路基路面课程设计任务书.docx
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路基路面课程设计任务书
《路基路面工程》
课程设计指导书（详细设计资料）
适用专业：
土木工程（交通土建方向）、
交通工程
适用年级：
本科生3年级
内蒙古工业大学建工学院
道路与交通系
2011年6月制
一、设计的任务与目的
本课程设计为路基挡土墙设计、路堤边坡稳定性设计、沥青路面设计、水泥混凝土路面设计、沥青路面改建设计，是《路基路面工程》课程的主要教学环节之一。
本设计要求根据所给资料，分析工程的特点和当地实际情况，综合运用所学的专业技术知识，完成相应的沥青路面设计、沥青路面补强改建设计和刚性路面设计、挡土墙设计、路堤边坡稳定性设计。
通过本课程设计，达到掌握上述涉及内容的步骤和方法，巩固所学的理论知识，培养分析和解决工程路基路面设计中的技术方面的能力。
二、设计内容与成果要求
1、设计内容（见任务书）
2、计算书内容与要求（见任务书）
3、图纸内容与要求：
设计计算书的原理清楚，说明简要、公式运用准确、设计步骤清晰，书写工整，图文并茂。
挡土墙正面图；挡土墙横断面图；挡土墙泄水孔布置示意图。
三、设计资料
1、沥青路面设计资料（见任务书）
2、沥青路面改建设计资料
在IV3区，某条沥青路面旧路面为厚6cm的沥青面层，基层为泥灰结碎石，拟按二级公路设计路面补强厚度。
在不利季节采用相当BZZ-100轴载的汽车测定旧路面弯沉值，并经过调查得知：
K766+000~K767+800一段路基为中湿类型，测定时路表温度和前5h的平均气温见“课程设计任务书”；共进行了27个弯沉点的测试，测试的具体结果见下表所示。
在不利季节采用相当BZZ-100轴载的汽车测定旧路面弯沉值，并经过调查得知：
K766+000~K767+800一段路基为中湿类型，测定时路表温度为9℃，前5h的平均气温为8℃；共进行了27个弯沉点的测试，测试的具体结果见下表所示。
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
弯沉值（0.01mm）
83
79
86
88
92
98
93
79
81
序号
10
11
12
13
14
15
16
17
18
弯沉值（0.01mm）
87
77
79
80
92
97
90
80
74
序号
19
20
21
22
23
24
25
26
27
弯沉值（0.01mm）
81
80
76
88
83
93
98
97
79
K767+800~K769+300一段为干燥类型，测定时路表温度为16℃，前5小时平均气温为12℃。
共进行了27个弯沉点的测试，测试的具体结果见下表所示。
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
弯沉值（0.01mm）
53
69
66
68
62
68
63
69
61
序号
10
11
12
13
14
15
16
17
18
弯沉值（0.01mm）
57
57
59
50
52
57
50
50
54
序号
19
20
21
22
23
24
25
26
27
弯沉值（0.01mm）
51
50
56
58
53
53
58
57
59
预计使用期间内单车道累计标准轴次Ne=1.45×06次。
沿线有路面材料所需的碎石、砂砾供应，
3、水泥混凝土路面设计资料
新疆地区VI区一条拟修建公路预计采用水泥混凝土路面，交通量调查：
近期交通量可见“课程设计任务书”。
季节性冰冻地区，冻结深度1.0m，路基为粘性土，平均稠度为0.95，土基回弹模量可以取40Mpa。
初拟路面结构：
面层为水泥混凝土面板，面层使用年限由交通量确定，厚度根据确定的道路等级参照规范选定，（材料性能Ec=27~31GPa；弯拉应力为fc=4~5MPa）；基层和底基层材料可以考虑后面附表“基层、底基层材料设计参数”中的材料，其厚度一般选用15~20cm或其整数倍。
4、挡土墙设计资料
拟在薛家湾的某条二级公路K0+480~K0+792.365段修建挡土墙，路面宽7.5m，路肩宽15m，路堤边坡1:
1.5，根据调查，墙背填土的容重γ＝18kN／m3，计算内摩擦角Φ=35，填土与墙背间的摩擦角δ＝Φ／2＝1730΄，地基土为泥岩，容许承载力[σ0]＝200kPa，基底摩擦系数f=0.3，设计荷载：
汽车-20级，验算荷载：
挂车-100。
路基的横断面样图如下：
（注意：
