1、路基路面課程設計Rode Subgrade and Pavement Course Design作 者 姓 名： 專業、班級 ： 土木本1301班 學 號 ： 指 導 教 師： 設 計 時 間： 2015.1.22 河 南 理 工 大 學Henan Polytechnic University目錄路基設計1 1.設計資料：1 2.破裂棱體位置計算1 3.荷載當量土柱高度計算2 4.土壓力作用點位置計算3 5.穩定性驗算3 6.基地應力和合力偏心矩驗算4 7.截面內力計算5 8.設計圖紙及工程量5瀝青路面設計6 1.基本設計資料6 2.瀝青路面設計7 2.1.軸載分析7 2.2結構組合與材料選取

2、8 2.3計算設計彎沉值和容許彎拉應力9 2.4路面結構層厚度確定9 2.5驗算防凍厚度10水泥混凝土路面設計11 1 .交通分析11 2 .初擬路面結構12 3 .路面材料參數確定12 4 .荷載疲勞應力12 5. 溫度疲勞應力13參考文獻14I河南理工大學路基路面工程課程設計說明書路基設計1.設計資料：某新建公路K9+985K10+025路段采用漿砌片石重力式路堤墻，具體設計資料列于下： （1）路線技術標準，山嶺重丘區一般二級公路，路基寬12m，路面寬7.5m。（2）車輛荷載，公路I級。（3）擋墻某處橫斷面布置及擋墻型式如圖（4）填料為砂性土，其密度18KN/m3，計算內摩擦角=32，填料

3、與墻背間的摩擦角=。（5）地基為整體性較好的石灰巖，其允許承載力=480Kpa，基底摩擦系數為=0.50。（6）墻身材料采用5號砂漿砌30號片石，砌體=22KN/m3，砌體容許壓應力為kPa，容許剪應力為=110Kpa，容許拉應力為=65 kPa。2.破裂棱體位置計算（1）破裂角的計算：假設破裂面交于荷載范圍內，則有1（墻背仰斜1:0.25，故）因為,根據路堤擋土墻破裂面交于荷載內部時破裂角的計算公式：（2） 驗算破裂面是否交于荷載范圍內破裂契體長度：車輛荷載分布寬度：所以，即破裂面交于荷載范圍內，符合假設。3.荷載當量土柱高度計算墻高6.5米，按墻高確定附加荷載強度進行計算。按照線性內插法，

4、計算附加荷載強度，土壓力計算根據路堤擋土墻破裂面交于荷載內部土壓力計算公式14.土壓力作用點位置計算:土壓力作用點到墻踵的垂直距離土壓力對墻趾力臂計算基地傾斜，土壓力對墻趾力臂：5.穩定性驗算 （1）墻體重量及其作用點位置計算擋墻按單位長度計算，為方便計算從墻趾處沿水平方向把擋土墻分為兩部分，上部分為四邊形，下部分為三角形： （2）抗滑穩定性驗算：（基底1:5，）所以抗滑穩定性滿足要求。 （3）抗傾覆穩定性驗算所以傾覆穩定性不足，應采取改進措施以增強抗傾覆穩定性。重新擬定b11.2m 傾斜基地，土壓力對墻址力臂：3所以傾覆穩定性滿足要求。6.基地應力和合力偏心矩驗算（1）合力偏心距驗算 上式中

5、彎矩為作用與基底形心的彎矩，所以計算時先要計算對形心的力臂：根據前面計算過的對墻趾的力臂，可以計算對形心的力臂：所以基底合力偏心矩滿足規范的規定。（1）基地應力驗算所以基底應力滿足要求。17.截面內力計算 墻面墻背平行，截面最大應力出現在接近基地處，由基地應力驗算可知偏心矩及基地應力滿足地基承載力，墻身應力也滿足，驗算內力通過，墻頂頂寬1.2m，墻高6.5m。8.設計圖紙及工程量（1）擋土墻的平面、立面與橫斷面圖見附圖（2）擋土墻工程數量如下墻高（m）斷面尺寸（m）30號漿砌片石() 6.51.086.30.21.21 10.1路肩墻墻體間隔20 米設置沉降縫一道，縫內用瀝青麻絮嵌塞；泄水孔尺

