路基路面课程设计.doc

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1、学 号武 汉 科 技 大 学 城 市 学 院课 程 设 计 报 告 课程名称 路基与路面工程 题 目 A 重力式挡土墙设计 B 沥青路面设计 C 水泥混凝土路面设计 院 系 土木工程系 专 业 交通土建 班 级 07级1班 姓 名 褚骏鹏 指导教师 陆永青 2010年6月13日路基与路面工程课程设计任务书题目: A重力式挡土墙设计B 沥青路面设计C 水泥混凝土路面设计1. 课程设计教学条件要求 设计室：制图教室2. 课程设计任务（1）了解设计任务,拟定工作计划，查阅资料。（2）按公路路基设计规范（JTG D302004）“5.4 挡土墙”一节，采用极限状态设计法进行重力式挡土墙设计；（3）按公

2、路沥青路面设计规范 JIG D50-2006的内容及要求进行沥青路面结构设计；（4）按公路水泥混凝土路面设计规范 JTG D40-2002的内容及要求进行水泥混凝土路面结构设计；（5）根据指导教师的要求，采用指定的初始条件进行设计：重力式挡土墙、水泥混凝土路面的设计计算按所选方案手算；沥青路面的设计，在完成路面结构组合设计后，利用设计软件进行结构层厚度计算及各层底拉应力验算。在设计说明书（设计报告书）中应画计算图，采用A4纸打印设计报告书。（6）出图：重力式挡土墙、沥青路面设计不出图（留待毕业设计时训练出图）；水泥混凝土路面设计，绘制面板接缝构造及钢筋布置图，A3图纸1页。3. 课程设计报告书

3、主要内容A 重力式挡土墙设计（一）初始条件：（1）浆砌片石重力式仰斜路堤墙，墙顶填土边坡1:1.5，墙身纵向分段长度为10m；路基宽度26m，路肩宽度3.0m；（2）基底倾斜角：tan0.190，取汽车荷载边缘距路肩边缘=0.5m；（3）设计车辆荷载标准值按公路I级汽车荷载采用，即相当于汽车超20级、挂车120（验算荷载）；（4）墙后填料砂性土容重=18,填料与墙背的外摩擦角=0.5；粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数=0.30，地基容许承载力=250；（5）墙身采用2.5号砂浆砌25号片石，圬工容重=22，容许压应力，容许剪应力，容许拉应力；（6） 以下设计参数区别为每人一题，根据指导教师的

4、安排指定采用（对所采用的参数值打“”标记）： 墙后砂性土填料的内摩擦角： 34墙面与墙背平行，墙背仰斜坡度（1:）： 1:0.25墙高H： 7m墙顶填土高： 3.0m（二）要求完成的主要任务： 按公路路基设计规范（JTG D302004）“5.4 挡土墙”一节，采用极限状态设计法进行设计：（1）车辆荷载换算；（2）计算墙后主动土压力及其作用点位置；（3）设计挡土墙截面，墙顶宽度和基础埋置深度应符合规范要求。进行抗滑动稳定性验算及抗倾覆稳定性验算；（4）基础稳定性验算与地基承载力验算；（5）挡土墙正截面强度及抗剪强度验算。B 沥青路面设计（一）初始条件：广西南宁地区（IV区）某新建双向4车道一级

5、公路，拟采用沥青混凝土路面，路基土为高液限粘土，地下水位为1m，路基填土高度1.2m，预计通车初年的交通量如下：车型黄河JN150解放CA10B长征CZ160上海SH130小汽车交通量(辆/d)7201100280120100交通量年平均增长率7，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。（二）要求完成的主要任务：（1）确定路面等级和面层类型；（2）确定土基的回弹模量；（3）路面结构组合设计；（4）根据设计弯沉值计算路面厚度（采用沥青路面设计专用程序，输入设计弯沉值及设计参数汇总表的设计参数后，对需进行厚度计算的结构层进行厚度计算，并进行各层底拉应力验算）。C 水泥混凝土路面设计

