深圳大学路基路面工程课程设计

新建普通水泥混凝土路面结构设计
交通分析
根据设计要求一级公路的设计基准期为三十年，安全等级为二级。根据资料得临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.22. 各类轴型不同轴载级位的标准轴载当量换算系数按下式计算：
－各种轴型不同轴载级位的标准轴载当量换算系数；i－轴型；j－轴载级位；
－ i种轴型j级轴载的轴重(kN)；
=0.542
温度疲劳应力为
=1.127（ＭＰａ）
查表
一级公路的安全等级为二级，相应的变异水平等级为中级，目标可靠度为90%。确定可靠度系数 =1.1６
普通混凝土面层
=＝4.52（ＭＰａ）<5.0（ＭＰａ）
因而，拟定的由厚度0.31m的普通混凝土面层，可以受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。
《路基路面工程》课程设计
任务书及指导书
学生班级:11交通
学号:**********
******
指导老师:包小华老师
《路基路面工程》课程设计任务书
一、设计任务
1、重力式挡土墙设计；
2、刚性路面设计；
二、设计资料
(一)重力式挡土墙设计资料
某新建公路K2+345~K2+379路段采用浆砌片石重力式路堤墙，具体设计资料列于下：
8．绘制挡土墙平面、立面、横断面图；
9．编写设计说明书。
设计完成后应提交的文件
1．挡土墙的平面、立面与横断面图；
2．设计计算说明书。
(二)路面结构设计资料
Ⅱ4区平原微丘区某地三级路，原水泥混凝土路面设计厚18cm，路面宽7.5m，路基宽8.5m。由于经济发展，该地区新建一矿山，与前相比，将有重车行驶。故拟将原三级公路二侧加宽改建为一级公路，路基宽23m，中央现浇0.5m宽防撞墙，双向双车道。预计2003年末改建完毕并通车。2000年的交通量及车轴组成如下表(为双车道双向车道调查的结果)。
6．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。
7．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。
表1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）
63.00
127
1
42
上海SH-130
39.50
16.50
23.0
1
230
跃进230
48.50
18.20
33.3
1
298
太脱拉138
211.40
51.40
160
2
218
2000年至2003年平均交通量增长率为8%，2003年后为10%，路基加宽部分平均填土高度为1.5m，土质为中液限粘土，平均地下水位为0.8m，平均冻深0.3m。不利季节进行混凝土路面的承载板测定，承载板D=30cm，p=0.7MPa，距承载板中心15cm处的计算弯沉为14(0.01mm)。旧路面的状况分级为“良”，实测旧混凝板劈裂强度为2.0MPa，实测板厚20处，平均值为18.5cm，标准差为0.7cm。试设计新混凝土路面及旧路的加铺层，并画出路面结构及横断面图(注:该地盛产石灰、粉煤灰、并有砾石)。
4(1.2) 6(2.4)
628.51
630.73
8(-2)4(-2.6)
K2+367
4(2)6(1.5)
630.30
630.79
8(-1.6)4(-3)
K2+373
4(2)6(2)
629.08
630.85
8(-1.2)4(-1.8)
K2+379
4(1)6(1)
629.03
630.91
图1 K2+361挡墙横断面布置及挡墙型式示意图
显然，p≤1.2f
∴ 满足地基承载力的要求。
(7)墙身截面强度验算
选取二分之一墙高处进行截面进行验算
(1)强度计算 须满足
式中 －设计轴向力（KN）；
其中 －重要性系数，取1.0；
－恒重引起的轴向力（KN）；
－主动土压力产生的轴向力（KN），
A－挡土墙构件的计算截面积（㎡），A=4；
－材料的极限抗压强度（KPa）， =710；
荷载内缘至墙锺：b+Htg +d+b =6.28m
荷载外缘至墙锺：b+Htg +d+b +b =13.28m
由于-Htanα+b+d+bo>（H+a)tanθ>-Htanα+b+d,破裂面交于荷载内,所以破裂面交于路基荷载中部的假设成立。并且直线形仰斜墙背，且墙背倾角 较小，不会出现第二破裂面。
2）主动土压力系数K和