3、道路右侧设挡墙，距离路肩布置挡墙的横向水平距离最多15米。
）
如果在上述沿线设置普通重力式挡土墙，挡墙尺寸选择时可以参考标准图集。
墙身及基础可以建议采用浆砌块石或者C30、C40混凝土。
参考图形可见上图。
如果挡墙地基承载力不够，可以采用扩大基础，即挡墙基底下可采用砂砾石材料（基础埋深为地面以下1m），墙体容重为砌体=2.2t/m3=22KN/m3，填料容重填=18KN/m3。
圬工砌体的极限抗压强度为700KN/m3、极限抗弯拉强度为110KN/m3、极限抗剪切强度为80KN/m3。
铺筑砂垫层后地基承载应力标准值可以取为：
fk=45t/m3=450KN/m3。
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）进行墙体抗滑和抗倾覆稳定性验算；
4）进行基底应力和合力偏心距验算；
5）进行墙身断面强度验算；
6）画出纵断面布置图、平面布置图及挡墙横断面图；
7）进行工程量计算（可选做）。
5、路堤稳定性验算设计资料
土木工程（交通土建方向）用下图5.1。
某路基如下图所示，荷载换算土柱高为ho=2m，人行道荷载换算成土柱高为0.5m（图上未画出）。
干土容重γc=18kN/m3，内摩擦角为φ=260，干土粘聚力Cc=10kPa，饱和土粘聚力为CB=5kPa，饱和容重γc=21kN/m3；饱和内摩擦角为φ=220；土的比重△=2.6，孔隙率为n＝31%，水力坡降I＝0.08，高水位时水位比路面顶低8m，其它尺寸见下图。
试验算该路基边坡的稳定性。
图5.1边坡稳定性验算断面图（路桥专业用）
交通工程专业用下面资料：
某路基如下图所示。
干土容重γc=18kN/m3，内摩擦角为φ=260，干土粘聚力Cc=10kPa；土的比重△=2.6，孔隙率为n＝31%，其它尺寸见下图5.2。
试验算其稳定性。
图5.2边坡稳定性验算断面图（交通工程学生用）
说明：
1、图上尺寸以米计。
四、材料
沿线可采集砂、石料、附近有矿渣可以利用，同时可供应石油沥青、水泥、石灰等材料。
另外，可采用Ⅱ级沥青混凝土。
五、路面设计应完成下列内容
1、沥青路面设计，应验算其弯沉、各层层底弯拉应力，以及抗剪强度指标，验算防冻层厚度，以及有关参数的确定。
（抗拉强度取劈裂强度）（可以手算也可以用程序计算）
2、沥青路面补强设计，绘制弯沉调查图，并且据图分段补强，并绘制补强结构图。
3、水泥混凝土路面设计，包括厚度、平面尺寸等，验算一系列参数。
4、挡土墙结构设计包括：
车辆荷载换算、主动土压力计算（包括大小、方向及作用点）、设计挡土墙截面，先拟定尺寸然后验算：
抗滑、抗倾覆、基底应力、截面应力、截面尺寸的调整与选取、画出挡土墙横断面图，整理计算书等。
说明书或计算书中应注明：
路面各结构层材料组成、要求、配合比设计原理、施工工艺、质量检测内容。
六、参考书目
1、《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2006，人民交通出版社。
2、《公路水泥混凝土路面设计规范》JTJ012-97（JTGD40-2002），人民交通出版社。
3、陆鼎中，程家驹编著。
《路基路面工程》（第二版），同济大学出版社2002。
4、
6、相关教材和其他参考文献。
七、组织及指导方式
八、考核方式及成绩评定
1、课程设计结束时，要求学生上交课程设计说明书和相应的设计图纸。
2、设计成绩按出勤、设计说明计算书质量、设计图纸质量分别占30%、50%、20%比例。
3、成绩考核的具体方式：
在上交课程设计资料时，采取简易的面试问答形式。
九、备注
1、说明以及计算书统一用A4纸，并装订成册。
绘制图纸一律用A4（或A3）纸，如用米格纸，一律采用25*35cm格式的。
（给出路拱横坡，标明路面结构层次类型及各层厚度）。
图纸应严格按照道路工程制图要求绘制，文字说明简洁扼要，设计说明书书写工整。
最后将全部设计成果按顺序装订在一起，并在封面上注明班级、姓名、学号、课程设计名称以及内容、指导老师姓名、提交日期等。
要求图面干净，比例合适，图纸采用手绘。
2、装订顺序（按照学校教务处规定：
一律采用左装订，顺序如下：
1）封面（样例附前）；2）任务书；3）中文摘要；4）目录；5）正文；6）参考资料。
上述各项字体大小详细可见学校教务处下发的相关文件。
3、绘制的路面结构图右下角要有图标：
课设名称
班级
姓名
学号
指导老师
提交日期
2011年7月日
课程设计指导书2（部分设计所用公式和设计过程）
