路基路面课程设计完整版.docx
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路基路面课程设计完整版
《路基路面工程》课程设计
学院：
土木工程学院专业：
土木工程班级：
道路二班姓名：
黄叶松指导教师：
但汉成
二◦一五年九月
一、重力式挡土墙设计
第一部分设计任务书3
（一）设计内容和要求3
（二）设计内容3
（三）设计资料3
第二部分设计计算书
1.车辆换算荷载4
2.主动土压力计算5
3.设计挡土墙截面9
4.绘制挡土墙纵横截面（附图1）30
二、沥青路面结构设计
1.设计资料12
2.轴载分析12
3.拟定路面结构方案16
4.各材料层参数16
5.设计指标确定17
6.确定设计层厚度18
7.底层弯拉应力验算21
8.防冻层厚度验算29
9.方案可行性判定29
10.绘制路面结构图31
一、重力式挡土墙
第一部分设计任务书
（一）设计的目的要求
通过本次设计的基本训练，进一步加深对路基路面工程有关理论知识的理
解，掌握重力式挡土墙设计的基本方法与步骤。
将设计任务书、设计说明书及全部设计计算图表编好目录，装订成册。
（二）设计内容
1车辆荷载换算；
2土压力计算；
3挡土墙截面尺寸设计；
4挡土墙稳定性验算。
（三）设计资料
1•墙身构造
拟采用细粒水泥混凝土砌片石重力式路堤墙（如草图1）,墙高H=?
m,墙顶宽bi=?
m,填土高度2.4m,填土边坡1:
1.5,墙背仰斜，1:
0.25C=—14°02'）,基底倾斜1:
50=—11°18'），墙身等厚，bo=7.0m。
2.车辆荷载
车辆荷载等级为公路一U级，挡土墙荷载效应组合采用荷载组合I、U,
路基宽度33.5m,路肩宽度0.75m。
3.土壤工程地质情况
墙后填土容重=18KN/m3，内摩檫角:
=38°，填土与墙背间的摩檫角
、=2；粘性土地基，允许承载力[二o]=25OKpa,基底摩檫系数f=0.40。
4.墙身材料
细粒水泥混凝土砌25号片石，砌体容重K=23KN/m3；砌体允许压应力
[J]=600KPa，允许剪应力[]=100KPa，允许拉应力[J]=60KPa。
第二部分计算书正文
1.车辆荷载换算
墙背后填土表面有车辆荷载作用，使土体产生附加的竖向应力，从而产生附加的侧向应力。
土压力计算时，对于作用于墙背后填土表面的车辆荷载可以近似的按均布荷载来考虑，并将其换算为重度与墙后填土相同的均布土层。
（1）求不计车辆荷载作时的破裂棱体宽度Bo
计算图示如下
初步拟定H=6m,a=2m,b=3mQ=1.5m，查《公路设计手册（路基）》，由表3
—2—1中第五类公式知
ab-H（H2a）tg：
则,
=0.328
（Ha）
=:
］：
■=38°（一14°02'）19°=42°58'
tan=0.931
于是有：
tg丁--tg（ctg「tg）（tg—A）
n—0.931（cot38°—0.931）（0.93厂0.328）
=0.737
B0=（Ha）tg丁Htg_b
=（62）0.7376tan（-14002'）-3
=1.396m
（2）求纵向分布长度L
L=b（H2atgO07.0（622）0tan30
=12.7t7>m0
L采用10m,其中，L0取为7.0m
（3）计算车辆荷载总重vQ
300KN。
车轮中心距路基边缘0.5m，汽车20级，一辆车的总重力为
在"LB。
"范围内布置车轮重aQ:
布置车轮的宽度I。
10=1.40-0.5-（0.5-0.3）=0.70m
'Q=300.2-150KN（半辆车重）
（4）换算当量土层厚度
VQ150
B0L181.39610
二0.597m
2.主动土压力计算
1）求破裂角二
假设破裂面交于荷载内，查《公路设计手册（路基）》
ab2h0（bd）-H（H2a2h0）tg:
A二-
（H+a）（H+a+2h°）
2320.60（30.5）-6（62220.60）tan（-14°02'）
-（6+2）x（6+2+2x0.60）
=0.367
tgv--tg.,（ctg、tg「）（tg—A）