6、广州郊区（IV区）某新建双向2车道二级公路，拟采用水泥混凝土路面，行车道宽度为9m。路基土为中液限粘土，地下水位为0.7m，路基填土高度0.6m，预计通车初年的交通量如下：车型解放CA10B上海SH142长征CZ160930黄河JN150交通量(辆/日)400750650600700交通量年平均增长率8.5，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。（二）要求完成的主要任务：（1）可靠度设计标准及变异系数范围、可靠度系数的选用；（2）标准轴载作用次数的换算。（3）确定交通分级及混凝土弯拉强度标准值。（4）结构组合设计。（5）接缝设计。（6）混凝土板应力分析及厚度计算。（7）面板接

7、缝构造及钢筋布置图。4. 课程设计要求（1） 学生按时到课程设计指定地点签到，遵守课程设计纪律。（2） 学生独立完成课程设计任务。指导教师分时段验收学生完成的阶段任务。（3） 学生按时提交课程设计成果和打印的课程设计报告书。5课程设计参考资料（1）中华人民共和国行业标准. 公路路基设计规范（JTG D302004）.北京：人民交通出版社，2004（2）中华人民共和国行业标准. 公路沥青路面设计规范（JTG D502006）.北京：人民交通出版社，2006（3）中华人民共和国行业标准. 公路水泥混凝土路面设计规范 （JTG D402002）.北京：人民交通出版社，2002（4）中华人民共和国行业

8、标准. 公路工程技术标准(JTG B01-2003). 北京：人民交通出版社，2003（5）邓学钧.路基路面工程. 北京：人民交通出版社，2000撰写者：陆永青 指导教师：陆永青课程设计评分表评分标准：1. 学生是否严格遵守课程设计纪律，按照规定时间完成设计任务(占30%)2. 课程设计报告书质量：(占40%)(1)是否采用了良好的设计方法，独立完成课程设计。 (2)课程设计各分段的任务是否按时完成及完成的质量。(3)是否完成课程设计任务书指定的全部要求。 3. 课程设计报告书的撰写规范 (占30%)课程设计报告书的撰写规范要求与毕业设计（论文）的要求相同。教师评分：1. 学生出勤得分： _2

9、. 内容质量得分： _3. 撰写规范得分： _最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）：_ 教师评语： 签字： 日期： 年 月 日A 重力式挡土墙设计1 设计参数挡土墙墙高H=7m，取基础埋置深度D=1.5m，挡土墙纵向分段长度取L=10m；路基宽度26m，路肩宽度3.0m； 墙面与墙背平行，墙背仰斜，仰斜坡度1:0.25，=14.03，墙底（基底）倾斜度tan=0.190，倾斜角=10.76；墙顶填土高度=3.0m，填土边坡坡度1:1.5，=arctan（1.5）=33.69，汽车荷载边缘距路肩边缘=0.5m墙后填土砂性土内摩擦角=，填土与墙背外摩擦角=/2=，填土容重=18kN/m；

10、粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数=0.30；墙身采用2.5号砂浆砌25号片石，墙身砌体容重=22kN/m,砌体容许压应力=600kPa,砌体容许剪应力=100kPa,砌体容许拉应力=60kPa；地基容许承载力=250kPa。2 车辆荷载换算0.78m 3 主动土压力计算3.1 计算破裂角墙底到路肩的水平距离为3.75m，路肩宽3m，墙底至破裂面与路基交点距离为 ，3+3.75=6.758.17 破裂面交于荷载内进行计算直线形仰斜墙背，且墙背倾角较小，不会出现第二破裂面。3.2 计算主动土压力及其作用点位置3.2.1计算主动土压力0.82m3.1m3.2.2计算主动土压力的合力作用点位置墙底（

11、基底）倾斜，需把求得的、修正为、,即： ，tan（见“附录”的图）3.3 被动土压力墙前的被动土压力忽略不计。偏于安全。4 挡土墙计算只对荷载组合II进行计算。4.1 拟定挡土墙顶宽经试算，取挡土墙顶宽为=1.6m4.2 抗滑动稳定性验算墙身体积计算：墙身自重计算:，抗滑稳定性验算： 墙身自重力臂计算：抗滑稳定系数:1.3满足要求4.3 抗倾覆稳定性验算 抗倾覆稳定系数: 满足要求4.4 基底合力偏心距验算至墙趾A的距离基底合力偏心距；4.5 地基承载力验算满足要求4.6 墙身强度验算墙面与墙背平行，截面最大应力位于接近基底处。由基底应力计算结果知墙身正应力满足墙体材料强度要求。墙身剪应力及弯