一、沥青路面设计
1、计算累计标准轴载作用次数Ne（将不同轴载的交通量换算为标准轴载）；
换算公式为：
1）当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，按下式换算成标准轴载的作用次数：
C1——轴数系数；C2——轮组系数；P1——被换算车型的各级轴载；
n1——被换算车型的各级轴载的作用次数；P——标准轴载；
2）当进行半刚性基层层底拉应力验算时，按下式换算成标准轴载的作用次数：
C1——轴数系数；C2——轮组系数；
累计当量轴次的计算：
Ne—设计年限内一个车道上累计当量轴次；
—车道系数；
—交通量的年平均增长率；t—设计年限。
凡轴载小于130KN的各级轴载的作用次数都可以按上述公式计算。
2、设计弯沉值计算：
ld——路面设计弯沉值；Ne——设计年限内一个车道上累计当量轴次；
Ac——公路等级系数；Ab——面层类型系数；As——基层类型系数。
3、拟定路面结构组合形式
沥青路面在进行路面结构组合时，应考虑以下几点因素：
（1）适应行车荷载作用的要求；
（2）在各种自然因素作用下稳定性好；
（3）考虑结构层的特点。
4、确定设计层厚度
设计层的确定：
当采用半刚性基层、底基层结构时，可选用任一层为设计层；当采用半刚性基层、粒料类为底基层时，应拟定面层、底基层厚度，以半刚性基层为设计层。
当采用柔性基层、底基层的沥青路面时，宜拟定面层、底基层厚度，以基层为设计层。
根据拟定的路面结构，确定各结构层材料的设计参数：
面层、基层、底基层材料的抗压模量与劈裂强度；
土基回弹模量的确定。
结合已知资料，并参照下列表格进行路面结构的组合设计和材料性能的选择。
各类结构层的最小压实和适宜厚度
结构层类型
最大粒径（mm）
公称最大粒径（mm）
压实最小厚度（mm）
适宜厚度（mm）
密级配沥青混合料（AC）
砂粒式
AC-5
9.5
4.75
15
15~30
细粒式
AC-10
13.2
9.5
20
25~40
AC-13
16
13.2
35
40~60
中粒式
AC-16
19
16
40
50~80
AC-20
26.5
19
50
60~100
粗粒式
AC-25
31.5
26.5
70
80~120
密级配沥青碎石（ATB）
粗粒式
ATB-25
31.5
26.5
70
80~120
ATB-30
37.5
31.5
90
90~150
特粗式
ATB-40
53
37.5
120
120~150
开级配沥青碎石（ATPB）
粗粒式
ATPB-25
31.5
26.5
80
80~120
ATPB-30
37.5
31.5
90
90~150
特粗式
ATPB-40
53
37.5
120
120~150
半开级配沥青碎石（AM）
细粒式
AM-13
16
13.2
35
40~60
中粒式
AM-16
19
16
40
50~70
AM-20
26.5
19
50
60~80
粗粒式
AM-25
31.5
26.5
80
80~120
特粗式
AM-40
53
37.5
120
120~150
沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）
细粒式
SMA-10
13.2
9.5
25
25~40
SMA-13
16
13.2
30
35~60
中粒式
SMA-16
19
16
40
40~70
SMA-20
26.5
19
50
50~80
开级配沥青磨耗层（OGFC）
细粒式
OGFC-10
13.2
9.5
20
20~30
OGFC-13
16
13.2
30
30~40
沥青石屑
-
15
15~25
沥青砂
-
10
10~15
沥青上拌下贯式
-
60
60~80
沥青贯入式
-
40
40~80
沥青表面处治
-
10（150）
10~30
水泥稳定类
-
150（120）
180~200
石灰稳定类
-
150（120）
180~200
石灰粉煤灰稳定类
-
150（120）
180~200
贫混凝土
-
150
180~200
级配碎石
-
80
100~200
级配砾石
-
80
100~200
泥结碎石
-
80
100~150
填隙碎石
-
100
100~120
备注：
括号内数值适用于城市道路。
沥青混合料设计参数参考值
材料名称
抗压强度E（MPa）
劈裂强度（MPa）15C
备注
20C（弯沉-厚度）
15C（弯拉）
细粒式沥青混凝土
密级配
1200~1600
