路基路面课程设计样本-

1、 课程设计题学院名称指导教师班学学生姓名2010年1月6日 摘要本文参照相关路基路面设计规范分步详细的介绍了路基、路面以及补强层的设计流程。在路基设计中,具体展现了路基横断面和路基排水设施的设计以及路基稳定性的验算过程,还有有关路基的施工设计;在路面的设计过程中,以道路路面的行车荷载为依据,对路面进行相关设计,具体包括路面结构层的设计,各结构层材料的组成设计,各结构层的施工技术要求及质量控制标准,工程量及材料用量计算,最后附加上沥青混凝土路面建筑设计;在补强层的设计中,充分考虑了路面的结构受力破损情况,选取一定的安全系数为路面结构加铺混凝土,以满足行车要求。设计过程中,使用到了很多土木专业基础

2、课程:如土力学,基础工程公路与桥梁施工技术等等,要想做好路基路面方面的设计,一方面要熟悉与了解各种标准和规范,如公路工程技术标准、公路路基设计规范、沥青混凝土路面设计规范等,另一方面应该多加强实际的施工经验,将理论与实际相结合起来。关键词:沥青混凝土路基路面二级公路 目录摘要.I 第1章路基设计. (11.1路基横断面设计 (11.2道路横断面排水设计 (11.3路基稳定性验算 (31.4施工设计 (7第2章柔性路面设计 (112.1道路横断面设计 (112.2拟定路面结构组合方案 (112.3轴载换算并确定路面容许弯沉值 (112.4确定土基回弹模量 (182.5确定材料回弹模量 (18 2

3、.6三层体系简化确定路面结构 (202.7验算结构层底地面拉应力 (212.8各结构层材料组成设计。 (242.9各结构层施工技术要求及质量控制标准 (242.10工程量及材料组成设计 (25第3章补强层设计 (263.1确定原路面当量回弹模量 (263.2确定补强层材料及厚度 (26小结 (29主要参考文献 (30 第1章路基设计1.1路基横断面设计设计该道路为双车道混合行驶二级公路,根据规范公路工程技术标准,路基宽度取9m ,行车道宽行车道宽7.5m ,左右硬路肩各0.75m ,本路基的平均设计填土高度为3.5m ,故边坡形状采用直线型,坡率取1:1.5。经地质勘查,本路段基底土密实稳定,

4、地表的杂草树根清除后路堤可直接填筑于天然地面上,详图如下: 图1-1路基横断面图1.2道路横断面排水设计按规范要求,为了便于路面快速排水,在路基行车道设置2%的路拱,硬路肩设置3%的路拱,见图1-1。 截水沟的设计包括天沟和路堤坡脚处的截水沟,本设计主要考虑坡脚的截水沟设计,按照规范要求,坡脚截水沟应设置在离坡脚2m以外的,并结合地形和地质条件顺等高线合理布置。截水沟一般采用梯形断面,沟壁坡度取1:1.3。排水沟尽量采用直线,必须转弯时其半径不宜小于10-20m,排水沟的长度根据实际需要而定,宜在500m以内。 图1-2边沟尺寸图 图1-3截水沟设置及尺寸图土体试验资料:该路堤填土是低液限粘土

5、,试验得该工程地区土的重度先由4.5H 法确定圆心辅助线的位置:其中为路基的高度,10h h H +=1h 为汽车荷载换算高度,由以下公式计算:0h (公式1-1BlNG h =0(082.16.55.51830020m Bl NG h =×××= 本设计公路为混合行驶两车道,取道路的一个方向进行验算。车道汽车荷载按规定用汽20计算,其中G=300KN ,=18KN/m ,=5.6m ,B 按以下公3l 式计算:(公式1-2ed n nb B +=1(式中:b 为每一辆车两侧车轮的中距,各级汽车为1.8m 。d 为并行车辆相邻车轮的中距,一般取1.3m ,e 为轮

6、胎着地宽度,汽-20取0.6m 。代入得:(12表1-1粘土边坡表土坡坡度坡脚121:0.7553°0829°00'39°00'1:145°0028°00'37°00'1:1.2538°4027°00'35°30'1:1.533°4126°00'35°00'1:1.7529°4125°00'35°00' O作图如下,得到点1 图1-4用4.5H法求辅助圆心O 设粘性土

