路基路面课程设计

1、 路基路面课程设计目录1章 重力式挡土墙设计11.1重力式路堤墙设计资料11.2破裂棱体位置确定11. 3荷载当量土柱高度计算21.4土压力计算21.6基地应力和合力偏心矩验算41.7 墙身截面强度计算51.8设计图纸6第2章沥青路面设计72.1基本设计资料72.2轴载分析72.3结构组合与材料选取102.4压模量和劈裂强度102.5 设计指标的确定102.6 路面结构层厚度的计算112.7 防冻层厚度检验122.8沥青路面结构图12第3章 水泥混凝土路面设计133.1 交通量分析133.2 初拟路面结构143.3 确定材料参数143.4 计算荷载疲劳应力153.5 计算温度疲劳应力163.6

2、防冻厚度检验和接缝设计163.7混凝土路面结构结构图17参考文献18附录A HPDS计算沥青混凝土路面结果191章 重力式挡土墙设计1.1重力式路堤墙设计资料1.1.1墙身构造墙高5m，墙背仰斜坡度：1：0.25（14°），墙身分段长度20m，其余初始拟采用尺寸如图1.1示；1.1.2土质情况墙背填土容重=18kN/m3，内摩擦角；填土与墙背间的摩擦角16°；地基为石灰岩地基，容许承载力480kPa，基地摩擦系数；1.1.3墙身材料：5号砂浆，30号片石，砌体容重=22kN/m3， 砌体容许压应力610kPa，容许剪应力110kPa，容许压应力。图1. 1初始拟采用挡土墙尺

3、寸图1.2破裂棱体位置确定1.2.1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：故1.2.2验算破裂面是否交于荷载范围内破裂面至墙踵:荷载内缘至墙踵: 荷载外缘至墙踵: 因为4.75<5.25<10.25,假设满足要求。1. 3荷载当量土柱高度计算墙高5米，按墙高确定附加荷载强度进行计算。按照线性内插法，计算附加荷载强度：，即当量土柱高度为0.903m。1.4土压力计算1.4.1土压力大小计算 根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部土压力计算公式： 1.4.2土压力作用点位置计算1.5稳定性验算1.5.1墙体重量及其作用点位置计

4、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： 1.5.2抗滑稳定性验算，取挡土墙宽B=2m，验算公式：即：所以抗滑稳定性满足。1.5.3抗倾覆稳定性验算验算公式：其中， 所以倾覆稳定性满足。1.6基地应力和合力偏心矩验算为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力验算；同时，为了避免挡土墙不均匀沉陷，控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。1.6.1基础地面压应力和偏心距1）轴心荷载作用时： 所以=267.5÷(2×1)=133.7kPa<=480kPa故基础地面压应力满足要求。合力偏心距2）偏心荷载作用时

5、作用于基底的合力偏心距 则:故偏心距与基础地面压应力均满足要求。1.6.2地基承载力验算1）轴心荷载作用时，=133.7<480=2）当偏心荷载作用时， 故地基承载力抗力值符合要求。1.7 墙身截面强度计算1.7.1强度计算要求： 其中：=0.569,为轴向力偏心影响系数，按每延米长计算； =0.95×1.2×220+1.4×2.49=254.1kN=0.69×2×610÷2.31=364.4KN 所以 <,故强度满足要求。1.7.2稳定计算 要求： 其中： = =0.977×0.569×2×

6、610=293.57KN，故稳定性满足要求。1.7.3正截面直接受剪验算要求： 其中=71.16KN，=2×110÷2.31+0.42×207.58=207.59kN即<，抗剪满足要求。由上述可得K10+000截面的挡土墙符合要求,挡土墙最终截面按照拟定设计。1.8设计图纸1.8.1典型断面、立面布置图、平面布置图典型断面如图1.2所示，立面布置图1.3所示， 平面布置图1.4所示。每间隔10米设置变形缝一道，缝内用沥青麻絮嵌塞；泄水孔尺寸10×10cm，2-3米布置一个，泄水孔应高出地面不小于30厘米；墙背均应设置50厘米砂砾透水层，并做土工布封

