東南大學(xué)路基路面課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、瀝青路面厚度設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)學(xué)號(hào)： 姓名： 班級(jí)： 成績(jī)： 日期： 2014年9月 瀝青路面厚度設(shè)計(jì)A、基本情況某地?cái)M新建一條二級(jí)公路省道，路線總長(zhǎng)21km，雙向四車(chē)道，路面寬度為16m，該地屬公路自然區(qū)劃IV區(qū)，路基為低液限粘土土質(zhì)，填方路基最大高度2.1m，路床頂距地下水位平均高度1.4m，屬中濕狀態(tài)，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)法確定土基回彈模量50MPa，年降雨量1200mm，最高氣溫39，最低氣溫-10。擬采用瀝青混凝土路面，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，查表得其設(shè)計(jì)使用期12年。B、交通荷載情況根據(jù)區(qū)域交通分析預(yù)測(cè)近期交通組成和交通量如表1所示，交通量年平均增長(zhǎng)率為4%。表1 近期交通組成與交通量車(chē)型分類(lèi)代表車(chē)型數(shù)量（

2、輛/d）小客車(chē)桑塔納20002280中客車(chē)江淮AL6600220大客車(chē)黃海DD680450輕型貨車(chē)北京BJ130260中型貨車(chē)東風(fēng)EQ140660重型貨車(chē)黃河JN163868鉸接掛車(chē)東風(fēng)SP9250330要求：試根據(jù)交通荷載等級(jí)，選擇相應(yīng)的基層（和底基層）材料進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，并根據(jù)進(jìn)行瀝青路面厚度設(shè)計(jì)計(jì)算，編制計(jì)算書(shū)（計(jì)算書(shū)格式及編目示例附后）。一、基本設(shè)計(jì)條件與參數(shù) 依題意得，基本設(shè)計(jì)條件如下：新建二級(jí)公路，雙向四車(chē)道，路面寬度16m，公路自然區(qū)劃IV區(qū)，低液限粘土土質(zhì)，填方路基最大高度2.1m，路床頂距地下水位平均高度1.4m，中濕狀態(tài)，年降雨量1200mm，最高氣溫39，最低氣溫-10?；?/p>

3、本參數(shù)如下：土基回彈模量50MPa，設(shè)計(jì)使用期12年，交通量年平均增長(zhǎng)率為4%。二、交通量分析本設(shè)計(jì)的累計(jì)當(dāng)量軸次的計(jì)算以雙輪組單軸載100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以BZZ-100表示。1. 當(dāng)設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)時(shí)，當(dāng)量軸次計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果如下：汽車(chē)車(chē)型Pi(kN)C1C2ni(次/日)C1C2ni(Pi/P)4.35次/日黃海DD680前軸49.001145020.2100后軸91.5011450305.7696東風(fēng)EQ140后軸69.2011660133.0471黃河JN163前軸58.61186884.8935后軸114.00118681534.8143東風(fēng)SP9250前軸50.70113301

4、7.1909后軸113.303.413301931.4922（P=100kN）4027.418注：軸載小于25kN的軸載作用不計(jì)查規(guī)范得該公路車(chē)道系數(shù)為0.4，累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算如下：屬于中等交通。2. 以半剛性基層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)計(jì)算當(dāng)量軸次汽車(chē)車(chē)型Pi(kN)C1C2ni(次/日)C1C2ni(Pi/P)8次/日黃海DD680后軸91.5011450221.0962東風(fēng)EQ140后軸69.201166034.7051黃河JN163前軸58.61186812.0698后軸114.00118682476.045東風(fēng)SP9250前軸50.70113301.4407后軸113.30513304480

5、.4664（P=100kN） 7225.823注：軸載小于50kN的軸載作用不計(jì)查規(guī)范得車(chē)道系數(shù)為0.4，累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算如下：屬于重交通。由1、2計(jì)算可得，該設(shè)計(jì)道路的累積軸載情況屬于重交通級(jí)別。3、 結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)1.初擬結(jié)構(gòu)組合和材料選取參照規(guī)范，本道路設(shè)計(jì)選用6層基本層位，路面結(jié)構(gòu)面層采用瀝青混凝土(18cm)，其中表面層采用細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土(厚度4cm)，中面層采用中粒式密級(jí)配瀝青混凝土(厚度6cm)，下面層采用粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土(厚度8cm)；基層采用水泥穩(wěn)定碎石（厚度取20cm）；底基層采用石灰土（厚度待定），初擬厚度40cm。2.各層材料的抗壓模量與劈裂強(qiáng)度查表得到各層

