路基路面工程課程設計(共28頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上目錄前言.3第一章.41.1 設計資料.41.2 擋土墻平面布置圖.41.3 擋土墻橫斷面布置，擬定斷面尺寸.51.4 主動土壓力計算.51.5 擋土墻抗滑穩(wěn)定性驗算.71.6 抗傾覆穩(wěn)定性驗算.81.7 基底合力及偏心距驗算.81.8 墻身截面強度驗算.91.9 擋土墻的伸縮縫與沉降縫設計.101.10 擋土墻的排水設施設計.10第二章 路基邊坡穩(wěn)定性分析.112.1 第一級臺階驗算.11第三章 水泥混凝土路面設計.153.1 交通分析.153.2 標準軸載作用次數(shù)的換算.163.3 初擬路面結構.183.4 路面材料參數(shù)確定.183.5 荷載疲勞應力.193.6

2、溫度疲勞應力.193.7 檢驗初擬路面結構.20第四章 瀝青混凝土路面設計.204.1 交通參數(shù)分析.204.2 擬定路面結構組合方案.224.3 擬定路面結構層的厚度.224.4 各層材料設計參數(shù)確定.234.5 計算設計彎沉值.234.6 路面結構層厚度計算.254.7 瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層層底拉應力驗算.26參考文獻.28設計心得.28前言作為建筑類院校專業(yè)課的一種實踐性教學環(huán)節(jié)，課程設計是教學計劃中的一個有機組成部分；是培養(yǎng)我們綜合御用所學各門課程的基本理論、基本知識和基本技能，以分析解決實際工程問題能力的重要步驟；是我們鞏固并靈活運用所學專業(yè)知識的一種比較好的手段；也是

3、鍛煉我們理論聯(lián)系實際能力和提高我們工程設計能力的必經之路。 課程設計的目的主要體現(xiàn)在鞏固與運用基本概念與基礎知識、掌握方法以及培養(yǎng)各種能力等諸多方面。1. 鞏固與運用理論教學的基本概念和基礎知識。2. 培養(yǎng)學生使用各種規(guī)范及查閱手冊和資料的能力。3. 培養(yǎng)學生概念設計的能力。4. 熟悉設計步驟與相關的設計內容。5. 學會設計計算方法。6. 培養(yǎng)學生圖紙表達能力。7. 培養(yǎng)學生語言表達能力。8. 培養(yǎng)學生分析和解決工程實際問題的能力。路基路面的課程設計是對路基路面工程課堂教學的必要補充和深化，通過設計讓學生可以更加切合實際地和靈活地掌握路基路面的基本理論，設計理論體系，加深對路基路面設計方法和設

4、計內容的理解，進而提高和培養(yǎng)學生分析、解決工程實際問題的能力。第一章 擋土墻設計1.1 設計資料1.1.1 擋土墻墻高H=10m荷載：計算荷載汽車-20級，驗算荷載掛車-100；1.1.2 墻后填料為粘性土，土的粘聚力C=28Kpa，容重，計算內摩擦角，填料與墻背間的摩擦角=/2=；容許承載力為。1.1.3 地基為密實碎石土，其容許承載力=400KPa，基地摩阻系數(shù)f=0.6，墻身分段長度為10m；1.1.4 墻體材料7.5號砂漿砌筑25號片石，其容重，其容許壓應力=600KP，容許剪應力=100KP，容許拉應力=60KP。1.1.5 墻面與墻背平行，墻背仰斜，仰斜坡度1:0.25，=14.0

5、4°，墻底（基底）傾斜度tan=0.190，傾斜角=10.76°；墻頂填土高度為，擋土墻頂寬為=2m，底寬。 1.2 擋土墻平面布置圖雙向四車道一級公路某橫斷面，為收縮邊坡，增強路基的穩(wěn)定性，擬設一段漿砌片石重力式擋土墻(圖1.1)圖1.11.3 擋土墻橫斷面布置，擬定斷面尺寸具體布置如圖1.2圖1.21.4 主動土壓力計算1.4.1. 車輛荷載換算當時，；當時，所以，當H=10m時，換算均布土層厚度：1.4.2主動土壓力計算（假設破裂面交于荷載中部） （1）破裂角由得： 驗核破裂面位置：堤頂破裂面至墻鍾：(H+a)tan=9.18m荷載內緣至墻鍾：b+Htan+d+b=3