7、层。图1. 2典型断面图第2章沥青路面设计2.1基本设计资料某地公路自然区划IV区拟建一级公路，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1.10，回弹模量取36MPa，路基干湿状态为中湿状态, 有关资料如下： （1）公路技术等级为一级，为双向四车道,车道系数。 （2）交通组成如表1.1（示例）所示，交通量年增长率：前五（十）年：= 8%；中间五（十）年：= 7%；后五（十）年：= 6%。设15年内的平均交通量年增长率为，则，求得。表2. 1交通组成及交通量表车型双向交通量东风EQ140625解放CA10B800黄河JN150400长征XD250300依土姿TD5014

8、85菲亚特650E245太脱拉138472.2轴载分析我国沥青路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载，表示为BZZ-100。标准轴载的计算参数按表2.2确定。表2. 2标准轴载计算参数标准轴载名称BZZ-100标准轴载名称BZZ-100标准轴载P（KN）100单轮当量圆直径d（mm）21.30轮胎接地压强P（Mpa）0.70两轮中心距（cm）15d2.2.2以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力验算当以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力验算时，凡前、后轴轴载大于25kN的各级轴载的作用次数均换算成标准轴载的当量作用次数，计算过程见表2.3。式中： 以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标

9、时的标准轴载的当量次数； 被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）； 标准轴载（）； 各种被换算车型的轴载（）； C1 轴数系数； C2 轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轴组为0.38。当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：，式中：m轴数。表2. 3轴载换算结果车型（）（次/日）东风EQ140前轴23.7016.4625后轴69.2011625126.00解放CA10B前轴19.4016.4800后轴60.851180092.18黄河JN150前轴49.0016.4400114.97后轴101.6011400428.60

10、长征XD250前轴37.8016.430028.79后轴2*72.60113001519.41依士姿TD50前轴42.2016.41485222.85后轴90.001114851878.07菲压特650E前轴33.0016.424512.61后轴72.001124558.69太脱拉138前轴51.4016.44716.63后轴2*80.002.214798.81N4357.67则其设计年限内一个车道上的累计量轴次： 式中， 设计年限内一个车道的累计当量次数； t 设计年限，由材料知，t=15年； 设计端竣工后一年双向日平均当量轴次； 设计年限内的交通量平均增长率，由材料知，=0.07 车道系数

11、，由材料知=0.5。则： 次。2.2.3以半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次时，凡轴载大于50KN的各级轴载的作用次数均按下式换算成标准轴载的当量作用次数，计算过程见表2.4。式中： 以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数； 被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）； 标准轴载（）； 各种被换算车型的轴载（）； 轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。 轴数系数；表2. 4轴载换算结果车型（）（次/日）东风EQ140前轴23.70118.5625后轴69.201162532.86解放CA10B前轴19.40118.5

12、800后轴60.851180015.04黄河JN150前轴49.00118.5400后轴101.6011400454.16长征XD250前轴37.80118.5300后轴2*72.60113005927.26依士姿TD50前轴42.20118.5148527.63后轴90.00111485639.24菲压特650E前轴33.00118.5245后轴72.001124517.69太脱拉138前轴51.40118.5474.24后轴2*80.00314713142.17N13198.63 年限内一个车道上的累计量轴次为： 次。2.3结构组合与材料选取 根据公路沥青路面设计规范，考虑公路沿途有砂石、

13、碎石、石灰、粉煤灰供应，路面结构层如下：面层采用三层式沥青混凝土（200），基层采用水泥稳定碎石（厚度待定），底层采用二灰土（300），其中表层采用细粒式密级配沥青混凝（50mm），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（70），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（80）。2.4压模量和劈裂强度土基回弹模量的确定可根据查表法查得。各结构层材料的抗压模量及劈裂强度已 参照规范给出的推荐值确定，见表2.5。表2. 5结构组合参数、材料名次厚度(cm)抗压回弹模量强度劈裂（Mpa）15°C模量20°C模量细粒式沥青混凝土5268019911.2中粒式沥青混凝土7217514251.0粗粒

