路基路面工程设计

课 程 设 计 课 程 名 称 路基路面工程 设 计 题 目 A、重力式挡土墙设计 B、沥青混凝土路面设计 姓 名 专 业 年 级 学 号 指 导 教 师 成 绩 日 期 目 录路基路面工程课程设计教学大纲.2路基路面工程课程设计任务书.3路基路面工程课程设计指导书.5路基路面工程课程设计计算书.61.重力式挡土墙设计.6主动土压力计算.8抗滑动稳定性验算.10抗倾覆稳定性验算.10 基底应力与偏心距验算.102. 沥青混凝土路面设计.12 初拟各结构层厚度.13 路基厚度验算结果.143.参考书目.15 路基路面工程课程设计教学大纲1课程设计名称：路基路面工程课程设计 2总周数：1周 学分：1.0学分 3目的及任务、要求 目的课程的教学目的是通过课程设计，使学生将所学的专业基础和专业课（土质学与土力学、道路勘测设计、道路建筑材料、路基路面工程）知识在课程设计过程中有机的联系在一起，熟悉相关的设计规范和施工规范；使学生熟练掌握路面及路基挡土墙的选型、受力分析与计算，以及结构验算的全过程；巩固和加深所学的专业知识，掌握实际工程结构设计的全过程。 任务重力式挡土墙设计、沥青混凝土路面结构设计 要求深入领会挡土墙设计的基本理论，掌握挡土墙基本的设计思路；熟练掌握其设计方法和设计的基本程序；通过挡土墙的结构验算，进一步掌握调整挡土墙稳定性的措施和方法；对比了解其他类型挡土墙的设计方法，明确设计的差异；深入领会路面设计的基本理论，掌握基本设计思路；熟练掌握其设计方法和设计的基本程序；能运用有关的资料综合解决沥青混凝土路面结构设计中的实际问题；学会使用相关的规范，取用数据应有充分的根据；独立完成设计任务，设计计算条理清楚，计算正确（手算或编程求解均可）；设计计算书的编制应结构完整、思路清析，按任务书的要求逐项完成。4成绩评定设计资料的完整性 25%设计文件质量 75%封面目录挡土墙结构验算沥青混凝土路面结构设计挡土墙结构图路面结构图挡土墙结构尺寸拟定挡土墙结构验算沥青混凝土路面结构设计沥青混凝土路面结构验算挡土墙结构图路面结构图555555178151515路基路面工程课程设计任务书课程设计任务重力式挡土墙设计沥青混凝土路面设计课程设计内容（1）重力式挡墙设计1）设计资料双向四车道高速公路某横断面，为了收缩边坡，增强路基的稳定性，拟设一段仰斜式路提挡土墙，拟采用浆砌片石仰斜式路提墙，墙高H米，顶宽1.2米，填土坡度采用1:1.5,墙背仰斜,坡度为1:0.25，基底摩擦系f=0.5，地基容许承载力400 KPa，墙身分段长度为10m。设计荷载公路I级。填土性质见表1。墙身材料采用7.5号砂浆,25号片石,砌体容重为23kN/m3；按规范：砌体容许压应力为600KPa,容许剪应力为100KPa,容许拉应力为60KPa。表1 挡墙设计资料填土性质填土为砂性土，内摩擦角=34，墙背与填土间的摩擦角17,容重为=18 kN/m3。学生学号091328048墙高H=8.8m填土高a=4m提交设计计算书（包含土压力计算、设计挡土墙截面尺寸、挡土墙强度与稳定性验算等）。绘制与设计挡土墙一致的挡土墙设计图一张，含挡土墙横断面、立面布置、锥坡布置、单位长度工程量清单等（至少一张A3图纸）。挡土墙设计资料根据学生班级及学号尾数按照表1采用，若学号尾数超过34，则35号选用1号的资料，36号选用2号的资料，依此类推。（学生也可自拟，但原则上要求自拟数值不和其他同学相似）。（2）沥青混凝土路面设计（双向4车道高速公路）路面结构设计图（一张A3图纸） 沥青混凝土路面结构组合设计计算书 交通量根据学生班级及学号尾数按照表2采用表2 沥青混凝土路面设计交通量与土基资料学号091328048交通量（辆/昼夜） 路基中湿，E35MPa 路基干燥，E50MPa黄河JN1503100太脱拉1381720交通SH141600上海SH1301500交通量年平均增长率（%）10.2注：上表为双车道双向交通量调查结果，学生采用相应的交通量与路基资料。 表3 沥青混凝土路面设计轴载换算系数车型前轴（单轮）后轴总换算系数前轴重（KG）轴数系数轮组系数换算系数后轴重（KG）轴数系数轮组系数换算系数黄河JN15049.016.40.287101.6111.0711.358交通SH14125.616.40.01755.1110.0750.092太脱拉13851.416.40.3542*802.210.8331.187上海SH13016.5/23.0/设计要求 要求综合应用有关基础课、技术基础课及专业课所学的知识，依照部颁有关设计规范，独立完成本设计中的各项设计任务。 掌握路面设计参数的选用及计算。 