6、材料的抗壓回彈模量和劈裂強(qiáng)度。抗壓回彈模量取20的模量，得到20的抗壓回彈模量：細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土為1400MPa，中粒式密級(jí)配瀝青混凝土為1200MPa，粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土為1000MPa，水泥碎石為1500MPa，石灰土550MPa。彎拉回彈模量和彎拉強(qiáng)度瀝青層取15的值，分別為2000MPa、 1800MPa、1200MPa、3550MPa、1480MPa。各層材料的劈裂強(qiáng)度：細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土為1.4MPa，中粒式密級(jí)配瀝青混凝土為1.0MPa，粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土為0.8MPa，水泥碎石為0.5MPa，石灰土0.225MPa。3.土基回彈模量的確定依題意得土基回彈模量為

7、50MPa。四、彎沉計(jì)算本公路為二級(jí)公路，公路等級(jí)系數(shù)取1.1，面層是瀝青混凝土，面層類(lèi)型系數(shù)取1.0，半剛性基層，底基層總厚度大于20cm，基層類(lèi)型系數(shù)取1.0。該路面結(jié)構(gòu)屬于彈性層狀體系，計(jì)算較復(fù)雜，因此借助計(jì)算機(jī)軟件完成計(jì)算任務(wù)，計(jì)算結(jié)果如下：路面設(shè)計(jì)彎沉五、層底拉應(yīng)力計(jì)算通過(guò)電算程序計(jì)算得到，各層層底拉應(yīng)力與容許拉應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如下：層位厚度（cm）類(lèi)型層底拉應(yīng)力（MPa）容許拉應(yīng)力（MPa）14細(xì)粒式密級(jí)配瀝青砼-0.23300.507126中粒式密級(jí)配瀝青砼-0.03970.362238粗粒式密級(jí)配瀝青砼-0.02040.2898420水泥穩(wěn)定碎石0.25370.2537540石灰土

8、0.08880.8888六、設(shè)計(jì)極限狀態(tài)驗(yàn)證極限狀態(tài)驗(yàn)證如下： 路面厚度驗(yàn)證如下： 因此方案一符合設(shè)計(jì)要求。七、設(shè)計(jì)成果優(yōu)化由于設(shè)計(jì)道路等級(jí)僅為二級(jí)公路，出于節(jié)省瀝青用料的目的，新的方案從減少瀝青層厚度的角度考慮，同時(shí)加厚水泥穩(wěn)定碎石基層厚度，在保證路面承載能力和滿足最小防凍厚度的要求，底基層厚度也可得到一定的縮減。設(shè)計(jì)方案如下：1.初擬結(jié)構(gòu)組合和材料選取路面結(jié)構(gòu)面層采用瀝青混凝土(15cm)，其中表面層采用細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土(厚度4cm)，中面層采用中粒式密級(jí)配瀝青混凝土(厚度5cm)，下面層采用粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土(厚度6cm)；基層采用水泥穩(wěn)定碎石（厚度取30cm）；底基層采用石灰

9、土（厚度待定），初擬厚度30cm。2. 各層材料的抗壓模量與劈裂強(qiáng)度與設(shè)計(jì)彎沉計(jì)算同方案一。 路面設(shè)計(jì)彎沉五、層底拉應(yīng)力計(jì)算通過(guò)電算程序計(jì)算得到，各層層底拉應(yīng)力與容許拉應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如下：層位厚度（cm）類(lèi)型層底拉應(yīng)力（MPa）容許拉應(yīng)力（MPa）14細(xì)粒式密級(jí)配瀝青砼-0.23310.507126中粒式密級(jí)配瀝青砼-0.06890.362238粗粒式密級(jí)配瀝青砼-0.04330.2898420水泥穩(wěn)定碎石0.25370.2537540石灰土0.08880.8888六、設(shè)計(jì)極限狀態(tài)驗(yàn)證極限狀態(tài)驗(yàn)證如下： 路面厚度驗(yàn)證如下： 因此方案二符合設(shè)計(jì)要求。綜上，方案二和方案一都能滿足強(qiáng)度和彎沉指標(biāo)的要求

