）了解设计任务,拟定工作计划，查阅资料。（2）按公路路基设计规范 （JTG D302004） “5.4 挡土墙”一节，采用极限状态设计法进行重力式挡土墙设计；（3）按公路沥青路面设计规范 JIG D50-2006的内容及要求进行沥青路面结构设计；（4）按公路水泥混凝土路面设计规范 JTG D40-2002的内容及要求进行水泥混凝土路面结构设计；（5）根据指导教师的要求，采用指定的初始条件进行设计：重力式挡土墙、水泥混凝土路面的设计计算按所选方案手算；沥青路面的设计，在完成路面结构组合设计后，利用设计软件进行结构层厚度计算及各层底拉应力验算。在设计说明书（设计报告书）中应画计算图，采用 A4 纸打印设计报告书。 （6）出图：重力式挡土墙、沥青路面设计不出图（留待毕业设计时训练出图） ；水泥混凝土路面设计，绘制面板接缝构造及钢筋布置图，A3 图纸 1 页。3. 课程设计报告书主要内容A 重力式挡土墙设计（一）初始条件：（1）浆砌片石重力式仰斜路堤墙，墙顶填土边坡 1:1.5，墙身纵向分段长度为 10m；路基宽度 26m，路肩宽度 3.0m；（2）基底倾斜角 ：tan 0.190，取汽车荷载边缘距路肩边缘 =0.5m；00 d3（3）设计车辆荷载标准值按公路I 级汽车荷载采用，即相当于汽车超 20 级、挂车120（验算荷载） ；（4）墙后填料砂性土容重 =18 ,填料与墙背的外摩擦角 =0.5 ；粘性土地3/mkN基与浆砌片石基底的摩擦系数 =0.30，地基容许承载力 =250 ；0akP（5）墙身采用 2.5 号砂浆砌 25 号片石，圬工容重 =22 ，容许压应力k3/mN，容许剪应力 ，容许拉应力 ；aakP 60ajkP 10 aLk 6（6） 以下设计参数区别为每人一题，根据指导教师的安排指定采用（对所采用的参数值打“”标记）： 墙后砂性土填料的内摩擦角 ： 34墙面与墙背平行，墙背仰斜坡度（1: ）： 1:0.25n墙高 H： 7m墙顶填土高 ： 3.0ma（二）要求完成的主要任务： 按公路路基设计规范 （JTG D302004） “5.4 挡土墙”一节，采用极限状态设计法进行设计：（1）车辆荷载换算；（2）计算墙后主动土压力 及其作用点位置；aE（3）设计挡土墙截面，墙顶宽度和基础埋置深度应符合规范要求。进行抗滑动稳定性验算及抗倾覆稳定性验算；（4）基础稳定性验算与地基承载力验算；（5）挡土墙正截面强度及抗剪强度验算。B 沥青路面设计（一）初始条件：广西南宁地区（IV 区）某新建双向 4 车道一级公路，拟采用沥青混凝土路面，路基7土为高液限粘土，地下水位为1m，路基填土高度 1.2m，预计通车初年的交通量如下：车型 黄河JN150解放CA10B长征CZ160上海SH130小汽车4交通量(辆/d) 720 1100 280 120 100交通量年平均增长率 7，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。（二）要求完成的主要任务：（1）确定路面等级和面层类型；（2）确定土基的回弹模量；（3）路面结构组合设计；（4）根据设计弯沉值计算路面厚度（采用沥青路面设计专用程序，输入设计弯沉值及设计参数汇总表的设计参数后，对需进行厚度计算的结构层进行厚度计算，并进行各层底拉应力验算） 。C 水泥混凝土路面设计广州郊区（IV 区）某新建双向 2 车道二级公路，拟采用水泥混凝土路面，行车道宽7度为 9m。路基土为中液限粘土，地下水位为0.7m，路基填土高度 0.6m，预计通车初年的交通量如下：车型 解放 CA10B 上海 SH142 长征 CZ160 930 黄河 JN150交通量(辆/日) 400 750 650 600 700交通量年平均增长率 8.5，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。（二）要求完成的主要任务：（1）可靠度设计标准及变异系数范围、可靠度系数的选用；（2）标准轴载作用次数的换算。（3）确定交通分级及混凝土弯拉强度标准值。（4）结构组合设计。（5）接缝设计。（6）混凝土板应力分析及厚度计算。（7）面板接缝构造及钢筋布置图。4. 课程设计要求（1） 学生按时到课程设计指定地点签到，遵守课程设计纪律。（2） 学生独立完成课程设计任务。指导教师分时段验收学生完成的阶段任务。5（3） 学生按时提交课程设计成果和打印的课程设计报告书。5课程设计参考资料（1）中华人民共和国行业标准. 公路路基设计规范（JTG D302004）.北京：人民交通出版社，2004（2）中华人民共和国行业标准. 公路沥青路面设计规范（JTG D502006）.北京：人民交通出版社，2006（3）中华人民共和国行业标准. 公路水泥混凝土路面设计规范 （JTG D402002）.北京：人民交通出版社，2002（4）中华人民共和国行业标准. 公路工程技术标准(JTG B01-2003). 北京：人民交通出版社，2003（5）邓学钧.路基路面工程. 北京：人民交通出版社，2000撰写者：陆永青 指导教师：陆永青6课程设计评分表评分标准：1. 学生是否严格遵守课程设计纪律，按照规定时间完成设计任务(占 30%)2. 课程设计报告书质量：(占 40%)(1)是否采用了良好的设计方法，独立完成课程设计。(2)课程设计各分段的任务是否按时完成及完成的质量。(3)是否完成课程设计任务书指定的全部要求。 3. 课程设计报告书的撰写规范 (占 30%)课程设计报告书的撰写规范要求与毕业设计（论文）的要求相同。