7、的滑动面过坡脚,根据上面确定圆心辅助线的位置,连接E作为1滑动面半径,并直接测出滑动圆弧半径R1=7.036m。将滑动土体划分成竖直土条,滑动圆弧的水平投影长度可直接在图上测得为8.838m,把土条划分成9条,从E开始编号,每条土的宽度及详细划分见下图: 图1-5简单条分法分割土体直接CAD 中查出各土条的面积和,并测出滑动圆弧的长度,将上i A i L 述数据填入填入下列表格根据算出、: 2边坡稳定计算结果表按公式1-3计算路堤的稳定系数K(公式1-3=+×+=91919191sin sin cos cos (i i i i i i i i i i i i i i nQ W L c

8、 Q n W tg K 将表中的数据代入公式计算得,按照同样的方法在圆心辅助线上28.1=m K 再取、,得到最小值故该路堤满足稳定性要求。施工设计2O 3O K 28.1=m K 1.4施工设计路基施工宜以挖作填,减少土地占用和环境污染。路基施工中各施工层表面不应有积水,填方路堤应根据土质情况和施工时气候状况,做成2%4%的排水横坡。雨季施工或因故中断施工时,必须将施工层表面及时修理平整并压实。施工过程中,当路堑或边坡内发生地下水渗流时,应根据渗流水的位置及流量大小采取设置排水沟、集水井、渗沟等设施降低地下水位。排水沟的出口应通至桥涵进出口处。取土坑应有规则的形状,坑底应设置纵、横坡度和完整

9、的排水系统。当设计未规定取土坑位置或规定的取土坑的贮土量不能满足要求须另寻土源上四,应按照下列规定办理:当地面横坡定于1:10时,路侧取土坑应设在路基上侧,在桥头两侧不宜设取土坑,特殊情况下,可在下游一侧设置,但应留有宽度不小于4。0m 的护坡道。取土坑的边坡,内侧宜为1:1.5,外侧宜小于1:1,沿河地段的坑底纵坡可减少至0.1%,沿线取土坑的坑底纵坡不宜小于0.2%,坑底一般宜高出附近水域的常年水位,取土坑的坑底横坡可做成向路线外侧倾斜的单向坡,坡厚为2%3%,当取土坑坑底宽度大于6m 时,可做成向中间倾斜的双向横坡,并在 中间设置底宽0.4m的纵向排水沟,当坑底纵坡大于0.5%时,可以不

10、设排水沟。当沿河弃土时,不得阻塞河流,挤压挤孔和造成河岸冲刷。土方路基应分层甜筑压实,用透水性不良的土填筑路堤说,应控制其含水量在最佳压实含水量大2%之内。土方路基,必须根据设计断面,分层填筑、分层压实,采用机械压实时,分层的最大摊铺层厚,按土质类别,压实机具功能碾压遍数等,经过经验确定,但最大摊铺厚度,不宜超过50cm,填筑至路床底面,最后一层的最小压实厚度,不应小于8cm。路基压实采用重型压实标准,压实度应符合公路工程技术标准(JTGD 2004的要求。路基基底为耕地或土质松散时,应在填前进行压实,路基设计时,可考虑了清理场地后进行填筑压实,厚度按0.2m计列压实下沉所填增加的土方量。路堤

11、填土宽度每侧应宽于填层设计厚度,压实厚度不得小于设计宽度,最后削坡。填筑路堤宜采用水平分层填筑法施工。原地面纵坡大于2%的地段,可采用纵向分层法施工,沿纵坡分层,逐层填压密实。若填方分几个作业段施工,两段交接处,不在同一时间填筑则先填地段应按1:1坡度分层留台阶。若两个地段同时填,则应分层相互交叠、衔接,其搭接长度不得小于2m。河滩路堤填土,应连同护坡道在内,一并分层填筑,可能受水浸淹部分的填料,应选用水稳性比较好的土料,河槽加宽,加深工程应在修筑路堤前完成,调治构造物应提前修建。两侧取土,提高在3m以内的路堤可用推土机从两侧分层推填,并配合 平地机分层填平,土的含水量不够多时,用洒水车并用压