10、，但方案二中路面結(jié)構(gòu)層總厚度和瀝青面層厚度降低，造價(jià)更加低廉，因此，在道路要求不高的條件下，可選擇方案二。普通水泥混凝土路面板厚設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)學(xué)號(hào)： 姓名： 班級(jí)： 成績(jī)： 日期： 2014年9月 普通水泥混凝土路面板厚設(shè)計(jì)A、基本情況某地?cái)M新建一條二級(jí)公路省道，路線總長(zhǎng)21km，雙向四車(chē)道，路面寬度為16m，該地屬公路自然區(qū)劃IV區(qū)，路基為低液限粘土，路床頂距地下水位平均高度1.4m，本地石料以砂巖為主。擬采用普通水泥混凝土路面，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，查表得其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期20年，目標(biāo)可靠度85%。綜合以往工程情況，結(jié)合施工企業(yè)一般技術(shù)、設(shè)備和工藝水平，確定其變異水平等級(jí)為“中”。B、交通荷載情況根據(jù)區(qū)域交

11、通分析確定：設(shè)計(jì)車(chē)道初始年平均日標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)Ns為3775，交通量年平均增長(zhǎng)率為4%；設(shè)計(jì)荷載選定為單軸雙輪100kN，單次極限荷載經(jīng)調(diào)研選定為單軸雙輪170kN。C、其他已知情況選定平面尺寸：5m長(zhǎng)，4m寬。接縫：縮縫為設(shè)傳力桿的假縫，縱縫為帶拉桿的平頭真縫。路肩：基層材料與路面相同，面層采用與面層同厚度水泥混凝土，與路面板間設(shè)拉桿連接。要求：試根據(jù)交通荷載等級(jí)，選擇相應(yīng)的基層（和底基層）材料進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，并根據(jù)初估板厚進(jìn)行板厚設(shè)計(jì)計(jì)算，編制計(jì)算書(shū)（計(jì)算書(shū)格式及編目示例附后）。1、 基本設(shè)計(jì)條件與參數(shù)依題意得：設(shè)計(jì)道路為二級(jí)公路，路面寬度16m，屬公路自然區(qū)劃IV區(qū)，路基為低液限粘土，路

12、床頂距地下水位平均高度1.4m，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期20年，目標(biāo)可靠度85%，變異水平等級(jí)為“中”；設(shè)計(jì)車(chē)道初始年平均日標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)Ns為3775，交通量年平均增長(zhǎng)率為4%；設(shè)計(jì)荷載選定為單軸雙輪100kN，單次極限荷載經(jīng)調(diào)研選定為單軸雙輪170kN。2、 交通量分析由題意可知年交通量平均增長(zhǎng)率為4%，由規(guī)范得臨界荷位處的車(chē)輛輪跡橫向分布系數(shù)為0.39。計(jì)算設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車(chē)道標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)如下： 查表得設(shè)計(jì)道路交通量等級(jí)屬于重交通。三、結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)參照規(guī)范，根據(jù)二級(jí)公路、重交通和中級(jí)變異水平，查表得初擬定路面結(jié)構(gòu)組合如下：面層選用普通混凝土，厚度為0.25m；基層選用水泥穩(wěn)定碎石，厚度為0.

13、20m，底基層選用水泥穩(wěn)定碎石，厚度為0.20m。普通混凝土板的尺寸選定為長(zhǎng)5m，寬4m。4、 路基參數(shù)計(jì)算1.參數(shù)選擇查表得取重交通荷載等級(jí)要求路基綜合回彈模量該值為80MPa。查表得水泥混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值5.0MPa，相應(yīng)彎拉模量31GPa，泊松比取0.15，線脹系數(shù)為1.010-5/。查表得取水泥穩(wěn)定碎石基層回彈模量為2500MPa，水泥穩(wěn)定碎石底基層為1500MPa，7d浸水抗壓強(qiáng)度分別為5.5MPa和2.5MPa，上層的泊松比取為0.20。2.綜合回彈模量計(jì)算因雙層水泥穩(wěn)定碎石基層，故選擇分離式雙層板模型。因除路基外只有單層基層，所以： 五、荷載應(yīng)力計(jì)算1. 上層板在設(shè)計(jì)荷載作用下

14、的荷載應(yīng)力計(jì)算上層板彎曲剛度： 下層板彎曲剛度：雙層板總的剛度半徑： 標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的的荷載應(yīng)力按下式計(jì)算： 下層板材料為水穩(wěn)碎石，無(wú)需計(jì)算其荷載應(yīng)力。2. 計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力查規(guī)范得應(yīng)力折減系數(shù)kr=0.87；二級(jí)公路kc =1.05；荷載疲勞應(yīng)力系數(shù)kf：荷載疲勞應(yīng)力：3. 計(jì)算軸載在四邊自由板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力 設(shè)計(jì)軸載在四邊自由板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力： 最重軸載在面層板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計(jì)算公式與ps相同，但要用最重軸載Pm代替式中的設(shè)計(jì)軸載Ps。最重軸載在臨界荷位產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力： 六、溫度應(yīng)力計(jì)算1. 最大溫度梯度時(shí)混凝土面層板最大溫度應(yīng)力 計(jì)算綜合溫

