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 错误!未定义书签。重力式路堤墙设计资料 错误!未定义书签。破裂棱体位置确定 错误!未定义书签。1. 3 荷载当量土柱高度计算 错误!未定义书签。土压力计算 错误!未定义书签。基地应力和合力偏心矩验算 错误!未定义书签。墙身截面强度计算 错误!未定义书签。设计图纸 错误!未定义书签。第 2 章沥青路面设计 错误!未定义书签。基本设计资料 错误!未定义书签。轴载分析 错误!未定义书签。结构组合与材料选取 错误!未定义书签。压模量和劈裂强度 错误!未定义书签。设计指标的确定 错误!未定义书签。路面结构层厚度的计算 错误!未定义书签。防冻层厚度检验 错误!

2、未定义书签。沥青路面结构图 错误!未定义书签。第 3 章 水泥混凝土路面设计 错误!未定义书签。交通量分析 错误!未定义书签。初拟路面结构 错误!未定义书签。确定材料参数 错误!未定义书签。计算荷载疲劳应力 错误!未定义书签。计算温度疲劳应力 错误!未定义书签。防冻厚度检验和接缝设计 错误!未定义书签。混凝土路面结构结构图 错误!未定义书签。参考文献 错误!未定义书签。附录A HPDS 计算沥青混凝土路面结果 错误!未定义书签。1章重力式挡土墙设计重力式路堤墙设计资料墙身构造墙高5ml墙背仰余坡度：1: (=14° ),墙身分段长度20ml其余初始拟采用尺寸 如图示； 土质情况墙背填

3、土容重Y=18kN/m3,内摩擦角32°填土与墙背间的摩擦角 6 = 16° ;地基为石灰岩地基，容许承载力(r=48°kPa,基地摩擦系数 °.5；墙身材料：5号砂浆，3°号片石，砌体容重 Y=22kN/m3 砌体容许压应力(r=61°kPa,容 许剪应力p = 11°kPa,容许压应力l 65MPa 。图1.1初始拟采用挡土墙尺寸图破裂棱体位置确定破裂角()的计算假设破裂面交于荷载范围内，则有:=14o 16o 32o= 34°,因为90°1Boab (b21d)h0 H (H 2a 2h0)tan

4、210 (0 0)h0H (H 2h0)tan21 -H(H 22ho) tan1Ao- (a H212ho)(a H) -H (H 2ho)2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:tg tgctg tgBoAotgtg . ctg tg tg tgtg34o . ctg 32o tg34o0.75故36.74otg34o 12.58/30.33验算破裂面是否交于荷载范围内破裂面至墙踵：（H a）tan(52)tan36.86o 5.23m荷载内缘至墙踵：H ?tand 5 tan36.86o 3 0.5 4.75m荷载外缘至墙踵：H ?tand lo 5 tan36.86o 3

5、 0.5 5.5 10.25m因为 <<,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：q (10 5) 20 10 10 16.25KN/m,10 2h q 16.25 0.903m,即当量18上柱高度为。土压力计算土压力大小计算1 .1A0= 一 a H 2h0 a H 2 5.0 2 0.903 2 5.030.332 2_1 . .1 一_ _B0= -abb d h0 H H 2a 2h0 tan224.25=2 3/2+(3+0.5)0.903-0.55.0 5 2 2 2 0.903 tan 14

6、o根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部土压力计算公式:cosEaA0tanB。sincos 36.743218 30.33 0.75 12.58 71.21KNsin 36.740 34oEX Eacos71.21cos 14o 16o71.16KNEyEa sin71.21sin 14o 16o2.49KN土压力作用点位置计算h1d tan tan0.5tan36.74oC 0.251.0m( b a tan 3 2 tan36.74 oh3 o 3mtan tan tan36.740.25h4 H 几 h3 6 1 3 2m2a h32h0h4 d 2 232 0.833 2K1= 1 + (

7、1 -) 021 1 + (1 )2H 2H H52 55, H a(H h3)2 h0 1%(3几 2H) 5 2 (5 3)2 0.833 2 (3 2 2 5)Z v - 2 - 2 1.677my 33H 2Kl33 52 1.693稳定性验算墙体重量及其作用点位置计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：V1 b1Hl 0.98 4.48 4.71mG1 V 1 4.71 20= 94.28KNZG11/2H1tgh1.09mV21/2b1h10.50.98 0.190.093mG2V211.86 KNZG20.651b

