道路工程课程设计计算书.docx
《道路工程课程设计计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《道路工程课程设计计算书.docx（40页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
道路工程课程设计计算书
湖南大学土木工程学院（桥梁二班）
道路工程
课程设计任务书
设计题目：
LD803公路路线路面设计
学生姓名：
学号：
指导教师：
设计资料
设计资料
学生编号:
一、工程概况
2、二灰土回弹模量和强度
工程所在地
湖南省境内
（1）抗压回弹模量（MPa）
613
公路自然区划
自己确定
（2）φ50mm×50mm试件劈裂试验
最大荷载（N）
公路等级
参照最新技术标准
1
1134
路线总长度（公里）
见路线设计
2
1029
3
946
二、交通组成
（辆/日）
4
1070
解放CA10B
154
5
1140
解放CA390
260
6
809
东风EQ140
134
黄河JN150
139
3、二灰稳定砂砾回弹模量和强度
黄河JN253
73
（1）抗压回弹模量（MPa）
1668
长征XD980
145
（2）φ100mm×100mm试件劈裂试验
最大荷载（N）
日野ZM440
123
1
9353
日野KB222
22
2
12848
太拖拉138
103
3
10600
轴重小于25kN的车辆
1535
4
11231
交通量年增长率
4.8%
5
10157
6
9479
三、土类地质情况
7
11227
0~50cm为松土，50~100cm为软土，100~300cm为硬土，300cm以上为软
8
13170
石
9
9922
路基土类
粘性土
路槽底至地下水位
4、中粒式沥青混凝土回弹模量和强度
最高水位（m）
0.99
（1）20ºC抗压回弹模量（MPa）
1014
最低水位（m）
1.39
（2）15ºC抗压回弹模量（MPa）
1957
（3）15ºCφ101.6mm×63.5mm试件劈裂试验
最大荷载（N）
四、试验资料
1
10077
1、土基回弹模量
2
10486
3
9248
（1）承载板试验
4
10694
承载板压力（MPa）
回弹变形（0.01mm）
5
9139
0.02
22
6
9027
0.04
37
5、水泥混凝土抗折（抗弯拉）强度试验
极限荷载（kN）
0.06
50
第1组1
43
0.08
65
2
32
0.10
80
3
42
0.15
119
第2组1
36
0.20
170
2
43
0.25
220
3
43
（2）贝克曼梁弯沉试验
测点
回弹弯沉（0.01mm）
1
201
2
168
3
209
4
151
5
215
6
211
7
179
8
212
9
201
10
201
11
206
12
197
13
198
14
148
一：
道路平面定线设计
二：
道路纵断面设计
三：
道路横断面设计
四：
沥青混凝土路面结构设计
五：
水泥混凝土路面结构设计
六：
附录
附录一：
实验数据整理
附录二：
Bisar数据输入及计算结果
七：
图纸汇总
一：
平面定线设计
1.交通组成及相关技术标准的拟定。
交通组成
交通组成
（辆/日）
解放CA10B
154
解放 CA390
260
东风 EQ14
0
134
黄河 JN150
139
黄河 JN253
73
长征 XD980
145
日野 ZM440
123
日野 KB222
22
太拖拉 138
103
轴重小于20KN的车辆
1535
交通量年增长率
4.8%
折减系数
汽车代表车型
车辆折算系数
说明
小客车
1.0
≤19座的客车和载质量≤2t的货车
中型车
1.5
＞19座的客车和2t＜载质量≤7t的货车
大型车
2.0
7t＜载质量≤20t的货车
汽车列车
3.0
载质量＞20t的货车
初始年交通量：
暂定公路远景设计年限拟定为15年，则远景设计年限交通量：
根据相关规范，小于15000，所以远景年限拟定为15年合理,根据《公路工程技术标准JTFB01-2014》,并考虑到该区域为山区，人流量交通都比较少，可以归为次要干线公路或集散公路，因此拟定道路等级为二级公路，双向车道，设计速度60km/h。
2.平面选线
2.1.交通背景
该地段位于湖南省境内，山岭，梯田比较多，也有一些河流，人口比较稀疏，地势高低起伏，可以归为集散道路
2.2地图定点
在地图上拟定道路的起点，交点，终点，如下：
方案比选:
两种方案，首先在工程量上，方案一总长度1256米，方案二1271米，相差不大，方案一相对而言经济造价稍有优势，其次，方案一只有一个交点，线性简单，易施工，行车舒适平缓，而方案二有三个交点，线路复杂，工程量更大，行车也不舒适，在施工阶段和运营阶段都不如方案一；除此之外，路线选择还要考虑与当地居民的联系，比较两个方案，线路都比较靠近当地村民，而且没进村，不扰民，在地形地势方面，方案二的设计的线路的地形较为复杂，而方案一地势比较平缓，施工运输都比较方便，综合考虑各种因素，方案一更佳。
2.3相关技术指标的拟定及线形设计