15、度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù)BL：面板計(jì)算與彈性地基單層板模型相比，溫度翹曲應(yīng)力系數(shù)CL計(jì)算公式不同，其他都相同，下層板不考慮其溫度應(yīng)力。 查表IV區(qū)取最大溫度梯度取88/m，計(jì)算最大溫度應(yīng)力如下： 2. 面層板臨界荷位處產(chǎn)生的溫度疲勞應(yīng)力 查表得at、bt和ct分別為0.843、1.323、0.058，計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)如下： 七、設(shè)計(jì)極限狀態(tài)驗(yàn)證 極限狀態(tài)驗(yàn)證如下： 故設(shè)計(jì)符合要求。8、 設(shè)計(jì)成果優(yōu)化方案一普通混凝土面層厚度為25cm，疲勞極限狀態(tài)的綜合疲勞應(yīng)力達(dá)4.234MPa，與材料的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值有一定差距，故方案二可考慮降低面層厚度，取面層厚度為22cm。經(jīng)計(jì)算，極限狀態(tài)驗(yàn)證

16、如下：設(shè)計(jì)滿足要求，根據(jù)規(guī)范最終結(jié)果需加6mm磨耗層，并向上取整，取23cm。故方案設(shè)計(jì)如下：面層選用普通混凝土，厚度為0.23m；基層選用水泥穩(wěn)定碎石，厚度為0.20m，底基層選用水泥穩(wěn)定碎石，厚度為0.20m。普通混凝土板的尺寸選定為長(zhǎng)5m，寬4m。重力式擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)學(xué)號(hào)： 姓名： 班級(jí)： 成績(jī)： 日期： 2014年9月 重力式擋土墻設(shè)計(jì)基本情況二級(jí)公路，路基寬8.5m，雙車(chē)道路面，其中K0+007K0+027需擬設(shè)計(jì)路肩式擋土墻，分段長(zhǎng)度10m，端部設(shè)錐形護(hù)坡。要求設(shè)置普通重力式擋墻，墻身及基礎(chǔ)采用漿砌片石（250#片石，50#砂漿），g砌體22kN/m3，漿砌片石擴(kuò)大基礎(chǔ)下采用砂礫

17、石材料（基礎(chǔ)埋深為地面以下1m），m0.6。墻后填筑普通粘性土，g填土18kN/m3，計(jì)算內(nèi)摩擦角f30，填土與墻背間的摩擦角d=f/215。地基承載應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值為fk=450kPa，圬工砌體的極限抗壓強(qiáng)度為700kPa、極限抗彎拉強(qiáng)度為110kPa、極限抗剪切強(qiáng)度為80kPa。1、 確定墻身斷面構(gòu)造與尺寸 墻身斷面如圖1所示圖1 重力式擋土墻墻身斷面（單位：cm）二、土壓力計(jì)算庫(kù)侖法適用條件：墻背傾斜、粗糙，墻后填土不水平，假定破裂面為平面、填料為砂性土（c=0）、破壞土體為剛性。一般粘性土填料的水平填土也可近似用庫(kù)侖法計(jì)算土壓力。邊界條件：路肩墻，無(wú)內(nèi)側(cè)邊坡，荷載布置在全寬范圍，剛好從墻內(nèi)側(cè)

18、布置，破裂角交于荷載中部。采用庫(kù)侖法計(jì)算主動(dòng)土壓力： 已知：，車(chē)輛荷載換算： 則或（舍去），所以， ，3、 墻體抗滑及抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算（1）抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算需滿足：取單位長(zhǎng)度，可得：故滿足抗滑要求（2）抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算需滿足：故滿足抗傾穩(wěn)定性的要求。4、 基底應(yīng)力及合力偏心距驗(yàn)算基底合力偏心距要求：，符合偏心距要求。故滿足地基承載力的要求。5、 墻身斷面強(qiáng)度驗(yàn)算1.強(qiáng)度計(jì)算（取1/2高處的水平斷面）進(jìn)行驗(yàn)算： 則或（舍去），所以， 又因此所以 因?yàn)榇寺芳鐗榘珘?，可以不考慮縱向穩(wěn)定問(wèn)題。（2）正截面直接受剪時(shí)驗(yàn)算綜上所述，設(shè)計(jì)擋土墻符合要求。懸臂式擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)學(xué)號(hào)： 姓名： 班級(jí)： 成績(jī)： 日