1800~2200
1.2~1.6
AC-10,AC-13
开级配
700~1000
1000~1400
0.6~1.0
OGFC
沥青玛蹄脂碎石
1200~1600
1200~1500
1.4~1.9
SMA
中粒式沥青混凝土
1000~1400
1600~2000
0.8~1.2
AC-16,AC-20
粗粒式密级配沥青混凝土
800~1200
1000~1400
0.6~1.0
AC-25
大粒式沥青碎石基层
密级配
1000~1400
1200~1600
0.6~1.0
LSM-25~LSM-35
开级配
600~800
—
—
AM-25~AM-35
沥青贯入式
400~600
—
—
—
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（弯沉计算）E（MPa）
抗压模量（弯拉应力计算）E（MPa）
劈裂强度（MPa）
贫混凝土
8~10%水泥
弯拉模量15000~25000MPa；弯拉强度1.5~2.5MPa
二灰砂砾
7:
13:
80
1100~1500
3000~4200
0.6~0.8
二灰碎石
8:
17:
75
1300~1700
3000~4200
0.5~0.8
水泥砂砾
4%~6%
1100~1500
3000~4200
0.4~0.6
水泥碎石
4%~6%
1300~1700
3000~4200
0.4~0.6
石灰水泥粉煤灰砂砾
6:
3:
16:
75
1200~1600
2700~3700
0.4~0.55
水泥粉煤灰砂砾
4:
16:
80
1300~1700
2400~3000
0.4~0.55
石灰土砂砾
粒料大于60%
700~1100
1600~2400
0.3~0.4
碎石灰土
粒料大于40~50%
600~900
1200~1800
0.25~0.35
水泥石灰砂砾土
4:
3:
25:
68
800~1200
1500~2200
0.3~0.4
二灰土
10:
30:
60
600~900
2000~2800
0.2~0.3
石灰土
8%~12%
400~700
1200~1800
0.2~0.25
石灰土路基处理
4%~7%
200~350
—
—
级配碎石
上基层级配
300~350
—
—
300~800
底基层、垫层
200~250
填隙碎石
底基层
200~280
—
—
未筛分碎石
作底基层用
180~220
—
—
级配砂砾、天然砂砾
作底基层用
150~200
—
—
中、粗砂
垫层
80~100
—
—
5、弯拉应力验算
对高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层应进行拉应力的验算，采用公式如下：
σsp〈σR（沥青面层底拉应力验算，半刚性基层拉应力验算）
Ks——抗拉强度结构系数；σsp——沥青混凝土或半刚性材料的劈裂强度。
σR——路面结构层材料的容许拉应力。
不同材料的抗拉强度结构系数的计算公式不同，见下式：
对沥青混凝土面层：
对无机结合料稳定集料类：
对无机结合料稳定细粒土类：
二、沥青路面改建（补强）设计
1．旧路面的弯沉值计算；
l0——旧路面的计算弯沉值；l——各测点弯沉值的算术平均值；Za——保证率系数；
σ——均方差；K1——季节影响系数；K2——湿度影响系数；K3——温度修正系数。
2.旧路面的当面回弹模量的计算；
Et=1000（2pδ/l0）m1m2
Et——旧路面的当量回弹模量；
δ——标准轴载单轮传压面当量圆半径；
m1——轮板对比值；若当地无对比试验资料，m1可取1.1；
m2——旧路面当量回弹模量扩大系数。
当计算最底下补强层层底拉应力时，按
计算；计算弯沉值或其他补强层层底拉应力时，m2＝1.0。
3．初拟补强层路面结构
假定本次设计的路面结构为：
上面层为沥青混凝土
下面层为沥青碎石。
4．补强层厚度的计算
补强层厚度的计算与新路面结构层厚度的计算方法相同。
当补强层为一层时，将旧路面视为地基，补强层作为面层，以双层弹性体系计算补强厚度；当补强层为多层时，则计算方法完全与新建路面一样。
三、水泥混凝土路面设计
必须参考下列规范：
中华人民共和国行业标准《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002），中华人民共和国交通部发行，2003-06-01实施。
3.0.4水泥混凝土路面结构设计以100kN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。