6、+100.25+0.5+0.75=6.75m荷載外緣至墻鍾：b+Htan+d+b+b=6.75+7=13.75m由于破裂面至墻鍾的距離大于荷載內緣至墻鍾的距離并且小于荷載外緣至墻鍾的距離，所以破裂面交于路基荷載中部的假設成立。并且直線形仰斜墻背，且墻背傾角較小，不會出現(xiàn)第二破裂面。（2）主動土壓力系數(shù)K和 （3）求主動土壓力及土壓力的作用點1.5 擋土墻抗滑穩(wěn)定性驗算u基底摩擦系數(shù)，取0.6 主動土壓力分項系數(shù)，取1.4墻身體積計算：墻身自重計算:，抗滑穩(wěn)定系數(shù):1.3滿足要求1.6 抗傾覆穩(wěn)定性驗算要使擋墻抗傾覆滿足要求即滿足： 滿足要求。1.7 基底合力及偏心距驗算1.7.1 作用于基底的

7、合力偏心距基底合力偏心距；1.7.2 地基承載力驗算滿足要求1.8 墻身截面強度驗算為保證墻身具有足夠的強度，應根據(jù)經驗選擇1-2個控制截面進行驗算。驗算截面一般可選擇在距墻身底部二分之一墻高和截面急劇變化處1.8.1 法向應力驗算如圖1.3所示，圖1.3選擇1-1截面為驗算截面。若作用在此截面以上墻背的主動土壓力為，墻身自重為，二者的合力為，則可將分解為何。驗算截面的法相應力，視偏心距大小，分別按下式計算。式中： 截面寬度。當時，法向應力重分布：式中：，驗算截面的最大，最小法向應力；砌體的容許壓應力。1.8.2 剪應力驗算對于重力式擋土墻，一般只進行墻身水平截面的剪應力驗算；對折線式和衡重式

8、除驗算水平截面外還應驗算傾斜截面。水平截面剪應力為：式中：受剪面積，=砌體容許剪應力。滿足要求。1.9 擋土墻的伸縮縫與沉降縫設計 把伸縮縫和沉降縫結合在一起，統(tǒng)成為變形縫，沿墻長每10米設置變形縫，變形縫全高設置，其寬度取0.02米，縫內沿墻內、外、頂三邊填塞瀝青木板，塞入深度為0.2米。1.10 擋土墻的排水設施設計在墻身上沿墻高和墻長設置泄水孔，其為15cm20cm的方孔，具有向墻外傾斜的坡度，間距取為2.5m，泄水孔的進水側設反濾層，厚度為0.4m，在最下排泄水孔的底部設置隔水層，由于處于自然區(qū)域處，泄水量較大，在排水層底部加設縱向滲溝，配合排水層把水排出墻外。第二章 路基邊坡穩(wěn)定性分

9、析2.1 第一級臺階驗算頂寬18m，高10.5m。路堤填料為粘性土，粘聚力C=28KPa，內摩擦角=28°（tan=0.532）。土的容重取=20KN/m3。設計荷載為汽一20級，由于高度為大于8m，所以設一級臺階，邊坡坡度為1:1.5，第二級坡度為1:1.75。2.1.1 按比例繪制路基橫斷面圖。車輛荷載的換算在進行路堤穩(wěn)定性驗算時，將車輛荷載按最不利情況排列，并換算成相當?shù)耐翆雍穸?。汽?0級荷載換算成土柱高：由路基路面工程有， ； 式中：N并列車輛數(shù)，雙向六車道N=4； L 標準車輛軸載為12.8m； Q一輛重車的重力（標準車輛荷載為550KN）； 路基填料的重度為20KN/m

10、3； B荷載橫向分布寬度，路基寬18m。2.1.2 采用4.5H法確定圓心輔助線，具體如下：由坡腳E向下引豎線，在豎線上截取高度得F點。自F向右引水平線，在水平線上截取，得M點。連接邊坡坡腳E和頂點S，求得SE的斜度，據(jù)此查粘土邊坡表得。由E點作與SE成角的直線，再由S點作與水平線成角的直線，兩條直線交于點I。連接I和M兩點得到圓心輔助線。2.1.3 繪出三條不同位置的滑動曲線（都過坡腳）：一條過路基中線；一條過路基邊緣；一條過距左邊緣1/4路基寬度處。2.1.4 通過平面幾何關系找出三條滑動曲線各自的圓心。2.1.5 將土基分段，每段如圖寬1m，最后一段可能略小一點。2.1.6 計算滑動曲線

11、每一份段中點與圓心豎線之間的偏角， 并計算分段面積和以路堤縱向長度1m計算出各段的重力，進而將分化為兩個分力：a)在滑動曲線法線方向分力；b)在滑動曲線切線方向力。 圖2.1計算結果列表如下：曲線路堤穩(wěn)定性計算表（半徑R=12.06m）編號icosisiniAiQiNiTi1-6°01´0.99-0.103.5971.8271.42-7.5325°50´0.990.109.62192.42191.4219.56317°34´0.950.3013.77275.36262.283.11430°23´0.860.5115

12、.75315.04271.77159.34545°23´0.700.7111.70234.08164.41166.62658°48´0.520.861.6432.816.9928.06總和56.081121.52978.54449.16圖2.2曲線路堤穩(wěn)定性計算表（半徑R=11.9m）編號icosisiniAiQiNiTi1-9°35´0.99-0.174.1374.3473.6-12.6428°56´0.990.1510.35186.3184.4427.95320°34´0.940.3515.