19、期： 2014年9月 懸臂式擋土墻設(shè)計(jì)A、內(nèi)容要求懸臂式擋土墻由立臂和墻底板組成，呈倒“T”字型。其具有三個(gè)懸臂，即立臂、墻趾板和墻踵板，適用于墻高小于6米的擋土墻，其形式如圖2所示。懸臂式擋土墻的設(shè)計(jì)，包括墻身構(gòu)造設(shè)計(jì)、墻身截面尺寸的擬定、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和基底應(yīng)力驗(yàn)算以及墻身配筋計(jì)算等。墻身構(gòu)造設(shè)計(jì)是指擋土墻的外形構(gòu)造設(shè)計(jì)，一般懸臂式擋土墻的外形即如上圖所示；墻身截面尺寸的擬定是指已知部分條件，根據(jù)對(duì)擋土墻的使用要求設(shè)計(jì)其它部位的尺寸；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和基底應(yīng)力驗(yàn)算是根據(jù)設(shè)計(jì)的一定尺寸的擋土墻，驗(yàn)算其在荷載、土壓力等因素作用下是否滿足規(guī)范的設(shè)計(jì)要求等。B、工程實(shí)例某城市道路拓寬改造工程，采用輕型懸臂式

20、路肩墻，其構(gòu)造特點(diǎn)、荷載條件、道路狀況初步見(jiàn)圖3：圖2 輕型懸臂式路肩墻其它資料：（1）行車(chē)荷載：道路行車(chē)荷載為汽20級(jí)，換算為汽車(chē)等代土層厚H00.96m；（2）墻后填土：墻后填土的容重g115kN/m3，內(nèi)摩擦角f35；（3）墻前填土：墻前填土的容重g218kN/m3；（4）墻底參數(shù)：基底摩擦系數(shù)m0.4，地基承載應(yīng)力值為f=200kPa；（5）墻體參數(shù)：墻體采用30號(hào)混凝土澆筑，容重為g325kN/m3。C、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容1）根據(jù)以上工程實(shí)例資料，參照懸臂式擋墻設(shè)計(jì)內(nèi)容要求，設(shè)計(jì)該擋土墻。2）將其改為普通重力式擋墻，重新設(shè)計(jì)該擋土墻，并比較其與懸臂式擋墻在結(jié)構(gòu)形式和計(jì)算方法方面的異同。（一

21、）懸臂式擋土墻設(shè)計(jì)一、確定墻身斷面構(gòu)造與尺寸圖3 墻身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖（單位：cm）墻身斷面如圖所示，各項(xiàng)數(shù)據(jù)符合作業(yè)設(shè)計(jì)要求，下面進(jìn)行擋墻計(jì)算。二、力學(xué)計(jì)算1. 土壓力計(jì)算墻外土體水平，墻背豎直且光滑，采用朗肯土壓力理論進(jìn)行土壓力計(jì)算。 汽車(chē)等效土層厚度：地面處水平應(yīng)力：懸臂底B點(diǎn)水平應(yīng)力： 底板C點(diǎn)水平應(yīng)力：由于擋土墻所受應(yīng)力圖為梯形，力臂難以確定，故將荷載產(chǎn)生的壓力、力臂和土產(chǎn)生的壓力、力臂分開(kāi)計(jì)算： 荷載合力： 荷載力臂： 土壓力： 土壓力臂：2. 豎向荷載計(jì)算（1）立板自重力立板重心坐標(biāo)（2）底板自重力底板重心坐標(biāo)（3）地面均布荷載及填土的自重力：地面均布荷載及填土的總重心坐標(biāo)三、穩(wěn)定性計(jì)算與分析1. 抗滑穩(wěn)定性 豎向力之和 抗滑力 滑移力 故擋土墻抗滑穩(wěn)定性滿足要求。2. 抗傾覆穩(wěn)定性 穩(wěn)定力矩： 傾覆力矩： 故擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。四、基底應(yīng)力與偏心距計(jì)算1. 偏心距計(jì)算地面承載力采用設(shè)計(jì)荷載，各項(xiàng)荷載的分項(xiàng)系數(shù)查規(guī)范可得：地面活荷載；土荷載；自重。 豎向荷載引起的彎矩： 水平力引起的彎矩 總豎向力： 初始偏心距： 偏心距： 基底應(yīng)力計(jì)算;