路基路面课程设计计算书Word格式.docx
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JN150
150.6
82.6
49
101.6
l
双
单
CA10B
80.25
40
19.40
60.85
1
EQ140
92.90
50.00
23.70
69.20
211.4
120.00
51.40
2×
80
2
132
2、路基设计
2.1几何尺寸确定
（1）选择二级公路路基断面形式，路基宽8.5m，路面宽7.0m，两侧土路肩0.75m；
（2）选择路基填料为砂土，压实度95%；
（3）填方边坡形式采用一级台阶，H1=6m，W1=1.5m，P1=1:
1.5，
挖方边坡形式采用一级台阶，H1=6m，W1=1.5m，P1=1:
0.5；
2.2稳定性验算
取全线未设挡土墙处最高路堤处进行边坡稳定性验算，桩号为K0+160。
粘性土质采用圆弧滑动面法，并用条分法进行土坡稳定性分析。
其中圆心辅助线确定方法采用36°
法。
（1）圆心辅助线确定：
过坡顶B作水平线，作BF与水平线交于36°
，则BF为辅助线。
（2）绘出三条不同位置的滑动曲线（都过坡脚）：
①一条过路基中线（图1）；
②一条过路基边缘（图2）；
③一条过距右边缘1/4半路基宽度处（图3）；
（3）通过平面几何关系找出三条滑动曲线各自的圆心。
（4）将土基分段。
（5）计算滑动曲线每一份段中点与圆心竖线之间的偏角，
并计算分段面积和以路堤纵向长度1m计算出各段的重力，进而将分化为两个分力：
a）在滑动曲线法线方向分力；
b）在滑动曲线切线方向力。
图2过路基边缘滑动曲线
图3过距右边缘1/4半路基宽度处滑动曲线
通过计算可得：
曲线①：
，
曲线②：
曲线③：
（7）计算滑动曲线圆弧长
（8）计算稳定系数
比较得K1最小，由于第一条曲线（过路基中线）最靠左边，在左边缘与路基中线之间再绘一系列滑动曲线，计算其稳定性，结果显然比K1大，所以第一条圆弧为最不利滑动面，其稳定性系数大于1.5，边坡稳定，满足规定的要求。
2.3防护措施
路基防护与加固设施主要有边坡坡面防护及湿软地基的加固处治。
（1）坡面防护
由于植物防护可美化路容，协调环境，调节边坡土的温度与湿度，且本路段内坡高不大、边坡比较平缓，所以采用植被防护的坡面防护措施。
采用拉伸网草皮，在土工网上铺设4cm的种植土层，经过撒种、养护后形成人工草皮。
（2）软土地基加固
由于本地区土主要由冲击土和内陆软土组成，在其上填筑路堤可能出现失稳，或者沉降量和沉降速率不能满足要求等情况，需对软土地基进行适当的加固处理，以增加其稳定性、减少沉降量或加速沉降。
本路线采用换填法，用好土全部或部分替换软土，以达到保证路堤稳定性和降低沉降量的目的。
换填材料选用排水性能好，处于地下水位以下仍能保持有足够承载力的砂填料。
2.4排水设计
该地区年降水量为1200~1800mm，路基地面排水设施由边沟和排水沟组成。
边沟的排水量不大，一般不需要进行水文与水力计算，依据沿线具体条件，选用矩形边沟，由于本地区降水量集中，边沟底宽与深度均选用0.6m，边沟采用浆砌片石，栽砌卵石和水泥混凝土预制块，其中砌筑用的砂浆采用强度为M5。
排水沟主要用途在于引水，将路基范围内各种水源的水流引至路基范围外的指定地点，本路段选用梯形排水沟，其中沟底宽度与高度均采用0.6m，距离路基坡脚为2.5m。
3路面设计
3.1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。
3.1.1可靠度设计标准
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
3.1.2交通分析与轴载换算
我国公路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。
对于各种不同汽车轴载的作用次数，可按等效疲劳断裂原则换算成标准轴载的作用次数，并根据标准轴载的作用次数判断道路的交通繁重程度。
轴载换算公式为：
Ns=i=1nδiNi（pi100）16，计算结果列于表5中，求得Ns=2818.74
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
Ne=Ns1+γt-1×
365γη=2818.74×
1+0.0520-1×
3650.05×
0.6
=20411748次>
2000×
104，
属于特重交通等级。
表3标准轴载作用次数换算表
车型
轴型
Pi（kN）
δi
Ni（次/日）
Ns
小客车
前轴
单轴单轮
16.5
665.02
1300
0.00
后轴
23
576.51
中客车
SH130
25.55
551.03
1100
45.1
431.58
1.39
大客车
CA50
28.7
524.16
1250
单轴双轮
68.2
1.00
2.74
小货车
BJ130
13.4
727.27
1000
27.4
534.71
中货车
650
1.00
1.42
23.7
569.13
69.2
2.77
大货车
416.46
5.06
1418.05
特大日野车KB222
50.2
412.15
700
4.69
104.3
1372.93
拖挂车
五十铃
60
381.72
90
9.69
双轴双轮
100（3轴）
合计（N）
2818.74
3.1.3初拟路面结构
查《路基路面工程》（以下简称《课本》）相关参数表分析，特重交通等级初步拟订普通混凝土面层厚度为0.25m；
基层采用沥青凝土基层，厚0.06m；
垫层为0.15m低剂量无机结合料稳定粒料。
普通混凝土板的平面尺寸为宽3.5m，长4.5m（长宽比1.286<
1.30）。
纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝.