13、87285.66268.5299.98433°43´0.840.5517.87321.66270.19176.91549°23´0.650.7613.67246.06159.94187.01661°40´0.480.883.4562.129.826.22總和65.341176.12986.49505.43圖2.3曲線路堤穩(wěn)定性計算表（半徑R=11.7m）編號icosisiniAiQiNiTi1-10°46´0.98-0.185.1191.9890.14-16.56210°54´0.980.181

14、1.56208.08203.9237.45322°04´0.930.3816.67300.06279.06114.02435°25´0.820.5818.56334.08273.95193.77551°32´0.630.7814.34258.12162.62201.33663°45´0.450.894.9689.2840.1879.46總和71.21281.61049.87609.47由上表可得： 曲線： ，曲線： ，曲線： ，2.1.7 計算滑動曲線圓弧長 曲線： 曲線： 曲線： 2.1.8 計算穩(wěn)定系數(shù) 曲線：

15、曲線：曲線：由此可見，第三條曲線為極限滑動面，其穩(wěn)定性系數(shù)大于1.5，滿足規(guī)定的要求。第三章 水泥混凝土路面設計3.1交通分析3.1.1 可靠度設計標準及變異系數(shù)范圍、可靠度系數(shù)的選用 公路技術等級一級公路安全等級二級設計基準期（a）30目標可靠度（%）90目標可靠指標1.28變異水平等級低-中可靠度系數(shù)1.163.2 標準軸載作用次數(shù)的換算 計算設計使用年限內的標準軸載累計作用次數(shù)軸載換算的計算公式為： 軸載換算結果表車輛（KN）軸型軸-輪型系數(shù)（次/日）江淮AL6600前軸17單軸單輪2700后軸 26.5單軸雙輪12700三湘CK6640前軸20.5單軸單輪800后軸37.5單軸雙輪18

16、00鞍山AK6980H前軸36.6單軸單輪1530后軸72.3單軸雙輪11530北京BJ130前軸13.55單軸單輪1700后軸27.2單軸雙輪11700解放CA50前軸28.7單軸單輪610后軸68.2單軸雙輪1610東風EQ140前軸23.7單軸單輪850后軸 69.2單軸雙輪1850黃河JN150前軸49單軸單輪850后軸101.6單軸雙輪1850日野KB222前軸50.2單軸單輪600后軸104.3單軸雙輪1600五十鈴EXR181L前軸60單軸單輪58后軸100三軸雙輪58按規(guī)范查表得：交通等級為重，水泥混凝土路面的設計基準期為30年，安全等級為二級，臨界荷載處的車輪輪跡橫向分布系數(shù)

17、=0.22。交通年增長率為0.089 。設計基準期內設計車道標準荷載累計作用次數(shù)為屬于重交通等級普通混凝土設計彎拉強度（）5.0鋼纖維混凝土設計彎拉強度（）6.03.3 初擬路面結構查表得相應于安全等級二級的變異水平為中級。查表得初擬普通混凝土面層厚度為0.26m；基層采用水泥穩(wěn)定粒料，厚0.18m；墊層為0.15m低劑量無機結合料穩(wěn)定土，普通混凝土板的平面尺寸為寬，長?？v縫為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿的假縫。3.4 路面材料參數(shù)確定查表可知，取普通混凝土的彎拉強度標準值為5.0MPa,相應彎拉彈性模量標準值為31Gpa，低劑量無機結合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取600Mpa，水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模

18、量取1300Mpa。 計算基層頂面當量回彈模量如下： 普通混凝土面層相對剛度半徑3.5 荷載疲勞應力標準荷載在臨界荷位處產生的荷載應力計算為:因縱縫為設拉桿平縫，接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)=0.87?？紤]設計基準期內荷載應力累計疲勞作用的疲勞應力系數(shù)。根據(jù)公路等級，由表可知，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)。荷載疲勞應力計算為：3.6 溫度疲勞應力由表可知，IV區(qū)最大溫度梯度取92/m，板長5m，由表可查得普通混凝土板厚0.26m，溫度應力系數(shù)0.65。最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應力：溫度疲勞應力系數(shù)可按下式計算確定： 式中：a、b和c回歸系數(shù)，按所在地區(qū)的公路自然區(qū)劃查

