路基路面課程設(shè)計

1、路基路面工程課程設(shè)計計算書 1、重力式擋土墻設(shè)計 2、邊坡穩(wěn)定性設(shè)計 3、瀝青混凝土路面設(shè)計 4、水泥混凝土路面設(shè)計 學(xué) 生 姓 名 ： 學(xué) 號 ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 日 期 ：2015年 12 月 日1重力式擋土墻設(shè)計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)計車輛荷載標(biāo)準(zhǔn)值按公路1級汽車荷載采用，即相當(dāng)于汽車超20級、掛車120（驗算荷載）：(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號砂漿砌25號片石，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)計任務(wù)（1）車輛荷載換算；（2）計算墻后主動土壓力Ea及其作用點位置；（3）設(shè)計擋土墻截面，墻頂面寬度和基礎(chǔ)埋深應(yīng)符合規(guī)范要求，進行抗滑力穩(wěn)定性驗算及抗傾覆穩(wěn)定性驗算； (4)基礎(chǔ)穩(wěn)定性驗算與地基承載力驗算；(5)擋土墻正截面強度及抗剪強度驗算。1

3、.3設(shè)計參數(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號砂漿砌25號片石，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度進行計算，查表6-5得q=16.25KNh0=q=16.2518=0.90281.5 主動土

4、壓力計算1.5.1 計算破裂角直線型仰斜墻背，且墻背傾角較小，不會出現(xiàn)第二破裂面先假定破裂面位置通過荷載中心，按此進行計算并驗算。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計算主動土壓力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）主動土壓力作用點位置 因墻底傾斜，將Zx ，Zy修正為Zx1，Zy1 墻前的被動土壓力為偏于安全，忽略不計！1.6擋土墻計算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)定性驗算 ，很安全，滿足要求。1.6.4基底應(yīng)力及合力偏心距驗算 墻底斜寬： 基底合力偏心距：，1.6.5 地基承載力驗算 ，滿足要求。1.6.6 墻身強度驗算墻面、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。2邊坡穩(wěn)定性設(shè)計

7、2.1 初始條件：路線經(jīng)過區(qū)域路基填土為粘土，邊坡為梯形邊坡，分兩級，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°，公路按一級公路標(biāo)準(zhǔn)，雙向四車道，設(shè)計車速為80Km/h，路基寬度為24.5m，荷載為車輛重力標(biāo)準(zhǔn)值550KN，中間護坡道取2m，車道寬度3.75m，硬路肩2.5m，土路肩0.75m，進行最不利布載時對左右各布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，計入滑動體的重力總?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。計算： B=6×1.8+5×1.3+0.6=17.9m h0=0.8m 計算高度：H=h0+H1+H2=15.8m2.3 圓弧滑動面條分法分析 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之分，。 -各土條的重心與圓心連線對豎軸y的夾角，用CAD確定。 L-滑動面圓弧全長，用CAD確定。2.3.2 滑動曲線過距路基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 滑動曲線過距路基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 滑動曲線過距路基中心處穩(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 滑動曲線過距路基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 滑動曲線過距路基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3.1 設(shè)計資料第二部分第五套設(shè)計資料題：海南省東部二級公路瀝青路面設(shè)計海南省東部（IV區(qū)）某新建雙向2車道二級公路，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交通量年平均增長率7.3，沿線可開采碎石、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)計標(biāo)準(zhǔn)。（1）當(dāng)以設(shè)計彎沉值為指標(biāo)和瀝青層的層底拉力驗算 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，按單獨的一個軸計算，此時軸數(shù)系數(shù)為 1，當(dāng)軸間距小于3m時，雙軸或多軸按C1=1+1.2（m-1）計算。 （2）當(dāng)以半剛性材料結(jié)構(gòu)層的層底拉應(yīng)力為設(shè)計指標(biāo)時，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；3.2.3 設(shè)計年限內(nèi)一個車道通過的累計當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸次： （1） 設(shè)計年限累計當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載數(shù)公式： 式中：Ne設(shè)計年限內(nèi)一個車道通過的累計標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次； t設(shè)計年限（年）； N1路面營運第一年雙向日平均當(dāng)量軸次（次/日）； r 設(shè)計年限內(nèi)交通平均增長率（%）； 與車道數(shù)有關(guān)的車輛橫分布系數(shù)，簡稱車道系數(shù)；雙向兩車道二級公路，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算時半剛性材料的層底拉力驗算時累計交通軸次64956987793473 根據(jù)瀝青路面交通等級的劃分，可知為中等交通等級。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，表層采用細粒式密級配瀝青混凝土（厚度3cm），中面層采用中粒式密級配瀝青混凝土（厚度4cm），下面層采用粗粒式密級配混凝土（厚度5cm）。3.4.2各層材料的抗壓模量和和劈裂強度查表得到各層材料的抗壓模量和劈裂強度。計算結(jié)構(gòu)層厚度時，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：細粒式密級配瀝青混凝土為1400MPa，中粒式密級配混凝土為1200MPa，粗粒式密級配瀝青混凝土為1000MPa水泥碎石為1500MPa，水泥石灰砂礫土層為1000MPa。各層材料的劈裂強度：細粒式密級配瀝青混凝土為1.4Mpa，中粒式密級配瀝青混凝土為1.0Mpa，粗粒式