12、路机分层碾压。填方集中地区路基的施工A.取土场运距在1km范围内时,可用铲运机运送,辅以推土机开道,翻松硬土,取整取土段,清除障碍等。B.取土场运距超过1m范围时,可用松土机翻松,用挖掘机或装载机配合自卸车运输,用平地机平整填土,配合洒水车压路机碾压。边沟应分段设置出水口,梯形边沟没段长度不宜超过300m,三角形边沟不宜超过200m。平曲线处边沟施工时,沟底纵坡应与曲线前后沟底纵坡平顺衔接,不允许曲线内侧有积水或外溢现象发生,曲线外侧边沟应适当加深,其增加值等于超高值。土质边沟当沟底纵坡大雨3%的应采用加固措施。(1软基处理方案本路段大部分为填方路堤,地下水位较高,对部分软土地基应按照详细设计

13、图纸要求,对于下伏层承载力较高的软土路基,在清淤后回填碎石获块片石。当地下水很高的地段,路基填土高度小于2m的软土地段,才去清淤回填碎石土或块片石道原地面,再在路基底部铺一层50cm沙砾层,沙砾层顶铺一层透水土工布。当软土厚度大于3m时,采取挖出上部3m淤泥,淤泥下部抛片石挤淤,片石上面铺50cm厚的沙粒垫层,沙砾层上面铺透水土工布,再填筑路基。(2低矮路堤处理当路线经过水田或低洼地段、地下水位较高且路堤填涂高度小于1.5m时,清楚表面淤泥后换填30cm沙砾。两侧排水不畅时,应加设纵向盲沟。 (3填挖交界处理在纵向的填挖交界处各10m范围的下路床底部设置土工隔栅。土工隔栅采用双向土工隔栅,其抗

14、拉强度要求大于50KN./。(4土方开挖路堑开挖前应准确放出坡口桩。开挖中如发现土层性质有变化时,应修改施工方案,调整边坡比。开挖至路基设计标高以下0.3m,停止开挖。机械整平压实,再做0.3m厚精加层达到设计标高。路基应完全达到压实标准后方可经行下一步施工。(5路基填筑清理场地后的地面,横坡不陡于1:5时可直接填筑,当横坡或纵坡陡于1:5时,将原地面挖成宽度不小于1m的台阶,以满足摊铺和压实设备的操作要求。填方应分层铺筑,每层松浦厚度不大于30cm,每种填料的总厚度不大于50cm,土方填筑至路床顶面最后一层时压实厚度不小于15cm。(6路基排水施工路基排水主要包括边沟,排水沟,截水沟,在铺筑

15、或砼浇注之前,对边沟,排水沟,以及截水沟进行修整,保证沟底和沟壁坚实平整,沟底标高和断面尺寸符合设计要求。截水沟铺砌时,在放样后先铺砌沟底,在铺砌沟壁,保证铺砌时座浆饱满、勾缝平整、沟底顺畅。对于边沟排水沟采用浆砌片石,砂浆抹面时要求流水面顺畅,不滞水,不积水。(7挡土墙对于有挡墙的地方应按照详细图纸要求进行施工。石料在使用前应进行湿润,如石料表面含有泥巴等杂质应用水冲洗后方可砌筑。沉降缝合施工缝应按照设计要求进行施工。(8其他工程其他与路基有关的工程按照规范要求,以及详细的设计图纸进行施工,在此不一一细说。第2章柔性路面设计2.1道路横道路横断面设计断面设计道路横断面设计中,路基宽为9m ,

