2015路基路面工程课程设计.pdf

1、 路基路面工程课程设计 东南大学交通学院道路工程系 2015 年 8 月 1 设计一 路基挡土墙设计 挡土墙是道路工程中广泛采用的一种构造物，其结构形式多样，设计计算方法各异。随着我国公路建设在全国各地的飞速发展、公路挡土墙设计理论的不断完善， 挡土墙的应用也越来越广泛。 通过本次课程设计， 可以了解重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、加筋土挡土墙的设计理论和方法，达到学以致用的目的。 （一）重力式挡土墙设计 1、设计目的 通过设计掌握重力式挡土墙的设计方法和设计内容。 2、设计题目 南京郊区某二级公路，路基宽 8.5m，双车道路面，其中 K0+007 K0+027需拟设计路肩式挡土墙，分段长度 10

2、m，端部设锥形护坡。要求设置普通重力式挡墙，墙身及基础采用浆砌片石（ 250#片石， 50#砂浆） ， 砌体 22kN/m3，浆砌片石扩大基础下采用砂砾石材料（基础埋深为地面以下 1m） ， 0.6。墙后填筑普通粘性土， 填土 18kN/m3，计算内摩擦角 30，填土与墙背间的摩擦角 =/2 15。地基承载应力标准值为 fk=450kPa，圬工砌体的极限抗压强度为 700kPa、极限抗弯拉强度为 110kPa、极限抗剪切强度为 80kPa。 3、设计内容 1）根据具体情况选择确定你认为较合理的墙身断面构造与尺寸； 2）进行土压力计算； 3）进行墙体抗滑及抗倾覆稳定性验算； 4）进行基底应力及合

3、力偏心距验算； 5）进行墙身断面强度验算； 6）画出纵断面布置图、平面图及挡墙横断面图。 2 附：墙身断面式样参考示例如图 1 所示，其中： 2148， 0 543。 60200503120 150 20 图 1 重力式挡土墙墙身断面参考示例 （二）悬臂式挡土墙设计 1、设计目的 通过设计掌握悬臂式挡土墙的设计方法和设计内容。 B1B2B3B(0.50.7H)踵板 趾板（1/201/5H）（0.5m,1/41/2H）=0.3m=0.2m立臂底1：0.021:0.05H图 2 悬臂式挡土墙 3 2、内容要求 悬臂式挡土墙由立臂和墙底板组成，呈倒“ T”字型。其具有三个悬臂，即立臂、墙趾板和墙踵板

4、，适用于墙高小于 6 米的挡土墙，其形式如图 2 所示。 悬臂式挡土墙的设计，包括墙身构造设计、墙身截面尺寸的拟定、结构稳定性和基底应力验算以及墙身配筋计算等。 墙身构造设计是指挡土墙的外形构造设计，一般悬臂式挡土墙的外形即如上图所示；墙身截面尺寸的拟定是指已知部分条件，根据对挡土墙的使用要求设计其它部位的尺寸；结构稳定性和基底应力验算是根据设计的一定尺寸的挡土墙，验算其在荷载、土压力等因素作用下是否满足规范的设计要求等。 3、工程实例 某城市道路拓宽改造工程， 采用轻型悬臂式路肩墙， 其构造特点、 荷载条件、道路状况初步见图 3： 踵板 趾板立臂底面层基层粉媒灰固化剂2.4m墙前填土图 3

5、轻型悬臂式路肩墙 其它资料： （ 1） 行车荷载： 道路行车荷载为汽 20 级， 换算为汽车等代土层厚 H0 0.96m； （ 2）墙后填土：墙后填土的容重1 15kN/m3，内摩擦角 35； （ 3）墙前填土：墙前填土的容重2 18kN/m3； （ 4）墙底参数：基底摩擦系数 0.4，地基承载应力值为f =200kPa； （ 5）墙体参数：墙体采用 30 号混凝土浇筑，容重为3 25kN/m3。 4 4、课程设计内容 1）根据以上工程实例资料，参照悬臂式挡墙设计内容要求，设计该挡土墙。 2）将其改为普通重力式挡墙，重新设计该挡 土墙，并比较其与悬臂式挡墙在结构形式和计算方法方面的异同。 （三

6、）加筋土挡土墙设计 1、设计目的 通过设计加筋土挡土墙，掌握其设计内容和设计计算方法。 2、设计题目 拟在某地区某二级公路上修建一座路堤式加筋土挡土墙，路基宽 12m，路面宽 9m，根据调查地基为粉质中液限粘土，内摩擦角 25，粘聚力 c=5.5kPa，容重 20kN/m3，地基承载应力标准值为 f=450kPa，挡土墙不受浸水影响，已确定挡土墙全长 60m，沉降缝间距采用 20m，挡土墙高度 6m，顶部填土高 0.8m。 3、设计内容 1）根据设计资料选定面板和筋带； 2）选择填料，确定筋带结点的水平和垂直间距； 3）计算各层拉筋的土压力系数及所受拉力大小； 4）计算筋带设计断面及每束筋带根

