路基路面課程設(shè)計完整版

1、 路基路面工程課程設(shè)計 學(xué)院：土木工程學(xué)院專業(yè)：土木工程班級：道路二班姓名：黃葉松指導(dǎo)教師：但漢成 二一五年九月目 錄一、重力式擋土墻設(shè)計第一部分 設(shè)計任務(wù)書3（一）設(shè)計內(nèi)容和要求3（二）設(shè)計內(nèi)容3（三）設(shè)計資料3第二部分 設(shè)計計算書1. 車輛換算荷載42. 主動土壓力計算53. 設(shè)計擋土墻截面94. 繪制擋土墻縱橫截面（附圖1）30二、 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計1設(shè)計資料122. 軸載分析123. 擬定路面結(jié)構(gòu)方案164. 各材料層參數(shù)165. 設(shè)計指標確定176. 確定設(shè)計層厚度187. 底層彎拉應(yīng)力驗算218. 防凍層厚度驗算299. 方案可行性判定2910. 繪制路面結(jié)構(gòu)圖31一、重力式擋土墻

2、第一部分 設(shè)計任務(wù)書（一）設(shè)計的目的要求通過本次設(shè)計的基本訓(xùn)練，進一步加深對路基路面工程有關(guān)理論知識的理解，掌握重力式擋土墻設(shè)計的基本方法與步驟。將設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計說明書及全部設(shè)計計算圖表編好目錄，裝訂成冊。（二）設(shè)計內(nèi)容車輛荷載換算；土壓力計算；擋土墻截面尺寸設(shè)計；擋土墻穩(wěn)定性驗算。（三）設(shè)計資料1墻身構(gòu)造擬采用細粒水泥混凝土砌片石重力式路堤墻(如草圖1)，墻高=？m，墻頂寬=？m，填土高度2.4m，填土邊坡1：1.5，墻背仰斜，1：0.25（=1402），基底傾斜1：5（=1118)，墻身等厚，=7.0 m。2車輛荷載車輛荷載等級為公路級，擋土墻荷載效應(yīng)組合采用荷載組合、，路基寬度33.5

3、m，路肩寬度0.75m。3土壤工程地質(zhì)情況墻后填土容重=18KN/m3，內(nèi)摩檫角=38，填土與墻背間的摩檫角；粘性土地基，允許承載力=250Kpa，基底摩檫系數(shù)=0.40。4墻身材料細粒水泥混凝土砌25號片石，砌體容重=23KN/m3； 砌體允許壓應(yīng)力=600KPa，允許剪應(yīng)力=100KPa，允許拉應(yīng)力=60KPa。第二部分 計算書正文1. 車輛荷載換算墻背后填土表面有車輛荷載作用，使土體產(chǎn)生附加的豎向應(yīng)力，從而產(chǎn)生附加的側(cè)向應(yīng)力。土壓力計算時，對于作用于墻背后填土表面的車輛荷載可以近似的按均布荷載來考慮，并將其換算為重度與墻后填土相同的均布土層。（1）求不計車輛荷載作時的破裂棱體寬度B0計算

4、圖示如下初步擬定，查公路設(shè)計手冊（路基），由表321中第五類公式知則，于是有：（2）求縱向分布長度L L采用10m，其中，L0取為7.0m（3）計算車輛荷載總重車輪中心距路基邊緣0.5m，汽車20級，一輛車的總重力為300KN。在范圍內(nèi)布置車輪重：布置車輪的寬度 （4）換算當量土層厚度 2. 主動土壓力計算1）求破裂角 假設(shè)破裂面交于荷載內(nèi)，查公路設(shè)計手冊（路基）現(xiàn)驗算破裂面是否交于荷載內(nèi)：堤頂破裂面至墻踵：荷載內(nèi)緣至墻踵:荷載外緣至墻踵:比較得知：，故結(jié)果與假設(shè)相符，所選公式正確。（2）求主動土壓力系數(shù)K和K1（1）中假設(shè)成立，即破裂面交于荷載內(nèi)，則采用公路設(shè)計手冊（路基）第二版表3-2-1