教师评分：1. 学生出勤得分： _2. 内容质量得分： _3. 撰写规范得分： _最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）：_教师评语：签字：日期： 年 月 日7A 重力式挡土墙设计1 设计参数挡土墙墙高 H=7m，取基础埋置深度 D=1.5m，挡土墙纵向分段长度取L=10m；路基宽度 26m，路肩宽度 3.0m；墙面与墙背平行，墙背仰斜，仰斜坡度1:0.25， =14.03，墙底（基底）倾斜度tan =0.190，倾斜角 =10.76；00墙顶填土高度 =3.0m，填土边坡坡度 1:1.5， =arctan（1.5） =33.69，a1汽车荷载边缘距路肩边缘 =0.5md墙后填土砂性土内摩擦角 = ，填土与墙背外摩擦角 = /2= ，3417填土容重 =18kN/m ；粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数 =0.30；3墙身采用 2.5 号砂浆砌 25 号片石，墙身砌体容重 =22kN/m ,砌体容k3许压应力 =600kPa,砌体容许剪应力 =100kPa,砌体容许拉应力 awl=60kPa；地基容许承载力 =250kPa。02 车辆荷载换算0.78m3 主动土压力计算1840qh83.1 计算破裂角 4.0 )78.023()7 )03.14tan(.5.04(8.25.3)tan)(00 hHadbhaA9.610.43 86.0 )4.07.3)(tan.t(co97tan)(antt A 4墙底到路肩的水平距离为 3.75m，路肩宽 3m，墙底至破裂面与路基交点距离为 ，3+3.75=6.75 8.17 破裂面交于荷载内m7.186.0)527(进行计算直线形仰斜墙背，且墙背倾角 较小，不会出现第二破裂面。3.2 计算主动土压力 及其作用点位置aE3.2.1 计算主动土压力 a0.82m25.086.tna2dh3.1m34tt3b16.0 )03.14tan(7.40t)9.374sin(coa)s( ）（ aKm.2.32hHh929.14918.3702)1.3(721HhaKmkN02.912.16018KEaa mkN72.4)03.17sin(02.91)sin( 9cocoayxE3.2.2 计算主动土压力的合力作用点位置 m5.229.143)78.3(78.0)1.(37)(213KHhaZx61. 190.)3.4tan(7.tan0 bBm255261.txyZ墙底（基底）倾斜，需把求得的 、 修正为 、 ,即： xZy1xZy1xZ ， tan （见“附录” 的图）x01tanb1yb1x10m24.)03.1tan(8.271tan895110 xyxZb3.3 被动土压力墙前的被动土压力忽略不计。偏于安全。4 挡土墙计算只对荷载组合 II 进行计算。4.1 拟定挡土墙顶宽经试算，取挡土墙顶宽为 =1.6m1b4.2 抗滑动稳定性验算墙身体积计算：113011 m71.0)9.617(.)tan( bHV320212 24.05t5. 321 9.14.7.V墙身自重计算: ， ，1GkN62.3571.0k 2GkN28.54.0kV9.40821抗滑稳定性验算：08.13 9.04.19.0)72.419.20.(30)19.072.4(19.2tan()tan(. xQyQxyQ EGEG墙身自重力臂计算： 65.12.019.675.0)tan(5. 1011 bbHZG 09.16)047.5(3.0)tan2/1(3/ 102 bG.19.24.865.)(21 ZZGG kN.7.94021yEN抗滑稳定系数:1.37.190.62459.03.2tan0 NEKxC满足要求124.3 抗倾覆稳定性验算 05.4 )5.290.724(.1639.28)(8.011 xyQGZEZ抗倾覆稳定系数: 5.104.218.29024.7.6.311210xyGZEK满足要求4.4 基底合力偏心距验算至墙趾 A 的距离Nm84.062.4518.2904.70918.65.12312 NZEZGZxyN基底合力偏心距 ；035.8.21.0 NZBe4.5 地基承载力验算 kPa2506.4172)6.0351(6.245)1(0 kPaBeN.)( 002 满足要求4.6 墙身强度验算13墙面与墙背平行，截面最大应力位于接近基底处。由基底应力计算结果知墙身正应力满足墙体材料强度要求。墙身剪应力及弯拉应力很小，计算从略。B 沥青路面设计1 确定路面等级和面层类型1.1 设计年限内一个车道的累计当量轴次计算1）轴载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（小于 25 的轴载不计） ，kiipnCN135.42计算结果列表所示 轴载换算结果汇总表（以弯沉为标准时） 车型 KNPi 1C21/日次in)/(/135.42日次 PnCi前轴 49 1 6.4 720 206.9黄河JN150 后轴 101.6 1 1 720 771.5解放CA10B后轴 60.85 1 1 1100 126.714前轴 45.2 1 6.4 280 56.6长征CZ160 后轴 83.7 2.2 1 280 284.1前轴 16.5 120 上海SH130 后轴 23 120 小汽车 100 ki iPnCN135.412/合 计 ：1445.8一级公路沥青路面的设计年限为 