--0.93V,（cot38°—0.931）（0.931一0.367）
=0.763
二=37021'
现验算破裂面是否交于荷载内：
堤顶破裂面至墙踵：
（H•a）tgv-（6•2）0.76^6.10m
荷载内缘至墙踵：
b-HtanH，d=3-6tan（-14002‘）0.5=5m
荷载外缘至墙踵：
b-Htan:
db0=3-6tan（-14002‘）0.57.0=12m
比较得知：
5：
：
：
6.10；：
：
12，故结果与假设相符，所选公式正确。
（2）求主动土压力系数K和Ki
（1）中假设成立，即破裂面交于荷载内，则采用《公路设计手册（路基）》第二版表3-2-1采用第6类公式计算：
COS（V）sin（）
如tg：
）
cos（37021'380）
sin（37021'42°58）
（0.763tan（-14°02'））
=0.132
b-atgr
tgvtg：
3-20.763
0'
0.763tan（-1402）
=2.87m
h2
d
tgrtg:
0.5
0.763tan（-14°02'）
二0.97m
h3=H-g-h2=6-2.87-0.97=2.16m
K1=12a（1M）•空导
H2HH2,22,,2.87、20.972.16
=1
（1）21.624
62662
（3）求主动土压力及作用点位置
按墙的每延米计算。
11
墙后土体主动土压力：
EH2KK,18620.1321.624=69.455KN
22
水平向分力：
Ex=Ecos（:
、）=81.70cos（-14°02‘T90'）=69.194KN
竖向分力：
Ey=Esin（:
、.）=81.70sin（-14°02'19°）=6.013KN
ZHa（H-hQ2h°h3（3%-2H）
x一33H2K1
62（6-2.87）20.5972.16（32.16-26）
2
3361.624
=2.071m
因基底倾斜，土压力对墙趾O的力臂为：
Zx1=Zx-0.19d=2.071-0.191.5=1.786m
0'
ZY1=bi-ZX1tg：
=1.5-1.786tan（-1402）=1.946m
（4）验算荷载：
1对于挂车100取h0=0.8m，d=0。
于是：
Aab2h0（bd）-H（H2a2h0）tg:
A二
（H+a）（H+a+2h0）
_2320.8（30）—6（62220.8）tan（—14°02‘）
（6+2）^（6+2+2汇0.8）
-0.367
tg，"-tg..（ctg「tg）（tgA）
=-0.931（cot38°0.931）（0.9310.367）
=0.763
J-37021'
验算破裂面是否交于荷载内：
堤顶破裂面至墙踵：
（Ha）tgv-（62）0.763=6.10m
荷载内缘至墙踵：
b-Htan：
d=3-6tan（-14002‘）0=4.5m
0'
荷载外缘至墙踵：
b-Htan：
db。
=3-6tan（-1402）07.0=11.5m
比较得知：
4.5：
：
：
6.10：
：
：
11.5，故结果与假设相符，所选公式正确
2求主动土压力系数K和Ki
—嶼［（tg’tg：
）sin（r）
cos（37021'38°）0'
0；0「（0.763tan（-14°02））
sin（3702142058）
=0.132
3一20.7粤’=2.87m
tgvtg:
h2匚
tgT+tg。
-0.812tan（-14°02'）0
0.763tan（-14°02）
h3=H-g-h2=6-2.87-0=3.13m
2a
KU（1
H
h|2h0h3
222.8720.83.13
=1
（1）21.646
6266
3求主动土压力及作用点位置
墙后土体主动土压力：
1*212
EH2KK118620.1321.646=70.396KN
22
水平向分力：
Ex=Ecos（：
、）=70.396cos（-14°02'19°）=70.132KN
竖向分力：
Ey=Esin（：
「）=70.396sin（-14°02'19°）=6.095KN
比较得知：
验算荷载略大于设计荷载，故挡土墙截面设计按照验算荷载进行计算。