16、设两条混合行驶车道,每车道宽3.75m ,左右硬路肩各0.75米,不设土路肩。路拱横坡取2%,硬路肩处取3%。边坡底部处设梯形边沟,内部坡度为1:5,高0.5米。道路结构为4层:中粒式沥青混凝土,水泥石灰稳定沙砾,天然砂砾,土基。2.2拟定路面拟定路面结构组合结构组合结构组合方案方案初拟路面结构层采用沥青混凝土,基层采用水泥石灰稳定砂砾,底层采用天然砂砾中粒式沥青混凝土6cm+水泥石灰稳定砂砾(厚度待定+天然砂砾20cm 。干燥路段无需考虑最小防冻层厚度。-中粒式沥青混凝土6cm-水泥石灰稳定沙砾?cm-天然沙砾20cm-土基2.3轴载换算并确定路面容许弯沉值由交通调查和预测得知,本道路建成初

17、期每昼夜双向交通量组成如下: 表2-1道路建成初期每昼夜双向交通量组成后轴小于20KN 的小汽车500辆,预计年平均交通量增长量为10%。查轴重系数参考表得:表2-2各种车型资料汇总表车辆名称交通量解放CA141592辆上海SH361108辆东风EQ340247辆跃进NJ131163辆黄河JN150101辆黄河JN16279辆北京BJ130400辆车型名称日通过辆前轴重(kN后轴重(kN 后轴数后轴轮组40013.5527.2012 根据我国公路沥青路面设计规范中提出的轴载换算公式,当以设计弯沉值为指标以及验算沥青层层底的拉应力时,规定要求凡轴载大于25KN 的各级轴载(包括车辆的前、后轴的作

18、用次数,按以下公式换算成标准轴载i P i n P 的当量作用次数:N (公式2-135.4211=P P n C C N i i ki 式中标准轴载的当量轴次(次/d ;N 被换算车型的各级轴载作用次数;i n 标准轴载(KN ;P 被换算车型的各级(单根轴载(KN ;i P 被换算车型各级轴载的轴数系数。当轴间距大于3m 时按单独的一1C 个轴计算,轴数系数记为轴数m ;当间距小于3m 时,按双轴或多轴计算,轴数系数为C1=1+1.2(m-1;被换算轴载的轮组系数,单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轮组为0.38。2C 根据以上公式,将每种通过该路的车型换算成标准轴载,见下表:表2-3轴载

19、换算计算表表车型Pi1C 2C in 35.421P P n C C i i 解放CA141前轴重24.511592 1.3前轴重601110811.7后轴重1102.21108359.7注:为了计算准确,本设计在换算中将所有通过的车型包括25KN 以下的轴载都进行了统计换算然后根据公式:(公式2-2(11365+=t i NN 计算设计年限12年内通过该横断面的累积标准轴载的当量次数:(10338.61.011.01812365612次×=+××=i N 再根据公式:(公式2-3=i e N N 式中 东风EQ340前轴重前轴重前轴重前轴重27.2114001.

20、4合计35.4211=P P n C C N i i ki 811.9(次/d 设计年限内通过该横断面的累积标准轴载的当量次数(次i N 计算设计年限内一个车道上的累积当量轴次数(次;e N 设计年限内交通量的平均年增长率(以小数记;设计年限(a ,按规范沥青混路面二级公路设计年限一般为12年。t 车道系数,按规范双车道无分隔的车道系数为0.60.7;计算设计年限12年内一个车道上的累积当量轴次数半刚性基层层底拉应力验算当进行半刚性基层层底拉应力验算时,按规定,凡轴载大于50KN 的各级轴载(包括车辆的前、后轴的作用次数i P i n 均按照下式换算成标准轴载的当量作用次数:P 'N

21、(公式2-48'21'1'(P Pn C C N i i Ki =式中被换算车型各级轴载的轴数系数。当轴间距大于3m 时按单独的一'1C 个轴计算,轴数系数记为轴数m ;当间距小于3m 时,按双轴或多轴计算,轴数系数为C1=1+2(m-1;被换算轴载的轮组系数,单轮组为18.5,双轮组为1.0,四轮组为'2C 0.09。根据以上公式,将每种通过该路的车型换算成标准轴载: 表2-4标准轴载换算表 注:轴载小于50KN 的轴载作用不计。算出累计当量轴次(.01N 根据轴载当量,根据规范按照以下公式确定路面容许弯沉值:(公式2-5sR l l (公式2-6s

