路基路面工程课程方案报告.docx
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路基路面工程课程方案报告
路基路面工程
——课程设计报告
公路路基稳定性设计
路基填土标准、规范
路基填土标准、规范
项目分类
路面底面以下深度（m）
填料最小强度（CBR值）
压实度（%）
高速、一级公路
高速、一级公路
填方路基
0-0.3
8
≥96
0.3-0.8
5
≥96
上路堤
0.8-1.5
4
≥94
下路堤
1.5以下
3
≥93
（1）填方路基应优先选用级配较好的砾类土、砂类土等粗粒土为填料，填料最大粒径应小于150mm。
（2）泥炭、淤泥、冻土、强膨胀土、有机质土及易溶盐超过容许含量的土等，不得直接用于填筑路基，冻溶地区的路床及浸水部分的路堤不应直接采用粉质土填筑。
（3）当采用细粒土填筑时，路堤填料最小强度应满足上表要求。
（4）液限大于50%、塑性指数大于26的细粒土，不得直接作为路堤填料。
（5）浸水路堤应选用渗水性良好的材料填筑，当采用细砂、粉砂作填料时，应考虑震动液化的影响。
（6）桥涵、台背和挡土墙墙背应优先渗水性良好的填料，在渗水材料缺乏的地区，采用细粒土填筑时，宜用石灰、水泥、粉煤灰等无机结合料进行处治。
4.5H法
（1）选取桩号为K1+900处的横断面，此处最大填土高度为10.7m，土质为粘性土，内摩擦角
，土的粘聚力c=30kPa，土的天然容重
kN/m3,地基容许承载力400kPa。
（2）用CAD绘图
（3）车辆荷载引起的附加土侧压力按等代均布土层厚度计算
4.5H线法确定圆心位置图式
（4）按4.5H法确定滑动圆心辅助线。
β1=27°β2=36°
（5）绘出五种不同位置的滑动曲线
（6）将圆弧范围土体分成8～10段，先由坡脚起每1.5m一段，最后一段可略大
（7）算出滑动曲线每一分段中点与圆心竖线之间的偏角
式中
—分段中心距圆心竖线的水平距离，圆心竖线左侧为负，右侧为正
R—滑动曲线半径
（8）每一分段的滑动圆弧线可近似取直线，将各分图简化为梯形或三角形，计算其面积，其中包括荷载换算成土柱部分的面积在内
（9）以路堤纵向长度1m计算出各分段的重力
（10）将每一段的重力
化为两个分力：
滑动曲线法线方向分力：
滑动曲线切线方向分力：
由此得两者之和
和
（11）算出滑动曲线圆弧长L
（12）计算稳定系数
分别计算各位置的稳定系数
1计算O1处的稳定系数：
距离
角度
弧度
sin
cos
面积
重力
N
T
0.50
6.00
0.10
0.10
0.99
5.39
97.11
96.58
10.15
3.21
5.00
0.09
0.09
1.00
14.81
266.56
265.55
23.23
6.97
19.00
0.33
0.33
0.95
21.32
383.69
362.78
124.92
10.65
30.00
0.52
0.50
0.87
21.01
378.22
327.55
189.11
14.38
51.00
0.89
0.78
0.63
8.14
146.50
92.19
113.85
弧长22.52
1144.65
461.26
半径15.64
K
2.18
稳定性符合要求
2计算O2处的稳定系数：
距离
角度
弧度
sin
cos
面积
重力
N
T
0.53
2.00
0.03
0.03
1.00
5.39
97.11
97.05
3.39
4.06
8.00
0.14
0.14
0.99
14.81
266.56
263.97
37.10
7.58
21.00
0.37
0.36
0.93
21.32
383.69
358.20
137.50
11.11
36.00
0.63
0.59
0.81
21.01
378.22
305.99
222.31
14.61
51.00
0.89
0.78
0.63
8.14
146.50
92.19
113.85
弧长21.15
1117.40
514.15
半径16.1
K
1.94
稳定性符合要求
③计算O3处的稳定系数：
距离
角度
弧度
sin
cos