14、式沥青混凝土813209780.8水泥稳定碎石待定318831880.6二灰土357507500.25土基30302.5 设计指标的确定2.5.1设计弯沉值 公路为一级，则公路等级系数取1.0；面层是沥青混凝土，则面层类型的系数取1.0；路面结构为半刚性基层沥青路面，则路面结构类型系数取1.0。式中： 设计弯沉值 设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数 公路等级系数，一级公路为1.0 面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0 基层类型系数，半刚性基层为1.0所以，2.5.2各层材料按容许层底拉应力按下列公式计算：式中 ： 路面结构材料的极限抗拉强度（Mpa）； 路面结构材料的容许拉应力，即该材料能

15、承受设计年限次加载的疲劳弯拉应力（Mpa）； 抗拉强度结构系数；对沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数：；对无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数：；对无机结合料稳定细土类的抗拉强度结构系数：表2. 6结构层容许弯拉应力材料名称（Mpa）（Mpa）细粒沥青混凝土1.45.210.27中粒沥青混凝土1.05.210.19粗粒沥青混凝土0.85.210.15水泥稳定碎石0.52.510.20二灰土0.253.230.082.6 路面结构层厚度的计算以水泥稳定碎石为设计层，用HPDS计算得其厚度为16.5cm，取17cm。其具体计算结果如下： 假设水泥稳定碎石H（4）=15cm，此时实际弯沉值LS=21

16、.6（0.01mm）>20.6（0.01 mm）,不满足弯沉值要求；H( 4 )= 20 cm时， 实际弯沉值LS= 19 (0.01mm) ）<20.6（0.01 mm），满足弯沉值要求；此外，H( 4 )= 20 cm时，各层均满足层底弯拉应力要求。 综上，取水泥稳定碎石厚度为17cm。具体计算结果见附录A。2.7 防冻层厚度检验根据规范知：在季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段，路面设计应进行防冻厚度的检验，如小于规范定的最小防冻厚度时，应增设或加垫层使路面总厚度达到要求。路面结构层总厚度h=5+7+8+17+30=67cm>60cm(最大冰冻深度60cm)，满足防冻层厚度检

17、验。2.8沥青路面结构图沥青路面结构图见图2.1。图2. 1沥青路面结构图第3章 水泥混凝土路面设计此进行最常见的普通水泥混凝土路面设计。3.1 交通量分析3.1.1标准轴载与轴载换算我国公路水泥混凝土路面设计规范以汽车轴重为100kN的单轴荷载作为设计标准轴载，表示为BZZ100。凡前、后轴载大于40KN（单轴）的轴数均应换算成标准轴数，换算公式为：式中： 100KN的单轴双轮组标准轴数的通行次数； 各类轴轮型；级轴载的总重（KN）； 轴型和轴载级位数； 各类轴轮型级轴载的通行次数； 轴轮型系数。 表3. 1轴载换算结果车型（KN）（次/日）东风EQ140前轴23.70569.13625后轴

18、69.201.06251.73解放CA10B前轴19.40620.29800后轴60.851.08000.28黄河JN150前轴49.00416.464001.84后轴101.601.0400515.66长征XD250前轴37.80465.62300后轴2*72.600.003001.13依士姿TD50前轴42.20444.0914850.67后轴90.001.001485275.17菲压特650E前轴33.00493.62245后轴72.001.02451.28太脱拉138前轴51.40407.98470.46后轴2*80.000.00470.84N799.08则设计年限内设计车道的标准轴载

19、累计作用次数:式中： 标准轴载累计当量作用次数； t 设计基准年限，取t=30年； 交通量年平均增长率，由材料知， =0.07； 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，如下表3.2，此处取=0.20。表3. 2混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分布系数公路等级纵缝边缘处高速公路、一级公路、收费站0.170.22二级及二级以下公路行车道宽>7m0.340.390.540.62行车道宽7m所以，次。其中，计算过程如下：，求得。3.2 初拟路面结构因为交通量100×104551.01×1042000×104次，故交通属于重交通。由以上可知相应于安全等级为二级的变异水平等级

