天津城建大学路基路面课程设计

1、学 号 路基路面课程设计 设计说明书公路挡土墙与高级路面设计起止日期： 年 月 日 至 年 月 日学生姓名班级成绩指导教师土木工程学院年 月 日天津城建大学课程设计任务书20 20 学年第 学期 学院 专业 课程名称： 路基路面工程 设计题目： 公路挡土墙与高级路面设计 完成期限：自 年 月 日至 年 月 日设计依据、要求及主要内容（可另加附页）：依据设计任务书与公路工程设计相关规范，进行公路路基挡土墙设计、新建沥青路面设计、改建沥青路面设计和新建水泥混凝土路面设计。学生应在课程设计教室独立完成设计，保证出勤，学会查阅和使用规范、文献，掌握挡土墙、路面设计的基本方法以及设计说明书和工程图纸的基

2、本格式。设计结束后，提交设计说明书一份，挡土墙设计图、路面设计图各一张（A3号图），并在规定时间参加答辩。设计资料见附页。指导教师： 教研室主任： 批准日期： 年月日 道路工程课程设计任务书（附页）一、挡土墙设计： 设计资料： 1.浆砌片石重力式路堤墙，墙身高46米，墙上填土高23米，填土边坡1:1.5，墙背仰斜或俯斜，墙身分段长度15米。2.公路等级二级，车辆荷载等级为公路II级，挡土墙荷载效应组合采用荷载组合I、II。3.墙背填土容重17kNm3，计算内摩擦角35°,填土与墙背间的内摩擦角/2。 4.地基为砂类土，容许承载力f350kPa，基底摩擦系数0.40。 5.墙身材料2.

3、5号砂浆砌25号片石，砌体容重23kNm3，砌体容许压应力a=600kPa，容许剪应力50kPa，容许弯拉应力wl80 kPa。根据设计资料进行挡土墙设计。二、路面设计：某国道天津段按一级公路标准修建，并将于2014年底通车，设计道路横断面为双向四车道。根据可行性研究报告提供的2012年的交通组成情况如下表：车型黄河JN-l50解放CA10B东风EQ140日野KB222太脱拉l38S交通SH361辆/日866754712498362845 经论证分析，该公路自2012年至通车后2018年交通量增长率10.28，其后将以6.0增长。 旧路改建路段现有路面结构为2.5cm沥青表面处治，25cm石灰

4、土，在不利季节由BZZ60实测弯沉值(1100mm)如下：61.8 68.3 69.1 65.7 58.8 66.6 77.8 44.3 31.338.9 45.3 29.1 27.5 30.7 31.9 54.3 79.6 77.268.9 92.3 83.4 91.6 89.7 83.6 路基土回弹模量为E035 MPa。 根据以上资料完成： 1. 新建与改建沥青路面结构设计计算；结构方案及结构设计图。2. 新建水泥混凝土路面结构设计计算；结构设计及结构构造图绘制。三、设计成果：设计结束后，提交设计说明书一份，挡土墙设计图、路面设计图各一张（3号图）第一部分 重力式挡土墙设计一、设计资料：

5、 1.浆砌片石重力式路堤墙，墙身高46米，墙上填土高23米，填土边坡1:1.5，墙背仰斜或俯斜，墙身分段长度15米。2.公路等级二级，车辆荷载等级为公路II级，挡土墙荷载效应组合采用荷载组合I、II。3.墙背填土容重17kNm3，计算内摩擦角35°,填土与墙背间的内摩擦角/2。 4.地基为砂类土，容许承载力f350kPa，基底摩擦系数0.40。 5.墙身材料2.5号砂浆砌25号片石，砌体容重23kNm3，砌体容许压应力a=600kPa，容许剪应力50kPa，容许弯拉应力wl80 kPa。二、确定计算参数设计挡墙高度H=5m，墙上填土高度a=2m，填土边坡坡度为1:1.5,墙背仰斜,坡