面积
重力
N
T
3.37
9.00
0.16
0.16
0.99
4.27
76.90
75.95
12.03
6.36
17.00
0.30
0.29
0.96
11.69
210.47
201.27
61.53
9.95
27.00
0.47
0.45
0.89
16.66
299.97
267.27
136.18
13.55
38.00
0.66
0.62
0.79
18.50
333.09
262.48
205.07
16.58
50.00
0.87
0.77
0.64
11.04
198.66
127.69
152.18
弧长22.89
934.67
566.99
半径15.54
K
1.75
稳定性符合要求
3计算O4处的稳定系数：
距离
角度
弧度
sin
cos
面积
重力
N
T
1.67
5.00
0.09
0.09
1.00
6.13
110.38
109.96
9.62
5.06
14.00
0.24
0.24
0.97
16.72
300.93
291.99
72.80
9.13
26.00
0.45
0.44
0.90
23.65
425.68
382.60
186.60
13.22
40.00
0.70
0.64
0.77
24.68
444.19
340.27
285.52
17.54
59.00
1.03
0.86
0.52
8.35
150.31
77.41
128.84
弧长24.06
1202.23
683.38
半径20.25
K
1.76
稳定性符合要求
⑤计算O5处的稳定系数：
距离
角度
弧度
sin
cos
面积
重力
N
T
1.67
5.00
0.09
0.09
1.00
6.13
110.38
109.96
9.62
5.06
14.00
0.24
0.24
0.97
16.72
300.93
291.99
72.80
9.13
26.00
0.45
0.44
0.90
23.65
425.68
382.60
186.60
13.22
40.00
0.70
0.64
0.77
24.68
444.19
340.27
285.52
17.54
59.00
1.03
0.86
0.52
8.35
150.31
77.41
128.84
弧长24.06
1202.23
683.38
半径20.25
K
1.76
K值汇总表
O
O1
O2
O3
O4
O5
K
2.18
1.94
1.75
1.76
1.76
由上可知
=1.76>1.25，路基稳定性满足要求。
重力式挡土墙设计
挡土墙位置的选择
路堑挡土墙大多数设在边沟旁。
山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处，墙的高度应保证墙后墙顶以上边坡的稳定；当路肩墙与路堤墙的墙高或截面圬工数量相近，基础情况相似时，应优先选用路肩墙，若路堤墙的高度或圬工数量比路肩墙显著降低，而且基础可靠时，宜选用路堤墙；沿河路堤设置挡土墙时，应结合河流情况来布置，注意设墙后仍保持水流流畅，不致挤压河道而引起局部冲刷。
挡土墙的纵向布置
（1）确定挡土墙的起讫点和墙长，选择挡土墙与路基或其他结构物的衔接方式。
路肩挡土墙端部可嵌入石质路堑中，或采用锥坡与路堤衔接；与桥台连接时，为了防止墙后填土从桥台尾端与挡土墙之间设置墙及接头墙。
（2）按地基、地形及墙身断面变化情况进行分段，确定伸缩缝和沉降缝的位置。
（3）布置泄水孔和护拦的位置，包括数量、尺寸和间距。
（4）标注特征断面的桩号，墙顶、基础顶面、基底、冲刷线、冰冻线和设计洪水位的标高等。
挡土墙的横向布置
横向布置选择在墙高的最大处，墙身断面或基础形式有变异处，以及其他必须桩号处的横断面图上进行。
根据墙型、墙高及地基与填料的物理力学指标等设计资料进行挡土墙设计,设计成套用标准图，确定墙身断面、基础形式和埋置深度，布置排水设置等，并绘制挡土墙横断面图。
挡土墙的作用及要求
（1）挡土墙的作用：
①路肩墙或路堤墙设置在高填路堤或陡坡路堤的下方，可以防止路基边坡或基地滑动，确保路基稳定，同时可收缩填土坡脚，减少填土数量，减少拆迁和占地面积，以及保护临近线路的既有建筑物