3.1.4路面材料参数确定
查《课本》表16-23和表16-25，取普通混凝土的弯拉强度标准值fr为5.0MPa,相应弯拉弹性模量经验参考值为31Gpa。
计算基层顶面当量回弹模量如下：
Ex=h12E1+h22E2h1²
+h2²
=0.06²
×
1200+0.15²
6000.06²
+0.15²
=682.76MPa
Dx=E1h13+E2h2312+h1+h2241E1h1+1E2h2-1
=1200×
0.063+600×
0.15312+0.06+0.152411200×
0.06+1600×
0.15-1
=0.63KN•m
hx=（12DXEX）13=（12×
0.63682.76）13=0.223
a=6.22×
1-1.51ExE0-0.45=6.22×
1-1.51682.7642-0.45=3.542
b=1-1.44×
ExE0-0.55=1-1.44×
682.7642-0.55=0.689
Et=ahxbE0（ExE0）13=3.542×
0.2230.689×
42×
（682.7642）13=134.01MPa
普通混凝土面层的相对刚度半径
rg=0.537hEcEt13=0.537×
0.25×
31000134.0113=0.824m
3.1.5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:
σps=0.077r0.6h-2=0.077×
0.8240.6×
0.25-2=1.097MPa
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Kf=Nev=204117480.057=2.610,根据公路等级，由《课本》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：
σpr=krkfkcσps=0.87×
2.610×
1.20×
1.097=2.989MPa
3.1.6温度疲劳应力
由《课本》表16-28，Ⅳ区最大温度梯度取88/m，板长4.5m，l/r=4.5/0.824=5.46，可查普通混凝土板厚0.25m，温度应力系数Bx=0.62。
最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：
σtm=αcEchTg2Bx=1×
10-5×
31000×
882×
0.62=2.13MPa
温度疲劳应力系数可按下式计算确定：
kt=frσtmaσtmfrc-b
式中：
a、b和c为回归系数，按所在地区的公路自然区划查《课本》表16-29确定，自然区划为IV区，式中a=0.841，b=0.058，c=1.323。
kt=frσtmaσtmfrc-b=5.02.130.841×
2.135.01.323-0.058=0.502
临界荷位处的温度疲劳应力按下式计算确定：
σtr=ktσtm=0.502×
2.13=1.069MPa
由《课本》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，
γrσpr+σtr=1.1×
2.989+1.069=4.464MPa<
5.0MPa
因而，拟定的面层厚度为0.25m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。
3.2沥青路面设计
3.2.1新建柔性路面
（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
，
计算结果如表4。
表4标准轴载作用次数换算表
C1
C2
N
6.4
3.28
13.92
18.61
220.41
35.07
236.52
1.02
22.93
18.23
122.99
12.20
201.59
316.17
1178.64
特大日野车
223.53
840.69
62.43
100
2.2
198.00
3726.23
二级公路沥青路面的设计年限为12年，双向二车道的车道系数0.65则设计使用期累计当量轴次为:
Ne=1+γt-1×
365γN1η=1+0.0512-1×
3726.23×
0.65
=14071505
属于重交通。
（2）确定土基回弹模量值
选择Ⅳ3区，黏质土，土基干湿状态为潮湿，稠度取0.9，则回弹模量为28.0MPa，道路等级为二级公路，路面类型为沥青混凝土。
（3）拟定路面结构层的厚度
表面层采用4cm细粒式密集配沥青混凝土，下面层采用9cm粗粒式密集配沥青混凝土。
基层和底基层分别采用35cm水泥石灰稳定碎石基层和石灰稳定土底基层（厚度待计算）。
（4）路面材料设计参数的确定
路面材料回弹模量及各强度值列于下表中
表5路面材料回弹模量及各强度值表
材料名称
抗压回弹模（MPa）
劈裂强度（MPa）
15
细粒式沥青混泥土
1400
2000
1.4
粗粒式沥青混泥土
0.8
水泥石灰稳定碎石
1500
石灰土
550
0.225
土基
28
－
（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：
ld=600Ne-0.2AcAsAb=600×
14071505-0.2×
1.1×
