路基路面课程设计.docx

1、路基路面课程设计燕山大学路基路面课程设计 计算说明书学 院 （系）： 建筑工程与力学学院 专 业： 道路桥梁工程10-1 学 生 姓 名： 程顺 学 号： 00107010093 指 导 教 师： 徐秋实 完 成 日 期： 2013年12月20日 目录一、 设 计 资 料 21.1 公路概况 21.2 路基设计资料 21.3 路面设计资料 41.4 交通量调查情况 4二、 重力式挡土墙设计 52.1 挡土墙平面、立面布置 52.2 挡土墙横断面布置，拟定断面尺寸 52. 3 土压力计算 62. 4 滑动稳定性验算 72.5倾覆稳定性验算 72.6 地基应力及偏心距验算 72.7 基础强度验算

2、82.8墙身截面强度验算 82.9挡土墙的伸缩缝与沉降缝设计 92.10挡土墙的排水设施设计 10三、 路面设计 103.1 水泥混凝土路面设计 103.1.1 交通分析 113.1.2 水泥混凝土路面设计 113.2沥青路面设计 133.2.1 轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算 133.2.2 新建路面结构厚度计算 143.2.4 交工验收弯沉值和层底拉应力计算 15四、 改建路面 164.1 改建水泥混凝土路面 164.1.1 改建路段原路面当量回弹模量计算 164.1.2 水泥混凝土路面设计 164.2 改建沥青路面 184.2.1 改建路段原路面当量回弹模量计算 184.2.2 改

3、建路面加铺补强层厚度计算 184.2.3 交工验收弯沉值和层底拉应力计算 19一、 设 计 资 料1.1 公路概况某地区拟新建山岭重丘区二级公路，全长37.8km（K15+550K53+350），路基宽8.5m，路面宽7.0m。其中K30+845K30+879(34m)路段采用浆砌片石重力式挡土墙；K15600K 22440(6.84Km)路段为老路改造，采用补强措施。全线交通量为3100辆/d，交通组成见表1，主要车型参数见表2。交通量年平均增长率= 5%。表1 交通组成黄河JN150解放 CA10B东风EQ140太脱拉138小汽车25%50%15%3%7%表2 汽车参数车 型总重(KN)载

4、重(KN)前轴重(KN)后轴重(KN)后轴数后轮轮组数前轮轮组数轴 距(cm)JN150150.682.649101.6l双单CA10B80.254019.4060.851双单EQ14092.9050.0023.7069.201双单太脱拉138211.4120.0051.402802双单132如某些具体指标没有列出，请结合区划及当地具体情况自行选取，并要进行注释说明。1.2 路基设计资料(1) 车辆荷载，计算荷载为汽车-20级，验算荷载为挂车-100。(2) 横断面原地面实测值及路基设计标高如表3所列。表3 横断面原地面实测值及路基设计标高左侧桩号右侧中桩标高（m）路基设计标高（m）8(-2.

5、6) 4(-3)K30+8454(2) 6(4.5)631.45630.576(-2.4) 6(-3.6)K30+8504(2.1) 6(2.4)631.08630.627(-3) 6(-3)K30+8564(2.2) 6(2.8)629.62630.686(-3) 6(-1)K30+8614(1.2) 6(2.4)628.51630.736(-2) 6(-2.6)K30+8675(2) 5(1.5)630.30630.795(-1.6) 7(-3)K30+8734(2) 6(2)629.08630.856(-1.2) 6(-1.8)K30+8792(1) 8(1)629.03630.91(3

6、) K30+861挡墙横断面布置及挡墙型式如图1所示（注：参考尺寸： m, =0.40m, =0.60m）。图1 K30+861挡墙横断面布置及挡墙型式示意图(4) 填料为砂性土，其密度18KN/m3，计算内摩擦角=35，填料与墙背间的摩擦角=。(5) 地基为整体性较好的石灰岩，其允许承载力=450KPa，基地摩擦系数为f=0.45。(6) 墙身材料采用5号砂浆砌30号片石，砌体=22KN/m3，砌体容许压应力为KPa，容许剪应力=100KPa，容许拉应力=60 KPa。1.3 路面设计资料路基土质为粘性土，干湿状态为潮湿，若考虑冻深时道路冻深为160cm。K15+600K22440路段原路面