6、寸10×10cm，2-3米布置一個，泄水孔應高出地面不小于30 厘米；墻背均應設置50 厘米砂礫透水層，并做土工布封層。13瀝青路面設計1.基本設計資料（1）自然地理條件 新建高速公路一級，雙向四車道，采用瀝青路面結構。土質為粉質土，填方路基高度2m，中濕狀態，年降雨量620mm，最高氣溫，最低氣溫。多年最大道路凍深120cm,平均凍結指數，最大凍結指數。（2）土基回彈模量取36。（3）確定交通組成和交通量，見表1。交通量年增長率：前五年：；中間五年：；后五年：。瀝青路面累計標準軸次按15年計。表1：交通組成黃河JN150前軸492.21350后軸101.62.21350黃海DD69

7、0前軸5611400后軸10411400東風CS938前軸2411300后軸7011300成都CD130前軸13.62.21200后軸27.22.21200奔馳LPK709前軸222.21300后軸442.21300黃河QD352前軸45.82.21600后軸95.82.21600江淮HF140A前軸18.92.21200后軸41.82.21200標準軸載BZZ-100各項參數標準軸載名稱BZZ-100標準軸載名稱BZZ-100標準軸載P（KN）100兩輪中心距（cm）1.5d輪胎接地壓強P(MPa)0.7單輪當量圓直徑d(cm)21.32.瀝青路面設計 2.1.軸載分析(1) 我國瀝青路面設

8、計以雙輪組單軸載 100kN 為標準軸載，表示為 BZZ-100。標準軸載的計算參數按表2確定。以彎沉值和瀝青層的底層拉應力為設計指標，按照下面的式子進行軸載當量換算： N 以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標時的標準軸載的當量次數；ni 被換算車型的各級軸載換算次數（次/日）；P 標準軸載（ kN ）；Pi 各種被換算車型的軸載（ kN ）；C1 輪組系數，單輪組為 6.4,雙輪組為 1.0,四軸組為 0.38；C2 軸數系數。K 被換算車型的軸載級別當軸間距離大于 3m 時，按單獨的一個軸載計算；當軸間距離小于 3m 時，雙軸或 多軸的軸數系數按下面公式計算式中：-軸數表3：軸載換算結果黃

9、河JN150前軸492.2135034.58后軸101.62.21350825.05黃海DD690前軸561140032.11后軸10411400474.41東風CS938前軸24113000.6后軸701130063.58成都CD130前軸13.62.212000.07后軸27.22.212001.53奔馳LPK709前軸222.213000.9后軸442.2130018.56黃河QD352前軸45.82.2160044.19后軸95.82.216001095.26江淮HF140A前軸18.92.212000.3后軸41.82.212009.892601.03(2) 設計年限內一個車道通過的

10、累計當量標準軸次數按下式計算：式中： 設計年限內一個車道的累計當量數； 設計年限，由材料知，t=15年； 設計端竣工后一年雙向日平均當量軸次； 設計年限內的交通量平均增長率，由材料知，=0.087； 車道系數，由材料知=0.5。根據路面交通等級：本設計路面交通等級為重交通。 2.2結構組合與材料選取 根據公路瀝青路面設計規范，并考慮公路沿途有砂石、碎石、石灰、粉煤 灰供應，采用如下方案：30mm細粒式瀝青混凝土+50mm中粒式瀝青混凝土+60mm粗粒式瀝青混凝土+200mm石灰粉煤灰碎石+200mm石灰土。 2.3計算設計彎沉值和容許彎拉應力（結構層底拉應力應用通用軟件計算） （1）設計彎沉值

11、根據我國公路瀝青路面設計規范（JTG D50-2006）規定的公式計算：:設計彎沉值（0.01mm）；:設計年限內一個車道累計當量標準軸載通行次數:公路等級系數，一級公路為1.0； :面層類型系數，瀝青混凝土面層為1.0；:路面結構類型系數，瀝青路面為1。(1) 我國公路瀝青路面設計規范（JTG D50-2006）規定，瀝青面層和基層層底拉應力作為瀝青路面結構設計的第二項設計控制指標。公式如下：路面結構材料的極限抗拉強度（MPa），由實驗室按標準試驗測定；：路面結構材料的容許拉應力（MPa）；：抗拉強度結構系數。瀝青混凝土面層按照計算，混凝土層按照計算，表4：路面結構容許彎拉應力材料名稱細粒式

