路基路面課程設(shè)計(jì)

1、路基路面工程課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 1、重力式擋土墻設(shè)計(jì) 2、邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì) 3、瀝青混凝土路面設(shè)計(jì) 4、水泥混凝土路面設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 ： 學(xué) 號(hào) ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 日 期 ：2015年 12 月 日1重力式擋土墻設(shè)計(jì)1.1 初始條件 (a) 漿砌片石重力式仰斜路堤墻，墻頂填土邊坡1:1.5，墻身縱向分段長(zhǎng)度為10m,路基寬度26m,路肩寬度3m；(b) 基底仰斜角0：tan0=0.190，取汽車荷載邊緣距路肩邊緣d=0.5m;；(c) 設(shè)計(jì)車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)值按公路1級(jí)汽車荷載采用，即相當(dāng)于汽車超20級(jí)、掛車120（驗(yàn)算荷載）：(d) 墻后填料砂性土容重=18KNm3,填料與墻背的外摩擦角=0

2、.5；粘性土地基與漿砌片石基底的摩擦系數(shù)=0.30，地基容許承載力0=250KPa;；(e) 墻身采用2.5號(hào)砂漿砌25號(hào)片石，圬工容量k=22KNm3,容許壓應(yīng)力a=600KPa,砌體容許拉應(yīng)力L=60KPa;(f) 墻后砂性土填料內(nèi)摩擦角=35°；墻面與墻背平行，墻背 仰斜坡度為1:0.25；墻高H=5m；墻頂填土高a=3m 。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)（1）車輛荷載換算；（2）計(jì)算墻后主動(dòng)土壓力Ea及其作用點(diǎn)位置；（3）設(shè)計(jì)擋土墻截面，墻頂面寬度和基礎(chǔ)埋深應(yīng)符合規(guī)范要求，進(jìn)行抗滑力穩(wěn)定性驗(yàn)算及抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算； (4)基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗(yàn)算與地基承載力驗(yàn)算；(5)擋土墻正截面強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算。1

3、.3設(shè)計(jì)參數(shù)1.3.1 幾何參數(shù)墻高H=5m，取基礎(chǔ)埋深,墻身縱向分段長(zhǎng)度；墻背仰斜坡度1:0.25，墻底傾斜度，傾斜角；墻頂填土高度a=3m，填土邊坡坡度1:1.5，=tan-11.5=33.69°，汽車荷載邊緣距路肩邊緣.1.3.2力學(xué)參數(shù)墻后砂性土填料內(nèi)摩擦角=35°填料與墻背外摩擦角=0.5=17.5°，填土容重；墻身采用2.5號(hào)砂漿砌25號(hào)片石，墻身砌體容重=18KNm3,砌體容許壓應(yīng)力,砌體容許拉應(yīng)力；地基容許承載力.1.4車輛荷載換算 按墻高確定的附加荷載強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，查表6-5得q=16.25KNh0=q=16.2518=0.90281.5 主動(dòng)土

4、壓力計(jì)算1.5.1 計(jì)算破裂角直線型仰斜墻背，且墻背傾角較小，不會(huì)出現(xiàn)第二破裂面先假定破裂面位置通過(guò)荷載中心，按此進(jìn)行計(jì)算并驗(yàn)算。A=3m,d=0.5m,H=5m,h0=0.9028m,b=4.5m,=17.5°,=35°,=-14.04°,=+=38.5°,tan=0.795A0=12a+H+2h0a+H=39.22B0=12ab+2h0b+d-Htan(H+2a+2h0)=19.25令A(yù)=B0A0=0.49，則tan=-tan±cot+tanA+tan=0.895或-2.485=tan-10.895=41.83°堤頂破裂面至墻踵：