7、为沥青路面，沥青面层厚度h3cm，路面实测弯沉值分别为：72、81、78、64、66、65、68、75、72、71、66、73、68、77、74、74、81、82、78、79(0.01mm)等共20测点，弯沉测定采用标准轴载，测定时路表温度为27.5，前5小时的平均温度为25(注：季节影响系数以Kl=1.08，温度影响系数K2=1.0)。1.4 交通量调查情况交通量调查我的是第二组第 7 组车型kN(次/日) 小客车前轴16.51000后轴231000中客车前轴25.551100SH130后轴45.11100大客车前轴28.71250CA50后轴68.21250小货车前轴13.41800BJ1

8、30后轴27.41800中货车前轴28.7500CA50后轴68.2500中货车前轴23.71000EQ140后轴69.21000大货车前轴49800JN150后轴101.6800特大车日野前轴50.2700KB222后轴104.3700拖挂车前轴60110五十铃后轴100（3轴）110二、 重力式挡土墙设计2.1 挡土墙平面、立面布置二级公路在桩号为K30+845K30+879路段为填方路段，为保证路堤边坡稳定，少占地拆迁，故在K30+845K30+879处设置路堤挡土墙，拟采用重力式挡土墙。2.2 挡土墙横断面布置，拟定断面尺寸重力式挡土墙验算执行标准：公路计算项目： 重力式挡土墙 5计算

9、时间： 2013-12-09 18:23:55 星期一-原始条件: 墙身尺寸: 物理参数: 墙身高: 7.000(m) 圬工砌体容重: 22.000(kN/m3) 墙顶宽: 2.000(m) 圬工之间摩擦系数: 0.400 面坡倾斜坡度: 1:0.250 地基土摩擦系数: 0.450 背坡倾斜坡度: 1:-0.250 砌体种类: 片石砌体 采用1个扩展墙址台阶: 砂浆标号: 5 墙趾台阶b1: 0.400(m) 墙趾台阶h1: 0.600(m) 墙趾台阶与墙面坡坡度相同 墙底倾斜坡率: 0.000:1 挡土墙类型: 一般挡土墙 墙后填土内摩擦角: 35.000(度) 墙后填土粘聚力: 0.00

10、0(kPa) 墙后填土容重: 18.000(kN/m3) 墙背与墙后填土摩擦角: 17.500(度) 地基土容重: 18.000(kN/m3) 修正后地基土容许承载力: 450.000(kPa) 地基土容许承载力提高系数: 墙趾值提高系数: 1.200 墙踵值提高系数: 1.300 平均值提高系数: 1.000 墙底摩擦系数: 0.450 地基土类型: 土质地基 地基土内摩擦角: 30.000(度) 土压力计算方法: 库仑 坡线土柱: 坡面线段数: 2 折线序号 水平投影长(m) 竖向投影长(m) 换算土柱数 1 3.000 2.000 0 2 8.500 0.000 1 第1个: 定位距离0

11、.000(m) 汽车-20级(计算荷载) 坡面起始距离: 0.000(m) 地面横坡角度: 20.000(度) 墙顶标高: 0.000(m) 挡墙分段长度: 10.000(m)=第 1 种情况: 组合1= 组合系数: 1.000 1. 挡土墙结构重力 分项系数 = 1.000 2. 墙顶上的有效永久荷载 分项系数 = 1.000 3. 墙顶与第二破裂面间有效荷载 分项系数 = 1.000 4. 填土侧压力 分项系数 = 1.000 5. 车辆荷载引起的土侧压力 分项系数 = 1.000 =2. 3 土压力计算计算高度为 7.000(m)处的库仑主动土压力 无荷载时的破裂角 = 37.722(度

12、) 汽车-20级(计算荷载) 路基面总宽= 8.500(m), 路肩宽=0.000(m) 安全距离=0.500(m) 单车车辆外侧车轮中心到车辆边缘距离= 0.350(m), 车与车之间距离=0.600(m) 经计算得，路面上横向可排列此种车辆 3列 布置宽度= 2.212(m) 布置宽度范围内车轮及轮重列表: 第1列车: 中点距 全部 破裂体 轮号 路边距离(m) 轮宽(m) 轮压(kN) 上轮压(kN) 01 0.500 0.300 30.000 30.000 02 2.300 0.300 30.000 6.150 03 0.500 0.600 60.000 60.000 04 2.300

