路基路面工程课程设计(共28页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上目录前言.3第一章.41.1 设计资料.41.2 挡土墙平面布置图.41.3 挡土墙横断面布置，拟定断面尺寸.51.4 主动土压力计算.51.5 挡土墙抗滑稳定性验算.71.6 抗倾覆稳定性验算.81.7 基底合力及偏心距验算.81.8 墙身截面强度验算.91.9 挡土墙的伸缩缝与沉降缝设计.101.10 挡土墙的排水设施设计.10第二章 路基边坡稳定性分析.112.1 第一级台阶验算.11第三章 水泥混凝土路面设计.153.1 交通分析.153.2 标准轴载作用次数的换算.163.3 初拟路面结构.183.4 路面材料参数确定.183.5 荷载疲劳应力.193.6

2、温度疲劳应力.193.7 检验初拟路面结构.20第四章 沥青混凝土路面设计.204.1 交通参数分析.204.2 拟定路面结构组合方案.224.3 拟定路面结构层的厚度.224.4 各层材料设计参数确定.234.5 计算设计弯沉值.234.6 路面结构层厚度计算.254.7 沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算.26参考文献.28设计心得.28前言作为建筑类院校专业课的一种实践性教学环节，课程设计是教学计划中的一个有机组成部分；是培养我们综合御用所学各门课程的基本理论、基本知识和基本技能，以分析解决实际工程问题能力的重要步骤；是我们巩固并灵活运用所学专业知识的一种比较好的手段；也是

3、锻炼我们理论联系实际能力和提高我们工程设计能力的必经之路。 课程设计的目的主要体现在巩固与运用基本概念与基础知识、掌握方法以及培养各种能力等诸多方面。1. 巩固与运用理论教学的基本概念和基础知识。2. 培养学生使用各种规范及查阅手册和资料的能力。3. 培养学生概念设计的能力。4. 熟悉设计步骤与相关的设计内容。5. 学会设计计算方法。6. 培养学生图纸表达能力。7. 培养学生语言表达能力。8. 培养学生分析和解决工程实际问题的能力。路基路面的课程设计是对路基路面工程课堂教学的必要补充和深化，通过设计让学生可以更加切合实际地和灵活地掌握路基路面的基本理论，设计理论体系，加深对路基路面设计方法和设

4、计内容的理解，进而提高和培养学生分析、解决工程实际问题的能力。第一章 挡土墙设计1.1 设计资料1.1.1 挡土墙墙高H=10m荷载：计算荷载汽车-20级，验算荷载挂车-100；1.1.2 墙后填料为粘性土，土的粘聚力C=28Kpa，容重，计算内摩擦角，填料与墙背间的摩擦角=/2=；容许承载力为。1.1.3 地基为密实碎石土，其容许承载力=400KPa，基地摩阻系数f=0.6，墙身分段长度为10m；1.1.4 墙体材料7.5号砂浆砌筑25号片石，其容重，其容许压应力=600KP，容许剪应力=100KP，容许拉应力=60KP。1.1.5 墙面与墙背平行，墙背仰斜，仰斜坡度1:0.25，=14.0

5、4°，墙底（基底）倾斜度tan=0.190，倾斜角=10.76°；墙顶填土高度为，挡土墙顶宽为=2m，底宽。 1.2 挡土墙平面布置图双向四车道一级公路某横断面，为收缩边坡，增强路基的稳定性，拟设一段浆砌片石重力式挡土墙(图1.1)图1.11.3 挡土墙横断面布置，拟定断面尺寸具体布置如图1.2图1.21.4 主动土压力计算1.4.1. 车辆荷载换算当时，；当时，所以，当H=10m时，换算均布土层厚度：1.4.2主动土压力计算（假设破裂面交于荷载中部） （1）破裂角由得： 验核破裂面位置：堤顶破裂面至墙锺：(H+a)tan=9.18m荷载内缘至墙锺：b+Htan+d+b=3

