路基支擋工程及路面結構工程設計路基路面工程課程設

1、 成績評定路 基 路 面 工 程課程設計指導教師： xxx 專業(yè)班級： 土木工程1204 姓名學號： 二一五年六月目錄課程設計任務書 （2）重力式擋土墻設計說明書 （6）瀝青路面結構設計說明書 （12）水泥混泥土路面結構設計說明書 （18）路基路面工程一、課程設計題目 路基支擋工程及路面結構工程設計二、課程設計內容1重力式擋土墻設計某二級公路重力式路肩墻設計資料如下：（1）墻身構造：墻高5m，墻背仰斜坡度：1：0.25（14°02），墻身分段長度20m，其余初始擬采用尺寸如圖示；（2）土質情況：墻背填土容重=18kN/m3，內摩擦角=35°；填土與墻背間的摩擦角17.5&#

2、176;；地基為巖石地基容許承載力500kPa，基地摩擦系數f=0.5；（3）墻身材料：砌體容重=20kN/m3， 砌體容許壓應力500kPa，容許剪應力80kPa。初始擬采用擋土墻尺寸圖說明：（1）可以參考教材181頁例題來做，但是例題當中有些錯誤，需要改正后正確地計算出來；（2）如需要第一次重新擬定b1，則按下列原則擬定：按學號最后一位數重新擬定，如學號最后一位數為1的，就取b1=1.01；如學號最后一位數為2的，就取b1=1.02；如學號最后一位數為3的，就取b1=1.03；如學號最后一位數為4的，就取b1=1.04；如學號最后一位數為5的，就取b1=1.05；如學號最后一位數為6的，就

3、取b1=1.06；如學號最后一位數為7的，就取b1=1.07；如學號最后一位數為8的，就取b1=1.08；如學號最后一位數為9的，就取b1=1.09；如學號最后一位數為0的，就取b1=1.10；（3）如需要第二次重新擬定b1，則按下列原則擬定：按學號最后一位數重新擬定，如學號最后一位數為1的，就取b1=1.11；如學號最后一位數為2的，就取b1=1.12；如學號最后一位數為3的，就取b1=1.13；如學號最后一位數為4的，就取b1=1.14；如學號最后一位數為5的，就取b1=1.15；如學號最后一位數為6的，就取b1=1.16；如學號最后一位數為7的，就取b1=1.17；如學號最后一位數為8的

4、，就取b1=1.18；如學號最后一位數為9的，就取b1=1.19；如學號最后一位數為0的，就取b1=1.20；（4）依此類推。2瀝青路面結構設計東南某地（4）擬建全長40km(K0+000K40+000)，雙向6車道的一級公路，采用瀝青類路面。經調查交通量為4500輛/日，交通組成如表1所示，交通量年平均增長率= 4.2%。沿線有大量碎石集料，并有水泥、石灰和粉煤灰等供應。路基土質為粘性土，干濕狀態(tài)為中濕，道路凍深為100cm。擬定兩套路面結構方案，確定材料參數，應用軟件計算或驗算路面結構層厚度。表1 交通組成 車型Pi/KN交通組成黃河JN150前軸49.020%后軸101.6解放 CA10

5、B前軸19.420%后軸60.85東風EQ140前軸23.725%后軸69.20太脫拉138前軸51.45%后軸2*80小汽車-30%(每人用交通量加本人學號最后兩位進行計算)3水泥混凝土路面結構設計3區(qū)某地擬建二級公路，路面寬度9m，擬修建水泥混凝土路面。路基平均填土高度為1.2m，土質為中液限粘土，平均地下水位為0.8m，平均凍深1.2m。沿河可開采砂礫，碎石，并有石灰、水泥、瀝青、粉煤灰供應。據預測該路竣工初年的交通組成如表2所示。使用年限內交通量的年平均增長率為4，試進行該路面結構設計，要求手工進行計算。表2 交通組成 車型黃河JN150解放 CA10B太脫拉138東風 EQ-140輛

6、/d350100075500(每人用交通量加本人學號最后兩位進行計算)3、 進度安排時 間進度安排指導教師指導地點第17周周一收集資料，明確任務，繪制橫斷面圖；確定擋土墻類型、基本尺寸；方案比較，完成土壓力計算。付小紅S4-611周二進行擋土墻穩(wěn)定性驗算；調整數據直至符合設計要求。周三分析資料，確定瀝青路面設計各項參數；使用路面設計軟件進行計算、驗算。周四分析資料，確定水泥路面設計各項參數；確定設計方案，驗算方案是否滿足設計要求。周五檢查整理設計成果，寫編制說明，填寫封面，上交成果。四、基本要求1設計說明書內容與要求（1）重力式擋土墻設計說明書（2）瀝青路面結構設計說明書（3）水泥混凝土路面結