8、0.6510.980.64 m抗滑稳定性验算水平基地（0=0）,取挡土墙宽B=2m验算公式：（0.9GQiEy）0.9G tan °qiEx 0即：0.9 220 1.4 2.49 0.5 1.4 71.16 1.12 0所以抗滑稳定性满足。抗倾覆稳定性验算验算公式：0.9GZgQ1 EyZx ExZy0i y x x y0.9 220 1.311 1.4 2.49 2.419 71.16 1.677 166.0 0其中，Zg B/2 tanH /2 1 0.25 2.5/2 1.311Zx B Zvtan2 1.677 0.25 2.419mxy所以倾覆稳定性满足。基地应力和合力偏

9、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。基础地面压应力和偏心距1）轴心荷载作用时：N1 (G G Q1Ey W)cos 0 Q1 Ex sin 0(220 1.2 1.4 2.49)cos00 267.5KN所以 p N1=- (2X1)=v(r=480kPa A故基础地面压应力满足要求。合力偏心距2）偏心荷载作用时作用于基底的合力偏心距eZnMy M0NGZgEyZyG EExZx 220 1.311 2.49 2.419 71.16 1.677|e| B Zn | |2/2 0.791 0.21

10、3yB 0.3336220 2.49则：PmmaxN1(1,竺/(iA b 26 0.2132)219.2MPa0 480MPa48.2MPa故偏心距与基础地面压应力均满足要求。地基承载力验算1)轴心荷载作用时，P =<480= 01.2 5762)当偏心荷载作用时，Pmax219.2 480故地基承载力抗力值符合要求。墙身截面强度计算强度计算要求：0NdkARk / k81 256 包其中：k =，为轴向力偏心影响系数，按每延米长计算;1 12 e0B0&0( gNgqiNqiQi /Qi) =XX220+X =akjARk=X 2X610+ =k所以Nj<曳密，故强度满

11、足要求。k稳定计算要求：0Nd k kARk / k1其中： k =21 s s( s 3)116(60/B)21 r 0.9771 0.002 5 (5 3)1 16(0.213/2)oNd<ka幽 = XX2X610=,故稳定性满足要求。正截面直接受剪验算.小Aj Rj要求：Qj&_l储、 kAj Rj其中 Qj = Ex=fmN1=2X 110+ + X =k AR即Qj<_一=刈，抗剪满足要求。 k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设计图纸典型断面、立面布置图、平面布置图典型断面如图所示，立面布置图所示，平面布置图所示。每间隔1

12、0米设置变形缝一道，缝内用沥青麻絮嵌塞；泄水孔尺寸 10X 10cni 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 做土工布封层。图1.2典型断面图：一3曲芈水管叵堰砂砾 眦m第2章沥青路面设计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，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 0.5。(2)交通组成如表(示例)所示，交通量年增长率：前五(十)年：T = 8%; 中间五(十)年：Y = 7%;后五(十)年

13、：Y = 6%。设15年内的平均交通量年增长率为一，则(1 I5 (1 8%)5 (1 7%)5 (1 6%)5,求得7%。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TD501485菲亚特650E245太脱拉13847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 ( KN100单轮当量圆直径 d(mm轮胎接地压强P （ Mp3两轮中心距（cm）1. 5d以

14、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P的作用次数n均换算成标准轴载P的当量作用次数N ,计算过程见表。KNCiC2ni（pi n）4.35i 1p式中：N -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；ni 一被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）；P 标准轴载（kN ）;P-各种被换算车型的轴载（kN）；C 1-轴数系数；C2 一轮组系数，单轮组为，双轮组为，四轴组为。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：C1 1 1

15、.2 m 1，式中：m-轴数。表2. 3轴载换算结果车型P (kN)CiC2n (次/日)cCm%)8/ p东风EQ140前轴1625一后轴11625解放CA10B前轴1800一后轴11800黄河JN150前轴1400后轴11400长征XD250前轴1300后轴2*11300依士姿TD50前轴11485后轴111485菲压特650E前轴1245后轴11245太脱拉138前轴147后轴2*147EN则其设计年限内一个车道上的累计量轴次Ne :Ne （1）t 1 365 Ni式中，Ne-设计年限内一个车道的累计当量次数；t 一设计年限，由材料知，t=15年；Ni-设计端竣工后一年双向日平均当量轴次