②滨河及水库路堤，在傍水一侧设置挡土墙，可防止水流对路基的冲刷和侵蚀，也是减少压缩河床或少占库容的有效措施
③设置在隧道口或明洞口的挡土墙，可缩短隧道或明洞长度，降低工程造价
④设置在桥梁两端的挡土墙，作为翼墙或桥台，起着护台及连接路堤的作用
⑤抗滑挡土墙则可用于防止滑坡
（2）挡土墙的要求：
①不产生墙身沿基地的滑移破坏
②不产生墙身绕墙趾倾覆
③不出现因基底过渡的不均匀沉陷而引起墙身的倾斜
④地基不产生过大的下沉
⑤墙身截面不产生开裂破坏
挡土墙的排水设施
挡土墙应设置排水设施，以疏干墙后土体和防止地面水下渗，防止墙后积水形成静水压力，减少寒冷地区回填土的冻胀压力。
排水设施主要包括：
设置地面排水沟，引排地面水，夯实回填土顶面和地面松土，防止雨水及地面水下渗，必要时可加设铺砌，对路堑挡土墙，墙趾前的边沟应用铺砌加围，以防边沟水渗入基础，设置墙身泄水，排除墙后水。
浆砌片石墙身应在墙前地面以上设泄水孔。
墙较高时，可在墙上部加设一排汇水孔，排水孔的出口应高出墙前地面0.3m。
为防止水分渗入地基，下排泄水孔进水口的底部应铺设30cm厚的粘土隔水层。
泄水孔的进水口部分应设置粗粒料反滤层，以免孔道阻塞。
沉降缝与伸缩缝
为避免因地基不均匀沉降而引起墙身开裂，需根据地质条件的变异和墙高，墙身断面的变化情况设置沉降缝。
为防止圬工砌体因收缩硬化和温度变化而产生裂缝，应设置伸缩缝。
设计时，一般将沉降缝与伸缩缝合并设置，沿路线方向每隔10～15米设置一道，兼起两者的作用，缝宽2～3cm，缝内一般可用胶泥填塞。
但在渗水量较大、填料容易流失或冻害严重地区，则宜用沥青麻筋或涂以沥青的木板等具有弹性的材料，沿内，外、顶三方填塞，填深不宜小于0.15m。
重力式挡土墙计算
拟采用浆砌片石重力式路肩垂直挡土墙，初拟墙身截面尺寸见图。
墙后填土为粘性土，γ=19.4kN/m3，综合内摩擦角
＝32º，墙背与填土之间的摩擦角δ=
/2＝16º。
粘性土地基，容许承载力[σ0]=380kPa，基底摩擦系数μ=0.5，砌体容重γ=23kN/m3，砌体容许压应力[σx]=600kPa，容许剪应力[
]=100kPa，容许拉应力[
]=60kPa。
（1）墙后填土以及车辆荷载引起的主动土压力计算
q的取值
H（m）
≤2.0
≥10
2.0＜H＜10
Q（kPa）
20.0
10.0
内插
由前知换算等代均布厚度为：
ho=0.8
已知墙高H=5.9m，无限长条形荷载，每平方米上的荷载集度q=15.125kPa
重力式挡土墙计算结构示意图
求破裂角
假设破裂面交于荷载内，采用相应公式计算
α=-0.24434ψ=0.349056γ=18
Ψ=0.6tanΨ=0.3
=0.5
=1.04
则：
θ=46.0112106°
验算是否交于荷载内
堤顶破裂面至墙踵：
7.15
荷载内缘至墙踵：
荷载外缘至墙踵：
因3.4<7.1<21，故假定正确。
求主动土压力系数K和K1
=0.38
=0.64
=0.59
=4.67
=1.53
求主动土压力作用点位置Zz
=182.85
=182.40
=-12.75
=2.19
=4.54
（2）重力式挡土墙自重及其重心位置计算
G1=474.72kNG2=34.04kNG=508.76kNZG1=2.7kN
=2.6kN
ZG=2.69kN
（3）抗滑动稳定性验算
=311.5904123>0
=3.8>1.3
抗滑性满足要求
（4）抗倾覆稳定性验算
=453.76>0
=3.271.5
抗倾覆满足要求
（5）合力偏心距和基底应力验算
=0.16
154.24<400
基底应力设计满足要求。
（6）墙身截面应力验算
计算截面取变截面处，即挡墙基础与墙身的连接处。
偏心距计算公式：
=271.40
=2.74
Ey+W=258.65
Ex（Zy-b/4）=131.82
Ex（Zx-b/4）=-58.01
=-0.14
计算最大和最小应力
σmax=29.6KPa<600KPaσmin=2.73KPa<60KPa
符合要求
公路柔性路面设计
轴载分析