6、+100.25+0.5+0.75=6.75m荷载外缘至墙锺：b+Htan+d+b+b=6.75+7=13.75m由于破裂面至墙锺的距离大于荷载内缘至墙锺的距离并且小于荷载外缘至墙锺的距离，所以破裂面交于路基荷载中部的假设成立。并且直线形仰斜墙背，且墙背倾角较小，不会出现第二破裂面。（2）主动土压力系数K和 （3）求主动土压力及土压力的作用点1.5 挡土墙抗滑稳定性验算u基底摩擦系数，取0.6 主动土压力分项系数，取1.4墙身体积计算：墙身自重计算:，抗滑稳定系数:1.3满足要求1.6 抗倾覆稳定性验算要使挡墙抗倾覆满足要求即满足： 满足要求。1.7 基底合力及偏心距验算1.7.1 作用于基底的

7、合力偏心距基底合力偏心距；1.7.2 地基承载力验算满足要求1.8 墙身截面强度验算为保证墙身具有足够的强度，应根据经验选择1-2个控制截面进行验算。验算截面一般可选择在距墙身底部二分之一墙高和截面急剧变化处1.8.1 法向应力验算如图1.3所示，图1.3选择1-1截面为验算截面。若作用在此截面以上墙背的主动土压力为，墙身自重为，二者的合力为，则可将分解为何。验算截面的法相应力，视偏心距大小，分别按下式计算。式中： 截面宽度。当时，法向应力重分布：式中：，验算截面的最大，最小法向应力；砌体的容许压应力。1.8.2 剪应力验算对于重力式挡土墙，一般只进行墙身水平截面的剪应力验算；对折线式和衡重式

8、除验算水平截面外还应验算倾斜截面。水平截面剪应力为：式中：受剪面积，=砌体容许剪应力。满足要求。1.9 挡土墙的伸缩缝与沉降缝设计 把伸缩缝和沉降缝结合在一起，统成为变形缝，沿墙长每10米设置变形缝，变形缝全高设置，其宽度取0.02米，缝内沿墙内、外、顶三边填塞沥青木板，塞入深度为0.2米。1.10 挡土墙的排水设施设计在墙身上沿墙高和墙长设置泄水孔，其为15cm20cm的方孔，具有向墙外倾斜的坡度，间距取为2.5m，泄水孔的进水侧设反滤层，厚度为0.4m，在最下排泄水孔的底部设置隔水层，由于处于自然区域处，泄水量较大，在排水层底部加设纵向渗沟，配合排水层把水排出墙外。第二章 路基边坡稳定性分

9、析2.1 第一级台阶验算顶宽18m，高10.5m。路堤填料为粘性土，粘聚力C=28KPa，内摩擦角=28°（tan=0.532）。土的容重取=20KN/m3。设计荷载为汽一20级，由于高度为大于8m，所以设一级台阶，边坡坡度为1:1.5，第二级坡度为1:1.75。2.1.1 按比例绘制路基横断面图。车辆荷载的换算在进行路堤稳定性验算时，将车辆荷载按最不利情况排列，并换算成相当的土层厚度。汽一20级荷载换算成土柱高：由路基路面工程有， ； 式中：N并列车辆数，双向六车道N=4； L 标准车辆轴载为12.8m； Q一辆重车的重力（标准车辆荷载为550KN）； 路基填料的重度为20KN/m

10、3； B荷载横向分布宽度，路基宽18m。2.1.2 采用4.5H法确定圆心辅助线，具体如下：由坡脚E向下引竖线，在竖线上截取高度得F点。自F向右引水平线，在水平线上截取，得M点。连接边坡坡脚E和顶点S，求得SE的斜度，据此查粘土边坡表得。由E点作与SE成角的直线，再由S点作与水平线成角的直线，两条直线交于点I。连接I和M两点得到圆心辅助线。2.1.3 绘出三条不同位置的滑动曲线（都过坡脚）：一条过路基中线；一条过路基边缘；一条过距左边缘1/4路基宽度处。2.1.4 通过平面几何关系找出三条滑动曲线各自的圆心。2.1.5 将土基分段，每段如图宽1m，最后一段可能略小一点。2.1.6 计算滑动曲线