设计完成后应提交的文件：
1．路面结构及横断面图；2．设计计算说明书。
重力式挡土墙设计
某新建公路K2+345~K2+379路段采用浆砌片石重力式路堤墙，具体设计资料于下：
1、路线技术标准，山岭重丘区一般二级公路，路基宽8.5m,路面宽7m。
2、车辆荷载，计算荷载为车辆-20级，验算荷载为挂车-100。
（1)挡土墙平面，立面布置。
某新建公路K2+345~K2+379路段采用浆砌片石重力式路堤墙
（2）挡土墙横断面布置，拟定断面尺寸。（数据来自excel)
φ=35°α=-12.00°δ=17.50°π=3.141592654A（上底）=3.00米
H（墙高）=4.85米ho=0.57米B（下底）=4.00米γ=22kN/m3a=3.50米b=4.50米d=0.75米bo=7.00米
（3）求主动土压力 及土压力的作用点
(4)挡土墙抗滑稳定性验算
为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其他外力作用下，基底摩 阻力抵抗挡土墙滑移的能力。即：
式中：G-挡土墙自重
＝
Ex,Ey-墙背主动土压力的水平与垂直分力
u—基底摩擦系数，取0.4
不等式左边为：
不等式右边为：
由上述计算结果得： 成立，因此该挡墙抗滑稳定性满足要求。
(9)挡土墙的排水设施设计
设计3cm伸缩缝，在墙身上沿墙高和墙长设置泄水孔，其为10cm，20cm的方孔，具有向墙外倾斜的坡度，间距取为2.5m，泄水孔的进水侧设反滤层，厚度为0.4m，在最下排泄水孔的底部设置隔水层，由于处于自然区域处，泄水量较大，在排水层底部加设纵向渗沟，配合排水层把水排出墙外。
二，路面参数确定
根据规范，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa,相应弯拉弹性模量标准值为31GPa。
路基回弹模量取30MPa，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取600MPa，水泥稳定料基层1500MPa。
=1013(ＭＰａ)
=2.57(ＭＰａ)
=0.312(m)
=4.293
=0.792
=165.48(ＭＰａ)
－抗力安全系数，取2.31；
－轴向力偏心影响系数，
满足要求。
(2)稳定计算 须满足
式中 ；
－弯曲平面内的纵向翘曲系数；∵H/B=4.85/4=1.21<10 ∴认为此挡墙是矮墙，取 =1。
成立。
所以挡墙截面强度满足要求。
（8）挡土墙的伸缩缝与沉降缝设计
把伸缩缝和沉降缝结合在一起，统成为变形缝，沿墙长每12米设置变形缝，变形缝全高设置，其宽度取0.02米，缝内沿墙内、外、顶三边填塞沥青木板，塞入深度为0.2米。
三，荷载疲劳应力
混凝土面层的相对刚度半径
=0.981
荷载在临界荷位处产生的荷载应力计算为
=0.792（ＭＰａ）
普通混凝土面层，因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数 虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数Kf=Ne =(4.7*(10^7))^0.057=2.74。根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数Kc=1.45。
∴ e≤B/6=0.67
∴ 基础底面的压应力满足要求。
⑵基底合力偏心距
荷载组合为Ⅱ：挡土墙结构自重、土重、土侧压力、汽车荷载引起的土侧压力相组合。查表可知，坚密的岩石地基的合力偏心距须有 ，
e≤B/4=1
由以上计算可知是满足的。
⑶地基承载力抗力值
须满足 p≤1.2f
式中 p－基底平均压应力（KPa）；
－i种轴型j级轴载的轴－轮系数；
单轴双轮
双轴双轮
计算得到设计基准期内设计车道使用初期标准轴载日作用次数为
=2821.48次
又因为2000年至2003年平均交通增长率8%，2003年末交通量为3554
=4700000
属特重交通等级。
一，初拟路面结构
安全等级为二级的道路对应变异水平等级为中级。根据一级公路、特重交通等级和中级变异水平等级。初拟普通混凝土面层厚度为0.23m。碾压混凝土基层0.31m，底基层选用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚0.2m。垫层为0.15m低剂量无机结合料稳定土。水泥混凝土上面板的平面尺寸长5m，宽5m。纵缝设拉杆平缝，横缝设传力杆的假缝。
