路基路面课程设计(沥青混凝土路面).doc
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路基路面课程设计
目录
目录..................................................................1
一路基设计..................................................2
1设计资料..............................................................2
2挡土墙的布置..........................................................2
3挡土墙横断面布置，并拟定断面尺寸......................................2
4主动土压力计算........................................................2
5抗滑动稳定性验算.......................................................4
6抗倾覆稳定性验算.......................................................5
7基底合力偏心距验算.....................................................5
8墙身截面强度验算.....................................................6
9伸缩缝与沉降缝设计…………………………………………………………………….7
10排水设计……………………………………………………………………………….7.
二、路面设计.......................................................8
A、水泥混凝土路面设计..................................................8
1交通分析................................................8
2初拟路面结构.....................................................10
3路面材料参数确定...........................................10
4荷载疲劳应力…………………………………………………………………………10
5温度疲劳应力…………………………………………………………………………11
B、沥青路面设计...........................................................12
一新建柔性路面设计................................................12
1交通分析..................................................12
2确定土基回弹模量..........................................13
3路面等级以及路面类型的确定………………………………………………………..14
4拟定路面结构层厚度……………………………………………………………………14
5计算设计弯沉值…………………………………………………………………………14
二旧路改造………………………………………………………………………………18
1确定原路面当量回弹模量...................................19
2确定补强材料及厚度...............................................19
3按容许拉应力验算设计层厚度…………………………………………………………20
三参考文献…………………………………………………………………………….21
设计说明书
一路基设计
（1）设计资料
1荷载：
计算荷载汽车-20级，验算荷载挂车-100；
2墙后填料为砂性土，容重，计算内摩擦角，填料与墙背间的摩擦角δ=1/2；
3地基为整体性较好的石灰岩，其容许承载力[σ]=450KPa，基地摩阻系数f=0.55；
4墙体材料5号砂浆砌筑30号片石，其容重，其容许压应力[]=600KP，容许剪应力[]=100KP，容许拉应力[]=60KP。
（2）挡土墙平面、立面布置
二级公路在桩号为K30+845-K30+879路段为填方路段，为保证路堤边坡
稳定，少占地拆迁，故设置路堤挡土墙，拟采用重力式挡土墙。
（图2）
（3）挡土墙横断面布置，拟定断面尺寸
具体布置如图2
（4）主动土压力计算
1.车辆荷载换算
当时，；当时，
由直线内插法得：
H=8m时，
换算均布土层厚度：
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=7.86m
荷载内缘至墙锺：
b+Htg+d+b=3+8*0.25+0.5+0.75=6.25m
荷载外缘至墙锺：
b+Htg+d+b+b=6.25+7=13.25m
由于破裂面至墙锺的距离大于荷载内缘至墙锺的距离并且小于荷载外缘至墙锺的距离，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
（3）求主动土压力及土压力的作用点
（5）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
—基底倾斜角u—基底摩擦系数，取0.55
—主动土压力分项系数，取1.4
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。
（6）抗倾覆稳定性验算
要使挡墙抗倾覆满足要求即满足：
=
满足要求。
（7）基底应力及偏心距验算
⑴基础底面的压应力
作用于基底的合力偏心距e为：
其中：
∴e=2.5/2-0.928=0.322≤B/6=0.417
∴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，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）；
A－基础底面每延米的面积，即基础宽度，B×1.0（㎡）；
N－每延米作用于基底的总竖向设计值（KN）；
f－地基承载力抗力值（KPa）；
式中－地基承载应力标准值；
－承载力修正系数；
－基底下持力层上土的天然容重；
－基础地面以下各土层的加权平均容重；