16、；一设计年限内的交通量平均增长率，由材料知，T =一车道系数，由材料知q=0一t15则：Ne （1）1 365 Ni （1 °.°7） i 365 4357.67 0.4 2.0 i。7次。0.07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P的作用次数%均按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N',计算过程见表。N' 一苗（ p）8式中：N-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）；P 一标准轴载（KN ）;P 各种被换算车型的轴载（KN

17、）;t . . 一 . . . .Ci一轮组系数，双轮组为，单轮组为，四轮组为。C2 一轴数系数;表2. 4轴载换算结果车型Pi (kN)Ci,C2n (次/日)c1c2Mpi)8东风EQ140前轴1625一后轴11625解放CA10B前轴1800一后轴11800黄河JN150前轴1400一后轴11400长征XD250前轴1300一后轴2*11300依士姿TD50前轴11485后轴111485菲压特650E前轴1245一后轴11245太脱拉138前轴147后轴2*3147汇N年限内一个车道上的累计量轴次 Ne为:(1)t 1 365Ne ()J N一15(1 0.07) 1 3654、八0)

18、13198.63 0.5 6053 10 次。0.07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、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（ 200mm）,基层采用水泥稳定碎石（厚 度待定），底层采用二灰土（ 300mm）,其中表层采用细粒式密级配沥青混凝（50mrm, 中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（ 70 mm）,下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土(80mm)。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。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(M

19、p315。C模量20。C模量细粒式沥青混凝土526801991中粒式沥青混凝土721751425粗粒式沥青混凝土81320978水泥稳定碎后待定31883188一灰土35750750土基一3030一设计指标的确定设计弯沉值ld公路为一级，则公路等级系数 人取；面层是沥青混凝土，则面层类型的系数As取;路面结构为半刚性基层沥青路面，则路面结构类型系数与取。ld 600NeO.2AcAsAb式中：ld 设计弯沉值比一设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数Ac-公路等级系数，一级公路为As-面层类型系数，沥青混凝土面层为Ab-基层类型系数，半刚性基层为所以，1d 600Ne0.2AcAsAb 600

20、 (2.0 107) 0.2 1.0 1.0 1.0 20.8(0.01mm)各层材料按容许层底拉应力按下列公式计算:spks式中：r-路面结构材料的极限抗拉强度(Mpa；sp-路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限Ne次加载的疲劳弯拉应力(Mpa ；ks-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： Ks 0.09Ne0.22/Ac 5.21;对无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数：Ks 0.35Ne0.11/Ac 2.66;对无机结合料稳定细土类的抗拉强度结构系数：Ks 0.45Ne0.11/Ac 3.43表2. 6结构层容许弯拉应力材料名称sp (MpO)ksR (

21、Mp0细粒沥青混凝土中粒沥青混凝土粗粒沥青混凝土水泥稳定碎石二灰土路面结构层厚度的计算以水泥稳定碎石为设计层，用 HPDS+算得其厚度为,取17cmi其具体计算结果如 下：假设水泥稳定碎石H (4) =15cf此时实际弯沉值LS=() > ( mm)，不满足弯沉值 要求；H( 4 )= 20 cm 时，实际弯沉值LS= 19 ) < ( 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17cmi具体计算2果见附录A。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

22、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>60c做大冰冻深度60cm),满足防冻层厚度检验c沥青路面结构图沥青路面结构图见图。纯粒或工谷漠领土 3sa丰粒或曹-版土 ：一水花档足一石一二土2!)CZI坦基I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。交通量分析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BZZt- 100。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：Ns n iNi（旦

23、）161 i 100式中：Ns 100KN单单轴一双轮组标准轴数的通行次数；P各类轴一轮型；级轴载的总重（KN；n-轴型和轴载级位数；Ni一各类轴一轮型i级轴载的通行次数； i一轴一轮型系数。表3.1轴载换算结果车型P (KN)iNi （次/日）m / pi、16 iNi(.M)100东风EQ140前轴625一后轴625解放CA10B前轴800一后轴800黄河JN150前轴400后轴400长征XD250前轴300一后轴2*300依士姿TD50前轴1485后轴1485菲压特650E前轴245一后轴245太脱拉138前轴47后轴2*47汇N则设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数：Ns(1 Ne

