路基路面课程设计

1、学号武汉科技大学城市学院课程设 计报告课程名称路基与路面工程A重力式挡土墙设计题 目 B沥青路面设计C水泥混凝十路面设计院系土木工程系专业交通十建班级07级1班姓名褚骏鹏指导教师 陆永青2010年 6 月 13 日路基与路面工程课程设计任务书题目 : A 重力式挡土墙设计B 沥青路面设计C 水泥混凝土路面设计1. 课程设计教学条件要求设计室：制图教室2. 课程设计任务（ 1 ）了解设计任务, 拟定工作计划，查阅资料。（ 2）按公路路基设计规范（ JTG D30 2004） “ 5.4 挡土墙”一节，采用极限状态设计法进行重力式挡土墙设计；（ 3） 按 公路沥青路面设计规范JIG D50-200

2、6 的内容及要求进行沥青路面结构设计；（ 4）按公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2002 的内容及要求进行水泥混凝土路面结构设计；（ 5）根据指导教师的要求，采用指定的初始条件进行设计：重力式挡土墙、水泥混凝土路面的设计计算按所选方案手算；沥青路面的设计，在完成路面结构组合设计后，利用设计软件进行结构层厚度计算及各层底拉应力验算。在设计说明书（设计报告书）中应画计算图，采用A4 纸打印设计报告书。（ 6）出图：重力式挡土墙、沥青路面设计不出图（留待毕业设计时训练出图）；水泥混凝土路面设计，绘制面板接缝构造及钢筋布置图，A3 图纸 1 页。3. 课程设计报告书主要内容A 重力式挡土墙设

3、计（一）初始条件：（1）浆砌片石重力式仰斜路堤墙，墙顶填土边坡1:1.5 ,墙身纵向分段长度为10m；路基宽度26ml路肩宽度3.0m；（2）基底倾斜角0 ： tan 0 = 0.190,取汽车荷载边缘距路肩边缘d =0.5m；（ 3）设计车辆荷载标准值按公路I 级汽车荷载采用，即相当于汽车超 20 级、挂车120（验算荷载）；（ 4）墙后填料砂性土容重=18kN / m3, 填料与墙背的外摩擦角=0.5 ；粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数科=0.30 ,地基容许承载力0 =250 kPa ;（5）墙身采用2.5号砂浆砌 25号片石，垮工容重k =22 kN/m3,容许压应力 a 600kP

4、a,容许剪应力j100kPa,容许拉应力l60 kPa； b 6） 以下设计参数区别为每人一题，根据指导教师的安排指定采用（对所采用的参数值打标记）：墙后砂性土填料的内摩擦角：34 °墙面与墙背平行，墙背仰斜坡度（1: n ） ：1:0.25墙高H：7m墙顶填土高a ：3.0m（二）要求完成的主要任务：按公路路基设计规范（ JTG D30 2004） “ 5.4 挡土墙”一节，采用极限状态设计法进行设计：（ 1 ）车辆荷载换算；（2）计算墙后主动土压力Ea及其作用点位置；（ 3）设计挡土墙截面，墙顶宽度和基础埋置深度应符合规范要求。进行抗滑动稳定性验算及抗倾覆稳定性验算；（ 4）基础

5、稳定性验算与地基承载力验算；（ 5）挡土墙正截面强度及抗剪强度验算。B 沥青路面设计（一）初始条件：广西南宁地区（IV 7区）某新建双向4 车道一级公路，拟采用沥青混凝土路面，路基土为高液限粘土，地下水位为1m路基填土高度1.2m,预计通车初年的交通量如下：车型黄河解放长征上海小汽车JN150CA10BCZ160SH130交通量（ 辆 /d）7201100280120100交通量年平均增长率 7%,沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供 应。(二)要求完成的主要任务：(1)确定路面等级和面层类型；(2)确定土基的回弹模量；(3)路面结构组合设计；(4)根据设计弯沉值计算路面厚度