12、拉应力很小，计算从略。B 沥青路面设计1 确定路面等级和面层类型1.1 设计年限内一个车道的累计当量轴次计算1） 轴载分析路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载当以设计弯沉为指标及验算沥青层层底拉应力时各级轴载换算采用计算（小于25的轴载不计），计算结果列表所示 轴载换算结果汇总表（以弯沉为标准时） 车型黄河JN150前轴4916.4720206.9后轴101.611720771.5解放CA10B后轴60.85111100126.7长征CZ160前轴45.216.428056.6后轴83.72.21280284.1上海SH130前轴16.5120后轴23120小汽车1001445.8一级公

13、路沥青路面的设计年限为15年，双向四车道的车道系数0.45则设计使用期累计当量轴次为： 当验算半刚性基层层底拉应力时：各级轴载（轴载小于50KN的不计）车型黄河JN150后轴106.6117201200.5解放CA10B后轴60.8511110020.7长征CZ160后轴83.731280202.31423.5则用半刚性基层层底拉应力验算的累计当量轴次为： 1.2 确定路面等级和面层类型 根据“沥规”并结合上面的计算，确定路面等级为高级路面；面层类型为沥青混凝土。2 确定土基的回弹模量 1)确定路基的干湿类型：该路处于区，路槽底距地下水位高度平均为，查表可知此高度高于,属于干燥路基。2)确定路

14、基的平均稠度：查表可知路基平均稠度介于和之间，取。3)查表可得土基的回弹模量。3 路面结构组合设计3.1 拟定路面结构组合方案 经计算，路基设计使用年限内一个车道上累计标准轴载次为次左右，查表可得路面为高级路面，面层宜选择沥青混凝土，又由于该路为一级公路，因此采用双层式结构。3.2 拟定路面结构层的厚度表面层采用4cm厚细粒式密集配沥青混凝土，下面层采用6cm厚粗粒式密集配沥青混凝土。由于沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应，基层和底基层分别采用刚度较高、水稳定性好的石灰粉煤灰稳定碎石基层（厚20cm）和石灰稳定土底基层（厚度待计算确定）。3.3 各层材料设计参数土基及路面材

15、料的回弹模量及各强度值列于下表中材料名称抗压回弹模（MPa）劈裂强度（MPa）2015细粒试沥青混泥土140020001.4中粒试沥青混泥土120018001粗粒试沥青混泥土100014000.8 两灰碎石15000.65石灰土5500.225土基274 根据设计弯沉值计算路面厚度4.1 计算设计弯沉值一级公路，取，面层为沥青混凝土，取，半刚性基层、底基层总厚度大于20cm,取。设计弯沉： 计算各层材料的容许层底拉应力细粒式密集配沥青混凝土：中粒式密集配沥青混凝土：粗粒式密集配沥青混凝土：两灰碎石：石灰土： 设计参数汇总表 材料名称厚度（cm）20抗压模量（MPa）15抗压模量（MPa）容许拉

16、应力(MPa)细粒式沥青混凝土4140020000.5中粒式沥青混凝土5120018000.36粗粒式沥青混凝土6100014000.26两灰碎石2215000.34石灰土？5500.09土基-34- 采用HPDS2003A公路路面设计程序计算结果： 公 路 等 级 : 一级公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 26.5(0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 15 (cm) 设计参数汇总表 材料名称厚度（cm）20抗压模量（MPa）15抗压模量（MPa）容许拉应力(MPa)细粒式沥青混凝土4140020000.5中粒式沥青混

17、凝土5120018000.36粗粒式沥青混凝土6100014000.26两灰碎石2215000.34石灰土235500.09土基-34- 按设计弯沉值计算设计层厚度 :LD= 26.5 (0.01mm) H( 5 )= 20 cm LS= 27.8 (0.01mm) H( 5 )= 25 cm LS= 25.5 (0.01mm) H( 5 )= 22.8 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 5 )= 22.8 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.8 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.8 cm(第 3 层底面拉应力验

18、算满足要求) H( 5 )= 22.8 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.8 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 22.8 cm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 22.8 cm(同时考虑弯沉和拉应力) 通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 4 cm - 粗粒式沥青混凝土 6 cm - 石灰粉煤灰碎石 22cm - 石灰土 23cm - 土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 材料名称厚度（cm）20抗压模量（MPa）15抗压模量（MPa）容许拉应力(MPa)细粒式沥青混凝土41400200

19、00.5中粒式沥青混凝土5120018000.36粗粒式沥青混凝土6100014000.26两灰碎石2215000.34石灰土235500.09土基-34- 计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 26.4 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 29.4 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 33.6 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 39.2 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 115.2 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 292.

