路基路面工程課程設計

一、路基(擋土墻)設計設計資料某新建公路重力式路堤墻設計資料如下.墻身構造：墻高8m,墻背仰斜角度，墻身分段長度20m,其余初始擬采用尺寸如圖1—1所示.圖1—1初始擬采用擋土墻尺寸圖土質情況：墻背填土為砂性土，其重度，內摩擦角；填土與墻背間的摩擦角.地基為整體性較好的石灰?guī)r，其容許承載力，基底摩擦系數(shù)。墻身材料:采用5號砂漿砌30號片石，砌體重度,砌體容許壓應力，容許剪應力，容許壓應力。劈裂棱體位置確定荷載當量土柱高度的計算墻高6m,按墻高缺點附加荷載強度進行計算。按照線形內插法，計算附加荷載強度：，則:破裂角的計算假設破裂面交于荷載范圍內，則有：因為，則有根據(jù)路堤擋土墻破裂面交于荷載內部時破裂角的計算公式：1。2。3驗算破裂面是否交于荷載范圍內破裂棱體長度：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.1。2。4路基邊坡穩(wěn)定性驗算可利用解析法進行邊坡穩(wěn)定性分析，則有其中，,，.對于砂性土可取，即,則：所以，路基邊坡穩(wěn)定性滿足要求。1。3土壓力計算根據(jù)路堤擋土墻破裂面交于荷載內部的土壓力計算公式：土壓力作用點位置計算表示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底傾斜，土壓力對墻趾的力臂:擋土墻穩(wěn)定性驗算墻體重量及其作用點位置計算擋土墻按單位長度計算，為方便計算，從墻趾沿水平方向把擋土墻分為三部分,右側為平行四邊形，左側為兩個三角形（如圖1-2）:圖1—2擋土墻橫斷面幾何計算圖式1。4.2抗滑穩(wěn)定性驗算對于傾斜基底，驗算公式：所以,抗滑穩(wěn)定性滿足要求。1。4。3抗傾覆穩(wěn)定性驗算抗傾覆穩(wěn)定性驗算公式：所以,抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。基地應力和合力偏心矩驗算1。5.1合力偏心矩計算上式中，彎矩為作用于基底形心的彎矩,所以計算式,需要先計算對形心的力臂：根據(jù)之前計算過的對墻趾的力臂,可計算對形心的力臂。所以,基底合力偏心距滿足規(guī)范的要求。1。5。2基底應力驗算其中,,所以基底應力滿足要求。1。6墻身截面強度驗算1。6。1強度計算墻面墻背平行，截面最大應力出現(xiàn)在接近基底處，取截面1進行驗算。圖1—3計算截面式中：-一設計軸向力（kN）;——重要性系數(shù)；一-荷載組合系數(shù)；、 分別為恒載（自重及襟邊以上土重）引起的軸向力（kN）和相應的分項系數(shù)：-—主動土壓力引起的軸向力（kN）；一一被動土壓力、水浮力、靜水壓力、東水壓力、地震力引起的軸向力（kN）；--以上各項軸向力的分項系數(shù)；抗力分項系數(shù)；-—材料極限抗壓強度；——擋土墻構件的計算截面積（）；——軸向力偏心影響系數(shù)，按下式計算:按每延米墻長計算:,其中,結構重要性系數(shù)取1.0,恒載的分項系數(shù)取1.2，動載的分項系數(shù)取1。4，材料的抗力分項系數(shù)取2。31，軸向力偏心影響系數(shù)：則有：所以，強度滿足要求.1。6。2穩(wěn)定計算其中，彎曲平面內的縱向翹曲系數(shù)式中： 墻的有效高度（m）,視下端固定、上端自由；——墻的寬度，取1。5m。取0.001，取6m，貝V所以，墻體截面穩(wěn)定滿足要求。1。7設計圖紙及工程量（1）擋土墻典型斷面圖如圖1—4所示,平面、立面、橫斷面另附圖表示。表1-4典型斷面圖2）擋土墻工程數(shù)量表見表1—5。表1—5工程數(shù)量表墻高斷面尺寸M5漿砌片石6.00.2564.951.51.59。48路堤墻墻體間隔20m設置沉降縫一道，縫內用瀝青麻絮嵌塞;泄水孔尺lOcmxlOcm,每2~3m布置一個，泄水孔應高出地面不小于30cm；墻背均應設置50cm厚的砂礫透水層，并做土工布封層。二、路面設計設計資料（1） 新建一級公路地處IV區(qū)，為雙向四車道，設計速度為80km/h，擬采用瀝青路面結構或水泥混凝土路面進行施工圖設計，沿線土質為粉質土，確定土基的稠度為1。1，回彈模量取36MPa，路基土屬中濕狀態(tài).