根据《公路工程技术标准JTFB01-2014》，圆曲线最小半径要求，最大超高为4%时,圆曲线最小半径为150米，最大半径为10000米，因此初拟超高为3%，圆曲线为300米。
如图，走向为A-C，D，E为切点，B为交点，坐标如下：
A:
（460974.664,935746.581）
B:
（461615.764,935373.830）
C:
（462009.505,935721.180）
路线长、方位角计算:
（1）AB段
（2）BC段
所以转角ɑ=149.825-41.418=108.407度
2.4缓和曲线的设定
根据相关公式，缓和曲线有最小长度的要求
（1）
（2）行驶时间不宜过短，行驶时间取为3秒，则
（3）超高渐变率适中，
综上，取缓和曲线长度为50米
2.4圆曲线计算与校核
——路线转角L——曲线长（m）T——切线长（m）
E——外矩（m）J——校正数（m）R——曲线半径（m）
已知圆曲线半径
，
α=108.407度
桩号校核：
JDK1+439.450
-）T441.489
ZHK0+997.961
+）LS50.000
HYK1+047.961
+）（L-Ls）567.618
HZK1+615.579
-）LS50
YHK1+565.579
-）（L-2Ls）/2258.809
QZK1+306.770
+）（2T—L）/2132.680
JDK1+439.450
校核差0
二纵断面课程设计
2.1竖曲线设计
根据纬地软件上绘制的纵断面图，以及公路线路设计规范，尽量使土挖方量和填土量保持平衡，设计出一条合理平缓行车舒适的竖曲线。
相关技术指标
根据《公路工程技术标准JTGB01-2014》，拟定纵坡，坡长及竖曲线半径汇总如下
项目
纵坡
坡长
竖曲线最小半径
竖曲线最小长度
规范
最大6%，采用4%
最长1000米
1400米（凸）
1000米（凹）
50米
2.2竖曲线
根据在纬地软件上的纵断面地形起伏变化，尽量使两个不同方向的坡度能更好的衔接，行车更舒适，取竖曲线半径R=15563米，满足规范大于10000m；
变坡点的桩号K0+740，ω=i2-i1=-2.258%，为凸形竖曲线,则竖曲线长度L=Rω=351.413m
切线长T=L/2=175.668m
竖曲线外距E=T2/2R=0.991m
竖曲线起点桩号：
K0+740-175.668=K0+564.332
竖曲线终点桩号：
K0+740+175.668=K0+915.668
竖曲线起点高程：
95.827+1.224%×424.332=101.021m
坡点高程：
95.827+1.224%×600=103.171m
三横断面设计
3.1.横断面各项技术指标的确定
3.1.1.超高的计算
，µ=
，其中R=300m,v=60km/h,代入公式，可求得ih=0.0549≈5.49%
根据JTGB01-2014公路工程技术标准，拟定路面类型为碎，砾石等粒料路面，路拱横坡度为2.5%~3.5%,取横坡度为3%。
3.1.2.超高过渡段的设置
超高过渡段长度的计算。
，其中
为旋转轴至行车道外侧边缘的宽度，绕内便沿线旋转，取
=B（行车道宽度）=3.5m,
为超高坡度与路拱横坡度的代数差，即
，P为超高渐变率，根据规范取1/150，代入上式，可求得
=13.0725，安全起见，取5的整数倍20m
3.2平曲线加宽设计
3.2.1.加宽值的确定
考虑车速的影响，圆曲线上路面的加宽值按道路勘测设计上的公式
其中N=3，A为汽车后轴至前保险杠的距离。
三种标准车型轴距加前悬的长度分别为5m,8m,5.2+8.8m。
根据设计资料，交通流量中3钟车都有，因此一个方向的总加宽值可取普通汽车的加宽值加上铰接汽车的加宽值，即
m，取1.3米
3.2.2加宽过渡段长度
加宽过度段长度与缓和曲线长度一致50m。
各项公路技术标准汇总如下表
项目
规范规定要求
本段采用指标
地形
山岭
公路等级
二级
设计速度（km/h）
60
车道数（条）
2
行车道宽度（m）
2×3.5
2×3.5
中央带宽（m）
一般值
极限值
硬路肩宽（m）
一般值
0.75
0.25
极限值
0.25
土路肩宽（m）
一般值
0.75
0.5
极限值
0.5
圆曲线
最小半径
（m）
一般值
400
300
极限值
250
不设超高
1900
缓和曲线最小长度（m）
50
50
最小直线长度（m）
同向曲线
6v
360
反向曲线
2v
120
竖曲线最小长度（m）
50
50
最大纵坡（%）
6
6
横坡（%）
3~4
3
超高渐变率
内边线1/150
超高
5.5%
超高过渡段长度m
90
加宽值m
1.3
加宽过渡段长度m
50
四：
路面干湿类型及土基回弹模量的计算
4.1设计资料
土类地质情况如下
0-50cm为松土，50-100cm为软土，100-300cm为硬土，300cm以上为软石
路基土类
粘性土
路槽底至地下水位
最高水位（m）
0.99
最低水位（m）
1.39
承载板试验资料如下
承载板压力（MPa）
回弹变形（0.01mm）
0.02
22
0.04
37
0.06
50
0.08
65
0.10
80
0.15
119
0.20