路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。
（1）以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次
①轴载换算
式中：
N——标准轴载的当量轴次，次/日；
ni——被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日；
P——标准轴载，kN；
Pi——被换算车辆的各级轴载，kN；
k——被换算车辆的类型数；
C1——轴载系数，C1=1+1.2（m-1），m是轴数；
C2——轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。
一、轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算
序号车型名称前轴重（kN）后轴重（kN）后轴数后轴轮组数后轴距（m）交通量
1黄河JN15049101.61双轮组1488
2太脱拉13851.4802双轮组<3443
3解放CA10B19.460.851双轮组278
4尼桑CK10G39.25761双轮组478
5交通SH361601102双轮组<3143
设计年限15车道系数0.45交通量平均年增长率9.9％
一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量
Nh=1132,属中等交通等级
当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时:
路面营运第一年双向日平均当量轴次:
3354
设计年限内一个车道上的累计当量轴次:
1.543566E+07
属重交通等级
当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时:
路面营运第一年双向日平均当量轴次:
3071
设计年限内一个车道上的累计当量轴次:
1.413325E+07
属重交通等级
结构组合与材料选取及各层材料的抗压模量及劈裂强度
由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约1300万次左右，根据规范推荐结构和实际情况，结合给定的设计要求，路面结构层采用沥青混凝土（18cm），基层采用二灰砂砾，底基层采用水泥土（30cm）。
面层由三层组成，表面层采用AC-13细粒式密级配沥青混凝土（4cm），下面两层采用AC-16中粒式密级配沥青混凝土（6cm），AC-25粗粒式密级配沥青混凝土（8cm）。
（1）各层抗压模量与劈裂强度
结构层材料参数汇总表
结构层材料名称
H（cm）
20℃模量（MPa）
15℃模量（MPa）
劈裂强度（MPa）
细粒式沥青混凝土
4
1400
2000
1.4
中粒式沥青混凝土
6
1200
1800
1.0
粗粒式沥青混凝土
8
1000
1200
0.8
二灰砂砾
？
1300
1300
0.7
水泥土
30
550
550
0.2
（2）土基回弹模量的确定
土基回弹模量为35.0Mpa
（3）设计指标的确定
公路等级高速公路
公路等级系数1面层类型系数1路面结构类型系数1
路面设计弯沉值:
21.5（0.01mm）
层位结构层材料名称劈裂强度（MPa）容许拉应力（MPa）
1细粒式沥青混凝土1.40.4
2中粒式沥青混凝土10.29
3粗粒式沥青混凝土0.80.23
4石灰粉煤灰碎石0.60.28
5石灰土0.250.09
二、改建路面加铺补强层厚度计算
加铺路面的层数:
5
标准轴载:
BZZ-100
路面设计弯沉值:
21.5（0.01mm）
路面设计层层位:
4
设计层最小厚度:
150（mm）
层位结构层材料名称厚度20℃平均抗压标准差15℃平均抗压标准差容许应力
（mm）模量（MPa）（MPa）模量（MPa）（MPa）（MPa）
1细粒式沥青混凝土4014000200000.4
2中粒式沥青混凝土6012000160000.29
3粗粒式沥青混凝土809000120000.23
4石灰粉煤灰碎石?