（2） 所在地區(qū)近期交通組成與交通量，見表2—1。預測交通量增長率前五年為8。0%，之后五年為7。0％，最后五年為6.0％，路面累計標準軸次按15年計。表2—1近期交通組成及交通量型號前軸載（kN）后軸載（kN）后軸數(shù)輪組數(shù)后軸距（m）交通量（輛/日）北京BJ13013.427.412280解放CA5028.768.212-460東風EQ14023。769。212—650湘江HQP4023。173.2224520黃河JN15049。0101.612-680江淮HF15045。1101。512—460交通SH36160110.022-330（3）路面布置：行車道寬度，右側硬路肩寬度為，土路肩寬度為左側路緣帶寬度為，中央分隔帶寬度為,中間帶寬度為，路基寬度為。（4）設計依據(jù):交通部頒《公路工程技術標準》（JTGB01-2014）;交通部頒《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTGD50-2006）；交通部頒《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》（JTGD40-2011）。2。2計算設計年限內的標準軸載累計當量軸次某一級公路路面設計以雙輪組單軸載100為標準軸載,用表示，計算參數(shù)如表2-2表2—1標準軸載計算參數(shù)標準軸載100輪胎當量直徑21。3輪胎接地壓強0.7兩輪中心距1.5路面作用的其他各種不同類型按以下方法，換算為標準軸載。（1）以設計彎沉和瀝青層層底拉應力為指標進行換算，利用以下公式進行計算：式中：—-以彎沉為指標的標準軸載的當量軸次（次/日）；——被換算車型的各級軸載作用次數(shù)（次/日）；——標準軸載（kN）;--軸數(shù)系數(shù)；——輪組系數(shù)，單輪組6.4，雙輪組1，四輪組0。38。其中，當軸間距大于3m時應按單獨的一個軸載進行計算，此時軸數(shù)；當軸間距小于3m時，按雙軸或多軸進行計算，軸數(shù)系數(shù)為：以設計彎沉和瀝青層層底拉應力為指標進行換算的結果見表2-2.表2—2標準軸載換算結果I型號(kN)（次/日）北京BJ130后軸27。4112801。00317解放CA50前軸28.716。446012.90399后軸68.21146087.04020東風EQ140后軸69。211650131.03125湘江HQP40后軸73。221520267.70504黃河JN150前軸49.016.4680195.45277后軸101.611680728.61237

江淮HF150前軸45。116.446092。17343后軸101.511460490.77803交通SH361前軸6016。4330228。90319后軸110。02.213301098。992683334。59612注：重量25kN以下軸載不計（2）以半剛性材料層的層底拉應力為指標進行換算，計算公式如下式中：-—以彎拉應力為指標的標準軸載的當量軸次（次/日）;—-被換算車型的各級軸載作用次數(shù)（次/日）;―標準軸載（kN）；-—被換算車型的各級軸載（kN）;——軸數(shù)系數(shù)；-—輪組系數(shù),單輪組18.5，雙輪組1,四輪組0。09.當軸間距大于3m時應按單獨的一個軸載進行計算,此時軸數(shù)；當軸間距小于3m時，按雙軸或多軸進行計算，軸數(shù)系數(shù)為：以半剛性材料層的層底拉應力為指標進行換算的結果見表2—3。表2-3標準軸載換算結果II型號(kN)（次/日）解放CA50后軸68.21146021。52944東風EQ140后軸69。21165034.17922湘江HQP40后軸73.22152085.72786黃河JN150后軸101。611680772.07338江淮HF150后軸101.511460518.18659交通SH361前軸60118.5330102。54056后軸110.0213301414.768612949.00566注：重量50kN以下軸載不計（5）水泥混凝土路面的軸載換算水泥混凝土路面結構設計也以100kN的單軸-雙輪組荷載作為標準軸載.不同軸的作用次數(shù)按下式換算為標準軸載的作用次數(shù)。