13、 0.600 60.000 21.150 05 0.500 0.600 60.000 60.000 06 2.300 0.600 60.000 21.150 布置宽度B0=2.212(m) 分布长度L0=10.000(m) 荷载值SG=198.451(kN) 换算土柱高度 h0 = 0.499(m) 按实际墙背计算得到: 第1破裂角： 38.261(度) Ea=109.118 Ex=108.919 Ey=6.593(kN) 作用点高度 Zy=2.491(m) 墙身截面积 = 14.240(m2) 重量 = 313.280 kN3. 4 滑动稳定性验算 基底摩擦系数 = 0.450 滑移力= 1

14、08.919(kN) 抗滑力= 143.943(kN) 滑移验算满足: Kc = 1.322 1.300 滑动稳定方程验算： 滑动稳定方程满足: 方程值 = 49.121(kN) 0.02.5倾覆稳定性验算 相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 2.241 (m) 相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx = 3.023 (m) 相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy = 2.491 (m) 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性 倾覆力矩= 271.324(kN-m) 抗倾覆力矩= 722.080(kN-m) 倾覆验算满足: K0 = 2.661 1.500 倾覆稳定方程验算： 倾覆稳定方程满足: 方程值 = 310

15、.325(kN-m) 0.02.6 地基应力及偏心距验算 基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力 作用于基础底的总竖向力 = 319.873(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=450.756(kN-m) 基础底面宽度 B = 2.400 (m) 偏心距 e = -0.209(m) 基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 1.409(m) 基底压应力: 趾部=63.584 踵部=202.977(kPa) 最大应力与最小应力之比 = 202.977 / 63.584 = 3.192 作用于基底的合力偏心距验算满足: e=-0.209 = 0.167*2.400 = 0.400(m) 墙趾处地

16、基承载力验算满足: 压应力=63.584 = 540.000(kPa) 墙踵处地基承载力验算满足: 压应力=202.977 = 585.000(kPa) 地基平均承载力验算满足: 压应力=133.280 = 450.000(kPa)2.7 基础强度验算 基础为天然地基，不作强度验算2.8墙身截面强度验算1. 墙底截面强度验算 验算截面以上，墙身截面积 = 14.240(m2) 重量 = 313.280 kN 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 2.241 (m) 相对于验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx = 3.023 (m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 2.491

17、(m)容许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 319.873(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=450.756(kN-m) 相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 1.409(m) 截面宽度 B = 2.400 (m) 偏心距 e1 = -0.209(m) 截面上偏心距验算满足: e1= -0.209 = 0.250*2.400 = 0.600(m) 截面上压应力: 面坡=63.584 背坡=202.977(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 202.977 = 800.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -7.929 = 80.000(kP

18、a)极限状态法: 重要性系数?0 = 1.100 验算截面上的轴向力组合设计值Nd = 319.873(kN) 轴心力偏心影响系数醟 = 0.916 挡墙构件的计算截面每沿米面积A = 2.400(m2) 材料抗压极限强度Ra = 1600.000(kPa) 圬工构件或材料的抗力分项系数鉬 = 2.310 偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数豮 = 0.964 计算强度时: 强度验算满足: 计算值= 351.860 = 1523.469(kN) 计算稳定时: 稳定验算满足: 计算值= 351.860 = 1469.009(kN)2. 台顶截面强度验算 土压力计算 计算高度为 6.400(m)

19、处的库仑主动土压力 无荷载时的破裂角 = 37.945(度) 汽车-20级(计算荷载) 路基面总宽= 8.500(m), 路肩宽=0.000(m) 安全距离=0.500(m) 单车车辆外侧车轮中心到车辆边缘距离= 0.350(m), 车与车之间距离=0.600(m) 经计算得，路面上横向可排列此种车辆 3列 布置宽度= 1.950(m) 布置宽度范围内车轮及轮重列表: 第1列车: 中点距 全部 破裂体 轮号 路边距离(m) 轮宽(m) 轮压(kN) 上轮压(kN) 01 0.500 0.300 30.000 30.000 02 2.300 0.300 30.000 0.000 03 0.500

20、 0.600 60.000 60.000 04 2.300 0.600 60.000 0.000 05 0.500 0.600 60.000 60.000 06 2.300 0.600 60.000 0.000 布置宽度B0=1.950(m) 分布长度L0=10.000(m) 荷载值SG=150.000(kN) 换算土柱高度 h0 = 0.427(m) 按实际墙背计算得到: 第1破裂角： 38.477(度) Ea=92.528 Ex=92.359 Ey=5.590(kN) 作用点高度 Zy=2.272(m) 墙身截面积 = 12.800(m2) 重量 = 281.600 kN 强度验算 验算截