15000150000.28
5石灰土250550055000.09
6改建前原路面35
按设计弯沉值计算设计层厚度:
（弯沉值按新建路面F公式计算）
LD=21.5（0.01mm）
H（4）=150mmLS=2.2（0.01mm）
由于设计层厚度H（4）=Hmin时LS<=LD,
故弯沉计算已满足要求.
H（4）=150mm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力计算设计层厚度:
H（4）=150mm（第1层底面拉应力计算满足要求）
H（4）=150mm（第2层底面拉应力计算满足要求）
H（4）=150mm（第3层底面拉应力计算满足要求）
H（4）=150mm（第4层底面拉应力计算满足要求）
H（4）=150mm（第5层底面拉应力计算满足要求）
路面设计层厚度:
H（4）=150mm（仅考虑弯沉）
H（4）=150mm（同时考虑弯沉和拉应力）
公路刚性路面设计
交通分析
交通量组成表
车型
前轴重
后轴重
后轴数
后轴轮组数
后轴间距
交通量
解放CA10B
19.40
60.85
1
双
-
278
黄河JN150
49.00
101.60
1
双
-
1488
交通SH361
60.00
2
110.0
2
双
130.0
143
太脱拉138
51.40
2
80.00
2
双
132.0
710
尼桑CK10G
39.25
76.00
1
双
-
478
（1）轴载分析
水泥混凝土路面结构设计以100kN的单轴-双轮组荷载作为标准荷载，不同的轮轴型和轴载的作用次数，按JTGD40-2010规范式（
=
1
或
=
2
或
=
3
式中：
----轴-轮型系数。
单轴-双轮组时，
=1；单轴-单轮组时，按1式计算；双轴-双轮组时，按2式计算；三轴-双轮组时，按3式计算。
（2）计算累计当量轴次
方向分配系数取0.5，车道分配系数取0.7
根据设计资料，一级公路水泥混凝土路面设计寿命为30年，安全等级为二级，交通量增长率为9.9%，车轮轮迹横向分布系数
根据表，取0.2，变异水平等级为低。
按式累计作用次数：
初拟路面结构
由规范规定的可靠度设计标准，相应于安全等级二级的变异水平等级为低-中级，取低级，目标可靠度为90%，目标可靠指标
初取路面结构层为面层采用水泥混凝土，取24cm，基层采用水泥砂砾，取20cm，底基层采用石灰土取20cm。
水泥混凝土的平面尺寸为
，路面结构示意：
面层水泥混凝土22㎝
基层水泥砂砾20㎝E1=1300MPa
底基层石灰土20㎝E2=300MPa
土基E0=35MPa
结构层示意图
水泥混凝土路面设计
设计内容:
新建单层水泥混凝土路面设计
公路等级:
高速公路
变异水平的等级:
低级
可靠度系数:
1.28
面层类型:
普通混凝土面层
序路面行驶单轴单轮轴载单轴双轮轴载双轴双轮轴载三轴双轮轴载交通量
号车辆名称组的个数总重组的个数总重组的个数总重组的个数总重
（kN）（kN）（kN）（kN）
1单后轴货车1490101.600002100
2太脱拉138151.40800000710
3解放CA10B119.4060.850000278
4交通SH36116001100000143
5尼桑CK10G139.250760000478
行驶方向分配系数0.5车道分配系数0.7
轮迹横向分布系数0.2交通量年平均增长率9.9％
混凝土弯拉强度5MPa混凝土弯拉模量31000MPa
混凝土面层板长度5m地区公路自然区划Ⅱ
面层最大温度梯度88℃/m接缝应力折减系数0.87
基（垫）层类型----旧柔性路面上修筑的加铺层
层位加铺层材料名称厚度（mm）回弹模量（MPa）
1水泥稳定粒料180130
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