22、c eR A A N l =2.00.11式中 路面在设计使用年限末,最不利季节,在标准轴载作用下出现的最R l 大回弹弯沉值(路面温度为20;mm C °路面的实际回弹弯沉值(;s l mm 公路等级或道路分类系数,其值见表;c A 面层类型系数。s A 表2-5城市道路路面容许弯沉系数cA 表2-6城市道路路面容许弯沉系数sA 查表得,该公路为混凝土路面,采用容许弯沉作为设计指标,=1.1,面c A 层是沥青混凝土=1.0代入公式(2-610982.3(0.112.06mm l R =×××=公路等级高速公路一级公路二级公路三四级公路分类系数 1.0

23、 1.0 1.1 1.2城市道路等级快速路主干路次干路支路城市类型大城市0.85 1.0 1.1 1.2中小城市0.851.11.21.2面层类型沥青混凝土热拌沥青碎石、沥青上拌下贯式沥青表面处治粒科类sA 1.0 1.1 1.2 1.3 2.4确定土基回弹模量该工程自然区划属于IV2,土组为粘质土,路基平均填土高度3.5m 大于低液限粘性土,由H=3.5>H1,故路基类型为干燥路基,平均稠度取1.15,查下表:表2-7二级自然区划各土组土基回弹模量参考值(MPa 取土基回弹模量MPa E 0.350=2.5确定材料回弹模量查下面各表:表2-8沥青混合料设计参数表注:沥青碎石混合料不验算

24、底层拉应力;区划粘质土19.523.027.029.031.033.035.0粉质土31.036.542.545.548.551.5材料名称沥青针入度抗压模量(MPa 劈裂强度(a MP C 00C 200C150细粒式密集配沥青混凝土901200160018002200 1.21.6中粒式密集配沥青混凝土9010001400160020000.81.2中粒式开集配沥青混凝土908001200120016000.61.0粗粒式密集配沥青混凝土908001200120016000.61.0沥青碎石混合料600800沥青贯入式400600表2-9基层材料设计参数通过查前面的表得到各层材料的抗压模量

25、和劈裂强度。抗压模量取C 015时的模量,各值均取规范给定范围的中值,将所需材料参数汇总到下表:表2-10所需材料回弹模量表材料名称配合比或规格要求抗压模量(MPa E 劈裂强度(MPa S 备注二级沙砾7:13:80130017000.60.8二级碎石7:13:80130017000.50.8水泥沙砾5%6%130017000.40.6 水泥碎石5%6%130017000.40.6石灰水泥粉煤灰沙砾6:3:16:75100014000.40.6水泥石灰沙砾土4:3:25:6880012000.40.6天然沙砾具有一定级配符合规范要求180220150200做底基层用材料厚度(cm 抗压模量(

26、MPa 劈裂强度(MPa S C020C 015中粒式沥青混凝土612001800 1.0水泥石灰稳定砂砾?100010000.5天然沙砾20200200 2.6三层体系简化确定路面结构综合修正系数:63.136.038.036.0038.0=×=×=p El F R 由,563.065.1061=h ,833.01200100012=E E ,035.010003520=E E 查图得=6.9,=1.28,则1k 743.0706.012002112=××××××=F k p l E k 又查得2.6,即代入厚度

27、换算公式:=H.24.22100020020100010007.27+×=h 解得,采用水泥石灰稳定砂砾层18cm cm h 47.172=故路面结构尺寸如下: 表2-11路面结构尺寸表2.7验算结构层底地面拉应力计算路面结构容许弯拉应力,根据规范上的以下公式:公式2-11mR 公式2-12sR K S =式中指路面结构在行车荷载重复作用下达到疲劳临界状态的最大容许R 弯拉应力;结构层的弯拉应力;m 沥青混凝土或整体性基层材料的劈裂强度(,对于沥青混凝S MPa 土,系指15时的劈裂强度,其他稳定类基层材料,均指3个月龄期的劈裂C 0强度;抗弯拉强度结构系数,按下列公式计算:s K