15 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：次59674.081407.3651365115 NNte当验算半刚性基层层底拉应力时：各级轴载（轴载小于 50KN 的不计）车型 KNPi 1C21/日次in)/(/182日次 PnCi黄河JN150后轴 106.6 1 1 720 1200.5解放CA10B后轴 60.85 1 1 1100 20.715长征CZ160后轴 83.7 3 1 280 202.3ki iPnCN1812 /合 计 ：1423.5则用半刚性基层层底拉应力验算的累计当量轴次为：次587413611NNte1.2 确定路面等级和面层类型根据“沥规”并结合上面的计算，确定路面等级为高级路面；面层类型为沥青混凝土。2 确定土基的回弹模量1)确定路基的干湿类型：该路处于 区，路槽底距地下水位高度平均为7IV，查表可知此高度高于 ,属于干燥路基。m210.1H2)确定路基的平均稠度 ：查表可知路基平均稠度介于 和)03.1(c之间，取 。)20.1(c1.3)查表可得土基的回弹模量 。MPa40E3 路面结构组合设计3.1 拟定路面结构组合方案经计算，路基设计使用年限内一个车道上累计标准轴载次为次左右，查表可得路面为高级路面，面层宜选择沥青混凝土，又由4107.59616于该路为一级公路，因此采用双层式结构。3.2 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 6cm 厚粗粒式密集配沥青混凝土。由于沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应，基层和底基层分别采用刚度较高、水稳定性好的石灰粉煤灰稳定碎石基层（厚 20cm）和石灰稳定土底基层（厚度待计算确定） 。3.3 各层材料设计参数土基及路面材料的回弹模量及各强度值列于下表中抗压回弹模（MPa）材料名称 20 C15劈裂强度（MPa）细粒试沥青混泥土 1400 2000 1.4中粒试沥青混泥土 1200 1800 1粗粒试沥青混泥土 1000 1400 0.8两灰碎石 1500 0.65石灰土 550 0.225土基 27 174 根据设计弯沉值计算路面厚度4.1 计算设计弯沉值一级公路，取 ，面层为沥青混凝土，取 ，半刚性基层、底0.1cA0.1sA基层总厚度大于 20cm,取 。b设计弯沉：48.260.1.596740602.02. bsced ANL计算各层材料的容许层底拉应力 spRK/细粒式密集配沥青混凝土： 79.201/596740.1/09. 2.2.0 ceas ANKMPa2/spRK中粒式密集配沥青混凝土： 79.201/596740.1/09. 2.2.0 ceas ANKPa32/spRK粗粒式密集配沥青混凝土： MPa08.31/596741.0/09. 2.02.0 ceas ANKPa.8.3/spRK18两灰碎石： MPa91.0/596743.0/35.01.1.0 cesANK3/spRK石灰土： Pa5.21/59674.0/45.0.01.0 cesANKM.2/./spRK设计参数汇总表 材料名称厚度（cm）20抗压模量（MPa）15抗压模量（MPa）容许拉应力(MPa)细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 0.5中粒式沥青混凝土 5 1200 1800 0.36粗粒式沥青混凝土 6 1000 1400 0.26两灰碎石 22 1500 0.34石灰土 ？ 550 0.09土基 - 34 -19采用 HPDS2003A 公路路面设计程序计算结果：公 路 等 级 : 一级公路新建路面的层数 : 5标 准 轴 载 : BZZ-100路面设计弯沉值 : 26.5(0.01mm)路面设计层层位 : 5设计层最小厚度 : 15 (cm) 设计参数汇总表 材料名称厚度（cm）20抗压模量（MPa）15抗压模量（MPa）容许拉应力(MPa)细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 0.5中粒式沥青混凝土 5 1200 1800 0.36粗粒式沥青混凝土 6 1000 1400 0.26两灰碎石 22 1500 0.34石灰土 23 550 0.09土基 - 34 -按设计弯沉值计算设计层厚度 :LD= 26.5 (0.01mm)20H( 5 )= 20 cm LS= 27.8 (0.01mm)H( 5 )= 25 cm LS= 25.5 (0.01mm)H( 5 )= 22.8 cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度 :H( 5 )= 22.8 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)H( 5 )= 22.8 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)H( 5 )= 22.8 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)H( 5 )= 22.8 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)H( 5 )= 22.8 