b－基础底面宽度小于3m时取3m，大于6m时取6m；
h－基础底面的埋置深度（m）。
显然，p=193.34≤1.2f=1.2×465.3=558.36
∴满足地基承载力的要求。
（8）墙身截面强度验算
如附图示，选取一个截面进行验算：
1－1截面（即二分之一墙高处）。
（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），=2×4×24=192KN；
－主动土压力产生的轴向力（KN），=7.87KN
A－挡土墙构件的计算截面积（㎡），A=2；
－材料的极限抗压强度（KPa），=1275；
－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=8/2.5=3.2<10∴认为此挡墙是矮墙，取=1。
成立。
同理选取另一个截面进行验算：
2－2截面（即变阶处），经验算强度与稳定验算均满足。
所以挡墙截面强度满足要求。
（9）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10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。
（10）挡土墙的排水设施设计
在墙身上沿墙高和墙长设置泄水孔，其为10cm20cm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。
二路面设计
A水泥混凝土路面设计
路基为黏性土，采用普通混凝土路面，路面宽7米
（1）交通分析
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
二级公路
安全等级
三级
设计基准期（a）
20
目标可靠度（%）
85
目标可靠指标
1.04
变异水平等级
中
可靠度系数
1.10
2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：
（计算结果如下表）
临界荷载处的车辆轮迹横向系数取0.6，交通年增长率为0.05，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。
车型
轴型
Pi（kN）
轴轮型系数
N（次/日）
Ns
小客车
前轴
单轴单轮
16.5
665
900
0
后轴
单轴单轮
23
576.5
900
0
中客车SH130
前轴
单轴单轮
25.55
551
1000
0
后轴
单轴单轮
45.1
431.6
1000
1.26
大客车CA50
前轴
单轴单轮
28.7
524.2
1250
0
后轴
单轴双轮
68.2
1
1250
2.74
小货车BJ130
前轴
单轴单轮
13.4
727.3
1200
0
后轴
单轴单轮
27.4
534.7
1200
0
中货车CA50
前轴
单轴单轮
28.7
524.2
800
0
后轴
单轴双轮
68.2
1
800
1.75
中货车EQ140
前轴
单轴单轮
23.7
569.1
1000
0
后轴
单轴双轮
69.2
1
1000
2.77
大货车JN150
前轴
单轴单轮
49
416.5
800
3.68
后轴
单轴双轮
101.6
1
800
1031
特大日野车KB222
前轴
单轴单轮
50.2
412.1
700
4.69
后轴
单轴双轮
104.3
1
700
1373
拖挂车五十铃
前轴
单轴单轮
60
381.7
150
16.15
后轴
双轴双轮
100（3轴）
0
150
0
（2）初拟路面结构
查表16-17（本课设所用数据表皆取于《路基路面工程》），初拟普通混凝土面层厚度为0.22m；基层采用水泥稳定粒料，厚0.2m；垫层为0.15m低剂量无机结合料稳定土。
普通混凝土板的平面尺寸为宽3.5m，长5.0m。
纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。
（3）路面材料参数确定
查表16-23和表16-25，取普通混凝土的弯拉强度标准值为5.0MPa,相应
弯拉弹性模量标准值为31Gpa。
计算基层顶面当量回弹模量如下：
普通混凝土面层的相对刚度半径
（4）荷载疲劳应力
标准荷载在临界荷位处产生的荷载应力计算为:
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，由表16-24，考虑偏载和动载等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：
（5）温度疲劳应力
由表16-28，IV区最大温度梯度取92/m，板长5m，，由,16-14可查得普通混凝土板厚0.22m，温度应力系数0.71。
最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：
温度疲劳应力系数可按下式计算确定：
（2-22）
式中：
a、b和c—回归系数，按所在地区的公路自然区划查表16-29确定，自然区划为IV区，式中a=0.041，b=0.058，c=1.323。
临界荷位处的温度疲劳应力按下式计算确定：
由表16-20可得二级公路的安全等级为三级，目标可靠度为85％，相应的变异水平等级为中，再由表16-22可得可靠度系数=1.10。
水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，其表达式采用下式计算：
普通混凝土面层为，
因而，拟定的面层厚度为0.22m的普通混凝土路面，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。
B沥青路面设计
1新建柔性路面
选择IV区，黏质土，土基干湿状态为潮湿，稠度取0.9，则回弹模量为37MPa.对于K15+500-K15+600、K22+440-K53+350，采用沥青路面，道路等级为二级公路，路面类型为沥青混凝土。
（1）交通分析
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，计算结果如下表。
二级公路沥青路面的设计年限为12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：
属于中等交通。
车型
Pi（kN）
C1
C2
Ni（次/日）
N
小客车
前轴
16.5
1
6.4
900
2.27
后轴
23
1
6.4
900
9.64
中客车
前轴
25.55
1
6.4
1000
16.92
后轴
45.1
1
6.4
1000
200.38
大客车
前轴
28.7
1
6.4
1250
35.07
后轴
68.2
1
1
1250
236.52
小货车
前轴
13.4
1
6.4