7、数； 5）计算筋带长度； 6）确定墙体断面、筋带长度及数量； 7）验算面板厚度； 8）基底应力、滑动稳定性、倾覆稳定性验算； 9）绘制该挡墙的纵断面布置图、平面图及横断面布置图。 5 设计二 沥青路面结构设计 （一）高速公路沥青路面设计 1、设计目的 通过本设计掌握高速公路沥青路面设计的基本过程和计算方法。 2、设计题目 （ 1）设计题目 南京地区某高速公路，其中某段经调 查路基为粉质中液限粘土，地下水位1.1m，路基填土高度 0.5m。近期混合交通量为 25350 辆 /日，交通组成和代表车型的技术参数分别如表 1、表 2 所示，交通量年平均增长率 8%。该路沿线可开采砂砾、碎石，并有石灰、

8、水泥、粉煤灰、沥青供应。请设计合适的半刚性沥青路面结构。 表 1 某路段混合交通组成 车型分类 一类车 二类车 三类车 四类车 五类车 六类车 代表车型 桑塔纳 五十铃 解放 CA10B 黄河 JN150 黄河 JN162 交通 SH361比重（ %） 24.57 42.30 22.04 9.01 1.89 0.18 表 2 代表车型的技术参数 序 号 汽 车 型 号 总重 （ kN） 载重 （ kN） 前轴重 （ kN） 后轴重 （ kN） 后轴数 轮组数 轴距 （ cm） 出产国1 桑塔纳 21 2 五十铃 42 3 解放 CA10B 80.25 40.00 19.40 60.85 1 双

9、 中国4 黄河 JN150 150.60 82.60 49.00 101.60 1 双 中国5 黄河 JN162 174.50 100.00 59.50 115.00 1 双 中国6 交通 SH361 280.00 150.00 60.00 2 110.0 2 双 130 中国（ 2）设计依据 公路沥青路面设计规范（ JTG D50 2006） 邓学钧 主编 路基路面工程（第三版） 6 3、设计内容 （ 1）根据自然区划、路基土类型和地下水位高度，确定土基回弹模量值； （ 2）计算设计年限内一个车道的累积当量轴次和设计弯沉值； （ 3）根据设计资料，确定合适的面层类型（包括面层材料级配类型）

10、； （ 4）拟定 2 种可能的路面结构组合与厚度方案，确定各结构层材料的计算参数； （ 5）根据公路沥青路面设计规范 ，计算或验算拟定的路面结构； 4、设计要求 （ 1）总体要求：根据设计资料，初步拟定 2 种路面方案，并对这 2 种方案进行经济技术比较（经济技术比较以初始修建费为依据，每种材料的单价见附录中表 3 所示） ； （ 2）要求计算每种代表车型的轴载换算 系数（共两种：一种以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的轴载换算系数； 另一种为以半刚性材料层的拉应力为指标时的轴载换算系数） 。 （ 3）对拟定的路面结构方案，应明确标 示出每种材料的名称、厚度和设计时使用的回弹模量值，如附录

11、中图 1 所示。并列出路面结构计算或验算过程（设计或验算采用 fd2006 计算程序） 。 5、附录 （ 1）南京地区材料单价表 表 3 南京地区材料单价表 材 料 名 称 单位 材料单价 （元） 材 料 名 称 单位 材料单价 （元） 4cm 细粒式沥青砼 m227.490 20cm 水泥稳定碎石 m229.310 4cm 细粒式沥青砼 (改性 ) m230.120 32cm 水泥稳定碎石 m247.390 4cm 中粒式沥青砼 m225.460 34cm 水泥稳定碎石 m250.120 5cm 中粒式沥青砼 m228.590 20cm 二灰稳定碎石 m229.350 6cm 中粒式沥青砼

12、m234.300 32cm 石灰稳定碎石 m239.510 6cm 粗粒式沥青砼 m232.220 34cm 石灰稳定碎石 m241.760 8cm 粗粒式沥青砼 m242.950 级配碎石 m386.290 20cm 二灰土 m216.400 5%石灰土 (土基处治 ) m318.000 7 （ 2）路面结构方案图示 路面结构方案示例（图 4） ： 图 4 路面结构示意图 表 4 上述拟定路面结构参数表 抗压回弹模量 层位编号 类型 弯沉计算 应力计算厚度（ cm） 泊松比 层间接触关系 1 细粒式沥青砼 1400 1800 4 0.35 连续 2 中粒式沥青砼 1200 1800 6 0.