6、度1:0.25。墙背填土计算内摩擦角，填土与墙背间的摩擦角;墙背与竖直平面的夹角。墙背填土容重17kNm3。查看资料知公路工程技术标准（2003）中公路-级设计荷载为公路工程技术标准（97）中的汽车-20级荷载且验算荷载为：挂车-100。三、车辆荷载换算1试算不计车辆荷载作用时破裂棱体宽度B；(1)假定破裂面交于荷载内不计车辆荷载作用；计算棱体参数A0、B0：；则：不计车辆荷载作用时破裂棱体宽度值B：由于路肩宽度d=0.5m<B=1.35m，所以可以确定破裂面交与荷载内侧。坡顶破裂面至墙踵：荷载内边缘距墙踵：m荷载外缘距墙踵：m由上有：4.75<5.60<11.75; 易知破

7、裂面交于荷载内。2布载，换算土层厚度查阅公路工程技术标准(JTG+B01-2003)可知：公路-II级基本相当于汽车-20级车辆荷载。车辆荷载布置图可知道：汽车-20级时：.则挡土墙的计算长挡土墙的计算长度取值15.00m。车辆荷载布置图(公路-II级)：车辆荷载布置图由于在不加荷载时破裂棱体宽度1.35m，路肩宽，所以取车辆荷载：Q=.换算土层厚度：四、考虑车辆荷载时作用时的土压力计算1计入求算破裂棱体的宽度(1)计算棱体参数A0、B0：则考虑车辆荷载后的破裂棱体宽度值为：易知破裂面位于荷载中。(2)计算主动土压力及其作用位置主动土压力系数：主动土压力： 作用位置：五、设计挡土墙截面（取一延

8、米计算）1、初拟墙顶面宽度b=1.5m；通过计算检验强顶宽b是否满足使用要求各部分墙重对墙趾M的力臂：2、抗滑动稳定性验算 （其中：）3、抗倾覆稳定性验算抗倾覆稳定系数：（ ； ）4、地基承载力验算 ； 则 即符合地基承载力5、墙身截面强度验算（1） 抗压强度验算查表得，片石=2.31,满足要求。（2） 正截面抗剪强度验算由验算结果知挡土墙的设计尺寸偏于安全第二部分 高级路面设计设计资料某国道天津段按一级公路标准修建，并将于2014年底通车，设计道路横断面为双向四车道。根据可行性研究报告提供的2012年的交通组成情况如下表：车型黄河JN-l50解放CA10B东风EQ140日野KB222太脱拉l

9、38S交通SH361辆/日866754712498362845 经论证分析，该公路自2012年至通车后2018年交通量增长率10.28，其后将以6.0增长。 旧路改建路段现有路面结构为2.5cm沥青表面处治，25cm石灰土，在不利季节由BZZ60实测弯沉值(1100mm)如下：61.8 68.3 69.1 65.7 58.8 66.6 77.8 44.3 31.338.9 45.3 29.1 27.5 30.7 31.9 54.3 79.6 77.268.9 92.3 83.4 91.6 89.7 83.6 路基土回弹模量为E035 MPa。 根据以上资料完成： 1. 新建与改建沥青路面结构设

10、计计算；结构方案及结构设计图。2. 新建水泥混凝土路面结构设计计算；结构设计及结构构造图绘制新建沥青路面结构设计（1）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JN150 49 101.6 1 双轮组 1053 2 解放CA10B 19.4 60.85 1 双轮组 917 3 东风EQ140 23.7 69.2 1 双轮组 866 4 日野KB222 50.2 104.3 1 双轮组 606 5 太脱拉138S 45.4 90 2 双轮组 <3 440 6 交通SH361 60 110 2 双轮组 <

11、3 1028 设计年限 15 车道系数 .45 序号 分段时间(年) 交通量年增长率 1 4 10.28 2 11 6 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= 2209 ,属重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 : 7487 设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 3.190531E+07 属特重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 : 9730 设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 4.146369E+07 属特重交通等级路面设计交通等级为特重交通等级公路等级 一级公路公路等

12、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 : 18.9 (0.01mm)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 1.4 .35 2 中粒式沥青混凝土 1 .25 3 粗粒式沥青混凝土 .8 .2 4 石灰粉煤灰碎石 .65 .27 5 石灰土 .225 .07 6 天然砂砾（2）新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 一级公路 新建路面的层数 : 6 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 18.9 (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