5、（H+a）tan=7.166m荷載內(nèi)側(cè)至墻踵：b+Htan-+d=6.25m荷載外側(cè)至墻踵：b+Htan-+d+L0=8.52m因6.25<7.166<8.52，故破裂面交與荷載中部，假設(shè)正確。1.5.2計(jì)算主動(dòng)土壓力Ea h2=H-d-atantan+tan=5-0.5-3×0.8950.895-0.25=2.814m Ea=12H2KaK1=12×18×25×0.15×1.967=66.386KN （3）主動(dòng)土壓力作用點(diǎn)位置 因墻底傾斜，將Zx ，Zy修正為Zx1，Zy1 墻前的被動(dòng)土壓力為偏于安全，忽略不計(jì)！1.6擋土墻計(jì)算1

6、.6.1 擬定擋土墻頂寬經(jīng)試算，去擋土墻頂寬b1=2m1.6.2 抗滑力穩(wěn)定性驗(yàn)算=0.3，查表6-11得，Q1=1.4 , ，墻身自重：, ， 作用于墻底（即基底）的豎向力，0.9G+Q1Ey+0.9Gtan0-Q1Ex=2.269>0 , 滿足要求抗滑穩(wěn)定系數(shù)，滿足抗滑要求。1.6.3抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 ，很安全，滿足要求。1.6.4基底應(yīng)力及合力偏心距驗(yàn)算 墻底斜寬： 基底合力偏心距：，1.6.5 地基承載力驗(yàn)算 ，滿足要求。1.6.6 墻身強(qiáng)度驗(yàn)算墻面、墻背相互平行，截面最大應(yīng)力出現(xiàn)在接近基底處。偏心距和基底應(yīng)力滿足要求，墻身截面剪應(yīng)力拉應(yīng)力也能滿足要求，可不檢驗(yàn)。2邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

7、2.1 初始條件：路線經(jīng)過(guò)區(qū)域路基填土為粘土，邊坡為梯形邊坡，分兩級(jí)，土力學(xué)的指標(biāo)：塑限14%，液限27%，含水量19%，天然容重18KN/m3，粘聚力19KPa，內(nèi)摩擦角28°，公路按一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，雙向四車道，設(shè)計(jì)車速為80Km/h，路基寬度為24.5m，荷載為車輛重力標(biāo)準(zhǔn)值550KN，中間護(hù)坡道取2m，車道寬度3.75m，硬路肩2.5m，土路肩0.75m，進(jìn)行最不利布載時(shí)對(duì)左右各布3輛車。H1=7m，H2=8m，I1=1:1.25，I2=1:1.52.2汽車荷載當(dāng)量換算 按荷載最不利布置條件，取單位長(zhǎng)度路段，將車輛荷載換算成相當(dāng)于路基沿途層厚度，以h0表示，計(jì)入滑動(dòng)體的重力總?cè)ァ?/p>

8、 h0= 式中：ho行車荷載轉(zhuǎn)換高度 L前后輪最大軸距，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載為12.8m。 N并列車輛數(shù)，取6。 Q輛車的重量（標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載為550KN）。 路基填料的重度（KN/m3）。 B荷載橫向分布寬度，表示如下： B=Nb+(N1)m+d 式中： b后輪輪距，取1.8m。 M相鄰兩輛車后輪的中心間距，取1.3m。 D 輪胎著地寬度，取0.6m。計(jì)算： B=6×1.8+5×1.3+0.6=17.9m h0=0.8m 計(jì)算高度：H=h0+H1+H2=15.8m2.3 圓弧滑動(dòng)面條分法分析 2.3.1 按4.5H線法確定圓心位置。 平均坡度I=0.8+7+8：8.75+2+1

9、2=1:1.44 查表4-1得1=26°，,2=35° 式中-各土條的法向分力，。 -各土條的切向分力有正負(fù)之分，。 -各土條的重心與圓心連線對(duì)豎軸y的夾角，用CAD確定。 L-滑動(dòng)面圓弧全長(zhǎng)，用CAD確定。2.3.2 滑動(dòng)曲線過(guò)距路基3/4處穩(wěn)定系數(shù)K1 K1=fi=1nNi+cLi=1nTi=tan28°×5702.047+19×471675.041=2.343>1.20，穩(wěn)定2.3.3 滑動(dòng)曲線過(guò)距路基1/4處穩(wěn)定系數(shù)K2K2=fi=1nNi+cLi=1nTi=tan28°×1687.706+19×32