13、35 连续 3 粗粒式沥青砼 1000 1200 8 0.35 连续 4 二灰稳定集料 1500 3600 37 0.25 连续 5 二灰土 750 2400 20 0.25 连续 6 土基 30 30 0.35 连续 （ 3）材料设计参数参考 表 5 沥青混合材料设计参数 抗压模量 E(MPa) 15劈裂强度 备 注 材 料 名 称 20 15 15 密级配 1200-1600 1800-2200 1.2-1.6 AC-10,AC-13 细粒式沥青混凝土 开级配 700-1000 1000-1400 0.6-1.0 OGFC 沥青玛蹄脂碎石 1200-1600 1600-2000 1.4-1

14、.9 SMA 中粒式沥青混凝土 1000-1400 1600-2000 0.8-1.2 AC-16 AC-20 密级配粗粒式沥青混凝土 800-1200 1000-1400 0.6-1.0 AC-25 密级配 1000-1400 1200-1600 0.6-1.0 ATB25-35 大粒径沥青 碎石基层 半开级配 600-800 AM25-40 沥青贯入式 400-600 8 表 6 基层、底基层材料设计参数 材料名称 配合比或规格 要求 抗压模量E(MPa) （弯沉计算） 劈裂强度 (MPa) 抗压模量E(MPa)（拉应力计算）二灰砂砾 7:13:80 1100-1500 0.6-0.8 3

15、000-4200 二灰碎石 8:17:80 1300-1700 0.5-0.8 3000-4200 水泥砂砾 4%-6% 1100-1500 0.4-0.6 3000-4200 水泥碎石 4%-6% 1300-1700 0.4-0.6 3000-4200 石灰水泥粉煤灰砂砾 6:3:16:75 1200-1600 0.4-0.55 2700-3700 水泥粉煤灰碎石 4：16：80 1300-1700 0.4-0.55 2400-3000 石灰土碎石 粒料60% 700-1100 0.3-0.4 1600-2400 碎石灰土 粒料40-50% 600-900 0.25-0.35 1200-18

16、00 水泥石灰砂砾土 4:3:25:68 800-1200 0.3-0.4 1500-2200 二灰土 10:30:60 600-900 0.2-0.3 2000-2800 石灰土 8%-12% 400-700 0.2-0.25 1200-1800 石灰土处理路基 4%-7% 200-350 基层连续级配型 300-350 基层骨架密实型 300-500 级配碎石 底基层、垫层 200-250 填隙碎石 底基层 200-280 未筛分碎石 做底基层用 180-220 级配砂砾、天然砂砾 做底基层用 150-200 中粗砂 垫层 80-100 （ 4） fd2006 计算程序介绍 fd2006

17、采用数据文件的方法来输入和输出数据。其中输入文件 wandat 的数据输入格式如下： 1 结构体系数（即计算或演算结构的数目）6,2,4,2 结构层数、计算拉应力的代号（ 1 表示不计算拉应力， 2 表示计算拉应力） 、设计层位、输入累积轴次的代号（ 2 表示只输入累积当量轴次， 1 表示输入各轴载换算参数） 10 拉应力计算点数 LQ 拉应力计算点的材料类型 LQ LQ沥青混凝土 LQ WJ稳定集料类 WT稳定土类 同上 LQ 同上 WJ 同上 9 WJ 同上 WT 同上 同上 1,0,0 计算点层位、 x 坐标（ cm） ， y 坐标（ cm）1,15.975,0 同上 2,0,0 同上

18、2,15.975,0 同上 3,0,0 同上 3,15.975,0 同上 4,0,0 同上 4,15.975,0 同上 5,0,0 同上 5,15.975,0 同上 1.6,1.6,1.0,1.0,0.8,0.8,0.6,0.6,0.25,0.25 各计算点材料层的劈裂强度（ MPa） 2200.,2000.,1300.,4000.,2200 各结构层（从上到下）以拉应力为指标的材料模量（ MPa） 4.0E6,4.0E6 以路面弯沉和沥青层拉应力为指标的累积当量轴次、 以半刚性材料的拉应力为指标的累积当量轴次 1.0,1.0,1.0 公路等级系数 Ac、面层类型系数 As、路面结构类型系数

19、Ab1000.,0.35,4.,0. 各层弯沉计算模量（ MPa） 、泊松比、厚度（ cm） 、界面接触系数 （ 0-完全连续1-完全光滑 0-1-非连续非光滑） 1000.,0.35,6.,0. 同上 900.,0.35,8.,0. 同上 1100.,0.25,40.,0. 同上 550.,0.25,20.,0. 同上 30,0.35 土基模量（ MPa） 、泊松比 0.， 0.， 0.， 0.， 0.， 0. 弯沉计算模量的方差 1400， 1400， 1200， 1600， 800， 45 各层弯拉计算模量 0.， 0.， 0.， 0.， 0.， 0. 弯拉计算模量的方差 2,0 垂直荷