24、/ 1 365式中：Ne一标准轴载累计当量作用次数；t 一设计基准年限，取t=30年；一 交通量年平均增长率，由材料知， =；一 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，如下表，此处取表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、收费站二级及二级以下公路行车道宽>7m行车道宽w 7mNs(1)t 1 3654、八所以，Ne - 551.01 104 次。其中，计算过程如下：(1)30 (1 8%)10 (1 7%)10 (1 6%)1°,求得 7%。初拟路面结构因为交通量100X 104<X104<2000X 104次，故交通属于重

25、交通。由以上可知相应 于安全等级为二级的变异水平等级为低级，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IV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hi 100mm ;垫层为h2 200mm的水泥稳定粒料。普通混凝土板的平面尺寸为宽；长为 5m确定材料参数取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为fr 5.0MPa ,相应弯拉弹性模量标准值为Ec 31GPa ;路基回弹模量为 36Mpa沥青稳定碎石基层回弹模量去 E1 600MPa ;水泥稳定粒料垫层回弹模量取 E2 1300MPa 0基层顶面当量的回弹模量值计算如下：_22

26、2 _21160MPaE1 h2E2 =1300 0.2600 0.1%2 h10.22 0.12A3Ei 卜范(A h2)2(1)124(E1n E2h2)1300。23 600 0.1312(0.2 0.1)241(1300 0.260)1hx1 (120x)3 Ex2.01MNgm-112 2.01 .()3 =1160Ev 0 451 160 0 45a 6.221 1.51( x) 6.22 1 1.51 ()=E040Ey 0551 160 0 55b 1 1.44( x)1 1.44()0.77E04011b_ , Ex0 771 160 o_Et ah,E0()3 4.16 0

27、.275.40 ()3 188MPaE040普通混凝土面层的相对刚度半径为：11E 331000 30.537h 0.537 0.250.648mEt171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。由 卜列公式求得：0.537#Ec/Et ,ps 0.077 0.6h 2, p kfkrkc ps , kf N；.057式中：丫一混凝土板的相对刚度半径（m）;Hl混凝土板的厚度（mj）;Ec一水泥混凝土的弯沉弹性模量（Mp3;pr-标准轴载Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（Mp3；kr-考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设杆拉的平缝，kr =，纵缝

28、为不设杆拉的平缝或自由边界kr=,纵缝为设杆拉的企口缝，kr=；kc-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，此处取kc = ； cps-标准轴载ps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ks公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路kcWJ:ps 0.077 0.6h 2=0.0770 0.6480.6 0,22 2 1.226MPa , kfN0.0572.42pse荷载疲劳应力为：p kfkrkc ps 2.42 0.87 1.25 1,226 3.226MPa 0计算温度疲劳应力由路基路面工程知，IV区最大温度梯度取88 （ C /

29、m ）。板长5ml已知混凝土板厚，Bx 0.72, L/r 5/ 0.648 7.72。则最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：cEchTgBxtm 2式中： c一混凝土的温度线膨胀系数，取c 10 5/0C；Tg-最大温度梯度，Tg=88° c/m；Bx-综合温度翘区应力和内应力的温度应力系数；tm 一最大温度梯度时土板的温度翘取应力（Mp3。cEchTgBx 1.0 10 5 31000 0.22 88 0.72tm = 2.16MPa2 2温度疲劳系数ktMa(m)cb,式中a, b和c为回归系数，按所在地区公tm f r路自然区划查下表。表3. 4回归系数a, b和c系数公路

30、自然区nmwVVIvnabc取 a=, b=, c=,贝U:frtm c52.16 1323kt a(-tm) b= 0.841 (厂 0.058 0.507tmfr2.165温度疲劳应力：t kt旧0.489 2.15 1.10MPa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1.100 pr tr 1.10 3.226 1.14.75MPa fr 5.0MPa ,故满足要求。防冻厚度检验和接缝设计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，而设计路面总厚度为， 由于 <,故满足设计要求。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，直径 22mm每隔40cm设置一个。取 a=, b=, c=01）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