7、構設計說明書。注意：設計說明書的原理清楚，說明簡要、公式運用準確、設計步驟清晰、流暢，書寫工整，圖文并茂。2圖紙內容與要求（1）繪制擋土墻的典型斷面如圖；（2）繪制擋土墻的立面布置圖；（3）繪制擋土墻的平面布置圖；（4）繪制瀝青路面結構圖；（5）繪制水泥混凝土路面結構圖。3裝訂順序（1）封面；（2）目錄；（3）課程設計任務書；（4）重力式擋土墻設計說明書；（5）瀝青路面結構設計說明書；（6）水泥混泥土路面結構設計說明書；（7）設計圖紙。重力式擋土墻設計說明書某二級公路重力式路肩墻設計資料如下：（1）墻身構造：墻高5m，墻背仰斜坡度：1：0.25（14°02），墻身分段長度20m，其余

8、初始擬采用尺寸如圖示；（2）土質情況：墻背填土容重=18kN/m3，內摩擦角=35°；填土與墻背間的摩擦角17.5°；地基為巖石地基容許承載力500kPa，基地摩擦系數f=0.5；（3）墻身材料：砌體容重=20kN/m3， 砌體容許壓應力500kPa，容許剪應力80kPa。初始擬采用擋土墻尺寸圖破裂棱體位置確定：（1）破裂角（）的計算假設破裂面交于荷載范圍內，則有： 根據路堤擋土墻破裂面交于荷載內部時破裂角的計算公式：（2）驗算破裂面是否交于荷載范圍內：破裂契體長度：車輛荷載分布寬度：所以，即破裂面交于荷載范圍內，符合假設。荷載當量土柱高度計算：墻高5米，按墻高確定附加荷載

9、強度進行計算。按照線性內插法，計算附加荷載強度：q16.25kN/m2，土壓力計算根據路堤擋土墻破裂面交于荷載內部土壓力計算公式：土壓力作用點位置計算：土壓力作用點到墻踵的垂直距離土壓力對墻趾力臂計算基地傾斜，土壓力對墻趾力臂：穩(wěn)定性驗算（1）墻體重量及其作用點位置計算：擋墻按單位長度計算，為方便計算從墻趾處沿水平方向把擋土墻分為兩部分，上部分為四邊形，下部分為三角形： （2）抗滑穩(wěn)定性驗算：，驗算公式： 所以抗滑穩(wěn)定性滿足。（3）抗傾覆穩(wěn)定性驗算：所以傾覆穩(wěn)定性不足，應采取改進措施以增強抗傾覆穩(wěn)定性。重新擬定b11.04斜基地，土壓力對墻址力臂：所以傾覆穩(wěn)定性不足，應采取改進措施以增強抗傾覆

10、穩(wěn)定性。重新擬定b11.24m傾斜基地，土壓力對墻址力臂： 所以傾覆穩(wěn)定性滿足?；貞秃狭ζ木仳炈?）合力偏心矩計算上式中彎矩為作用與基底形心的彎矩，所以計算時先要計算對形心的力臂：根據前面計算過的對墻趾的力臂，可以計算對形心的力臂。=-19.37所以基底合力偏心矩滿足規(guī)范的規(guī)定。2）基地應力驗算所以基底應力滿足要求。圖1 典型斷面圖圖2 立面布置圖圖3 平面布置圖瀝青路面結構設計說明書一、設計彎沉值和容許拉應力計算序號車型名稱前軸重(kN)后軸重(kN)后軸數后軸輪組數后軸距(m)交通量1黃河JN15049101.61雙輪組9012解放CA10B19.460.851雙輪組9013東風E

11、Q14023.769021雙輪組11264太脫拉13851.4801雙輪組<3225設計年限 20 車道系數 .3 交通量平均年增長率 4.2 一個車道上大客車及中型以上的各種貨車日平均交通量Nh= 946 ,屬中等交通等級當以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標時 :路面營運第一年雙向日平均當量軸次 : 1841 設計年限內一個車道上的累計當量軸次 : 6129064 屬中等交通等級當以半剛性材料結構層層底拉應力為設計指標時 :路面營運第一年雙向日平均當量軸次 : 1288 設計年限內一個車道上的累計當量軸次 : 4288014 屬中等交通等級路面設計交通等級為中等交通等級公路等級 高速

12、公路公路等級系數 1 面層類型系數 1 路面結構類型系數 1 路面設計彎沉值 : 26.3 (0.01mm)方案一：層位 結 構 層 材 料 名 稱 劈裂強度(MPa) 容許拉應力(MPa) 1 細粒式瀝青混凝土 1.2 .43 2 中粒式瀝青混凝土 1 .36 3 粗粒式瀝青混凝土 .8 .29 4 水泥穩(wěn)定碎石 .6 .32 5 水泥石灰穩(wěn)定碎石 .6 .32 新建路面結構厚度計算 新建路面的層數 : 5 標 準 軸 載 : BZZ-100 路面設計彎沉值 : 26.3 (0.01mm) 路面設計層層位 : 4 設計層最小厚度 : 150 (mm)層位 結 構 層 材 料 名 稱 厚度 2