18、密級配瀝青混凝土為0.8Mpa，水泥碎石為0.5MPa，水泥石灰砂礫土層為0.35MPa。3.5 設(shè)計指標(biāo)的確定1） 設(shè)計彎沉什公式： 式中： 設(shè)計彎沉值； 設(shè)計年限內(nèi)一個車道累計當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載通行次數(shù)； 公路等級系數(shù)，高速公路、一級公路為1.0，二級公路為1.1，三四級公路為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)材料的極限抗拉強度（MPa），由實驗室按標(biāo)準(zhǔn)方法測得； 抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)。根據(jù)結(jié)構(gòu)層材料不同，按以下公式計算。 （瀝青砼面層） （無機結(jié)合料穩(wěn)定集料） （無機結(jié)合料穩(wěn)定細粒土） （貧砼）2）計算：該公路為一級公路，取；面層是瀝青砼，?。桓鲗硬牧系娜菰S層底拉應(yīng)力：細粒式密級配瀝青砼： 中粒式密級配瀝青砼： 粗粒式密級配瀝青砼： 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)計資料總結(jié)設(shè)計彎沉值為：26.73(0.01mm)，相關(guān)設(shè)計資料匯總?cè)缦拢翰?料 名 稱200C彈模（MPa）容許拉應(yīng)力（MPa）細粒式密級配瀝青混凝土414000.50中粒式

20、密級配瀝青混凝土612000.36粗粒式密級配瀝青混凝土89000.288二灰穩(wěn)定砂礫2015000.36石灰土5500.11土基40按設(shè)計彎沉值計算設(shè)計層厚度 : 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)力驗算設(shè)計層厚度 : H( 5 )= 30.9 cm(第 1 層底面拉應(yīng)力驗算滿足要求) H( 5 )= 30.9 cm(第 2 層底面拉應(yīng)力驗算滿足要求) H( 5 )= 30.9 cm(第 3 層底面拉應(yīng)力驗算滿

21、足要求) H( 5 )= 30.9 cm(第 4 層底面拉應(yīng)力驗算滿足要求) H( 5 )= 30.9 cm(第 5 層底面拉應(yīng)力驗算滿足要求) 路面設(shè)計層厚度 : H( 5 )= 30.9 cm(僅考慮彎沉) H( 5 )= 30.9 cm(同時考慮彎沉和拉應(yīng)力) 驗算路面防凍厚度， 路面最小防凍厚度50 cm 驗算結(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4.1 設(shè)計資料公路自然區(qū)劃III區(qū)擬新建一條二級公路，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，交通量年平均增長率為6%，試設(shè)計該路面厚度。4.2

22、交通分析 由表16-20可知，二級公路設(shè)計基準(zhǔn)期為20年，安全等級為三級，由表16-3，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.37，交通量年平均增長率為6%。設(shè)計基限期內(nèi)的設(shè)計車道標(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。4.3 初擬路面結(jié)構(gòu)由表16-20可知安全等級為三級的變異水平等級為中級。根據(jù)二級公路、特重交通等級和中級變異水平，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低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定土。普通混凝土板的平面尺寸為寬4.5m，長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，取特重交通等級的普通混凝土面層彎拉強度標(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，取低劑量無機結(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.