不同轴-轮型和轴载的作用次数，按公式（3.0.4-1）换算为标准轴载的作用次数。
1）轴载换算
（3.0.4-1）
（3.0.4-2）
或
（3.0.4-3）
或
（3.0.4-4）
Ns-----标准轴载的作用次数；
Ni——各级轴型i级轴载的作用次数；
Pi——各级轴型i级轴载的总重（kN）；
n——轴型和轴载级位数；
——轴、轮型系数，单轴双轮组时取
=1；单轴-单轮组时，按上式（3.0.4-2）计算；双轴-双轮组时，按上式（3.0.4-3）计算；三轴-双轮组时，按上式（3.0.4-4）计算。
1、计算荷载疲劳应力
按下式计算荷载疲劳应力。
kr——考虑接缝传荷能力的应力折减系数；
kf——考虑设计使用年限内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数；
kc——考虑超载荷动载等因素对路面疲劳损坏的综合影响系数；
σps——标准轴载载临界荷位处产生的未考虑接缝传荷能力的荷载应力。
2、计算温度疲劳应力
按下式计算温度疲劳应力。
（B.2.1）
（B.2.2）
Tg——所在地混凝土面板的最大温度梯度；
kt——考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数；
——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力（MPa）；
——临界荷位处的温度疲劳应力（MPa）；
——混凝土的线膨胀系数（1/C），通常可取为110-5/C。
3、检验初拟厚度：
按照现行规范要求，确定目标可靠度，在据此确定可靠度系数
，然后按下式来检验（推荐此方法）
（
为混凝土弯拉强度标准值）
其余未尽事宜详细可见现行规范。
路面车辆参数参考表
为方便用户输入，在进行沥青路面设计时，程序提供了两种输入“车型名称”和车辆参数的方法，一是“菜单输入法”，二是“车型代码输入法”。
当采用“车型代码输入法”时，用户只需根据本表的内容输入“车型代码”，然后由程序自动输入并显示出相应的“车型名称”和车辆参数。
“车型代码”由两部分组成，第一部分为“车型大类编码”，第二部分为“车型序号”，以“跃进NJ134A”车型为例，其车型代码为“0109”。
如果设计计算所采用的“车型名称”和相应的车辆参数未包含在本表中时，用户可在程序窗口的“车型代码”栏的文本框中输入“Q（或q）”，在相应的“车型名称”栏的文本框中即显示“其他车”。
在此情况下相应的车辆参数不会自动生成，而要由用户用键盘输入（在形成设计成果文件后，用户可以在文件显示窗口中或在Word环境中将文件中的“其他车”修改为实际的车型名称）。
除此之外，如果用户希望按照“交通调查分类法”输入“车型名称”时，可在程序窗口的“车型代码”栏的文本框中分别输入“H（或h）”、“K（或k）”、“T（或t）”、“P（或p）”和“Q（或q）”，在相应的“车型名称”栏的文本框中即可分别显示“货车”、“客车”、“拖挂车”、“平板车”和“其他车”。
在此情况下相应的车辆参数不会自动生成，而要由用户用键盘输入。
“车型代码”索引：
单后轴货车01XX
双后轴货车02XX
单后轴客车03XX（后两位数字XX为“车型序号”）
双后轴客车04XX
拖挂车05XX
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单后轴货车（车型大类编码01）
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车型序号车型名称前轴重（kN）后轴重（kN）后轴数后轴轮组数后轴距（m）
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01标准轴载BZZ-10000.00100.00120
02北京BJ13013.5527.20120
03成都CD13013.6027.20120
04金杯SY13212.8027.60120
05金杯SY45011.8028.00120
06菲亚特50NC-A21.8035.00120
07跃进NJ13120.2038.20120
08江淮HF140A18.9041.80120
09跃进NJ134A13.3043.10120
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