170
0.25
220
4.2路面干湿类型的判断
本道路位于湖南省境内，根据公路自然区划相关规定，湖南省属于Ⅳ5区，土类为粘性土，根据《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）规定，取路基临界高度值如下:
H1=1.9m,H2=1.4,H3=1.1m
湖南省最不利季节出现在4,5月份，降雨量大，最高水位根据上面设计资料为0.99m,小于H1，因此可判断干湿类型为过湿状态。
4.3刚性承载板法算E0
土是非线弹性-弹性变形体，但在一定条件下，简化为线弹性材料（一般为变形L<1mm,即取上表中回弹变形小于100），根据公式
计算。
根据最小二乘法原理，计算公式如下
，即为拟合曲线，也可以用excell编入数据绘制拟合曲线，如下图
由上图可得土基的应力应变拟合曲线为
，拟合精度为0.9942，由于线弹性变形是从零点开始出发，因此实际的弹性变形应为试验测出的值加上截距0.85，实际土压缩值如下表
P（MP）
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.15
L（0.01mm）
22.85
37.85
50.85
65.85
80.85
119.85
，
为土的泊松比0.35，D为承载板直径，取30cm,,代入上式可求出
。
4.4贝克曼梁弯沉实验法算E0
实验数据如下表
\\
测点
1
2
3
4
5
6
7
回弹弯沉0.01mm
201
168
209
151
215
211
179
测点
8
9
10
11
12
13
14
回弹弯沉0.01mm
212
201
201
206
197
198
148
根据上表数据，可求得标准差S=22.249，E0计算按下面的公式
其中l（平均）=192.643，,µ0等于0.35,P=0.7MPa,δ=10.65cm,
根据规范查，二级公路取Zɑ=1.645,所以
（0.01mm）
4.5沥青路面容许弯沉的计算
根据规范《公路沥青路面设计规范JTGD50-2006》,
其中，公路二级，Ac取1.1，沥青混凝土路面面层，As取1.0，半刚性沥青路面，Ab取1.0，Ne为362.514万次，带入上式，求得
=269,大于实际弯沉229.243，满足设计要求。
4.5轴次计算
以双轮组单轴载100KN为标准轴载（BZZ-100）
标准轴载的计算参数
标准轴载
BZZ-100
标准轴载
BZZ-100
双轮组单轴重p（KN）
100
双轮图示当量圆直径d（cm）
21.3
轮胎接地压强P（MPa）
0.7
两轮中心距（cm）
1.5d
4.5.1交通组成（小于25的轴重均不给予考虑）
车型
前轴重
后轴重
后轴数
后轴轮组数
后轴距（m）
交通量
解放 CA10B
19.40
60.85
1
双
—
154
解放CA390
35.00
70.15
1
双
—
260
东风 EQ140
23.70
69.20
1
双
—
134
黄河 JN150
49.00
101.60
1
双
—
139
黄河 JN253
55.00
66.00
2
双
<3
73
长征 XD980
37.10
72.65
2
双
<3
145
日野 ZM440
60.00
100.00
2
双
<3
123
日野 KB222
50.20
104.30
1
双
—
22
太拖拉 138
51.40
80.00
2
双
<3
103
轴重小于25KN的车辆
1535
4.5.2.轴次计算
4.5.2.（a）以设计弯沉值为指标计算路面厚度及验算沥青层层底拉应力时，各级轴载（包括车辆的前，后轴）Pi的作用次数ni,均按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N:
式中：
N—标准轴载当量轴次，次/日
—被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日
P—标准轴载，KN
—被换算车辆的各级轴载，KN
C1，C2分别为轴数系数和轮组系数
轴载计算结果如下表：
车型
Pi
C1
C2
Ni
解放CA10B
后轴
60.85
1
1
154
17.744
解放CA390
前轴
35
1
6.4
260
17.292
后轴
70.15
1
1
260
55.615
东风EQ140
后轴
69.2
1
1
134
27.013
黄河JN150
前轴
49
1
6.4
139
39.953
后轴
101.6
1
1
139
148.937
黄河JN253
前轴
55
1
6.4
73
34.680
后轴
66
2.2
1
73
26.349
长征XD980
前轴
37.1
1
6.4
145
12.426
后轴
72.65
2.2
1
145
79.463
日野ZM440
前轴
60
1
6.4
123
85.318
后轴
100
2.2
1
123
270.600
日野KB222
前轴
50.2
1
6.4
22
7.025
后轴
104.3
1
1
22
26.422
太拖拉138
前轴
51.4
1
6.4
103
36.451
后轴