5、采用第6類公式計算：（3）求主動土壓力及作用點位置按墻的每延米計算。墻后土體主動土壓力：水平向分力：豎向分力：因基底傾斜，土壓力對墻趾O的力臂為：（4）驗算荷載：對于掛車100取，。于是：驗算破裂面是否交于荷載內(nèi)：堤頂破裂面至墻踵：荷載內(nèi)緣至墻踵:荷載外緣至墻踵:比較得知：，故結(jié)果與假設(shè)相符，所選公式正確。求主動土壓力系數(shù)K和K1求主動土壓力及作用點位置墻后土體主動土壓力：水平向分力：豎向分力：比較得知：驗算荷載略大于設(shè)計荷載，故擋土墻截面設(shè)計按照驗算荷載進行計算。因基底傾斜，土壓力對墻趾O的力臂為：3. 設(shè)計擋土墻截面（1）計算墻身自重及其力臂故（2）抗滑穩(wěn)定性驗算，故抗滑移穩(wěn)定性滿足要求。

6、（3）抗傾覆穩(wěn)定性驗算，故擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。（4）基底應(yīng)力驗算為保證擋土墻基底應(yīng)力不超過地基承載力，應(yīng)進行基底應(yīng)力驗算。偏心距：因此，地基承載力滿足要求。（5）截面應(yīng)力驗算為了保證強身具有足夠的強度，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗選擇12個控制斷面進行驗算，墻面、墻背相互平行，截面的最大應(yīng)力出現(xiàn)在接近基底處。 強度計算要求：如附圖所示，選取一個截面進行驗算：1-1截面其中，； 于是： 則擋土墻強度滿足要求。 穩(wěn)定性計算要求：其中：于是：則擋土墻穩(wěn)定性滿足要求。 正截面受剪時驗算要求：其中： 于是：則擋土墻抗剪強度滿足要求。4. 繪制擋土墻縱橫斷面圖（1:100）。見附圖一二、瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計一、設(shè)計資料

7、表1 交通量及荷載組成車型總重（KN）前軸（KN）后軸（KN）后軸數(shù)輛/日黃河JN150150.6049.00101.6011700解放CA10B80.2520.2560.0011200東風(fēng)EQ14092.0023.7069.201650日野KB211147.5547.55100.001200太脫拉138211.4051.40160.00225上海SH13039.5016.5023.001340躍進23048.5018.2033.3013502010年2015年交通量的平均年增長率為12%，2000年以后為11%。該公路為雙向四車道，路基平均填土高度1.8 m，土質(zhì)為中液限粘土，平均地下水位1

8、.6 m，平均凍深0.4 m。二、軸載分析1、確定設(shè)計年限內(nèi)交通量的平均增長率根據(jù)設(shè)計資料，2010年2015年交通量的平均年增長率為12%，2000年以后為11%。2、設(shè)計年限內(nèi)一個車道的累計當量軸次的計算路面設(shè)計采用雙輪組單軸載100KN為標準軸載，以BZZ100表示。1） 當以設(shè)計彎沉值為設(shè)計指標時，換算成標準軸載P的當量作用次數(shù)N的公式為：表1.2 軸載換算結(jié)果表（彎沉）車型PI(KN)C1C2NiN黃河JN150前軸4916.41700488.63后軸101.61117001821.53解放CA10B前軸20.2516.412007.38后軸60111200130.06東風(fēng)EQ140

9、前軸23.716.46507.93后軸69.211650131.03日野KB211前軸47.5516.420050.44后軸10011200200太脫拉138前軸51.416.4258.85后軸1602.2125424.90上海SH130前軸16.516.43400.86后軸23113400.57躍進230前軸18.216.43501.35后軸33.3113502.93N=3276.46設(shè)計使用年限內(nèi)設(shè)計車道的標準軸載累計作用次數(shù)Ne 式中：Ne-標準軸載累計當量作用次數(shù) t-設(shè)計基準年限 -交通量年平均增長率 -臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)，取=0.45，第一個5年=3276.46第二個

10、5年第三個5年一個車道的累計當量軸載作用次數(shù)為：=+=1.913，屬于重級交通。該值可用于來計算路面設(shè)計彎沉及瀝青層底拉應(yīng)力。2） 當進行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗算時，換算成標準軸載P的當量作用次數(shù)N 的公式為：車型PI(KN)C1C2niN黃河JN150前軸491117005.65后軸101.61117001930.18解放CA10B前軸20.251112000后軸6011120020.16東風(fēng)EQ140前軸23.7116500.01后軸69.21165034.18日野KB211前軸47.55112000.52后軸10011200200太脫拉138前軸51.411250.12后軸1603125