1200
1.23
后轴
27.4
1
6.4
1200
27.52
中货车
前轴
28.7
1
6.4
800
22.44
后轴
68.2
1
1
800
151.37
中货车
前轴
23.7
1
6.4
1000
12.2
后轴
69.2
1
1
1000
201.59
大货车
前轴
49
1
6.4
800
229.94
后轴
101.6
1
1
800
857.19
特大日野车
前轴
50.2
1
6.4
700
223.53
后轴
104.3
1
1
700
840.69
拖挂车
前轴
60
1
6.4
150
104.05
后轴
100
2.2
1
150
330
合计（N）
3502.55
（2）确定土基回弹模量值
选择IV区，黏质土，土基干湿状态为潮湿，稠度取0.9，则回弹模量为37MPa
（3）路面等级以及路面类型的确定
路面等级选为二级公路，路面类型为沥青混凝土。
（4）拟定路面结构层的厚度
表面层采用3cm厚细粒式密集配沥青混凝土，下面层采用8cm厚粗粒式密集配沥青混凝土。
基层和底基层分别采用水泥石灰稳定碎石基层（厚18cm）和石灰稳定土底基层（厚度待计算确定）。
土基及路面材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）
20
15
细粒试沥青混泥土
1400
2000
1.4
中粒试沥青混泥土
1200
1800
1
粗粒试沥青混泥土
1000
1400
0.8
两灰碎石
1500
0.65
石灰土
550
0.225
土基
27
－
（5）计算设计弯沉值
二级公路，取，面层为沥青混凝土，取，该结构为柔性基层与半刚性基层组合，按内插法确定基层类型系数为。
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面层：
粗粒式密集配沥青混凝土：
水泥石灰稳定碎石：
石灰稳定土：
材料名称
厚度（cm）
抗压回弹模（MPa）
容许拉应力（MPa）
20
15
细粒式密集配沥青混凝土
3
1500
2000
0.5
粗粒式密集配沥青混凝土
8
1200
1800
0.29
水泥石灰稳定碎石
18
1500
0.32
石灰稳定土
？
500
0.13
土基
-
40
－
采用HPDS2003A公路路面设计程序计算结果：
公路等级:
二级公路
新建路面的层数:
4
标准轴载:
BZZ-100
路面设计弯沉值:
24.5（0.01mm）
路面设计层层位:
4
设计层最小厚度:
15（cm）
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=24.5（0.01mm）
H（4）=40cmLS=26.2（0.01mm）
H（4）=45cmLS=23.2（0.01mm）
H（4）=42.8cm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力验算设计层厚度:
H（4）=42.8cm（第1层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=42.8cm（第2层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=42.8cm（第3层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=67.8cmσ（4）=0.089MPa
H（4）=72.8cmσ（4）=0.08MPa
H（4）=72.6cm（第4层底面拉应力验算满足要求）
路面设计层厚度:
H（4）=42.8cm（仅考虑弯沉）
H（4）=72.6cm（同时考虑弯沉和拉应力）
验算路面防冻厚度:
路面最小防冻厚度80cm
验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.
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3cm
---------------------------------------
中粒式沥青混凝土4cm
---------------------------------------
水泥石灰稳定土6cm
---------------------------------------
石灰土73cm
---------------------------------------
土基
竣工验收弯沉值和层底拉应力计算
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=13.9（0.01mm）
第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=14.3（0.01mm）
第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=15（0.01mm）
第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=16.1（0.01mm）
土基顶面竣工验收弯沉值LS=322.9（0.01mm）（根据“基层施工规范”第88页公式）
LS=258.8（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σ
（1）=-0.179（MPa）
第2层底面最大拉应力σ
（2）=-0.071（MPa）
第3层底面最大拉应力σ（3）=-0.046（MPa）
第4层底面最大拉应力σ（4）=0.079（MPa）
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力，故满足应力满足要求。
2旧路改造
（1）确定原路面当量回弹模量
改建路段原路面当量回弹模量计算
原路面实测弯沉值（0.01mm）
72817864666568757271
66736877747481827879
原路面有效弯沉数:
20
原路面平均弯沉值:
73（0.01mm）
原路面弯沉值标准差:
6（0.01mm）
测定汽车轴载100kN
改建公路等级二级公路
保证率系数1.5
原沥青面层厚度3（cm）
季节影响系数1.08湿度影响系数1温度修正系数1
原路面计算弯沉值:
89（0.01mm）
原路面当量回弹模量:
184.3（MPa）
（2）确定补强层材料及厚度
该道路为二级公路，拟采用中粒式沥青混凝土、水泥石灰稳定砂砾两层补强，用采用HPDS2003A公路路面设计程序计算求解补强层厚度。
公路等级:
二级公路
加铺
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