H.a（H-h）2h°h3（3h3-2H）
33H2K1
62（6-2.87）20.83.13（33.13-26）
33621.646
-2.014m
因基底倾斜，土压力对墙趾O的力臂为:
Zx1=zx-0.19d=2.014-0.191.5=1.729m
0'
ZY1=bi—ZX1tg；.；=1.5—1.729tan（—1402）=1.932m
3.设计挡土墙截面
（1）计算墙身自重G及其力臂Zg
G^（b1H-0.19b2）k=（1.56-0.191.52）23T97.167KN
G2=
0.19b12
2
0.191.52
23二4.916KN
故G二GG2=197.1674.916=202.083KN
N二GEy=202.0836.095=208.178KN
1
ZG1H-0.19b0.25d
J[（6-0.191.5）0.251.5]=1.46m
2
ZG2=0.6510=0.6511.5=0.98m
（2）抗滑稳定性验算
Kc
l-NExtan：
0If
Ex-Ntan-s
[208.17870.132tan11018']0.4
70.132-208.176tan11018
=3.114
Kc[Kc]=1.3，故抗滑移稳定性满足要求。
（3）抗倾覆稳定性验算
2.511
„G1ZG1+G2ZG2+EYZY1197.167汽1.46+4.916汉0.98+6.095汉1.932
K。
：
ExZx170.1321.729
K0[K0]=1.5，故挡土墙抗倾覆稳定性满足要求。
（4）基底应力验算
为保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力验算
B1=0-0.1900.25=1.5-0.191.50.25=1.43m
Zn
G-i亠G2亠Ey
G1ZG1'G2ZG2'EYZY1—■EXZX1
197.1671.464.9160.986.0951.932-70.1321.729
197.1674.9166.095
=0.880
偏心距：
e二旦-Zn二
2
143—0.88=「0.16m
2
GEy选202.°836.°95嗨243.310Kpa
B/1.431.4347.848Kpa
B1
1.43
1.43
“囂驚曲沖“，地基承载力满足要求。
因此,
为了保证强身具有足够的强度，应根据经验选择1~2个控制断面进行验算，墙面、墙背相互平行，截面的最大应力出现在接近基底处。
①强度计算
要求：
:
kARk/K-Nj
如附图所示，选取一个截面进行验算：
1-1截面
Nj二0（gNgQ1）=0（0.9G1.4Ey）
-1.0（0.9202.0831.46.095）=190.408KN
其中，o――重要性系数，取1.0；
1-256e
」丿
112e°
丿
1-256
112
<0.16'
CT丿
1
二0.764
于是:
:
KARk/K=0.7641.5600/2.31=297.662kNNj=190.408KN
则挡土墙强度满足要求
②稳定性计算
要求：
N..'^-kARk
j-k
其中:
Nj、九、A、Rk、k意义同前；
屮k——弯曲平面内的纵向翘曲系数，因%=%5=4vg故认为此挡墙是矮墙，
取'■k=1.0。
于是：
丄血=3264更=297.662KN
A
2.31
_Nj=190.408KN
则挡土墙稳定性满足要求。
③正截面受剪时验算
Qj/Rj
要求:
fmNi
其中:
Qj——正截面剪力（KN）；
Aj受剪截面面积（m），Aj=1.5；
kpa，
Rj=100；pa
Rj——砌体截面的抗剪极限强度（
摩擦系数，fm=0.42
Qj=E
=86.25KN；
Aj
Rj
4.绘制挡土墙纵横断面图（
1:
100）
见附图一
、沥青路面结构设计
、设计资料
表1交通量及荷载组成
车型
总重（KN）
前轴（KN）
后轴（KN）
后轴数
辆/日
黄河JN—150
150.60
49.00
101.60
1
1700
解放CA—10B
80.25
20.25
60.00
1
1200
东风EQ—140