11、3221.23上海SH130前軸16.5113400后軸23113400躍進230前軸18.2113500后軸33.3113500.05N=5412.1設(shè)計使用年限內(nèi)設(shè)計車道的標準軸載累計作用次數(shù)Ne 式中：Ne-標準軸載累計當量作用次數(shù) t-設(shè)計基準年限 -交通量年平均增長率 -臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)，取=0.45，第一個5年=5412.1第二個5年第三個5年一個車道的累計當量軸載作用次數(shù)為：=+=3.161，屬于特重級交通。此數(shù)據(jù)用于進行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗算。三、擬定路面結(jié)構(gòu)組合方案及厚度方案一： 方案二：細粒式瀝青混凝土 h=4cm中粒式瀝青混凝土 h=5cm粗粒式瀝青混凝

12、土 h=6cm水泥穩(wěn)定碎石 h=20cm石灰土 h=?級配碎、礫石 h=12 cm土基細粒式瀝青混凝土 h=4cm中粒式瀝青混凝土 h=6cm粗粒式瀝青混凝土 h=8cm水泥穩(wěn)定碎石 h=？二灰土 h=16cm填隙碎石 h=10 cm土基方案一中石灰土層為設(shè)計層，方案二中以水泥穩(wěn)定碎石層為設(shè)計層。四、各層材料的抗壓模量與劈裂強度、土基的回彈模量的確定1） 確定各層材料的抗壓模量與劈裂強度，（通過查表）可得下列設(shè)計參數(shù)，匯表如下：材料名稱抗壓回彈模量（）15劈裂強度（）2015細粒式瀝青混凝土140020001.4中粒式瀝青混凝土120014001.0粗粒式瀝青混凝土100012000.8水泥穩(wěn)

13、定碎石15000.5石灰土5500.225二灰土7500.25級配碎、礫石225填隙碎石2502） 確定土基的回彈模量根據(jù)該路段所處的自然區(qū)劃，土質(zhì)，且稠度等，查公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范可得土基回彈模量。五、設(shè)計指標的確定（設(shè)計彎沉Ld）對于一級公路，規(guī)范要求以設(shè)計彎沉值作為設(shè)計指標，并進行結(jié)構(gòu)底層拉應(yīng)力驗算。1、設(shè)計彎沉值的計算式中：Ld-設(shè)計彎沉值（0.01mm） Ne-設(shè)計年限內(nèi)一個車道累計當量軸載標準通行次數(shù) Ac-公路等級系數(shù)，一級公路：1.0 AS-面層系數(shù)，瀝青混凝土面層：1.0 AB-路面結(jié)構(gòu)系數(shù)，剛性基層、半剛性基層、瀝青路面為1.0又Ne=1.913則設(shè)計彎沉值=20.98 (

14、0.01mm) 抗拉結(jié)構(gòu)強度系數(shù)K： 瀝青混凝土面層 無機結(jié)合料穩(wěn)定集料 無機結(jié)合料穩(wěn)定細粒土 容許拉應(yīng)力，-路面結(jié)構(gòu)材料的極限抗拉強度（MPa）。結(jié)構(gòu)層材料名稱NeAcKsspR（MPa）細粒式瀝青混凝土1.9131.03.599 1.40.389中粒式瀝青混凝土1.9131.03.599 1.00.278粗粒式瀝青混凝土1.9131.03.599 0.80.222-水泥穩(wěn)定碎石3.1611.02.3390.50.214石灰土3.1611.03.0070.2250.0748二灰土3.1611.03.0070.250.0831級配碎、礫石3.1611.02.339填隙碎石3.1611.02.3