式中：-—設計年限內一個車道上的累計標準軸載作用次數(shù)（次）;——單軸，單輪、單軸—雙輪組、雙軸—雙輪組荷載作為標準軸載型級軸載的總重（kN）;-—軸型和軸載級位數(shù)：—-各類軸載型級軸載的作用次數(shù)。則水泥混凝土路面的軸載換算結果如表2-4所示。表2—4標準軸載換算結果m型號(kN)（次/日）黃河JN150前軸49。06800.00751后軸101.6680876.61367江淮HF150前軸45.14600。00135后軸101.5460583.73335交通SH361前軸603300。09310后軸110.03001378。491902838。94087注:小于40kN的單軸和80kN的雙軸不計（6）累計標準軸載作用次數(shù)計算設計使用年限內設計車道的累計標準軸載作用次數(shù)按以下公式計算其中，設計年限內的交通量（標準軸載作用次數(shù)）平均年增長率,瀝青路面設計年限（年），水泥混凝土路面設計年限（年）。對于雙向四車道道路,若采用瀝青路面，則路面車道系數(shù)可??；若采用混凝土路面，路面車道系數(shù)可取.則按照以上三種指標進行的標準軸載換算，累計標準軸載結果如表3-5.表2—5累計標準軸載計算結果路面類型換算指標累計標準軸載（次）父通等級瀝青路面設計彎沉和瀝青層層底拉應力VW丿重半剛性材料層的層底拉應力重水泥混凝土路面/重瀝青路面設計2。3.1確定土基回彈模量值設計路段處于IV區(qū)，土基為粉質土確定土基的稠度為1。10,路基干濕狀態(tài)為中濕狀態(tài)，回彈模量為36MPa。根據(jù)《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTGD50—2006）規(guī)定，須采取必要措施，保證路基的強度和穩(wěn)定性，重交通、特種交通路基土回彈模量必須大于40MPa，現(xiàn)采取換填砂礫、碎石滲水性材料處理地基，并設置土工合成材料加強路基排水，綜合處治。最終路基土回彈模量取45MPa。2。3。2初擬路面結構組合根據(jù)之前計算得到設計年限內一個行車道上的累計標準軸次約為1380萬次。根據(jù)該地區(qū)的路用材料，結合已有典型結構，初步擬定路面結構。初擬路面結構面層采用瀝青混凝土（取17cm），基層采用水泥穩(wěn)定碎石土（取22cm），墊層采用水泥石灰砂礫土。根據(jù)《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTGD50—2006）規(guī)定，采用三層式瀝青面層,上面層采用細粒式密瀝青混凝土（厚度4cm），中面層采用中粒式密瀝青混凝土（厚度5cm），下面層采用密級配瀝青碎石（厚度8cm）。2。3.3路面材料設計參數(shù)確定按照《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》(JTGE51—2009)中規(guī)定的項目頂面法測定半剛性材料的抗壓回彈模量；按照《公路工程瀝青及瀝青混合材料試驗規(guī)程》(JTGE20—2011)中規(guī)定的方法測定瀝青混合料的抗壓回彈模量，測定20°C、15°C的抗壓回彈模量，以及材料的劈裂強度。各路面材料設計參數(shù)的結果見表2-6.表2—6各路面材料及圖集的抗壓回彈模量及劈裂強度參數(shù)取值材料種類抗壓回彈模量劈裂強度20C15C細粒式瀝青混凝土140020001。2中粒式瀝青混凝土120018001.0密級配瀝青碎石100012000.8水泥穩(wěn)定碎石150035000。6水泥石灰砂礫土100018000。4路基土45/2。3。4路面設計指標計算(1)路面設計彎沉值我國《公路瀝青路面設計規(guī)范》(JTGD50—2006)規(guī)定路面設計彎沉值由下式計算確定：式中: 設計彎沉值(0。01mm);—-設計年限內一個車道累計當量標準軸載通行次數(shù)；——公路等級系數(shù)，一級公路為1.0；——面層類型系數(shù),瀝青混凝土面層為1.0,熱拌瀝青碎石、冷拌瀝青碎石、上拌下貫或貫入式路面、瀝青表面處治為1.1；—-路面結構類型系數(shù)，剛性基層、半剛性基層瀝青路面為1。