92.00
23.70
69.20
1
650
日野KB—211
147.55
47.55
100.00
1
200
太脱拉138
211.40
51.40
160.00
2
25
上海SH130
39.50
16.50
23.00
1
340
跃进230
48.50
18.20
33.30
1
350
2010年~2015年交通量的平均年增长率为12%,2000年以后为11%。
该公
路为双向四车道，路基平均填土高度1.8m，土质为中液限粘土，平均地下水位
1.6m,平均冻深0.4m。
、轴载分析
1、确定设计年限内交通量的平均增长率
根据设计资料，2010年~2015年交通量的平均年增长率为12%，2000年以后为11%。
2、设计年限内一个车道的累计当量轴次的计算
路面设计采用双轮组单轴载100KN为标准轴载，以BZZ—100表示。
1）当以设计弯沉值为设计指标时，换算成标准轴载P的当量作用次数N的
公式为：
kp
N二'CG门江比）4.35=
idP
表1.2轴载换算结果表（弯沉）
车型
Pi（KN）
C1
C2
Ni
N
黄河JN150
前轴
49
1
6.4
1700
488.63
后轴
101.6
1
1
1700
1821.53
解放CA10B
前轴
20.25
1
6.4
1200
7.38
后轴
60
1
1
1200
130.06
东风EQ140
前轴
23.7
1
6.4
650
7.93
后轴
69.2
1
1
650
131.03
日野KB211
前轴
47.55
1
6.4
200
50.44
后轴
100
1
1
200
200
太脱拉138
前轴
51.4
1
6.4
25
8.85
后轴
160
2.2
1
25
424.90
上海SH130
前轴
16.5
1
6.4
340
0.86
后轴
23
1
1
340
0.57
跃进230
前轴
18.2
1
6.4
350
1.35
后轴
33.3
1
1
350
2.93
N=3276.46
设计使用年限内设计车道的标准轴载累计作用次数Ne
NsH|（1十丫j_l"l汉365疋口
Ne二
式中：
Ne---标准轴载累计当量作用次数
t---设计基准年限
丫---交通量年平均增长率
n---临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，取n=0.45,
第一个5年N,=3276.46
Nei
Ni汉[_（1+丫]一1“365小
V
5
3276.46[（112%）-1]3650.45
6
=3.4210
第二个5年N6=3276.461.1241.11=5722.69
Ne2
N61
）-^x365xn
5
5722.69[（111%）-1]3650.45
11%
6
=5.8510
第三个5年=5722.691.115=9643.07
5
6
=9.8610
9643.07[（111%）-1]3650.45
一11%
一个车道的累计当量轴载作用次数为:
Ne=Nq+Ne2+Ne=1.913切07，属于重级交通。
该值可用于来计算路面设计弯沉及沥青层底拉应力。
2）当进行半刚性基层层底拉应力验算时，换算成标准轴载P的当量作用次数N的公式为：
车型
Pi（KN）
C1'
C2'
ni
N
黄河JN150
前轴
49
1
1
1700
5.65
后轴
101.6
1
1
1700
1930.18
解放CA10B
前轴
20.25
1
1
1200
0
后轴
60
1
1
1200
20.16
东风EQ140
前轴
23.7
1
1
650
0.01
后轴
69.2
1
1
650
34.18
日野KB211
前轴
47.55
1
1
200
0.52
后轴
100
1
1
200
200
太脱拉138
前轴
51.4
1
1
25
0.12
后轴
160
3
1
25
3221.23
上海
前轴
16.5
1
1
340
0
SH130
后轴
23
1
1
340
0
跃进230
前轴
18.2
1
1
350
0
后轴
33.3
1
1
350