15、39 六、確定設(shè)計層的厚度（采用三層體系為計算體系）確定我國路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的標準為實際彎沉值小于設(shè)計彎沉值，即因此在設(shè)計路面結(jié)構(gòu)厚度時，可以采用最不利情況，即實際彎沉值等于設(shè)計彎沉值。、計算彎沉綜合修正系數(shù)F式中：F彎沉綜合修正系數(shù)；路面實測彎沉值，在計算路面厚度時，可用容許彎沉值； 、標準車型的輪胎接地壓強（MPa）和當量圓半徑（cm），通常 取0.7MPa，取10.65cm；E0土基回彈模量。、計算理論彎沉系數(shù)、將多層體系照彎沉等效的原則換算為按三層體系，如下圖所示：E hE hE hE hE hE hEE hE HE1、對于方案一，計算石灰土層厚度：由已知參數(shù)求得： ；查三層體系表面彎沉系

16、數(shù)諾謨圖，可得=6.600，K1=1.250，由公式 由K2=0.452， ，查諾謨圖得：取10.65cm 則H=62.84CM由中層厚度的換算公式：=5cm則=H-=57.84cm解得 取整2、對于方案二，計算水泥穩(wěn)定碎石層厚度： ；查三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖，可得=6.600，K1=1.250，由公式 由K2=0.452， ，查諾謨圖得：取10.65cm 則H=62.84CM由中層厚度的換算公式：=6cm則=H-=56.84cm 解得 取整則初步擬定路面方案如下圖所示：方案一： 方案二：細粒式瀝青混凝土 h=4cm中粒式瀝青混凝土 h=5cm粗粒式瀝青混凝土 h=6cm水泥穩(wěn)定碎石 h=

17、20cm石灰土 h=34cm級配碎、礫石 h=12 cm土基細粒式瀝青混凝土 h=4cm中粒式瀝青混凝土 h=6cm粗粒式瀝青混凝土 h=8cm水泥穩(wěn)定碎石 h=29cm二灰土 h=16cm填隙碎石 h=10 cm土基七、層底彎拉應(yīng)力驗算對于方案一1、驗算瀝青混凝土面層底面的彎拉應(yīng)力將多層路面按照拉應(yīng)力相等的原則換算為彈性三層體系，如下圖所示：E hE hE hE hE hE hEE hE HE 換算公式可以采用下列公式表示：注意此時第一層用15抗壓模量，其余各層抗壓模量不變則假設(shè)上中層間為連續(xù)的，查諾謨圖，得： ； ；瀝青混凝土面層底面拉應(yīng)力滿足要求2、驗算半剛性基層底面的彎拉應(yīng)力將多層路面

18、按照拉應(yīng)力相等的原則換算為彈性三層體系，如下圖所示：E hE hE hE hE hE hEE hE HE換算公式可以采用下列公式表示：注意此時第一層用15抗壓模量，其余各層抗壓模量不變則假設(shè)上中層間為連續(xù)的，查諾謨圖，得： ； ；瀝青混凝土面層底面拉應(yīng)力滿足要求3、驗算底基層底面的彎拉應(yīng)力將多層路面按照拉應(yīng)力相等的原則換算為彈性三層體系，如下圖所示：E hE hE hE hE hE hEE hE HE換算公式為：換算公式可以采用下列公式表示：注意此時第一層用15抗壓模量，其余各層抗壓模量不變則假設(shè)上中層間為連續(xù)的，查諾謨圖，得： ； ；瀝青混凝土面層底面拉應(yīng)力滿足要求對于方案二1、驗算瀝青混凝

19、土面層底面的彎拉應(yīng)力將多層路面按照拉應(yīng)力相等的原則換算為彈性三層體系，如下圖所示：E hE hE hE hE hE hEE hE HE 換算公式可以采用下列公式表示：注意此時第一層用15抗壓模量，其余各層抗壓模量不變則假設(shè)上中層間為連續(xù)的，查諾謨圖，得： ； ；瀝青混凝土面層底面拉應(yīng)力滿足要求2、驗算半剛性基層底面的彎拉應(yīng)力將多層路面按照拉應(yīng)力相等的原則換算為彈性三層體系，如下圖所示：E hE hE hE hE hE hEE hE HE換算公式可以采用下列公式表示：注意此時第一層用15抗壓模量，其余各層抗壓模量不變則假設(shè)上中層間為連續(xù)的，查諾謨圖，得： ； ；瀝青混凝土面層底面拉應(yīng)力滿足要求3、驗算底基層底面的彎拉應(yīng)力將多層路面按照拉應(yīng)力相等的原則換算為彈性三層體系，如下圖所示：E hE hE hE hE hE hEE hE