K—主动土压力系数
ho—车辆荷载换算土层厚度，ho=p/γ，p—车辆荷载（H<2m,p=20kN/m2;H>10m,p=10kN/m2，其余高度取差值,由桩号分析及K2+361情况可得：H=4.85m）
2．主动土压力计算（假设破裂面交于荷载中部）
（1）破裂角
由
得：
验核破裂面位置：
堤顶破裂面至墙锺：(H+a)tg =6.34m
1．路线技术标准，山岭重丘区一般二级公路，路基宽8.5m，路面宽7.0m。
2．车辆荷载，计算荷载为汽车-20级，验算荷载为挂车-100。
3．横断面原地面实测值及路基设计标高如表1所示。
4．K2+361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）。
5．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 = 。
旧路改造路面结构设计
一，初拟路面结构
初拟普通混凝土面层厚度为0.2m，由题知旧混凝土路面层厚度0.18m。
二，荷载疲劳应力
新层普通混凝土面层和旧层组成分离式复合面层。此时 =0， =0.复合式混凝土面层的截面总刚度
=32.62x10^6NM
复合式混凝土面层的相对刚度半径
=0.410m
挡土墙设计包括挡土墙的平面、立面、横断面设计，其中挡土墙横断面设计以K2+361横断面设计为例。大致步骤如下：
1．挡土墙平面、立面布置
2．挡土墙横断面布置，并拟定断面尺寸（图1供参考）；
3．计算主百度文库土压力；
4．验算挡土墙抗滑、抗倾覆稳定性；
5．验算基底应力及偏心距；
6．验算墙身截面强度；
7．挡土墙的伸缩缝与沉降缝，以及排水设施设计；
（3）主动土压力计算
1、车辆荷载换算
按《公路设计手册》，有：
对于汽车-20级：
h0=109.09/γ[5.6+0.577×(H+2a)]=0.57m
2、主动土压力计算（假设破裂面交于荷载中部）
θ—破裂面与垂线的夹角，破裂角
φ—土的内摩擦角
α—墙背的倾角（仰斜α取负值，俯斜取正值）
δ—墙背与填料间的摩擦角
3、横断面原地面实测值及路基横断面标高如表。
4、K2+361横断面布置如图所示。
5、填料为砂性土，其密度为γ=18kN/m3，计算内摩擦角φ=35°，填料与墙背间摩擦角为
δ=φ/2
6、地基为整体性较好的石灰岩，其允许承载力为450KPA,基底摩擦系数为0.45
7、墙身采用5号砂浆30号片石，砌体γa=22kN/m3,砌体允许压应力600KPA，允许剪应力100KPA，允许拉应力60KPA。
（5）抗倾覆稳定性验算
要使挡墙抗倾覆满足要求即满足：
将墙面割为三角形和矩形
，分别为G1和G2，有：
满足要求。
（6）基底应力及偏心距验算
1、基础底面的压应力
由基底弯矩值计算表，选择荷载组合1
M=1.4Me+1.2Mg=657.98-510.84=147.14
由公式：N1=357.80KN
作用于基底的合力偏心距e为：e=M/N1=0.411
路基设计标高（m）
8(-2.6) 4(-3)
K2+345
4(2) 6(4.5)
631.45
630.57
8(-2.4)4(-3.6)
K2+350
4(2.1) 6(2.4)
631.08
630.62
8(-3)4(-3)
K2+356
4(2.2) 6(2.8)
629.62
630.68
8(-3)4(-1)
K2+361
表2交通量
车型
总重(KN)
前轴重(KN)
后轴重(KN)
后轴数
辆/日
黄河JN-150
150.60
49.00
101.6
1
600
解放CA--10B
80.25
20.25
60.0
1
1346
东风EQ-140
90.00
22.27
69.3
1
1273
日野KB-211
147.55
47.55
100
1
85
黄河JN362
190.0
普通混凝土面层的荷载疲劳应力计算为
=2.795
四，温度疲劳应力
查表得
II区最大温度梯度取88（℃/m）。普通混凝土面层板长5m，l/r=5/0.747=6.69,查图得，普通混凝土面层h=0.31，
最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为
=2.099（ＭＰａ）
普通混凝土面层的温度疲劳应力系数 ，查表自然区划为II区，式中，a=0.828，b=0.041，c=1.323