13、 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 1400 0 2000 0 .35 2 中粒式沥青混凝土 40 1200 0 1800 0 .25 3 粗粒式沥青混凝土 60 1000 0 1200 0 .2 4 石灰粉煤灰碎石 ? 1500 0 3600 0 .27 5 石灰土 150 550 0 1500 0 .07 6 天然砂砾 150 175 0 175 0 7 新建路基 35 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 18.9 (0.01mm) H( 4 )= 4

14、00 mm LS= 19.7 (0.01mm) H( 4 )= 450 mm LS= 18 (0.01mm) H( 4 )= 423 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 4 )= 423 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 423 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 423 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 423 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 423 mm ( 5 )= .08 MPa H( 4 )= 473 mm ( 5 )= .07 MPa H( 4 )= 472 mm(

15、第 5 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 423 mm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 472 mm(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 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 160 mm - 石灰粉煤灰碎石 160 mm - 石灰粉煤灰碎石 160 mm - 石灰土 150 mm - 天然砾石 150 mm - 新建路基（3）交工验收弯沉值和层底拉应力计算 公 路 等 级 : 一级公路 新建路面的层数 : 6 标 准 轴 载 : BZZ-

16、100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 1400 0 2000 0 1 2 中粒式沥青混凝土 40 1200 0 1800 0 1 3 粗粒式沥青混凝土 60 1000 0 1200 0 1 4 石灰粉煤灰碎石 480 1500 0 3600 0 1 5 石灰土 150 550 0 1500 0 1 6 天然砂砾 150 175 0 175 0 1 7 新建路基 35 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

17、值 LS= 17 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 17.9 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 19 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 20.9 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 123.5 (0.01mm) 第 6 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 281.9 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值 LS= 266.2 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算) LS= 331.5 (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

18、大拉应力 :(未考虑综合影响系数) 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-.128 (MPa)<0.35（MPa） 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.064 (MPa)<0.25（MPa） 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-.083 (MPa)<0.2 （MPa） 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .109 (MPa)<0.27（MPa） 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= .068 (MPa)<0.07（MPa）改建沥青路面结构设计（1）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

19、(m) 交通量 1 黄河JN150 49 101.6 1 双轮组 1053 2 解放CA10B 19.4 60.85 1 双轮组 917 3 东风EQ140 23.7 69.2 1 双轮组 866 4 日野KB222 50.2 104.3 1 双轮组 606 5 太脱拉138S 45.4 90 2 双轮组 <3 440 6 交通SH361 60 110 2 双轮组 <3 1028 设计年限 15 车道系数 .45 序号 分段时间(年) 交通量年增长率 1 4 10.28 2 11 6 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= 2209 ,属重交通等级当以设计弯沉值和沥

20、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 : 7487 设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 3.190531E+07 属特重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 : 9730 设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 4.146369E+07 属特重交通等级路面设计交通等级为特重交通等级公路等级 一级公路公路等级系数 1 面层类型系数 1 路面结构类型系数 1 路面设计弯沉值 : 18.9 (0.01mm)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 1.4 .35 2 中粒式沥青混凝土

21、 1 .25 3 粗粒式沥青混凝土 .8 .2 4 石灰粉煤灰碎石 .65 .27 5 石灰土 .25 .08 （2）改建路段原路面当量回弹模量计算 原路面换算弯沉值(0.01mm) 75 83 84 80 71 81 94 54 38 47 55 35 33 37 39 66 97 94 84 112 101 111 109 102 原路面有效弯沉数 : 24 原路面平均弯沉值 : 74 (0.01mm)原路面弯沉值标准差 : 26 (0.01mm)测定汽车轴重 80 kN改建公路等级 一级公路与保证率有关的系数 1.645 原路面沥青面层厚度 25 (mm)季节影响系数 1.2 湿度影响系

22、数 1 温度修正系数 1 原路面各路段的计算弯沉值 : 140 (0.01 mm)原路面的当量回弹模量 : 117.2 (MPa)（3）改建路面加铺补强层厚度计算 公 路 等 级 : 一级公路 加铺路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 18.9 (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 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 1400 0 2000 0 .35 2 中粒式沥青