10、.24916.696=1.65>1.20，穩(wěn)定2.3.4 滑動(dòng)曲線過(guò)距路基中心處穩(wěn)定系數(shù)K3K3=fi=1nNi+cLi=1nTi=tan28°×3490.278+19×39.711383.051=1.89>1.20，穩(wěn)定2.3.5 滑動(dòng)曲線過(guò)距路基1/8處穩(wěn)定系數(shù)K4K4=fi=1nNi+cLi=1nTi=tan28°×1051.323+19×30.75530.645=2.154>1.20，穩(wěn)定2.3.6 滑動(dòng)曲線過(guò)距路基1/16處穩(wěn)定系數(shù)K5K5=fi=1nNi+cLi=1nTi=tan28°×

11、;1386.802+19×32.08678.2688=1.986>1.20，穩(wěn)定畫(huà)出關(guān)于K值的折線圖K1= 2.343；K2= 1.650；K3= 1.890；K4= 2.154；K5= 1.986 易知： Kmin=1.650>1.20,滿足要求 因此該邊坡穩(wěn)定性符合要求。3 瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)資料第二部分第五套設(shè)計(jì)資料題：海南省東部二級(jí)公路瀝青路面設(shè)計(jì)海南省東部（IV區(qū)）某新建雙向2車道二級(jí)公路，擬采用瀝青混凝土路面，行車道中央劃雙線分隔。路基土為粘性土，地下水位為0.8m，路基填土高度0.5m，預(yù)計(jì)通車初

12、年的交通量如下：車型黃河JN163江淮AL6600東風(fēng)EQ140東風(fēng)SP9250北京BJ130交通量(輛/d)390440240250460交通量年平均增長(zhǎng)率7.3，沿線可開(kāi)采碎石、砂礫，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供應(yīng)。3.2 軸載換算3.2.1 代表軸載：汽車車型前軸重（KN）后軸重（KN）后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距（m）日交通量（輛/d)黃河JN16358.6114120390江淮AL66001726.5120440東風(fēng)EQ14023.669.3120240東風(fēng)SP925050.7113.3324250北京BJ13013.427.41204603.2.2 換算公式軸載換算以彎沉值和瀝青層的層

13、底拉力和半剛性材料的層底拉力為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。（1）當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)和瀝青層的層底拉力驗(yàn)算 式中 ：N標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次（次/日） ni各種被換算車輛的作用次數(shù)（次/日） P標(biāo)準(zhǔn)軸載（KN） Pi各種被換算車型的軸載（KN） C1軸數(shù)系數(shù) C2輪組系數(shù)，單輪組為6.4，雙輪組為1四輪組為0.38。 當(dāng)軸間距大于3m時(shí)，按單獨(dú)的一個(gè)軸計(jì)算，此時(shí)軸數(shù)系數(shù)為 1，當(dāng)軸間距小于3m時(shí)，雙軸或多軸按C1=1+1.2（m-1）計(jì)算。 （2）當(dāng)以半剛性材料結(jié)構(gòu)層的層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，按下式完成軸載當(dāng)量換算 軸數(shù)系數(shù) 輪組系數(shù)，雙輪組為1.0，單輪組18.5，四輪組0.09 對(duì)于軸間距小于3m的雙軸或多軸的

14、軸數(shù)系數(shù)按C1=1+2(m-1)計(jì)算。 軸載換算結(jié)果表（彎沉）車型（）（次/日）黃河JN163前軸58.616.4390244.1后軸11411390689.6江淮AL6600前軸1716.44401.27后軸26.5114401.36東風(fēng)EQ140前軸23.616.42402.874后軸69.31124048.69東風(fēng)SP9250前軸50.716.425083.35后軸113.311250430.37北京BJ130前軸13.416.44600.47后軸27.4114601.651503.73軸載換算結(jié)果表（半剛性材料結(jié)構(gòu)層的層底拉應(yīng)力）車型（）（次/日）黃河JN163后軸1141139011