11、每一份段中点与圆心竖线之间的偏角， 并计算分段面积和以路堤纵向长度1m计算出各段的重力，进而将分化为两个分力：a)在滑动曲线法线方向分力；b)在滑动曲线切线方向力。 图2.1计算结果列表如下：曲线路堤稳定性计算表（半径R=12.06m）编号icosisiniAiQiNiTi1-6°01´0.99-0.103.5971.8271.42-7.5325°50´0.990.109.62192.42191.4219.56317°34´0.950.3013.77275.36262.283.11430°23´0.860.5115

12、.75315.04271.77159.34545°23´0.700.7111.70234.08164.41166.62658°48´0.520.861.6432.816.9928.06总和56.081121.52978.54449.16图2.2曲线路堤稳定性计算表（半径R=11.9m）编号icosisiniAiQiNiTi1-9°35´0.99-0.174.1374.3473.6-12.6428°56´0.990.1510.35186.3184.4427.95320°34´0.940.3515.

13、87285.66268.5299.98433°43´0.840.5517.87321.66270.19176.91549°23´0.650.7613.67246.06159.94187.01661°40´0.480.883.4562.129.826.22总和65.341176.12986.49505.43图2.3曲线路堤稳定性计算表（半径R=11.7m）编号icosisiniAiQiNiTi1-10°46´0.98-0.185.1191.9890.14-16.56210°54´0.980.181

14、1.56208.08203.9237.45322°04´0.930.3816.67300.06279.06114.02435°25´0.820.5818.56334.08273.95193.77551°32´0.630.7814.34258.12162.62201.33663°45´0.450.894.9689.2840.1879.46总和71.21281.61049.87609.47由上表可得： 曲线： ，曲线： ，曲线： ，2.1.7 计算滑动曲线圆弧长 曲线： 曲线： 曲线： 2.1.8 计算稳定系数 曲线：

15、曲线：曲线：由此可见，第三条曲线为极限滑动面，其稳定性系数大于1.5，满足规定的要求。第三章 水泥混凝土路面设计3.1交通分析3.1.1 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）30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1.163.2 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轴载换算的计算公式为： 轴载换算结果表车辆（KN）轴型轴-轮型系数（次/日）江淮AL6600前轴17单轴单轮2700后轴 26.5单轴双轮12700三湘CK6640前轴20.5单轴单轮800后轴37.5单轴双轮18

16、00鞍山AK6980H前轴36.6单轴单轮1530后轴72.3单轴双轮11530北京BJ130前轴13.55单轴单轮1700后轴27.2单轴双轮11700解放CA50前轴28.7单轴单轮610后轴68.2单轴双轮1610东风EQ140前轴23.7单轴单轮850后轴 69.2单轴双轮1850黄河JN150前轴49单轴单轮850后轴101.6单轴双轮1850日野KB222前轴50.2单轴单轮600后轴104.3单轴双轮1600五十铃EXR181L前轴60单轴单轮58后轴100三轴双轮58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

17、=0.22。交通年增长率为0.089 。设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为属于重交通等级普通混凝土设计弯拉强度（）5.0钢纤维混凝土设计弯拉强度（）6.03.3 初拟路面结构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0.26m；基层采用水泥稳定粒料，厚0.18m；垫层为0.15m低剂量无机结合料稳定土，普通混凝土板的平面尺寸为宽，长。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。3.4 路面材料参数确定查表可知，取普通混凝土的弯拉强度标准值为5.0MPa,相应弯拉弹性模量标准值为31Gpa，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取600Mpa，水泥稳定粒料基层回弹模

18、量取1300Mpa。 计算基层顶面当量回弹模量如下： 普通混凝土面层相对刚度半径3.5 荷载疲劳应力标准荷载在临界荷位处产生的荷载应力计算为:因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数=0.87。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。根据公路等级，由表可知，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。荷载疲劳应力计算为：3.6 温度疲劳应力由表可知，IV区最大温度梯度取92/m，板长5m，由表可查得普通混凝土板厚0.26m，温度应力系数0.65。最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：温度疲劳应力系数可按下式计算确定： 式中：a、b和c回归系数，按所在地区的公路自然区划查