23、混凝土 40 1200 0 1800 0 .25 3 粗粒式沥青混凝土 60 800 0 1200 0 .2 4 石灰粉煤灰碎石 ? 1300 0 3600 0 .27 5 石灰土 150 400 0 1500 0 .08 6 改建前原路面 117.2 按设计弯沉值计算设计层厚度 :(弯沉值按新建路面 F 公式计算) LD= 18.9 (0.01mm) H( 4 )= 250 mm LS= 21 (0.01mm) H( 4 )= 300 mm LS= 18.7 (0.01mm) H( 4 )= 295 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 4 )= 295 mm(第 1 层

24、底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 295 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 295 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 295 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 295 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 295 mm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 295 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 500 mm 改建前原路面总厚度 275 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, 最后得到路面结构设计结果如下: -

25、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 150 mm - 石灰粉煤灰碎石 150 mm - 石灰土 150 mm - 改建前原路面（4）交工验收弯沉值和层底拉应力计算 公 路 等 级 : 一级公路 加铺路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100层位 结构层材料 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 1400 0 2000 0 1 2 中粒式沥青混凝土 40 1200 0 1800 0

26、1 3 粗粒式沥青混凝土 60 800 0 1200 0 1 4 石灰粉煤灰碎石 300 1300 0 3600 0 1 5 石灰土 150 400 0 1500 0 1 6 改建前原路面 117.2 计算改建路面各加铺层顶面交工验收弯沉值 :(按新建路面 F 公式计算) 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 18.7 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 19.9 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 21.8 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 24.6 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 89

27、.3 (0.01mm) 计算改建路面各加铺层底面最大拉应力 :(未考虑综合影响系数) 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-.145 (MPa)<0.35（MPa） 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.073 (MPa)<0.25（MPa） 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-.086 (MPa)<0.2 （MPa） 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .139 (MPa)<0.27（MPa） 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= .039 (MPa)<0.07（MPa）第三章 新建水泥混凝土路面结构设计设计资料某国道天津段按一级公路标准修建，并

28、将于2014年底通车，设计道路横断面为双向四车道。根据可行性研究报告提供的2012年的交通组成情况如下表：车型黄河JN-l50解放CA10B东风EQ140日野KB222太脱拉l38S交通SH361辆/日866754712498362845 经论证分析，该公路自2012年至通车后2018年交通量增长率10.28，其后将以6.0增长。 根据以上资料完成： 新建水泥混凝土路面结构设计计算；结构设计及结构构造图绘制。（1）交通分析自然公路区划II区新建一条一级公路，路基土为低液限粉土，路床顶距地下水位1.0m，当地粗集料以砾石为主。拟采用沥青混凝土面层，基层采用水泥稳定砂砾。经交通调查分析得知，设计轴

29、载为 ,最重轴载。临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.20，由题知该公路自2012年至通车后2018年交通量增长率10.28，其后将以6.0增长。 标准轴载作用次数计算：单轴双轮组，单轴单轮组双轴双轮组序号汽车型号前轴重（kN）后轴重（kN）后轴数轮组数日平均交通量（辆/日）1黄河JN15049101.61双10532解放CA10B19.460.851双9173东风EQ14023.769.21双8664日野KB22250.2104.31双6065太脱拉138S45.41802双4406交通SH361602202双1028路面特征系数为16，标准轴载为100，轴轮型系数及周载换算结果如下：车型

30、轴重/KN轮轴系数平均日交通量轴载换算系数2009日标准轴载作用次数黄河JN15049416.4610530.00464.8484101.6110531.28911358.4223解放CA10B19.4620.299170.00000.0060.8519170.00040.3668东风EQ14023.7569.138660.00000.0069.218660.00282.4248日野KB22250.2412.156060.00674.0602104.316061.96131188.5478太脱拉138S45.4430.354400.00140.6161803.41E-064400.041418.216交通SH36160381.7210280.1077110.71562203.27E-0610280.98471012.27合