15、12.5江淮AL6600后軸26.5114400.01東風(fēng)EQ140后軸69.31124012.77東風(fēng)SP9250后軸113.311250678.86北京BJ130后軸27.4114600.0151804.16注：軸載小于50kN的軸載作用不計(jì)；3.2.3 設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道通過(guò)的累計(jì)當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸次： （1） 設(shè)計(jì)年限累計(jì)當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載數(shù)公式： 式中：Ne設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道通過(guò)的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次； t設(shè)計(jì)年限（年）； N1路面營(yíng)運(yùn)第一年雙向日平均當(dāng)量軸次（次/日）； r 設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通平均增長(zhǎng)率（%）； 與車道數(shù)有關(guān)的車輛橫分布系數(shù)，簡(jiǎn)稱車道系數(shù)；雙向兩車道二級(jí)公路，查表得，取=0.65，t=1

16、2年，r=7.3% 換算方法瀝青層的層底拉力驗(yàn)算時(shí)半剛性材料的層底拉力驗(yàn)算時(shí)累計(jì)交通軸次64956987793473 根據(jù)瀝青路面交通等級(jí)的劃分，可知為中等交通等級(jí)。3.3 確定土基回彈模量該路段處于7區(qū)，為粘質(zhì)土，處于干燥狀態(tài)，擬定稠度為1.10，查表“二級(jí)自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值（MPa）”查得土基回彈模量為40MPa。3.4 結(jié)構(gòu)組合與材料選取3.4.1 擬定路面結(jié)構(gòu)層厚度根據(jù)規(guī)范推薦結(jié)構(gòu)，并考慮到公路沿途可開(kāi)采碎石、砂礫，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供應(yīng)。路面結(jié)構(gòu)面層采用瀝青混凝土（12cm），基層采用二灰穩(wěn)定砂礫（取30cm）,底基層采用石灰土（厚度待定）。面層采用三層式瀝青

17、面層，表層采用細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土（厚度3cm），中面層采用中粒式密級(jí)配瀝青混凝土（厚度4cm），下面層采用粗粒式密級(jí)配混凝土（厚度5cm）。3.4.2各層材料的抗壓模量和和劈裂強(qiáng)度查表得到各層材料的抗壓模量和劈裂強(qiáng)度。計(jì)算結(jié)構(gòu)層厚度時(shí)，抗壓模量應(yīng)取200C的模量，各值均取規(guī)范給定范圍的中值，因此得到200C的抗壓模量：細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土為1400MPa，中粒式密級(jí)配混凝土為1200MPa，粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土為1000MPa水泥碎石為1500MPa，水泥石灰砂礫土層為1000MPa。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

18、密級(jí)配瀝青混凝土為0.8Mpa，水泥碎石為0.5MPa，水泥石灰砂礫土層為0.35MPa。3.5 設(shè)計(jì)指標(biāo)的確定1） 設(shè)計(jì)彎沉什公式： 式中： 設(shè)計(jì)彎沉值； 設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道累計(jì)當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載通行次數(shù)； 公路等級(jí)系數(shù)，高速公路、一級(jí)公路為1.0，二級(jí)公路為1.1，三四級(jí)公路為1.2； 面層類型系數(shù)，瀝青砼面層為1.0，熱拌瀝青碎石、乳化瀝青碎石、上拌下貫或貫入式路面、瀝青表面處治為1.1，中低級(jí)路面為1.2。該結(jié)構(gòu)為柔性基層與半剛性基層組合，按內(nèi)插法確定基層類型系數(shù)為。彎拉應(yīng)力設(shè)計(jì)控制指標(biāo)容許拉應(yīng)力公式： 式中：路面結(jié)構(gòu)材料的容許拉應(yīng)力，即該材料能承受設(shè)計(jì)年限次加載的疲勞彎拉應(yīng)力（MPa）；