说明设计原则，考虑设计问题的条件与原因，说明材料规格、施工技术、施工方法、程序、要求、质量控制标准等。设计图表中要有说明。 要求能独立的、认真的完成设计的内容，设计思想正确、合理，图纸清晰、正确，设计计算无误，文理通顺，字迹端正。设计文件要求设计部分：设计计算与说明书，内容包括：目录、设计内容简介、指导书、设计计算书等。提交设计要求的相关图纸。所提交的设计文件，应充分考虑施工的可行性，并注重经济性，选择最佳的设计方案。必要时可进行论证。路基路面工程课程设计指导书（一）重力式挡土墙课程设计的步骤与方法：1. 研读挡土墙设计算例及路面结构设计与计算的有关例题；2. 认真分析设计任务书所提供的设计依据；3. 进行挡土墙设计计算；4. 进行车辆荷载换算；5. 利用所学知识中的相应公式，计算主动土压力，求出土压力的大小、方向及作用点；6. 设计挡土墙截面 先拟定墙身尺寸，然后进行：1) 抗滑稳定性验算；2) 抗倾覆稳定性验算；3) 基底应力验算；4) 截面应力验算；7. 挡土墙截面尺寸的调整与选取8. 画出选用的挡土墙横断面图，整理计算书等有关设计文件。（二）沥青混凝土路面课程设计的步骤与方法：1. 计算标准轴载的作用次数；2. 确定道路的交通分级，选定设计年限及车道系数；3. 计算使用年限内累计当量轴次；4. 确定容许回弹弯沉值 LR；5. 确定各路段干湿类型和路基与各层的回弹模量值；6. 进行路面结构组合设计；7. 按三层体系理论计算路面厚度，确定采用方案，并验算防冻厚度。8. 绘制路面结构图。路基路面工程课程设计计算书1.课程设计：重力式挡土墙设计一、计算资料 双向四车道高速公路设计速度120km/h，路基宽度25m，增强路基的稳定性，拟设一段仰斜式路堤挡土墙，进行稳定性验算。一、 计算资料 1.墙身构造：拟采用浆砌片石重力式路堤墙，见下图。墙高H=8.8m，填土高 a=4m，填土边坡1：1.5（），墙背仰斜，倾角（1:0.25）， 墙身分段长度10m，初拟墙顶宽b1=5m，墙底宽B=6.16m。 2车辆荷载：I级荷载3填料：砂性土，容重=18kN/m3，计算内摩擦角=34，填料与墙背的摩擦角 4地基情况：中密砺石土，地基容许承载力f=400 KPa，基底摩擦系数。 5墙身材料：7.5号砂浆，25号浆砌片石，砌体容重，容许压应力，容许剪应力 ，容许拉应力为60KPa。 二、计算公式 采用路堤墙，破裂面交于荷载内的主动土压力计算公式 ， ， 三、计算与验算 1车辆荷载换算 当时，；当时， 由直线内插法得：H=8.8m时， 换算均布土层厚度： 2主动土压力计算（假设破裂面交于荷载中部） （1）破裂角由 b=6m d=0.75ma=4m H=8.8m得： 验核破裂面位置：路堤破裂面距路基内侧水平距离： 荷载外边缘距路基内侧水平距离： 7.5+0.75=8.25 因为：2.731m8.25m，所以破裂面交于荷载内，假设成立 （2）主动土压力系数K和 （3）求主动土压力及土压力的作用点 3稳定性验算 一般情况下，挡土墙的抗倾覆稳定性较容易满足，墙身断面尺寸主要由抗滑稳定性和基底承载力来控制，故选择基底倾斜（1） 计算墙身重G及力臂（取墙长1m计） b1=5m B=6.16m 由力矩平衡原理： （其中：， , ）则： =3.844（2）抗滑稳定性验算 ， （） 由于642.267280.083，故满足抗滑稳定性的要求。（3）抗倾覆稳定性验算 故满足抗倾覆稳定性的要求 4基底应力与偏心距验算 1) 偏心荷载作用时，作用于基底的合力偏心距： 因为，故，故满足基底合力偏心距的要求。2) 基底应力验算 ，其中当基底有倾斜时：取 验算通过，所拟尺寸合理，可以使用。2.课程设计：沥青混凝土路面设计 一、设计资料新建一条双向四车道的高速公路，路面宽25m， 硬路肩宽度为2*2.5m,交通量年增长率为10.2%,路基属于干燥类型,土基回弹模量为50MPa, 表1车型黄河JN150交通SH141太脱拉138上海SH130辆/d310060017201500表3二、设计1、新建柔性路面交通路年增长率r=10.2%，设计年限t=15年 （1）交通量的计算根据柔性路面设计弯沉值作为设计指标时计算的当量交通量由相关规定可以得出下表4，由 得 表4车型交通量前轴（单轮）后轴总换算系数当量轴次前轴重（KG）轴数系数轮组系数换算系数后轴重（KG）轴数系数轮组系数换算系数黄河JN150310049.016.40.287101.6111.0711.3584210交通SH14160025.616.40.01755.1110.0750.09255太脱拉138172051.416.40.3542*802.210.8331.1872042上海SH130150016.5/23.0/6307 N=6307 其中在路基路面工程查表得t=15,r=10.2%，=0.45（2）确定土基回弹模量值 由设计资料可以得到其土基回弹模量值E0=50MPa（3）路面等级以及路面类型的确定 由建设方要求其道路等级为高速公路，路面等级选为高级路面，路面类型为沥青混凝土。