28、材料名称材料厚度(cm 中粒式密集配沥青混凝土6水泥石灰稳定砂砾18天然沙砾20 对沥青混凝土面层:2.009.0eca s N A A K =沥青混凝土级配类型系数,细、中粒式沥青混凝土为1.0,粗粒式a A 沥青混凝土为1.1;对无机结合料稳定集料类:ces A N K 11.035.0=对无机结合粒稳定细粒土类:ce sA N K11.045.0=计算设计年限内一个车道上的累积当量轴次数(次。e N 将数值代入上述公式算得:中粒式密集配沥青混凝土:抗拉强度结构系数:.10e c a s N A A K 容许拉应力:MPa K S s R 58.071.10.1=由3520=E E ,35

29、.211000200.0=×+×=H 0.265抗拉强度结构系数:MPa A N K c e s 741.11.0611.0'=××=容许拉应力:MPa K S s R 29.0741.15.0=由于水泥混凝土砂砾层下有天然沙砾层,故天然砂砾层作为中层,以上作为上层。cm h 2510001000=×+×=由.10203=h 查课本上图8-13得,0.3, 1.0,0.8=1m =2m R 所以水泥石灰稳定砂砾层层底拉应力验算通过。天然砂砾底基层无需验算底拉应力,各层层底拉应力验算通过。2.8各结构层材料组成设计。面层沥青混凝

30、土:采用中粒式密集配沥青混凝土;稳定层选用水泥石灰稳定砂砾土,配合比为4:3:25:68;天然砂砾,公路沿线可以开采砂砾,砂砾的制作应按照规范,需要具有一定的级配,保证其抗压模量在180-220之间MPa 表2-12关材料参数汇总表2.9各结构层施工技术要求及质量控制标准该公路为沥青混凝土路面的二级公路,属于高级路面而沥青路面的成败与否,压实是最重要的工序。许多公路沥青路面发生早期损坏,大多数都与压实不足有关。因此压实度的评定至关重要。在压实这个环节中,应该严格的按照相应的标准进行压实,达到要求后才能够验收。现场配置沥青混凝土时要严格按照马歇尔试验配合比进行沥青混凝土的配合比设计施工,若为商品

31、沥青混凝土,应要求供给方出示相关的合格证明方可施工,应保证沥青混凝土在运抵施工现场时达到相应的温度要求才允许施工。在沥青施工完毕后应进行跟踪试验,时时检测沥青混凝土的成品质量,并且送与相关部门进行检测。材料厚度(cm 抗压模量(MPa 劈裂强度(MPa S 容许拉应力(MPa R C天然沙砾20200200 及材料组成设计2.10工程量工程量及材料组成设计因为该公路没有设置土路肩,路面路基各层宽度都为9m,在干燥路段:取长度100m计算其工程量,列表如下:表2-13工程量计算表m 材料长度(m宽度(m厚度(m体积(3中粒式沥青混凝土10090.0654 第3章补强层设计3.1确定原路面当量回弹

32、模量根据资料,在不利季节用BZZ-100汽车测得旧路面计算回弹弯沉值为mm2108.195×由根据规范有公式3-1计算原路面的当量回弹模量:(公式3-121021000m m l p E t =将数值代入上面公式得:.19565.107.021000MPa E t =××××=3.2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,采用图解法(利用莫诺图求解补强层厚度.各层材料的抗压模量与劈裂强度见下表:表3-1材料参数收集先设中粒式沥青混凝土面层厚度h=6cm,计算水泥石灰稳定砂砾层所需厚度H 。材料抗压

33、模量(MPa 劈裂强度(MPa S 容许拉应力(MPa R C100010000.50.29路基路面课程设计 弯沉综合修正系数为： lR E 0 .38 ( 0 0 .36 2000 × p 57.9 83.76 0. 36 = 1.63( 0 .38 ( 2000 × 10.65 0.7 = 0.97 F = 1.63( 由 h 6 = = 0 .563 ， 10.65 E2 1000 = = 0.833 , E1 1200 E0 83.76 = = 0.084 , E2 1000 查图得 =6.5， k1 =0.75，则 1200 × 0.0579 E1l = = 0.99 2 pk1 F 2 ×