1.0×
1.0
=24.54（0.01mm）
计算各层材料的容许层底拉应力:
①细粒式密集配沥青混凝土面层：
Ks=0.09AaNe0.22Ac=0.09×
140715050.221.1=3.06
σR=σSPKs=1.43.06=0.46MPa
②粗粒式密集配沥青混凝土：
140715050.221.1=3.37
σR=σSPKs=0.83.37=0.24MPa
③水泥石灰稳定碎石：
Ks=0.35Ne0.11Ac=0.35×
140715050.111.1=1.95
σR=σSPKs=0.651.95=0.33MPa
④石灰稳定土：
σR=σSPKs=0.2251.95=0.12MPa
采用HPDS2006A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:
24.54（0.01mm）
路面设计层层位:
设计层最小厚度:
250（mm）
厚度（mm）
抗压回弹模量（MPa）
容许拉应力（MPa）
细粒式密集配沥青混凝土
0.46
粗粒式密集配沥青混凝土
0.24
350
1500
0.33
石灰稳定土
？
0.12
新建路基
-
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=24.54（0.01mm）
H（4）=200mmLS=24.9（0.01mm）
H（4）=250mmLS=23.1（0.01mm）
H（4）=209mm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力计算设计层厚度:
H（4）=209mm（第1层底面拉应力计算满足要求）
H（4）=209mm（第2层底面拉应力计算满足要求）
H（4）=209mm（第3层底面拉应力计算满足要求）
H（4）=209mm（第4层底面拉应力计算满足要求）路面设计层厚度:
路面设计层厚度:
H（4）=209mm（仅考虑弯沉）
H（4）=209mm（同时考虑弯沉和拉应力）
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40mm
细粒式沥青混凝土90mm
水泥石灰稳定碎石350mm
石灰土210mm
新建路基交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路基顶面交工验收弯沉值:
第1层路面顶面交工验收弯沉值LS=24.5（0.01mm）
第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=26.9（0.01mm）
第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=32.2（0.01mm）
第4层路面顶面交工验收弯沉值LS=158.6（0.01mm）
路基顶面交工验收弯沉值LS=332.7（0.01mm）
LS=408.7（0.01mm）
计算新建路面各结构层底面最大拉应力:
（未考虑综合影响系数）
第1层底面最大拉应力σ
（1）=-0.208（MPa）
第2层底面最大拉应力σ
（2）=-0.057（MPa）
第3层底面最大拉应力σ（3）=0.115（MPa）
第4层底面最大拉应力σ（4）=0.067（MPa）
各结构层容许拉应力均大于底面最大拉应力,故应力满足要求。
设计总结及改进意见
课程设计是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门实践课、辩思课，给了我思考的空间。
通过此次课程设计，我更加扎实地掌握了有关道路工程方面关于路基路面的知识，了解了路基横断面各种类型，掌握了路基几何尺寸设计、稳定性验算、防护措施及排水设计等，对沥青路面及水泥混凝土路面有了更加深入的了解和计算。
将课堂上学习到的轴载当量轴次的换算、圆弧法等方法运用到实践中，CAD画图技术也有了一定的进步。
在课程设计过程中，我参考了钟阳及邓学钧的《路基路面工程》和杨少伟的《道路勘测设计》等书籍及行业规范，其中计算书中所参考表格均参考自邓学钧的《路基路面工程》。
多方案反复计算比选，最终选定了计算书的方法，这个过程也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
实践出真知，亲自动手设计计算，使我掌握的知识不再是纸上谈兵。
在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下、同学的讨论下以及自己的钻研下，终于找到了答案。
这让我明白了在今后的学习和工作中，不能一遇到问题便退缩，应知难而上，“三人行必有我师”，不管是请教别人亦或是自己苦心钻研，总会“柳暗花明又一村”。
这次的课程设计前期进展不顺利，究其原因是课设前的准备工作没有做到充分，在接下来的课设及下学期的毕业设计乃至今后的工作中，我会吸取教训，功课做足。
课设内容方面,在路基设计中采用36°
角方法进行圆心辅助线的确定，虽然计算简便，但是在一定程度上也造成了一定的误差，在今后的设计中会比较4.5H法与36°
法的优劣综合考
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