6、(采用沥青路面设计专用程序， 输入设计弯沉值及设 计参数汇总表的设计参数后，对需进行厚度计算的结构层进行厚度计算， 并进行各层底拉应 力验算)。C水泥混凝土路面设计广州郊区(IV7区)某新建双向2车道二级公路，拟采用水泥混凝土路面，行车道宽度为9ml路基土为中液限粘土，地下水位为0.7m,路基填土高度 0.6m,预计通车初年的交通量如下：车型解放CA10B上海SH142长征CZ160930黄河JN150交通量(辆/日)400750650600700交通量年平均增长率 8.5 %,沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。(二)要求完成的主要任务：(1)可靠度设计标准及变异系数范围

7、、可靠度系数的选用；(2)标准轴载作用次数的换算。(3)确定交通分级及混凝土弯拉强度标准值。(4)结构组合设计。(5)接缝设计。(6)混凝土板应力分析及厚度计算。(7)面板接缝构造及钢筋布置图。4.课程设计要求(1)学生按时到课程设计指定地点签到，遵守课程设计纪律。(2)学生独立完成课程设计任务。指导教师分时段验收学生完成的阶段任务。(3)学生按时提交课程设计成果和打印的课程设计报告书。29 / 275课程设计参考资料1）中华人民共和国行业标准. 公路路基设计规范（JTG D30 2004） . 北京：人民交通出版社，20042）中华人民共和国行业标准. 公路沥青路面设计规范（JTG D50

8、2006） . 北京：人20063）中华人民共和国行业标准. 公路水泥混凝土路面设计规范（ JTG D40 2002） . 北京：人民交通出版社，2002中华人民共和国行业标准. 公路工程技术标准（JTG B01-2003）. 北京：人民交通出版社，20035）邓学钧. 路基路面工程.北京：人民交通出版社，2000撰写者：陆永青指导教师：陆永青课程设计评分表评分标准：1 .学生是否严格遵守课程设计纪律，按照规定时间完成设计任务（占30%）2 .课程设计报告书质量：（占40%）（1）是否采用了良好的设计方法，独立完成课程设计。（2）课程设计各分段的任务是否按时完成及完成的质量。（3）是否完成课程

9、设计任务书指定的全部要求。3 .课程设计报告书的撰写规范（占30%）课程设计报告书的撰写规范要求与毕业设计（论文）的要求相同。教师评分：1 .学生出勤得分：2 . 内容质量得分： 3 .撰写规范得分：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）教师评语:签字：日期：年一月一日A重力式挡土墙设计1设计参数挡土墙墙高H=7m取基础埋置深度D=i.5m挡土墙纵向分段长度取L=iom 路基宽度26m路肩宽度3.0m；墙面与墙背平行，墙背仰斜，仰斜坡度1:0.25 ,=14.03° ,墙底(基底)倾斜度tan 0=0.190,倾斜角 0=10.76° ;墙顶填土高度 a=3.0m,

10、填土边坡坡度 1:1.5 , =arctan (1.5) 1 =33.69 ° , 汽车荷载边缘距路肩边缘d =0.5m墙后填土砂性土内摩擦角=34 ,填土与墙背外摩擦角 =/2=17 ,填土容重=18kN/m3;粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数以二0.30;墙身采用2.5号砂浆砌25号片石，墙身砌体容重k=22kN/m3,砌体容许 压应力a =600kPa,砌体容 许剪应力=100kPa,砌 体容许拉应力 wl =60kPa ；地基容许承载力0 =250kPa。2车辆荷载换算h0 q 140.78m183主动土压力计算3.1 计算破裂角A ab 2h0(b d) H(H 2a 2

11、h0)tan (Ha)(Ha 2h0)3 4.5 2 0.78 (4.5 0.5) 7 (7 2 3 2 0.78) tan( 14.03)(7 3) (7 3 2 0.78)0.4出3414.031736.97 tan tan w J(cot tan w)(tan w A)tan 36.97. (cot 34tan36.97 )(tan 36.970.4)0.8640.69墙底到路肩的水平距离为3.75m,路肩宽3m,墙底至破裂面与路基交点 距离为(7 2.5) 0.86 8.17m , 3+3.75=6.75<8.17 破裂面交于荷载内进行 计算直线形仰斜墙背，且墙背倾角较小，不会出