20、5 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 232.9 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 : 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-0.227 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.083 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-0.033 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )=0 .134 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )=0 .08 (MPa)3.5 验算沥青混凝土各面层及半刚性基层、底基层的层底拉应力由以上计算结果可得，各结构层容许拉应力均大于底面最大拉应

21、力，故满足应力满足要求。C 水泥混凝土路面设计1 可靠度设计标准及变异系数范围、可靠度系数的选用 公路技术等级一级公路安全等级二级设计基准期（a）30目标可靠度（%）90目标可靠指标1.28变异水平等级低-中可靠度系数1.162 标准轴载作用次数的换算 计算设计使用年限内的标准轴载累计作用次数轴载换算的计算公式为： 轴载换算结果表车辆（KN）轴型轴-轮型系数（次/日）解放CA10B前轴19.40单轴单轮400后轴 60.85单轴双轮1400上海SH142前轴25.55单轴单轮750后轴55.10单轴双轮1750长征CZ160前轴45.20单轴单轮650后轴83.70双轴双轮1650930前轴2

22、2.9单轴单轮600中轴60.6单轴双轮1600后轴60.6单轴双轮1600黄河JN150前轴49.00单轴单轮700后轴101.60单轴双轮1700 按规范查表得：交通等级为重，水泥混凝土路面的设计基准期为30年，安全等级为二级，临界荷载处的车轮轮迹横向分布系数=0.22。设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为属于重交通等级普通混凝土设计弯拉强度（）5.0钢纤维混凝土设计弯拉强度（）6.03 确定土基的回弹模量 1)确定路基的干湿类型：该路处于区，路槽底距地下水位高度平均为，查表可知此高度在范围内,属于中湿路基。2)确定路基的平均稠度：查表可知路基平均稠度介于和之间，取。3)查表可得土基

23、的回弹模量。4 结构组合设计4.1选择面层类型及厚度查表得相应于安全等级二级的变异水平为中级。查表得初拟普通混凝土面层厚度为0.24m；排水基层选用多孔隙水泥碎石，厚0.12m。底基层采用水泥稳定粒料，厚0.2m；垫层为0.15m石灰粉煤灰土，普通混凝土板的平面尺寸为宽，长。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。4.2路肩及路面排水设计路肩采用混凝土面层，其厚度与行车道面层相同，集成宽度与路基宽度相同。行车道路面设置为双向横坡，坡度为1%-2%，路肩辅面的横向坡度值宜比行车道路面的横坡值大1%2%4.3路面材料参数确定混凝土弯拉强度 5 MPa 混凝土弯拉模量 31000 MPa 混凝土面层

24、板长度 5 m 地区公路自然区划 面层最大温度梯度 92 /m 接缝应力折减系数 0.87 使用HPDS2003A计算得：层位 基（垫）层材料名称 厚度(mm) 回弹模量(MPa) 1 多孔隙水泥碎石 120 1500 2 水泥稳定粒料 200 1300 3 石灰粉煤灰土 150 600 4 土基 基层顶面当量回弹模量：普通混凝土面层的相对刚度半径：r=0 .639m标准荷载在临界荷位处产生的荷载应力计算为： 考虑到接缝间的不同状态其传荷能力不同，因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数=0.87。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。根据公路等级，查上表，考虑偏载和动载等

25、因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。荷载疲劳应力计算为：查表得，IV区最大温度梯度取92/m，板长5m，由图可查得普通混凝土板厚0.24m，温度应力系数0.65。最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力温度疲劳应力系数计算温度疲劳应力按规范查表得，一级公路的安全等级为二级，相对于的变异水平等级为中级，目标可靠度为90%，根据目标可靠度和变异水平等级，查上表确定可靠度系数。 因而，所选普通混凝土面层厚度（0.24m）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。通通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,最后得到路面结构设计结果如下: - 普通混凝土面层 240 mm - 多孔隙水泥碎石 120 mm - 水泥稳定粒料 200 mm - 石灰粉煤灰土 150 mm - 土基27