0，柔性基層路面為1。6。若基層由半剛性基層與柔性基層材料組合而成,則介于二者之間通過線性內插確定。設計公路為一級公路,公路等級系數(shù)取，面層為瀝青混凝土，面層類型系數(shù)取，基層為半剛性基層,路面結構類型系數(shù)取。則瀝青路面設計彎沉值:（2）結構層層底拉應力彎拉應力設計控制指標容許拉應力公式:式中:——路面結構材料的容許拉應力，即該材料能承受設計年限次加載的疲勞彎拉應力（MPa）；—路面結構材料的極限抗拉強度（MPa）；—-抗拉強度結構系數(shù)。根據(jù)結構層材料不同，按以下公式計算:（瀝青混凝土面層）（無機結合料穩(wěn)定集料基層）（無機結合料穩(wěn)定細粒土基層）（貧混凝土基層）以此計算各層材料的層底拉應力：細粒式瀝青混凝土：中粒式瀝青混凝土：密級配瀝青碎石:水泥穩(wěn)定碎石：水泥石灰砂礫土：路面結構層厚度計算設計結構為半剛性基層，瀝青路面的基層類型系數(shù)為1.0,設計彎沉值為22.41mm，暫時，相關設計資料匯總如表2-7.表2-6瀝青路面設計資料匯總材料種類厚度抗壓回彈模量劈裂強度容許拉應力

20°C15C細粒式瀝青混凝土5140020001.20.36中粒式瀝青混凝土6120018001。00.30密級配瀝青碎石8100012000。80。24水泥穩(wěn)定碎石22150035000.60.28水泥石灰砂礫土？100018000。40。14路基土/45//初步擬定路面結構層組合為：5cm細粒式瀝青混凝土,5cm中粒式瀝青混凝土，8cm密級配瀝青碎石，22cm水泥穩(wěn)定碎石，還需另行計算水泥石灰砂礫土的厚度。利用路基路面設計軟件HPDS2011計算水泥石灰沙礫土的厚度并進行驗算：①按設計彎沉值計算設計層厚度:LD=22。41(0。01mm)H(5)=160mmLS=23.4(0。01mm)H（5）=210mm LS=21。2（0。01mm）H（5）=182mm（僅考慮彎沉）②按容許拉應力計算設計層厚度：H(5)=182mm（第1層底面拉應力計算滿足要求）H(5)=182mm（第2層底面拉應力計算滿足要求）H(5)=182mm（第3層底面拉應力計算滿足要求）H(5)=182mm（第4層底面拉應力計算滿足要求）H(5)=182mmO(5)=0.145MPaH(5)=232mm°(5)=0。127MPaH（5）=196mm（第5層底面拉應力計算滿足要求）路面設計層厚度：H（5）=182mm（僅考慮彎沉）H（5）=196mm（同時考慮彎沉和拉應力）路面最小防凍厚度：500mm驗算結果表明,路面總厚度滿足防凍要求。另外，根據(jù)《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTGD50-2006）規(guī)定，對于采用半剛性基層的瀝青路面，應在面層與墊層之間加設下封層，下封層可采用瀝青單層表面處治或砂礫式、細粒式密級配瀝青混合料，稀漿封層等.現(xiàn)采用10mm厚ES-3型稀漿封層作為瀝青路面的下封層.通過以上設計計算，并對設計層厚度取整,最后得到路面結構厚度計算結果如圖2-7所示.圖2-7瀝青路面結構設計模型2。3.6路面交工驗收計算利用路基路面設計軟件HPDS2011進行交工驗收彎沉值和層底拉應力計算，計算結果如下：公路等級：一級公路新建路面的層數(shù)：5標準軸載：BZZ—100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=21.6（0.01mm）第2層路面頂面交工驗收彎沉值LS=24.3 （0。01mm）第3層路面頂面交工驗收彎沉值LS=28.0（0。01mm）第4層路面頂面交工驗收彎沉值LS=34。0（0.01mm）第5層路面頂面交工驗收彎沉值LS=97。7（0。01mm）。

