南华大学《路基路面工程》课程设计例.docx
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南华大学《路基路面工程》课程设计例
南华大学城市建设学院
路基路面工程课程设计
指导书及任务书
姓名：
班级：
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指导教师：
南华大学道路桥梁系
摘要
本设计为辽宁省某地新建的一条双向四车道高速公路,设计速度为120km/h.起止桩号为K280+030-K400+235.分为路基设计和路面设计两部分.
路基设计中主要以一般路堤形式进行设计,路堤平均高度为2.5m，土质为粉性土，平均地下水位1.0m，平均冻深0.3米。
主要进行了路基横断面设计、道路横断面排水设计、路基稳定性验算和施工设计.其中,路基稳定性验算取8m高一般路堤进行设计.
路面设计中对任务书所给的一些不合理的条件根据规范做出了相应的修改,主要是初拟路面结构的不同.设计路面为水泥混凝土刚性路面,主要包括路面结构组合设计、混凝土路面板尺寸设计、接缝设计以及施工设计.并对水泥混凝土路面面层的配合比进行了设计.
关键词一般路堤、排水、施工、水泥路面、配合比
1路基设计
路基根据其使用要求和当地自然条件，并结合施工方案进行设计，既有足够的强度和稳定性，又要经济合理。
影响路基强度和稳定的地面水和地下水，必须采取拦截或排出路基以外的措施，并结合路面排水，综合排水设计，形成完整的排水系统。
修筑路基取土和弃土时，应符合环保要求，以适当处理，减少弃土侵占耕地，防止水土流失和瘀塞河道。
本路基设计主要依据《公路路基设计规范》（JTGD30—2004）、《公路工程技术标准》（JTJB01—2003）、《公路自然区划标准》及《土的工程分类》（GBT_50145-2007）和《路基路面工程》教材进行设计。
1路基横断面设计
1.1.1确定路基横断面形式
由设计任务书所给条件，路基横断面可采用路堤、路堑和半填半挖三种形式，以及公路曲线的超高、加宽时的路基横断面。
本设计主要才用一般路堤形式，按照标准横断面形式进行设计。
1.1.2确定自然区划和路基干湿类型
由《公路自然区划标准》可知：
辽宁大部分位于II2a辽河平原冻融交替副区，属于东部温润季冻区。
路基土质为粉质土。
由《公路自然区划标准》得公路二级区划的特征和指标：
表1.1二级区划的特征和指标
二级区名
（包括副区）
水热状态
潮湿系数（K）
年降水量（mm）
雨型
最高月
K值
最大月雨期长度
最高月平均地温（℃）
II2a辽河平原冻融交替副区
0.5~1.5
900~1500
梅雨秋雨伏旱
1.0~2.0
3.0~3.5
3.0~3.5
由表1.1可知II2a辽河平原冻融交替副区的潮湿系数K值较低。
由《路基路面工程》可得路基临界高度：
表1.2路基临界高度参考值
粉性土
地下水
H1
H2
H3
II2
3.4
2.6
1.9
该公路为高速公路双向四车道,要求标准较高,故取路基干湿类型为干燥,则由表1.2可得路基最小高度H>3.4m。
1.1.3拟定路基断面尺寸
辽宁地区地形以平原为主，属于平原微丘区，本公路为高速公路双向四车道，并考虑该地区经济较发达，取计算行车速度为120Km/h。
（1）路基宽度：
由《公路工程技术标准》（JTJB01—2003）可归纳得：
表1.3路基宽度参数
高速公路
四车道
120Km/h
行车道宽度
（m）
中央分隔带
（m）
左侧路缘带
（m）
硬路肩
（m）
土路肩
（m）
2×7.5
3
0.75
3.25
0.75
行车道宽度：
2×7.5=15m中央分隔带：
3m路缘带：
0.75m×2=1.5m
硬路肩宽度：
3.25m×2=6.5m土路肩宽度：