0.05
N=5412.1
设计使用年限内设计车道的标准轴载累计作用次数
Ne
Ns況「（1+Y\-^x365xn
Ne-
Y
式中：
Ne---标准轴载累计当量作用次数
t---设计基准年限
丫---交通量年平均增长率
n---临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，取n=0.45,
第一个5年N1=5412.1
N’汇「（1+Y$—1〕疋365江口
N&:
5
5412.1[（112%）-1]3650.456
==5.65汉10
12%
第二个5年N6=5412.11.1241.11=9452.81
N61
Ne2:
5
3659452.81[（111%）-1]3650.456
=L=9.67爼0
11%
第三个5年=9452.811.11^15928.53
Ne3
N11利1中丫丨—1^365如
V
5
15928.53%）
11%
6
=16.2910
一个车道的累计当量轴载作用次数为：
Ne=Nq+Ne2+Ne=3.161心。
7，属于特重级交通
此数据用于进行半刚性基层层底拉应力验算
三、拟定路面结构组合方案及厚度
万案一:
方案一:
细粒式沥青混凝土
h1=4cm
细粒式沥青混凝土
h1=4cm
中粒式沥青混凝土
h2=5cm
中粒式沥青混凝土
h2=6cm
粗粒式沥青混凝土
h3=6cm
粗粒式沥青混凝土
h3=8cm
水泥稳定碎石
h4=20cm
水泥稳定碎石
h4=?
石灰土
h5=?
二灰土
h5=16cm
级配碎、砾石
h6=12cm
填隙碎石
h6=10cm
十基
十基
方案一中石灰土层为设计层，方案二中以水泥稳定碎石层为设计层。
四、各层材料的抗压模量与劈裂强度、土基的回弹模量的确定
1）确定各层材料的抗压模量与劈裂强度，（通过查表）可得下列设计参数，汇表如下：
材料名称
抗压回弹模量（MPa）
15C劈裂强度
（MPaWsp
20r
15C
细粒式沥青混凝土
1400
2000
1.4
中粒式沥青混凝土
1200
1400
1.0
粗粒式沥青混凝土
1000
1200
0.8
水泥稳定碎石
1500
0.5
石灰土
550
0.225
二灰土
750
0.25
级配碎、砾石
225
填隙碎石
250
2）确定土基的回弹模量
根据该路段所处的自然区划，土质，且稠度等，查《公路沥青路面设计规范》可得土基回弹模量。
E°=45.5Mpa
五、设计指标的确定（设计弯沉Ld）
对于一级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构底层拉应力验算。
1设计弯沉值的计算
_Q,2
Ld=600NeAcAsAb
式中：
Ld——设计弯沉值（0.01mm）
Ne------设计年限内一个车道累计当量轴载标准通行次数
Ac------公路等级系数，一级公路：
1.0
阳-----面层系数，沥青混凝土面层：
1.0
得-----路面结构系数，冈I」性基层、半刚性基层、沥青路面为1.0
又Ne=1.913107
则设计弯沉值Ld=20.98（0.01mm）
抗拉结构强度系数K:
沥青混凝土面层
Ks=0.09N；/Ac=3.599
无机结合料稳定集料
Ks=0.35N；/Ac=2.339
无机结合料稳定细粒土
Ks“尿疋.11/代=3.007
容许拉应力二R二』，-sp--路面结构材料的极限抗拉强度（MPa）
Ks
结构层材料名称
Ne
Ac
Ks
（Tsp
tr（MPa）
细粒式沥青混凝土
1.913“07
1.0
3.599
1.4
0.389
中粒式沥青混凝土
1.913O07
1.0
3.599
1.0
0.278
粗粒式沥青混凝土
1.913G07
1.0
3.599
0.8
0.222
-水泥稳定碎石
3.161心07
1.0
2.339
0.5
0.214
石灰土
3.161"07
1.0
3.007
0.225
0.0748
一灰土
3.16
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