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度 :H( 5 )= 22.8 cm(仅考虑弯沉)H( 5 )= 22.8 cm(同时考虑弯沉和拉应力)通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下:-细粒式沥青混凝土 4 cm-粗粒式沥青混凝土 6 cm-石灰粉煤灰碎石 22cm-石灰土 23cm-21土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算材料名称厚度（cm）20抗压模量（MPa）15抗压模量（MPa）容许拉应力(MPa)细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 0.5中粒式沥青混凝土 5 1200 1800 0.36粗粒式沥青混凝土 6 1000 1400 0.26两灰碎石 22 1500 0.34石灰土 23 550 0.09土基 - 34 -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= 26.4 (0.01mm)第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 29.4 (0.01mm)第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 33.6 (0.01mm)第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 39.2 (0.01mm)22第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 115.2 (0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 292.5 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第 88 页公式)LS= 232.9 (0.01mm)(根据“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 )=-0.227 (MPa)第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.083 (MPa)第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-0.033 (MPa)第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )=0 .134 (MPa)第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )=0 .08 (MPa)3.5 验算沥青混凝土各面层及半刚性基层、底基层的层底拉应力由以上计算结果可得，各结构层容许拉应力 均大于底面最大拉应力，故R满足应力满足要求。C 水泥混凝土路面设计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 一级公路安全等级 二级设计基准期（a） 3023目标可靠度（%） 90目标可靠指标 1.28变异水平等级 低-中可靠度系数 1.162 标准轴载作用次数的换算计算设计使用年限内的标准轴载累计作用次数 eN轴载换算的计算公式为： 1610nisipN轴载换算结果表车辆 （KNiP）轴型 轴-轮型系数 i（次/in日）前轴 19.40 单轴单轮 30.42.1ip400解放 CA10B后轴 60.85单轴双轮 1 400前轴 25.55 单轴单轮 30.42.ip750上海 SH142后轴 55.10 单轴双轮 1 750长征 CZ160 前轴 45.20 单轴单轮 30.42.ip65024后轴 83.70 双轴双轮 12.057.1iP650前轴 22.9 单轴单轮 30.4.ip600中轴 60.6 单轴双轮 1 600930后轴 60.6 单轴双轮 1 600前轴 49.00 单轴单轮 30.42.ip700黄河 JN150后轴 101.60 单轴双轮 1 700按规范查表得：交通等级为重，水泥混凝土路面的设计基准期为 30 年，安全等级为二级，临界荷载处的车轮轮迹横向分布系数 =0.22。设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为 次904681 2.085.3611973651 tseN属于重交通等级普通混凝土设计弯拉强度 （ ）rfMPa5.0钢纤维混凝土设计弯拉强度（ ）rfa6.03 确定土基的回弹模量251)确定路基的干湿类型：该路处于 区，路槽底距地下水位高度平均为7IV，查表可知此高度在 范围内,属于中湿路基。m3.16.07.2H2)确定路基的平均稠度 ：查表可知路基平均稠度介于 和)03.1(c之间，取 。)94.0(2c13)查表可得土基的回弹模量 。MPa5.340E4 结构组合设计4.1 选择面层类型及厚度查表得相应于安全等级二级的变异水平为中级。查表得初拟普通混凝土面层厚度为 0.24m；排水基层选用多孔隙水泥碎石，厚 0.12m。底基层采用水泥稳定粒料，厚 0.2m；垫层为 0.15m 石灰粉煤灰土，普通混凝土板的平面尺寸为宽，长 。纵缝为设拉杆平缝，