12、现第二破裂面。3.2 计算主动土压力Ea及其作用点位置3.2.1 计算主动土压力Eah2 d -05 0.82mtan tan 0.86 0.25 b atan 4.5 3 0.86 o 彳h33.1mtan tan 0.86 0.25Ka cos(tan tan )sin( w)cos(40.734 )( - tan40.7 tan( 14.03 )sin(40.736.97 )0.16h1 H h2 h37 0.82 3.1 3.18mK11 2a (1H2 31 (171.293.12h。%"HF2 0.78 3.1849Ea12-H KaK1 291.02 kN m118 4

13、9 0.1621.29ExEyEa cos(Ea sin(91.02 cos(1791.02 sin(1714.03 )14.03 )90.9kN m4.72kN m3.2.2计算主动土压力的合力作用点位置Zx2a(H h3)2 h0h1(3h1 2H)Zy3H 2Kl2一3 (7 3.1)2 0.78 3.18 (3 3.1832.55mb1b1tan1.61mZx tan墙底（基底）_ b1tan 02 7)3 49 1.29tan 01.7 1.7 tan( 14.03 ) 0.1901.61 2.55 0.25 2.25m倾斜，需把求得的Zx、Zy修正为Zx1、Zy1,即：Zx1 =

14、Zx,Zy1= 6_Zx1tan (见“附录”的图)Zx1Zx b1 tan 0 2.55 1.7 0.190 2.18mZy1 b Zx1 tan 1.7 2.18 tan( 14.03) 2.24m3.3 被动土压力墙前的被动土压力忽略不计。偏于安全。4挡土墙计算只对荷载组合II进行计算。4.1 拟定挡土墙顶宽经试算，取挡土墙顶宽为b1=1.6m4.2 抗滑动稳定性验算墙身体积计算：V1 b1(Hb1 tan 0) 1.6 (7 1.6 0.190) 10.71m3223V2 0.5b1 tan 00.5 1.6 0.5(0.5 0.047)1.6 1.09 0.190 0.24mV V1

15、 V210.71 0.24 10.95m3墙身自重计算：G1=V1 k 10.71 22235.62 kN , G2 =V2 k 0.24 22 5.28kN ,G G1 G2235.62 5.28 240.9kN抗滑稳定性验算：1.1G Q1(Ey Ex tan °)(1.1G QEy)tan ° qiEx1.1 240.9 1.4 (4.72 90.9 0.190) 0.3 (1.1 240.9 1.40 4.72) 0.190 1.40 90.913.08> 0墙身自重力臂计算：0.5Zg1 0.5( Hb1 tan 0) n b17 1.6 0.1900.25

16、 1.61.65Zg2 1/2 1/3(1/2 tan tan 0)4Zg(G1ZG1 G2ZG2)235.62 1.65 5.28 1.09240.91.63N G1 G2 Ey 240.9 4.72245.62kNN Ex tan 0Kx0CEx N tan。抗滑稳定系数:245.62 90.9 0.190 0.3 17 .390.9 245.62 0.190满足要求4.3抗倾覆稳定性验算0.8GZgQ1(EyZy1EXZX1) 0.8 240.9 1.63 1.4 (4.72 2.25 90.9 2.55)4.5> 0抗倾覆稳定系数:GiZgIG2ZG2EyZy1Ko ExZx12

17、35.62 1.65 5.28 1.09 4.72 2.2490.9 2.182.04 1.5满足要求4.4基底合力偏心距验算ZnG1Zg1G2ZG2EyZy1 ExZx1N至墙趾A的距离N235.62 1.65 5.28 1.09 4.72 2.24 90.9 2.18245 .620.84m基底合力偏心距e0Zn1.61 0.8420.035 ；4.5地基承载力验算245.621.61(10.0351.61)172.46kPa< 0 250kPa2-1詈)245.626 0.0351.611.61132.66kPa< 0 250kPa满足要求4.6墙身强度验算墙面与墙背平行,截

18、面最大应力位于接近基底处。由基底应力计算结果知墙身正应力满足墙体材料强度要求墙身剪应力及弯拉应力很小，计算从略。B沥青路面设计1确定路面等级和面层类型1.1 设计年限内一个车道的累计当量轴次计算1）轴载分析路面设计以双轮组单轴载100KNKJ标准轴载4.35Pip 计算（小于25的轴载不计），计当以设计弯沉为指标及验算沥青层层底拉应力时kNC1C2Q各级轴载换算采用i1算结果列表所示轴载换算结果汇总表（以弯沉为标准时）车型P KNC1C2ni次/日1C1 C2 n1 P / P 4.35/（次日1）黄河JN150前轴4916.4720206.9后轴101.611720771.5解放CA10B后