20、为低级，根据一级公路、重交通等级和低级变异水平等级，查规范知：初拟普通混凝土面层厚为h=220mm；考虑到区为东南湿热区，雨量较多，故基层选用沥青稳定碎石排水基层，厚为；垫层为200mm的水泥稳定粒料。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m；长为5m。3.3 确定材料参数取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为，相应弯拉弹性模量标准值为；路基回弹模量为36Mpa；沥青稳定碎石基层回弹模量去；水泥稳定粒料垫层回弹模量取。基层顶面当量的回弹模量值计算如下：= =0.275m =4.16 普通混凝土面层的相对刚度半径为：3.4 计算荷载疲劳应力根据一级公路、重交通，由路基路面工程查得初拟普通混凝土面层厚度为

21、0.25m。由下列公式求得： ， ，式中 ： 混凝土板的相对刚度半径（m）；H 混凝土板的厚度（m）； 水泥混凝土的弯沉弹性模量（Mpa）； 标准轴载Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（Mpa）； 考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设杆拉的平缝， =0.87 0.92，纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界=1.0，纵缝为设杆拉的企口缝，=0.76 0.84； 考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数，按公路等级查下表3.3，此处取=1.25； 标准轴载在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力（MPa）。 表3. 3综合系数公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路1.301.251.201.

22、10则：= ，荷载疲劳应力为：。3.5 计算温度疲劳应力由路基路面工程知，区最大温度梯度取88/m。板长5m，已知混凝土板厚0.25m，。则最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力： 式中： 混凝土的温度线膨胀系数，取； 最大温度梯度，Tg=88°c/m； 综合温度翘区应力和内应力的温度应力系数； 最大温度梯度时土板的温度翘取应力（Mpa）。 =温度疲劳系数 ，式中a，b和c为回归系数，按所在地区公路自然区划查下表 3.4。表3. 4回归系数a，b和c系数公路自然区a0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052

23、c1.3231.3551.3231.2871.3821.270取a=0.841，b=0.058，c=1.323，则：=温度疲劳应力： 因为一级公路的安全等级为二级，相应于二级的安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为90。再根据查得的目标可靠度和变异水平等级，确定可靠度系数。，故满足要求。3.6防冻厚度检验和接缝设计3.6.1防冻厚度检验由公路水泥混凝土路面设计规范知，路面防冻厚度为0.5m，而设计路面总厚度为0.52m，由于0.5<0.52，故满足设计要求。3.6.2接缝设计为避免由温度产生的应力破坏，所以，在混凝土板中设置横缝与纵缝，这段路为重交通，缝中设拉杆，拉杆长0.5m，直径

24、22mm，每隔40cm设置一个。取a=0.841，b=0.058，c=1.323。1) 横向胀缝缝隙宽20mm，缝隙上部5cm深度内浇填缝料拉杆的半段固定在混凝土内，另一半涂以沥青，套上长约10cm的塑料套筒，筒底与杆端之间留有3cm空隙，用木屑与弹性材料填充。2) 横向缩缝缩缝采用假缝，缝隙宽5mm，深度为5cm.3) 施工缝施工缝采用平头缝或企口缝的构造形式，缝上深3cm，宽为5mm的沟槽，内浇填缝料。4) 横缝的布置缩缝间距一般为5m，混凝土路面设置胀缝。5) 纵缝的设置在平行于混凝土路面行车方向设置纵缝，缝间距3.75cm，设置为假缝带拉杆形式，缝的上部留有5cm的缝隙，内浇注填缝料，缝与横缝一般做成垂直正交，使混凝土具有90°的角隅。3.7混凝土路面结构结构图混凝土路面结构图见图3.1。图3. 1混凝土路面结构图参考文献1邓学钧 ：路基路面工程(第二版).人民交通出版社，20052中华人民共和国行业标准：公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006).北京：人民交通出版社20063中华人民共和国行业标准：公路水泥