19、表16-29确定，自然区划为IV区，式中a=0.841，b=0.058，c=1.323。临界荷位处的温度疲劳应力按下式计算确定： 3.7 检验初拟路面结构由表可得一级公路的安全等级为二级，目标可靠度为90，相应的变异水平等级为低-中，再由表可得可靠度系数=1.23。水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，其表达式采用下式计算： 普通混凝土面层为，因而，拟定的面层厚度为0.26m的普通混凝土路面，可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。第四章 沥青混凝土路面设计4.1 交通参数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

20、标及验算沥青层层底拉应力时各级轴载换算采用，计算结果如下表。轴载换算结果汇总表（以弯沉为标准时） 车型江淮AL6600前轴1716.427007.76后轴26.51127008.37三湘CK6640前轴20.516.48005.19后轴37.51180011.22鞍山AK6980H前轴36.616.453042.82后轴72.311530129.28北京BJ130前轴13.5516.417001.82后轴27.21117005.9解放CA50前轴28.716.461017.11后轴68.211610115.42东风EQ140前轴23.716.485010.37后轴69.211850171.35

21、黄河JN150前轴4916.4850244.32后轴101.611850910.77日野KB222前轴50.216.4600191.6后轴104.311600720.59五十铃EXR181L前轴6016.45840.23后轴1003.4158197.22831.32一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，交通年平均增长率为8.9%，则设计使用期累计当量轴次为：4.2 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，又由于该路为一级公路，所承受交通量较重，因此采用三层式结构，土基回弹模量。4.

22、3 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，中面层采用5cm厚中式密集配沥青混凝土，下层采用6cm粗粒式密集配沥青混凝土，基层和底基层分别采用刚度较高，水稳定性好的石灰稳定碎石基层（厚20m）和石灰稳定土底基层（厚度待计算确定）。4.4 各层材料设计参数确定土基及路面材料的回弹模量及各强度值列于下表中材料名称抗压回弹模（MPa）劈裂强度（MPa）2015细粒试沥青混泥土140020001.4中粒试沥青混泥土120018001粗粒试沥青混泥土100014000.8 两灰碎石15000.65石灰土5500.225土基354.5 计算设计弯沉值一级公路，取，面层为沥青混凝土，取

23、，半刚性基层、底基层总厚度大于20cm，按内插法确定基层类型系数为。设计弯沉： 计算各层材料的容许层底拉应力细粒式密集配沥青混凝土面层：中粒式密集配沥青混凝土：粗粒式密集配沥青混凝土：水泥石灰稳定碎石：石灰稳定土： 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4140020000.42中粒式沥青混凝土5120018000.30粗粒式沥青混凝土6100014000.22二灰碎石2015000.31石灰土235500.082土基-35-4.6 路面结构层厚度的计算4.6.1 理论弯沉系数的确定式中： 当量圆半径；F 弯沉综合修

24、正系数， 。因此： F=1.63×17.69/2000/10.650.38(30/0.70) 0.36=0.43 =17.69×1400/(2000×10.65×0.7×0.43)=3.864.6.2 确定设计层厚度采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度。h/=4/10.65=0.376 E2/E1=1200/1400=0.857；由三层体系弯沉系数诺莫图查得：=6.22。h/=4/10.65=0.376 =35/1200=0.029；由三层体系弯沉系数诺莫图查得K1=1.440。又因为K2= /(K1）=3.86/（6.22×

25、;1.44）=0.431，由上查表得：H/=6.7，H= 10.65×6.7=71.36。由可知：，因为H=71.36cm，可知h4=21.95cm，故取h4=22cm。4.7 沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算4.7.1 沥青混凝土面层层底拉应力验算 _ _ h1=4cm E1=2000MPa h=21.5cm E1=1200Mpa h2=5cm E2=1800MPa h3=6cm E3=1200MPa H=47.63cm E2=3600MPah4=20cm E4=3600MPa h5=23cm E5=2400MPa E0 =35 MPa E0=35MPa ；，。查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图，知，故满足