19、表16-29確定，自然區(qū)劃為IV區(qū)，式中a=0.841，b=0.058，c=1.323。臨界荷位處的溫度疲勞應力按下式計算確定： 3.7 檢驗初擬路面結構由表可得一級公路的安全等級為二級，目標可靠度為90，相應的變異水平等級為低-中，再由表可得可靠度系數(shù)=1.23。水泥混凝土路面結構設計以行車荷載和溫度梯度綜合作用產生的疲勞斷裂作為設計的極限狀態(tài)，其表達式采用下式計算： 普通混凝土面層為，因而，擬定的面層厚度為0.26m的普通混凝土路面，可以承受設計基準期內荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用。第四章 瀝青混凝土路面設計4.1 交通參數(shù)分析路面設計以雙輪組單軸載100KN為標準軸載當以設計彎沉為指

20、標及驗算瀝青層層底拉應力時各級軸載換算采用，計算結果如下表。軸載換算結果匯總表（以彎沉為標準時） 車型江淮AL6600前軸1716.427007.76后軸26.51127008.37三湘CK6640前軸20.516.48005.19后軸37.51180011.22鞍山AK6980H前軸36.616.453042.82后軸72.311530129.28北京BJ130前軸13.5516.417001.82后軸27.21117005.9解放CA50前軸28.716.461017.11后軸68.211610115.42東風EQ140前軸23.716.485010.37后軸69.211850171.35

21、黃河JN150前軸4916.4850244.32后軸101.611850910.77日野KB222前軸50.216.4600191.6后軸104.311600720.59五十鈴EXR181L前軸6016.45840.23后軸1003.4158197.22831.32一級公路瀝青路面的設計年限為15年，雙向四車道的車道系數(shù)0.45，交通年平均增長率為8.9%，則設計使用期累計當量軸次為：4.2 擬定路面結構組合方案經計算，路基設計使用年限內一個車道上累計標準軸載次為次左右，查表可得路面為高級路面，面層宜選擇瀝青混凝土，又由于該路為一級公路，所承受交通量較重，因此采用三層式結構，土基回彈模量。4.

22、3 擬定路面結構層的厚度表面層采用4cm厚細粒式密集配瀝青混凝土，中面層采用5cm厚中式密集配瀝青混凝土，下層采用6cm粗粒式密集配瀝青混凝土，基層和底基層分別采用剛度較高，水穩(wěn)定性好的石灰穩(wěn)定碎石基層（厚20m）和石灰穩(wěn)定土底基層（厚度待計算確定）。4.4 各層材料設計參數(shù)確定土基及路面材料的回彈模量及各強度值列于下表中材料名稱抗壓回彈模（MPa）劈裂強度（MPa）2015細粒試瀝青混泥土140020001.4中粒試瀝青混泥土120018001粗粒試瀝青混泥土100014000.8 兩灰碎石15000.65石灰土5500.225土基354.5 計算設計彎沉值一級公路，取，面層為瀝青混凝土，取

23、，半剛性基層、底基層總厚度大于20cm，按內插法確定基層類型系數(shù)為。設計彎沉： 計算各層材料的容許層底拉應力細粒式密集配瀝青混凝土面層：中粒式密集配瀝青混凝土：粗粒式密集配瀝青混凝土：水泥石灰穩(wěn)定碎石：石灰穩(wěn)定土： 設計參數(shù)匯總表 材料名稱厚度（cm）20抗壓模量（MPa）15抗壓模量（MPa）容許拉應力(MPa)細粒式瀝青混凝土4140020000.42中粒式瀝青混凝土5120018000.30粗粒式瀝青混凝土6100014000.22二灰碎石2015000.31石灰土235500.082土基-35-4.6 路面結構層厚度的計算4.6.1 理論彎沉系數(shù)的確定式中： 當量圓半徑；F 彎沉綜合修

24、正系數(shù)， 。因此： F=1.63×17.69/2000/10.650.38(30/0.70) 0.36=0.43 =17.69×1400/(2000×10.65×0.7×0.43)=3.864.6.2 確定設計層厚度采用三層體系表面彎沉系數(shù)，由諾莫圖算設計層厚度。h/=4/10.65=0.376 E2/E1=1200/1400=0.857；由三層體系彎沉系數(shù)諾莫圖查得：=6.22。h/=4/10.65=0.376 =35/1200=0.029；由三層體系彎沉系數(shù)諾莫圖查得K1=1.440。又因為K2= /(K1）=3.86/（6.22×

25、;1.44）=0.431，由上查表得：H/=6.7，H= 10.65×6.7=71.36。由可知：，因為H=71.36cm，可知h4=21.95cm，故取h4=22cm。4.7 瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層層底拉應力驗算4.7.1 瀝青混凝土面層層底拉應力驗算 _ _ h1=4cm E1=2000MPa h=21.5cm E1=1200Mpa h2=5cm E2=1800MPa h3=6cm E3=1200MPa H=47.63cm E2=3600MPah4=20cm E4=3600MPa h5=23cm E5=2400MPa E0 =35 MPa E0=35MPa ；，。查三層連續(xù)體系上層底面拉應力系數(shù)諾莫圖，知，故滿足