12、瀝青混凝土1.43.340.44中粒式瀝青混凝土1.03.340.30粗粒式瀝青混凝土0.83.340.24水泥穩定砂礫0.52.130.23級配碎石-2.13- 2.4路面結構層厚度確定根據設計配合比，選取工程原材料，測定規定溫度和期齡的材料劈裂強度。按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程與公路工程無機結合料穩定材料試驗規程中規定的方法進行測定。該結構為半剛性基層，基層類型系數為1，設計彎沉值計算為22.43mm，利用設計程序計算路面結構層厚度。計算結果見下表。表5：結構厚度計算結果層位結構材料名稱劈裂強度MPa20抗壓模量（MPa）15抗壓模量（MPa）厚度（mm）層底拉應力（MPa）容許拉

13、應力MPa1細粒式瀝青混凝土1.21400200030-0.2940.442中粒式瀝青混凝土1.01200160050-0.1060.303粗粒式瀝青混凝土0.8900120060-0.0510.244水泥穩定砂礫0.5150015002000.1610.235級配碎石-550550200-6土基-36 - 2.5驗算防凍厚度 按設計彎沉值計算設計層厚度 :LD= 23.2 (0.01mm)H( 5 )= 35 cm LS= 24.4 (0.01mm)H( 5 )= 40 cm LS= 22.6 (0.01mm)H( 5 )= 38.3 cm(僅考慮彎沉)按容許拉應力驗算設計層厚度 :H( 5

14、 )= 38.3 cm(第 1 層底面拉應力驗算滿足要求)H( 5 )= 38.3 cm(第 2 層底面拉應力驗算滿足要求)H( 5 )= 38.3 cm(第 3 層底面拉應力驗算滿足要求)H( 5 )= 38.3 cm(第 4 層底面拉應力驗算滿足要求)H( 5 )= 38.3 cm(第 5 層底面拉應力驗算滿足要求)路面設計層厚度 :H( 5 )= 38.3 cm(僅考慮彎沉)H( 5 )= 38.3 cm(同時考慮彎沉和拉應力)驗算路面防凍厚度 :路面最小防凍厚度50 cm驗算結果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求。水泥混凝土路面設計1 .交通分析一級公路設計基準期為30年，交通分析及軸載同

15、瀝青路面。設計車道使用初期標準軸載日作用次數為2601，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數取0.2，交通量年平均增長率為8%，由公式計算設計基準期內設計車道標準荷載立即作用次數：車型黃河JN150前軸49350100-后軸101.6350100451.19黃海DD690前軸56400100-后軸104400100749.19東風CS938前軸24300100-后軸703001000.99成都CD130前軸13.6200100-后軸27.2200100-奔馳LPK709前軸22300100-后軸44300100-黃河QD352前軸45.8600100-后軸95.8600100302江淮HF140A

16、前軸18.9200100-后軸41.82001009.891513.26軸載換算結果根據交通荷載分級，1513.26介于100和2000之間，故屬于重交通等級。屬于重交通等級。2 .初擬路面結構根據一級公路、重交通和中級變異水平等級查表，初步擬定普通混凝土面層厚度為240mm。基層選用水泥穩定粒料，厚度0.2m。墊層0.15m低劑量無機結合料穩定土。混凝土面板尺寸為寬4m，長5m。縱縫為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿的假縫。3 .路面材料參數確定根據混凝土彎拉強度標準值和彈性模量標準值，取混凝土面層彎拉強度標準值為5MPa，相應彎拉彈性模量標準值為31GPa。路基回彈模量為36MPa，低劑量無機結

17、合料穩定土結合墊層回彈模量為600MPa，水泥穩定粒料基層回彈模量取1300MPa。計算基層頂面當量回彈模量：普通混凝土面層相對剛度半徑計算：4 .荷載疲勞應力標準軸載在臨界荷位處產生的荷載應力計算為：因為縱縫為設拉桿平縫，接縫傳荷能力折減系數為=0.87，考慮設計基準期內荷載應力累計疲勞作用的疲勞應力系數。根據公路等級，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數=1.3.荷載疲勞應力計算：5. 溫度疲勞應力區最大溫度梯度取92().擬定板長5m，=5/0.740=6.757,查得混凝土板厚=0.26m，=0.55，最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應力計算為：根據自然分區為區，查表得回歸系數a=0.841,b=0.058,c=1.323,溫度疲勞應力系數按照下式計