21、面以上，墙身截面积 = 12.800(m2) 重量 = 281.600 kN 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 1.800 (m) 相对于验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx = 2.568 (m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 2.272 (m)容许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 287.190(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=311.428(kN-m) 相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 1.084(m) 截面宽度 B = 2.000 (m) 偏心距 e1 = -0.084(m) 截面上偏心距验算满足: e1= -0.084 = 0

22、.250*2.000 = 0.500(m) 截面上压应力: 面坡=107.238 背坡=179.952(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 179.952 = 800.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -11.259 = 80.000(kPa)极限状态法: 重要性系数?0 = 1.100 验算截面上的轴向力组合设计值Nd = 287.190(kN) 轴心力偏心影响系数醟 = 0.979 挡墙构件的计算截面每沿米面积A = 2.000(m2) 材料抗压极限强度Ra = 1600.000(kPa) 圬工构件或材料的抗力分项系数鉬 = 2.310 偏心受压构件在弯曲平面

23、内的纵向弯曲系数豮 = 0.957 计算强度时: 强度验算满足: 计算值= 315.909 = 1356.299(kN) 计算稳定时: 稳定验算满足: 计算值= 315.909 = 1298.192(kN)2.9挡土墙的伸缩缝与沉降缝设计 为防止因地基不均匀沉陷而引起堵身开裂，根据地基地质条件及墙高、墙身断面的变化情况，设置沉降缝。同时，为了减少圬工砌体因硬化收缩和温度变化作用而产生裂缝，须设置伸缩缝。在此把沉降缝和伸缩缝结合在一起，全高设置，宽度为。缝内沿墙内、外、顶三边填塞沥青木板，塞入深度为0.2米。2.10挡土墙的排水设施设计为防止地表水渗入墙背填料或地基，因此设立地面排水沟。排水沟的

24、横断面为梯形，底宽和沟深为0.5，边坡坡度为，沟底纵坡为。为了迅速排除墙后积水，通常在非干砌的挡土墙身的适当高度处设置3排排水孔。排水孔采用的方孔。上下交错设置，间距为。三、 路面设计 3.1 水泥混凝土路面设计路基为粘性土，采用普通混凝土路面，路面宽7米。3.1.1 交通分析 可靠度设计标准及变异系数范围、可靠度的选用公路技术等级二级安全等级三级设计基准期20年目标可靠度0.85目标可靠指标1.04变异水平系数中级可靠系数1.10第 9 组车型轴型Pi (KN)轴轮系数Ni（次/日)N小客车前轴单轴单轮16.5665.0212000.000后轴单轴单轮23576.5112000.000中客车

25、前轴单轴单轮25.55551.0310000.000SH130后轴单轴单轮45.1431.5810001.264大客车前轴单轴单轮28.7524.1611000.001CA50后轴单轴双轮68.21.0011002.410小货车前轴单轴单轮13.4727.2712000.000NsBJ130后轴单轴单轮27.4534.7112000.0012177.480中货车前轴单轴单轮28.7524.168000.001CA50后轴单轴双轮68.21.008001.752Ne中货车前轴单轴单轮23.7569.1310000.00015768102EQ140后轴单轴双轮69.21.0010002.76515

26、77大货车前轴单轴单轮49416.465502.530重交通JN150后轴单轴双轮101.61.00550709.026特大车日野前轴单轴单轮50.2412.157004.693KB222后轴单轴双轮104.31.007001372.926拖挂车前轴单轴单轮60381.7217518.845五十铃后轴三轴双轮1008.133E-0917561.2673.1.2 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 : 二级公路 变异水平的等级 : 中 级 可 靠 度 系 数 : 1.1 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

27、 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 标准轴载 0 0 1 100 0 0 0 0 2177.48 行驶方向分配系数 1 车道分配系数 1 轮迹横向分布系数 0.6 交通量年平均增长率 5 混凝土弯拉强度 5 MPa 混凝土弯拉模量 31000 MPa混凝土面层板长度 5 m 地区公路自然区划 没有（区，取区计算，验算路面最小防冻厚度取较大值，取800mm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-新建公路路基上修筑的基(垫)层层位 基（垫）层材料名称 厚度(mm) 回弹模量(MPa) 1 水泥稳定粒料 180 1300 2 石灰粉煤灰土 150 600 3 新建路基 30 基层顶面当量回弹模量 ET= 165.5 MPa中间计算结果 : ( 下列符号的意义请参看“程序使用说明” )HB= 220 r=0 .676 SPS= 1.26 SPR= 7.61 BX= 0