0.75m×2=1.5m
则，路基宽度：
15+3+1.5+6.5+1.5=27.5m
得路基横断面图如图1.1所示：
图1.1路基横断面图
（2）路基高度：
由《公路路基设计规范》（JTGD30—2004），设有中央分隔带的高速公路，路基设计标高为中央分隔带的外侧边缘高程。
由于该公路位处II2a辽河平原冻融交替副区，主要自然病害以冻胀与翻浆为主，且公路等级要求高，设计需求路基干湿类型为干燥，由表1.2知，路基高度H>3.4m，设计资料中路基平均高度为2.5m。
综合考虑路线纵坡要求，路基稳定性和工程经济等因素，本设计取路基高度H=6m。
（3）路基边坡坡率：
路堤填土高度为6m，路基填料为细粒土，由表1.4可得，取路基边坡坡率为1׃1.5，则边坡宽度b=1.5H=9m。
表1.4路堤边坡坡率
填料类别
边坡坡率
上部高度（H≤8m）
下部高度（H≤12m）
细粒土
1׃1.5
1׃1.75
粗粒土
1׃1.5
1׃1.75
巨粒土
1׃1.3
1׃1.75
2道路横断面排水设计
公路位于II2a辽河平原冻融交替副区，主要自然病害以冻胀与翻浆为主，其次崩塌、土流。
自然条件对公路工程的影响主要表现在冻土多，公路的不利季节为11月-次年3月，公路由宽广的平原地通过条件不太困难。
2.1.1确定边沟布置、断面形式及尺寸
边沟的排水量不大，一般不需进行水文和水力计算。
依据沿线情况，选用标准横断面形式。
边沟的纵坡一般与路线纵坡一致。
边沟横断面采用梯形，内测边坡坡率为1׃1.5，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。
由于该公路位于东南潮热区，降雨量较大，梯形边沟的底宽和深度都采用0.6m。
由于水量较大，边沟采用浆砌片石铺砌，砌筑用砂浆M7.5号。
边沟断面如图1.2所示：
图1.2边沟构造图
2.1.2确定截水沟布置、断面形式和尺寸
截水沟的位置应尽量与绝大多数的地面水流方向垂直，以提高截水沟的效能和缩短截水沟的长度。
沟底采用0.5%的纵坡。
截水沟截面采用对称梯形，沟的边坡坡度采用1׃1.5，沟底采用干砌片石铺筑。
对截水沟断面尺寸采用试算法进行水力计算，以获得最佳断面。
（1）设计参数：
纵坡i=0.005，坡率m=1.5，粗糙系数n=0.025，设计流量=1.10m3/s。
（2）假定沟底宽度b=0.4m；由表1.5可得b/h=0.61,取h=0.66m；
表1.5水力最佳断面宽深比
边坡率m
0
0.25
0.5
0.75
1.00
1.25
1.50
2.00
3.00
b/h
2
1.56
1.24
1.00
0.83
0.70
0.61
0.47
0.32
（3）水流断面积：
（1-1）
由得，=0.92m2；
断面系数：
（1-2）
由得，=3.6；
湿周：
（1-3）
由得，=2.78m；
水力半径：
（1-4）
由得，=0.33m；
（4）指数：
（1-5）
由得，=0.24；
流速系数：
（1-6）
由得，=32.05；
水流断面流速：
（1-7）
由得=1.3m/s；
断面流量：
（1-8）
由得，=1.2m3/s；
（5）验算沟底铺砌采用干砌片石。
则由表1.6可得最大容许设计流速为=2.0m/s；
表1.6容许流速表
沟渠类型
最大容许设计流速（m/s）
沟渠类型
最大容许设计流速（m/s）
粗砂
0.8
草皮护面
1.6
黏土质砂
1.0
干砌片石
2.0
高限黏土
1.2
浆砌片石
3.0
石灰岩
4.0
混凝土
4.0
假设水中主要含土类为中细沙，取α=0.5；
最小容许流速：
（1-9）
由得=0.26m/s；
因为设计结果=1.3m/s，介于与值之间，所以流速符合要求。
又因为计算流量=1.2m3/s，与=1.10m3/s相差为超过10%，一般可认为符合设计要求。