20、载数、水平荷载数 0.7,10.65,0.,0. 垂直荷载单位压力（ MPa） 、荷载圆半径（ cm） 、荷载位置 x 坐标（ cm） 、 y 坐标（ cm） 0.7,10.65,31.95,0. 同上 （二）老路补强设计课程作业 1、设计目的 通过该课程设计， 了解老路调查的方法和内容， 全面掌握旧路补强设计流程。 10 2、设计题目 某二级公路，其中 K37+100.00K37+900.00 段老路结构为泥结碎石层上的3cm 沥青表处。用 “黄河 ”JN-150 标准装载车（相当于 BZZ-100）实测的回弹弯沉值如下表所示。 表 7 旧路面实测回弹弯沉值 中轮弯沉（ 0.01mm） 边轮

21、弯沉（ 0.01mm） 桩号 初读数 终读数 弯沉值 初读数 终读数 弯沉值 平均弯沉K37+100 43 21 67 35 200 53 20 65 41 300 61 39 54 32 400 75 52 63 50 500 73 52 54 32 600 36 17 47 18 700 53 20 66 37 800 45 18 52 30 900 57 22 45 21 0l = S= 现经上级部门批准改建，有关补强设计资料收集如下： （ 1） 现有交通量换算为 BZZ-100 的 n1=86.2 辆 /日（已考虑了车道系数） ； （ 2） 经调查得交通量年平均增长率为 10%； （

22、3） 设计使用年限定为 t=15 年； （ 4） 路基宽 12.0 米，路面宽 9.0 米，土质为粉质中液限粘土，干湿类型为中湿，路基填土为左高 1.1 米，右高 0.8 米； （ 5） 旧路面沥青表处厚 h0=3cm； （ 6） 测定弯沉时路表温度与前 5 小时平均气温之和为 T0=21； （ 7） 季节影响系数取为： K1=1.1； （ 8） 湿度影响系数取为： K2=1.3； （ 9） 补强采用双层结构，上层为沥青混凝土： h1=5cm， E1=1400MPa，下层为水泥稳定砂砾， E2=1500MPa。 3、设计要求 （ 1） 求算弯沉控制设计时的老路综合回弹模量 Et； （ 2） 对

23、于拟定的 h2=20cm，求算此时的 Et值。 11 设计三 普通水泥混凝土路面设计 1、设计目的 掌握水泥混凝土路面设计的步骤和方法， 培养独立进行水泥混凝土路面设计计算的能力。 2、设计内容要求 普通水泥混凝土路面设计包括板块尺寸设计、接缝设计和板厚设计三部分。 板块平面尺寸设计： 根据路面设计宽度， 综合确定板块数目和每块板的宽度，一般按 3-4.5m 等宽取值，由纵缝分割。如： 9m 一般采用 2 块 4.5m 宽的板， 12m采用 3 块 4m 宽的板。板的长度一般是宽度的 1-1.3 倍，取 4-6m，大多数情况下由缩缝分割，还有少量胀缝或施工缝。 接缝设计： 主要确定纵缝、横缝处

24、的构造、布置和间距（如：胀缝间距等） ，纵缝种类主要有：设拉杆平口纵缝、设拉杆企口纵缝等，横缝主要有：假缝、加传力杆的假缝等。 厚度设计： 在板块尺寸和接缝设计之后， 对水泥混凝土板块的厚度进行设计，是普通水泥混凝土路面设计的主要内容。设计理论涉及的参数很多，常采用试算方法，即固定其他参数，试取一个初始厚度计算板块疲劳应力，然后与材料抗折强度比较，小于材料强度的则减小厚度，直到刚好满足设计准则公式为止，否则增大板厚。 3、厚度设计准则关系式 rtrprrf+ )( 公式左边三项分别代表：可靠度系数、荷载疲劳应力和温度疲劳应力；右边是水泥混凝土面板材料的抗折强度。按水泥混凝土抗折强度为设计标准，

25、要求因荷载和温度产生的疲劳应力， 在一定可靠度保证的情况下， 小于材料的抗折强度，不发生破坏。 12 4、设计步骤与方法（略） 参考： 公路水泥混凝土路面设计规范（ JTG D50 2006） 、邓学钧主编的路基路面工程（第三版） 5、设计题目 公路自然区划 III 区拟新建一条二级公路，路基回弹模量根据以往经验取30MPa，采用普通混凝土路面，路面宽 16m（双向四车道） ，经交通调查与预测知设计车道使用初期标准轴载日作用次数为 3200，交通量年增长率取 4%。试设计该水泥混凝土路面结构。 （平面尺寸可按板长 5m、板宽 4m 设计，纵缝采用设拉杆平缝，横缝采用不设传力杆的假缝；初拟路面结构建议值：底基层 20cm 石灰粉煤灰稳定土，基层 18cm 水泥稳定碎石） 。