13、0平均抗壓 標準差 15平均抗壓 標準差 容許應力 (mm) 模量(MPa) (MPa) 模量(MPa) (MPa) (MPa) 1 細粒式瀝青混凝土 40 1400 0 2000 0 .43 2 中粒式瀝青混凝土 80 1200 0 1600 0 .36 3 粗粒式瀝青混凝土 80 900 0 1200 0 .29 4 水泥穩(wěn)定碎石 ? 1500 0 1500 0 .32 5 水泥石灰穩(wěn)定碎石 250 550 0 550 0 .32 6 新建路基 36 圖4 瀝青路面橫斷面圖 按設計彎沉值計算設計層厚度 : LD= 26.3 (0.01mm) H( 4 )= 150 mm LS= 28.7

14、(0.01mm) H( 4 )= 200 mm LS= 25.4 (0.01mm) H( 4 )= 186 mm(僅考慮彎沉) 按容許拉應力計算設計層厚度 : H( 4 )= 186 mm(第 1 層底面拉應力計算滿足要求) H( 4 )= 186 mm(第 2 層底面拉應力計算滿足要求) H( 4 )= 186 mm(第 3 層底面拉應力計算滿足要求) H( 4 )= 186 mm(第 4 層底面拉應力計算滿足要求) H( 4 )= 186 mm(第 5 層底面拉應力計算滿足要求) 路面設計層厚度 : H( 4 )= 186 mm(僅考慮彎沉) H( 4 )= 186 mm(同時考慮彎沉和拉

15、應力) 驗算路面防凍厚度 : 路面最小防凍厚度 1000 mm 驗算結果表明 ,路面總厚度比路面最小防凍厚度小 364 mm , 程序將自動在上述剛設計的路面最下層厚度中予以補足 .三、交工驗收彎沉值和層底拉應力計算層位 結 構 層 材 料 名 稱 厚度 20平均抗壓 標準差 15平均抗壓 標準差 綜合影響系數 (mm) 模量(MPa) (MPa) 模量(MPa) (MPa) 1 細粒式瀝青混凝土 40 1400 0 2000 0 1 2 中粒式瀝青混凝土 80 1200 0 1600 0 1 3 粗粒式瀝青混凝土 80 900 0 1200 0 1 4 水泥穩(wěn)定碎石 186 1500 0 1

16、500 0 1 5 水泥石灰穩(wěn)定碎石 250 550 0 550 0 1 6 新建路基 36 1 計算新建路面各結構層及路基頂面交工驗收彎沉值 : 第 1 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 26.3 (0.01mm) 第 2 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 29.2 (0.01mm) 第 3 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 36.1 (0.01mm) 第 4 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 44.1 (0.01mm) 第 5 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 111.3 (0.01mm) 路基頂面交工驗收彎沉值 LS= 258.8 (0.01mm)( 根據“公路瀝青路面設計規(guī)范”公式計算

17、) LS= 322.9 (0.01mm)( 根據“公路路面基層施工技術規(guī)范”公式計算) 計算新建路面各結構層底面最大拉應力 :(未考慮綜合影響系數) 第 1 層底面最大拉應力 ( 1 )=-.225 (MPa) 第 2 層底面最大拉應力 ( 2 )=-.021 (MPa) 第 3 層底面最大拉應力 ( 3 )=-.016 (MPa) 第 4 層底面最大拉應力 ( 4 )= .125 (MPa) 第 5 層底面最大拉應力 ( 5 )= .076 (MPa)方案二：位 結 構 層 材 料 名 稱 劈裂強度(MPa) 容許拉應力(MPa) 1 細粒式瀝青混凝土 1.2 .43 2 中粒式瀝青混凝土

18、1 .36 3 粗粒式瀝青混凝土 .8 .29 4 石灰粉煤灰碎石 .6 .32 5 石灰土 .25 .1 6 天然砂礫新建路面結構厚度計算 新建路面的層數 : 6 標 準 軸 載 : BZZ-100 路面設計彎沉值 : 26.3 (0.01mm) 路面設計層層位 : 6 設計層最小厚度 : 150 (mm)層位 結 構 層 材 料 名 稱 厚度 20平均抗壓 標準差 15平均抗壓 標準差 容許應力 (mm) 模量(MPa) (MPa) 模量(MPa) (MPa) (MPa) 1 細粒式瀝青混凝土 30 1600 0 2000 0 .43 2 中粒式瀝青混凝土 40 1425 0 1600 0