路基頂面交工驗收彎沉值：LS=207（0.01mm）（根據(jù)“公路瀝青路面設計規(guī)范”公式計算）LS=261。9（0.01mm）（根據(jù)“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：第1第1層底面最大拉應力第2層底面最大拉應力第3層底面最大拉應力%）=—0.14 （MPa）O（5）=-0。02 （MPa）%）=—0.076 （MPa）第4層底面最大拉應力。（5）=0.118（MPa）第5層底面最大拉應力。（5）=0。139（MPa）經(jīng)檢驗，該瀝青路面設計滿足路面驗收條件.水泥混凝土路面設計2。4。1交通量與可靠度系數(shù)的確定根據(jù)2.2節(jié)表2-6中的計算結果可知，水泥混凝土路面在設計年限內的累計標準軸載（次），屬重交通。根據(jù)《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》（JTGD40—2011）并結合工程實例可得,設計一級公路安全等級為一級，目標可靠度為95%,目標可靠指標為1。28，變異水平為低級，可靠度系數(shù)范圍為1。09?1.16，取.2。4.2結構組合初擬與設計參數(shù)確定因該設計路段屬重交通荷載等級，適宜的基層材料為：密級配瀝青穩(wěn)定碎石與水泥穩(wěn)定碎石，底基層材料為：級配碎石、水泥穩(wěn)定碎石、石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石。初步擬定水泥混凝土路面結構組合：普通水泥混凝土路面板（厚0.26m）+水泥穩(wěn)定粒料基層（厚0。20m）+級配碎石底基層（厚0.16m）?；炷撩姘宓钠矫娉叽?長5m,寬4m,彎拉強度標準值取為5.0MPa,彎拉模量標準值為31GPa,泊松比取0.15,線脹系數(shù)取?？v縫為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿的假縫。根據(jù)《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》（JTGD40—2011）中規(guī)定重交通、特種交通路基土回彈模量必須大于60MPa,現(xiàn)進行地基處理，綜合處治，最終路基土回彈模量取65MPa。2.4。3計算地基綜合回彈模量彈性地基的綜合回彈模量按照以下公式計算.式中：——路基頂面的綜合回彈模量（MPa）；——與地基內除路基以外各層的總厚度有關的回歸系數(shù)；-—地基頂面當量回彈模量（MPa）;——地基內除路基以外各層的總厚度；——彈性地基分層數(shù)（不包括路基半空間體）;、 第結構層的回彈模量（MPa）和厚度（m）.對于初擬混凝土路面結構層，水泥穩(wěn)定粒料的抗壓回彈模量取1400MPa，級配碎石的抗壓回彈模量取200MPa，路基頂面綜合回彈模量為70MPa，則有：荷載應力計算（1）設計軸載（100kN）在四邊自由板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力按下列公式計算。式中： 設計軸載的單軸重（kN）;――混凝土面層板的相對剛度半徑（m）；——混凝土面層板的截面彎曲剛度（MN?m）；、、-—分別為混凝土面層板的厚度（m）,彎拉彈性模量（MPa）和泊松比；則可進行計算如下；荷載應力：2）確定三個修正系數(shù)、、應力折減系數(shù),由路肩情況決定:才要采用混凝土路肩時取0。87（路肩面層與路面面層等）?？紤]理論與實際差異及動載等因素影響的綜合系數(shù),根據(jù)《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》（JTGD40—2011）可查得，取1.10。。荷載疲勞應力系數(shù)，與累計軸次有關，由下面公式確定：式中：--材料疲勞指數(shù)，普通混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土采用0。057；碾壓混凝土和貧混凝土采用0。065.則有:（3） 計算荷載疲勞應力（4） 面層板在最重軸載作用下的荷載應力計算最重軸載荷載應力計算公式與相同，但要用最重軸載代替標準軸載（或設計軸載）。則可得，最重軸載（或稱極限荷載）在四邊自由板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力：最重軸載在臨界荷位產(chǎn)生的最大荷載應力:溫度應力計算（1） 面層板最大溫度應力面層板的溫度翹曲應力系數(shù)：計算綜合溫度翹曲應力和