综上可知：
因为流量和流速均符合要求，本截水沟可采用底宽0.4m，而沟深H，应为水深h加安全高度Δh=0.10~0.20m，本设计取Δh=0.14m，所以沟深H=h+Δh=0.66+0.14=0.8m。
截水沟断面如图1.3所示：
图1.3截水沟构造图
2.1.3其他排水设施
道路的排水设施主要包括路基排水和路面排水。
常用的路基地面排水设施，除了已经进行设计的边沟和截水沟外，还包括排水沟、跌水与急流槽。
这些排水设备，分别设在路基的不同部位，各自的排水功能、布置要求和构造形式均有所差异。
各类地表水沟沟顶应高出设计水位0.2m以上。
当地下水影响路基路面的强度或边坡稳定时，应设置暗沟、渗沟和检查井等地下排水设施。
路面表面排水主要是迅速把降落在路面和路肩表面得降水排走，一面造成路面积水而影响行车安全。
主要包括中央分隔带排水、路面内部排水和边缘排水系统，以及排水基层的排水系统等。
3路基稳定性验算
由于本设计标准横断面采用一般路堤形式，路堤平均填土高度为2.5m。
对于路基的稳定性分析，采用一般路堤的最高值8m。
由《公路路基设计规范》（JTGD30—2004）得路堤边坡坡度为定值。
3.1.1设计参数
路堤填土高h1=8m，路堤边坡坡率为m=1׃1.5，路堤填料为粘质土，粘聚力C=20KPa，内摩擦角φ=30°（tanφ=0.577）。
土的容重取γ=20KN/m3。
车辆荷载为公路一级汽车荷载。
由《公路路基设计规范》（JTGD30—2004），对路堤和地基的整体稳定性采用简化的Bishop法进行分析计算。
3.1.2稳定性验算
（1）车辆荷载的换算
在进行路堤稳定性验算时，将车辆荷载按最不利情况排列，并换算成相当的土层厚度。
公路一级汽车荷载换算成土柱高：
由《路基路面工程》有，；（1-10）
式中：
N—并列车辆数，双向六车道N=6；
L—标准车辆轴载为12.8m；
Q—一辆重车的重力（标准车辆荷载为550KN）；
γ—路基填料的重度为20KN/m3；
B—荷载横向分布宽度，近似取路基宽35m。
数值带入计算可得：
h0=0.37m，取h0=0.4m，偏于安全计算。
（2）路堤横断面
用4.5H法滑动面圆心位置的辅助线，取通过路堤坡脚和距路基左边缘1/4
路基跨度处的圆弧。
绘出圆弧滑动面的计算图示，如图1.4所示：
图1.44.5H法确定圆心位置图示
其中，辅助线的作图表值参考表1.7：
表1.7辅助线的作图表值
边坡坡度
边坡角
β1
β2
1׃1.5
30°40´
26°
35°
（3）稳定系数K值
由《路基路面工程》有，；（1-11）
式中：
Ni—各土条的法向分力，Ni=Qicosαi；
Ti—各土条的切向分力，Ti=Qisinαi；
αi—各土条重心与圆心连接线对竖轴y的夹角；
L—圆弧滑动面全长，L=16.59m
边坡计算高度H=h0+h1=8.4m。
综上可列稳定性计算表如表1.8所示：
表1.8路堤稳定性计算表
编号
αi
cosαi
sinαi
Ai
Qi
Ni
Ti
1
-6°01´
0.99
-0.10
3.59
71.82
71.42
-7.53
2
5°50´
0.99
0.10
9.62
192.42
191.42
19.56
3
17°34´
0.95
0.30
13.77
275.36
262.2
83.11
4
30°23´
0.86
0.51
15.75
315.04
271.77
159.34
5
45°23´
0.70
0.71
11.70
234.08
164.41
166.62
6
58°48´
0.52
0.86
1.64
32.8
16.99
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