19、 .36 3 粗粒式瀝青混凝土 60 978 0 1200 0 .29 4 石灰粉煤灰碎石 200 1500 0 1500 0 .32 5 石灰土 250 550 0 550 0 .1 6 天然砂礫 ? 150 0 150 0 7 新建路基 36 按設計彎沉值計算設計層厚度 : LD= 26.3 (0.01mm) H( 6 )= 150 mm LS= 26 (0.01mm) 由于設計層厚度 H( 6 )=Hmin時 LS<=LD, 故彎沉計算已滿足要求 . H( 6 )= 150 mm(僅考慮彎沉) 按容許拉應力計算設計層厚度 : H( 6 )= 150 mm(第 1 層底面拉應力計算滿

20、足要求) H( 6 )= 150 mm(第 2 層底面拉應力計算滿足要求) H( 6 )= 150 mm(第 3 層底面拉應力計算滿足要求) H( 6 )= 150 mm(第 4 層底面拉應力計算滿足要求) H( 6 )= 150 mm(第 5 層底面拉應力計算滿足要求) 路面設計層厚度 : H( 6 )= 150 mm(僅考慮彎沉) H( 6 )= 150 mm(同時考慮彎沉和拉應力) 驗算路面防凍厚度 : 路面最小防凍厚度 1000 mm 驗算結果表明 ,路面總厚度比路面最小防凍厚度小 270 mm , 程序將自動在上述剛設計的路面最下層厚度中予以補足 . 通過對設計層厚度取整和將路面防凍

21、厚度不足部分增補到路面 最下層以及設計人員對路面厚度進一步的修改, 最后得到路面結構 設計結果如下: - 細粒式瀝青混凝土 30 mm - 中粒式瀝青混凝土 40 mm - 粗粒式瀝青混凝土 60 mm - 石灰粉煤灰碎石 200 mm - 石灰土 250 mm - 天然砂礫 420 mm - 新建路基三、交工驗收彎沉值和層底拉應力計算層位 結 構 層 材 料 名 稱 厚度 20平均抗壓 標準差 15平均抗壓 標準差 綜合影響系數 (mm) 模量(MPa) (MPa) 模量(MPa) (MPa) 1 細粒式瀝青混凝土 30 1600 0 2000 0 1 2 中粒式瀝青混凝土 40 1425

22、0 1600 0 1 3 粗粒式瀝青混凝土 60 978 0 1200 0 1 4 石灰粉煤灰碎石 200 1500 0 1500 0 1 5 石灰土 250 550 0 550 0 1 6 天然砂礫 420 150 0 150 0 1 7 新建路基 36 1 計算新建路面各結構層及路基頂面交工驗收彎沉值 : 第 1 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 21.7 (0.01mm) 第 2 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 23.2 (0.01mm) 第 3 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 25.6 (0.01mm) 第 4 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 28.9 (0.01mm) 第 5

23、層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 58.1 (0.01mm) 第 6 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 133.3 (0.01mm) 路基頂面交工驗收彎沉值 LS= 258.8 (0.01mm)( 根據“公路瀝青路面設計規(guī)范”公式計算) LS= 322.9 (0.01mm)( 根據“公路路面基層施工技術規(guī)范”公式計算) 計算新建路面各結構層底面最大拉應力 :(未考慮綜合影響系數) 第 1 層底面最大拉應力 ( 1 )=-.249 (MPa) 第 2 層底面最大拉應力 ( 2 )=-.105 (MPa) 第 3 層底面最大拉應力 ( 3 )=-.052 (MPa) 第 4 層底面最大拉應力 (

24、4 )= .117 (MPa) 第 5 層底面最大拉應力 ( 5 )= .054 (MPa) 圖5 瀝青路面橫斷面圖水泥混泥土路面結構設計說明書本設計中，擬在V區(qū)某地建一條二級公路采用水泥混凝土路面，根據交通部頒公路水泥混凝土路面設計規(guī)范，故選用單軸雙輪軸載BZZ-100進行計算，設計年限為20年，安全等級為三級，變異水平等級為中級。1、 交通分析根據表3，二級公路的設計基準期為20年，安全等級為三級，臨界荷位出的車輛輪跡橫向分布系數取0.39。取交通量年平均增長率為4%。按公式計算得到設計基準期內設計車道標準荷載累計作用次數為：（輛）查表2，屬于重交通2、 初擬路面結構根據二級公路、重交通等級和中級變異水平等級，查表4-3，初擬普通混凝土面層厚度為0.20m?；鶎舆x用水泥穩(wěn)定粒料（水泥用量5%），厚0.18m。墊層為0.15m低劑量石灰土穩(wěn)定土。普通混凝土板的平面尺寸寬4.5m、長5.