19、路面結(jié)構(gòu)材料的極限抗拉強(qiáng)度（MPa），由實(shí)驗(yàn)室按標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)得； 抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。根據(jù)結(jié)構(gòu)層材料不同，按以下公式計(jì)算。 （瀝青砼面層） （無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料） （無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土） （貧砼）2）計(jì)算：該公路為一級(jí)公路，?。幻鎸邮菫r青砼，??；各層材料的容許層底拉應(yīng)力：細(xì)粒式密級(jí)配瀝青砼： 中粒式密級(jí)配瀝青砼： 粗粒式密級(jí)配瀝青砼： 二灰穩(wěn)定砂礫：二灰穩(wěn)定砂礫屬于半剛性基層 故 石灰土：石灰土屬于半剛性基層 故 3.6設(shè)計(jì)資料總結(jié)設(shè)計(jì)彎沉值為：26.73(0.01mm)，相關(guān)設(shè)計(jì)資料匯總?cè)缦拢翰?料 名 稱200C彈模（MPa）容許拉應(yīng)力（MPa）細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土414000.50中粒式

20、密級(jí)配瀝青混凝土612000.36粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土89000.288二灰穩(wěn)定砂礫2015000.36石灰土5500.11土基40按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度 : LD= 25.63 (0.01mm) H( 5 )= 30 cm LS= 26 (0.01mm) H( 5 )= 35 cm LS= 23.9 (0.01mm) H( 5 )= 30.9 cm(僅考慮彎沉) 按容許拉應(yīng)力驗(yàn)算設(shè)計(jì)層厚度 : H( 5 )= 30.9 cm(第 1 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求) H( 5 )= 30.9 cm(第 2 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求) H( 5 )= 30.9 cm(第 3 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿

21、足要求) H( 5 )= 30.9 cm(第 4 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求) H( 5 )= 30.9 cm(第 5 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求) 路面設(shè)計(jì)層厚度 : H( 5 )= 30.9 cm(僅考慮彎沉) H( 5 )= 30.9 cm(同時(shí)考慮彎沉和拉應(yīng)力) 驗(yàn)算路面防凍厚度， 路面最小防凍厚度50 cm 驗(yàn)算結(jié)果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求 .4 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)資料公路自然區(qū)劃III區(qū)擬新建一條二級(jí)公路，路基為粘質(zhì)土，采用普通混凝土路面，路面寬7.5米，經(jīng)交通調(diào)查得知，設(shè)計(jì)車道使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)為6000，交通量年平均增長(zhǎng)率為6%，試設(shè)計(jì)該路面厚度。4.2

22、交通分析 由表16-20可知，二級(jí)公路設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為20年，安全等級(jí)為三級(jí)，由表16-3，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.37，交通量年平均增長(zhǎng)率為6%。設(shè)計(jì)基限期內(nèi)的設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)荷載累積作用次數(shù)為Ne=Ns1+grt-1×365gr =60001+0.0620-1×3650.06×0.37=2.98×107次 查表16-4知，該公路路面屬特重交通等級(jí)。4.3 初擬路面結(jié)構(gòu)由表16-20可知安全等級(jí)為三級(jí)的變異水平等級(jí)為中級(jí)。根據(jù)二級(jí)公路、特重交通等級(jí)和中級(jí)變異水平，查表16-17初擬普通混凝土面層厚度為。選用碾壓混凝土基層，厚0.2m，墊層為0.1

23、5m低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土。普通混凝土板的平面尺寸為寬4.5m，長(zhǎng)5m?？v縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。4.4 路面材料參數(shù)確定（1）查表16-23和表16-25，取特重交通等級(jí)的普通混凝土面層彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fr=5MPa，相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為31GPa。（2）根據(jù)表16-14，取土基抗壓回彈模量為30MPa.查表16-27，取低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土墊層回彈模量為600MPa，碾壓混凝土基層回彈模量為800MPa（3）按公式16-53計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量如下： 式中：Ex為基層和底基層或墊層的當(dāng)量回彈模量(MPa)。 E1，E2為基層和底基層或墊層的回彈模量（MPa），E1=800MPa， E2=600MPa。 h1，h2為基層和底基層或墊層的厚度，h1=0.