（4）基层类型的确定 根据设计需要，基层设置如下 ：基层、底基层分别用水泥稳定碎石和水泥石灰砂砾土（5）确定路面结构层次、初拟各结构层厚度，初步拟定厚度如图2所示 图2 初拟结构层以及其厚度（6）计算确定路面设计弯沉值ld根据路基路面工程表得Ac=1.0、As=1.0、Ab=1.0由此计算ld， （7）验算整体性材料层底部的最大弯拉应力确定各土层底部的容许拉应力 因有，则（1） 细粒式沥青混凝土的容许拉应力 ；（2） 中粒式沥青混凝土的容许拉应力 ； （3） 粗粒式沥青混凝土的容许拉应力 ；（4） 水泥稳定碎石；（5） 水泥石灰砂砾土 ；材料名称厚度（cm）抗压回弹模量（MPa）允许拉应力（MPa）层底拉应力（MPa）20度15度细粒式密级配沥青混凝土4140020000.290中粒式密级配沥青混凝土6120018000.250粗粒式密级配沥青混凝土8100012000.200水泥稳定碎石25150015000.250.061水泥石灰砂砾土？100010000.130.091土基50该结构为半刚性基层，沥青路面的基层类型系数为1.0，设计弯沉值为18.76（0.01mm）。利用东南大学公路沥青路面设计系统软件计算可以得到，满足弯沉指标的设计层厚度为23.3cm。面层各层的层底拉应力均满足要求；水泥稳定碎石层的层底拉应力为0.061MPa，小于容许拉应力值0.25MPa；水泥石灰砂砾土层的层底拉应力为0.091MPa，小于容许拉应力0.13MPa。计算结果图1：（7）结论：同时考虑弯沉和拉应力，由软件计算结果得：H(5)=15.2cm，故取第5层水泥石灰沙砾土取16cm，总厚度61cm，确定沥青路面结构为： 1 细粒式沥青混凝土 3 cm 2 中粒式沥青混凝土 8cm 3 粗粒式沥青混凝土 9cm 4 水泥稳定碎石 25 cm 5 水泥石灰砂砾土 16cm注：课程设计参考书目公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 0522000）公路工程无机结合料稳定材料试验规程（JTJ 05794）公路工程技术标准（JTG B012003）城市道路设计规范（CJJ 3790）公路环境保护设计规范（JTJ/T 00698）土力学（第三版），张克恭 刘松玉，中国建筑工业出版社，2010路基路面工程（第三版），邓学钧，人民交通出版社，2011道路勘测设计（第三版），杨少伟，人民交通出版社，20113、 确定石灰土层厚度（换算成三层体系）（20 oC抗压模量）（1）将六层路面结构换算为三层体系，由于路面厚度计算是以弯沉作为控制指标，故按弯沉等效原理进行换算。（2）综合修正系数FF=1.63 路面实际弯沉值（0.01mm）土基回弹模量值P、标准轴的轮胎接地压强（MPa）和当量圆半径（cm）F=1.63（3）理论弯沉系数（4）求H由，查三层体系表面弯沉系数诺谟图得又由， 则 查三层体系表面弯沉系数诺谟图得 则H=5.2（5）石灰土层厚度根据 55.4=4+5*0.927+25*1.097+h5*0.722h5=26.8 , 取h5=30cm4、层底弯拉应力验算：对于沥青混凝土进行结构层拉应力验算时，应为15时的抗压回弹模量和劈裂强度，将六层路年结构体系换算为三层体系，按弯拉应力等效原理进行换算。（1）细粒式密级配沥青混凝土层底 查三层体系上层底面拉应力系数诺谟图，为负值，结构层受压。（2）中粒式密级配沥青混凝土层底 查三层体系上层底面拉应力系数诺谟图，为负值，结构层受压。（3）粗粒式密级配沥青混凝土层底 查三层体系上层底面拉应力系数诺谟图，为负值，结构层受压。（4）水泥稳定碎石层底 查三层体系上层底面拉应力系数诺谟图： 得，故 （5）石灰土层底 查三层体系中层底面拉应力系数诺谟图： 得，故 所以路面设计符合要求。二、最终路基设计结构层组成和厚度如表所示：材料名称H(cm)20抗压模量（）15抗压模量（）容许拉应力（）劈裂强度（）细粒式沥青混凝土3140020000.3471.4中粒式沥青混凝土4120018000.2481.0粗粒式沥青混凝土5100014000.1990.8水泥稳定碎石25150015000.2560.4石灰土305505500.0760.23土基35现路面总厚度为3+4+5+25+30=67cm教师评语：19