80
2.2
1
103
85.842
971.130
根据《公路沥青路面设计规范JTG-D50-2006》，二级公路沥青路面的设计年限为12年，双向两车道，车道系数为0.6-0.7，取0.65，γ=4.8%，所以
累计当量轴次：
根据相关规范，
其交通量在300万与1200万之间，属于中等交通量。
4.5.2（b）验算半刚性基层层底拉应力时，各级轴载（包括车辆的前，后轴）Pi的作用次数Ni,均按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N:
式中：
N—标准轴载当量轴次，次/日
—被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日
P—标准轴载，KN
—被换算车辆的各级轴载，KN
C1，C2分别为轴数系数和轮组系数
轴载计算结果如下表：
车型
Pi
C1
C2
Ni
解放CA10B
后轴
60.85
1
1
154
2.895
解放CA390
后轴
70.15
1
1
260
15.247
东风EQ140
后轴
69.2
1
1
134
7.046
黄河JN150
后轴
101.6
1
1
139
157.821
黄河JN253
前轴
55
1
18.5
73
11.308
后轴
66
3
1
73
7.885
长征XD980
后轴
72.65
3
1
145
33.758
日野ZM440
前轴
60
1
18.5
123
38.220
后轴
100
3
1
123
369.000
日野KB222
前轴
50.2
1
18.5
22
1.641
后轴
104.3
1
1
22
30.810
太拖拉138
前轴
51.4
1
18.5
103
9.284
后轴
80
3
1
103
51.842
736.757
根据设计规范,二级公路沥青路面的设计年限为12年,双向双车道的车道系数是0.6-0.7,取0.65，γ=4.8%.
累计当量轴次：
根据规范，小于300万次，属于轻等交通
4.6.路面结构组合设计
本设计考虑干燥（中湿）和潮湿（过湿）两种情况进行路面结构设计。
4.6.1.干燥（中湿）情况沥青混凝土路面结构设计
方案设计
中等交通，干燥中湿路段沥青面层设计采用两层，采用推荐厚度，两种方案如下
方案A---------------------------------------
细粒式密级配沥青混凝土（AC-13）3cm
---------------------------------------
中粒式密级配沥青混凝土（AC-20）6cm
----------------------------------------
密级配沥青稳定碎石12cm
---------------------------------------
水泥稳定碎石18cm
---------------------------------------
土基
方案B---------------------------------------
中粒式密级配沥青混凝土（AC-16）4cm
---------------------------------------
中粒式密级配沥青混凝土（AC-20）6cm
---------------------------------------
水泥稳定碎石20cm
---------------------------------------
级配碎石15cm
---------------------------------------
垫层20cm
--------------------------------------
土基
方案比选
该公路地处IV5区，属于山岭地段，交通量一般，为中型交通，二级公路双向两车道，服务水平四级。
湖南一年四季气候情况：
为大陆性中亚热带季风湿润气候。
受东亚季风环流的影响密切相关。
气候具有三个特点：
第一、光、热、水资源丰富，三者的高值又基本同步。
湖南4-10月，总辐射量占全年总辐射量的70-76%，降水量则占全年总降水量的68-84%。
第二，气候年内与年际的变化较大。
冬寒冷而夏酷热，春温多变，秋温陡降，春夏多雨，秋冬干旱。
气候的年际变化也较大，极大值与极小值的地区差值比平均值的地区差值大1.29倍，雨量最多年份与最少年份相差1460毫米，最多年几乎为最少年的3倍。
第三，气候垂直变化最明显的地带为三面环山的山地。
尤以湘西与湘南山地更为显著。
湖南年日照时数为1300-1800小时，以洞庭湖为最多，岳阳可达1840小时。
湖南热量丰富。
年气温高，年平均温度在16-18℃之间。
湖南冬季处在冬季风控制下，而东南西三面环山，向北敞开的地貌特性，有利于冷空气的长驱直入，故一月平均温度多在4-7℃之间，湖南无霜期长达260-310天，大部分地区都在280-300天之间。
年平均降水量在1200-1700毫米之间，雨量充沛，为我国雨水较多的省区之一。
根据上述资料，可知，湖南属于湿热多雨地区，应做好地表水的排除和防渗以及地下水的处理，表面层尽量选择抗滑耐磨，防裂耐久的材料，如S
升级会员 