19、轴60.85111100126.7长征CZ160前轴45.216.428056.6后轴83.72.21280284.1上海SH130前轴16.5120后轴23120小汽车100k 一4.35合计：N1C1 C2 nlP/Pi 11445.8一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则设计使用期累计当量轴次为：Ne1 t 1 365 一Ni151 0.071 3650.071445.8 0.45 596745欹当验算半刚性基层层底拉应力时:各级轴载（轴载小于50KN的不计）车型P KN,C1,C2ni次/日1_ ' _ '一_ 8CC2n1P /P/（次日1

20、）黄河JN150后轴106.6117201200.5解放CA10B后轴60.8511110020.7长征CZ160后轴83.731280202.3k 一_'_'8合计：N1C1 C2、P/Pi 11423.5则用半刚性基层层底拉应力验算的累计当量轴次为：Ne J1 365 N1587541牧1.2 确定路面等级和面层类型根据“沥规”并结合上面的计算，确定路面等级为高级路面；面层类型为 沥青混凝土。2确定土基的回弹模量1）确定路基的干湿类型：该路处于IV7区，路槽底距地下水位高度平均为1.0m 12m 22m，查表可知此高度高于Hi,属于干燥路基。2）确定路基的平均稠度：查表可知

21、路基平均稠度介于爪1.03）和c0（1.20）之间，取1.1。3）查表可得土基的回弹模量E0 40MPa。3路面结构组合设计3.1拟定路面结构组合方案. 、一 -. .一4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596.7 10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，因此采用双层式结构3.2 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，下面层采用 6cm厚粗 粒式密集配沥青混凝土。由于沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、 水泥等材料供应，基层和底基层分别采用刚度较高、水稳定性好的石灰粉 煤灰稳定碎石基层（厚20cm和石灰稳定

22、土底基层（厚度待计算确定）。3.3 各层材料设计参数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（MPa20 C15 C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27一4 根据设计弯沉值计算路面厚度4.1 计算设计弯沉值Ac 1.0，面层为沥青混凝土，取As 1.0，半刚性基层、底基层总厚度大于20cm,取人1.0。设计弯沉：Ld600 Ne 0.2 Ac As Ab600 59674560.2 1.0 1.01.0 26.48计算各层材料的容

23、许层底拉应力/KR sp s细粒式密集配沥青混凝土：0 22Ks 0.09 Aa Ne0.22/Ac0.09 1.002259674560.22 /1.02.79R s /Ks 1.4/2.79 p0.5MPa中粒式密集配沥青混凝土:02259674560.22 /1.02.790 22Ks 0.09 Aa Ne0.22/Ac0.09 1.0R s /Ks 1/2.79 0.36MPap粗粒式密集配沥青混凝土：K 0.09 A N 0.22/A 0.09 1.1 59674560.22/1.0 3.08MPa saecR / K 0.8/3.08 0.26MPaR sp s两灰碎石:Ks 0.

24、35 Ne0.11/Ac 0.35 59674560'1/1.0 1.91MPaRsd/Ks0.65/1.91 0.34MPaRsp s石灰土： _011_ _0 11_Ks 0.45 Ne/Ac 0.45 5967456 /1.1 2.5MPasd/Ks 0.225/2.5 0.09MPa sp s设计参数汇总表材料名称厚度(cmj)20 C抗压模里(MPa15C抗压模里(MPa谷许拉应力(MPa)细粒式沥青混凝土4140020000.5中粒式沥青混凝土5120018000.36粗粒式沥青混凝土6100014000.26两灰碎石2215000.34石灰土?5500.09土基-34-采

25、用HPDS2003所路路面设计程序计算结果:公路等级：一级公路 新建路面的层数：5 标准轴载：BZZ-100 路面设计弯沉值:26.5(0.01mm)路面设计层层位：5设计层最小厚度：15 (cm)设计参数汇总表材料名称厚度(cm20 C抗压模里(MPa15c抗压模里(MPa谷许拉应力(MPa)细粒式沥青混凝土4140020000.5中粒式沥青混凝土5120018000.36粗粒式沥青混凝土6100014000.26两灰碎石2215000.34石灰土235500.09土基-34-按设计弯沉值计算设计层厚度LD= 26.5 (0.01mm)H( 5 )= 20 cm LS= 27.8 (0.01

26、mm)H( 5 )= 25 cm LS= 25.5 (0.01mm)H( 5 )= 22.8 cm( 仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度:H( 5 )= 22.8 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)H( 5 )= 22.8 cm(H( 5 )= 22.8 cm(H( 5 )= 22.8 cm(H( 5 )= 22.8 cm( 路面设计层厚度第2层底面拉应力验算满足要求)第3层底面拉应力验算满足要求)第4层底面拉应力验算满足要求)第5层底面拉应力验算满足要求)H( 5 )= 22.8 cm(H( 5 )= 22.8 cm(仅考虑弯沉)同时考虑弯沉和拉应力)通过对设计层厚度取整,最后得到

27、路面结构设计结果如下:细粒式沥青混凝土4 cm粗粒式沥青混凝土6 cm石灰粉煤灰碎石22cm石灰土23cm土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算材料名称厚度(cm20 C抗压模里(MPa15C抗压模里(MPa谷许拉应力(MPa)细粒式沥青混凝土4140020000.5中粒式沥青混凝土5120018000.36粗粒式沥青混凝土6100014000.26两灰碎石2215000.34石灰土235500.09土基-34-计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值第1层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 26.4 (0.01mm)层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 29.4 (0.01mm)层路面顶面竣工验收弯沉

28、值LS= 33.6 (0.01mm)层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 39.2 (0.01mm)第5层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 115.2 (0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 292.5 (0.01mm)(根据“基层施工规范” 第88页公式)LS= 232.9 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)计算新建路面各结构层底面最大拉应力层底面最大拉应力(r( 1 )=-0.227 (MPa)层底面最大拉应力(r( 2 )=-0.083 (MPa)层底面最大拉应力(r( 3 )=-0.033 (MPa)层底面最大拉应力(r( 4 )=0 .134 (MPa)层底面最大拉应力

29、(t( 5 )=0 .08 (MPa)3.5验算沥青混凝土各面层及半刚性基层、底基层的层底拉应力由以上计算结果可得，各结构层容许拉应力R均大于底面最大拉应力，故才两足应力?两足要求0C水泥混凝土路面设计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（为90目标可靠指标1.28变异水平等级低-中可靠度系数1.162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Ne轴载换算的计算公式为:Ns n iNi 强 16i 1100轴载换算结果表车辆P (KN轴型轴-轮型系数ini （次/日）解放CA10B前轴19.40单轴单

30、轮2.22 103 pi 0.43400后轴60.85单轴双轮1400上海SH142前轴25.55单轴单轮2.22 103 pi 0.43750后轴55.10单轴双轮1750长征CZ160前轴45.20单轴单轮C cc "30.432.22 10 Pi650后轴83.70双轴双轮1.07 10 5Pi 0.22 1650930前轴22.9单轴单轮2.22 103 R 0.43600中轴60.6单轴双轮1600后轴60.6单轴双轮1600黄河JN150前轴49.00单轴单轮2.22 103 pi 0.43700后轴101.60单轴双轮1700按规范查表得：交通等级为重，水泥混凝土路面的

31、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=0.22。设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为 t30一 Ns 11 365907 1 0.0851 365 ,Ne s 0.22 904681欹0.085属于重交通等级普通混凝土设计弯拉强度fr ( MPa)5.0钢纤维混凝土设计弯拉强度fr ( MPa)6.03确定土基的回弹模量1）确定路基的干湿类型：该路处于IV7区，路槽底距地下水位高度平均为0.7m 0.6m 13m，查表可知此高度在H2范围内，属于中湿路基。2) 确定路基的平均稠度： 查表可知路基平均稠度介于c1 (1.03) 和 c2 (0.94)之间，取1 。3) 查表可得土基的回弹模量E0 34.5MPa 。4 结构组合设计4.1 选择面层类型及厚度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0.24m；排水基层选用多孔隙水