路基路面工程課程設(shè)計(jì)(共28頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄前言.3第一章.41.1 設(shè)計(jì)資料.41.2 擋土墻平面布置圖.41.3 擋土墻橫斷面布置，擬定斷面尺寸.51.4 主動(dòng)土壓力計(jì)算.51.5 擋土墻抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算.71.6 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算.81.7 基底合力及偏心距驗(yàn)算.81.8 墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算.91.9 擋土墻的伸縮縫與沉降縫設(shè)計(jì).101.10 擋土墻的排水設(shè)施設(shè)計(jì).10第二章 路基邊坡穩(wěn)定性分析.112.1 第一級(jí)臺(tái)階驗(yàn)算.11第三章 水泥混凝土路面設(shè)計(jì).153.1 交通分析.153.2 標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)的換算.163.3 初擬路面結(jié)構(gòu).183.4 路面材料參數(shù)確定.183.5 荷載疲勞應(yīng)力.193.6

2、溫度疲勞應(yīng)力.193.7 檢驗(yàn)初擬路面結(jié)構(gòu).20第四章 瀝青混凝土路面設(shè)計(jì).204.1 交通參數(shù)分析.204.2 擬定路面結(jié)構(gòu)組合方案.224.3 擬定路面結(jié)構(gòu)層的厚度.224.4 各層材料設(shè)計(jì)參數(shù)確定.234.5 計(jì)算設(shè)計(jì)彎沉值.234.6 路面結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算.254.7 瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算.26參考文獻(xiàn).28設(shè)計(jì)心得.28前言作為建筑類院校專業(yè)課的一種實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，課程設(shè)計(jì)是教學(xué)計(jì)劃中的一個(gè)有機(jī)組成部分；是培養(yǎng)我們綜合御用所學(xué)各門課程的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，以分析解決實(shí)際工程問題能力的重要步驟；是我們鞏固并靈活運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)的一種比較好的手段；也是

3、鍛煉我們理論聯(lián)系實(shí)際能力和提高我們工程設(shè)計(jì)能力的必經(jīng)之路。 課程設(shè)計(jì)的目的主要體現(xiàn)在鞏固與運(yùn)用基本概念與基礎(chǔ)知識(shí)、掌握方法以及培養(yǎng)各種能力等諸多方面。1. 鞏固與運(yùn)用理論教學(xué)的基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)。2. 培養(yǎng)學(xué)生使用各種規(guī)范及查閱手冊和資料的能力。3. 培養(yǎng)學(xué)生概念設(shè)計(jì)的能力。4. 熟悉設(shè)計(jì)步驟與相關(guān)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。5. 學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)計(jì)算方法。6. 培養(yǎng)學(xué)生圖紙表達(dá)能力。7. 培養(yǎng)學(xué)生語言表達(dá)能力。8. 培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問題的能力。路基路面的課程設(shè)計(jì)是對(duì)路基路面工程課堂教學(xué)的必要補(bǔ)充和深化，通過設(shè)計(jì)讓學(xué)生可以更加切合實(shí)際地和靈活地掌握路基路面的基本理論，設(shè)計(jì)理論體系，加深對(duì)路基路面設(shè)計(jì)方法和設(shè)

4、計(jì)內(nèi)容的理解，進(jìn)而提高和培養(yǎng)學(xué)生分析、解決工程實(shí)際問題的能力。第一章 擋土墻設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)資料1.1.1 擋土墻墻高H=10m荷載：計(jì)算荷載汽車-20級(jí)，驗(yàn)算荷載掛車-100；1.1.2 墻后填料為粘性土，土的粘聚力C=28Kpa，容重，計(jì)算內(nèi)摩擦角，填料與墻背間的摩擦角=/2=；容許承載力為。1.1.3 地基為密實(shí)碎石土，其容許承載力=400KPa，基地摩阻系數(shù)f=0.6，墻身分段長度為10m；1.1.4 墻體材料7.5號(hào)砂漿砌筑25號(hào)片石，其容重，其容許壓應(yīng)力=600KP，容許剪應(yīng)力=100KP，容許拉應(yīng)力=60KP。1.1.5 墻面與墻背平行，墻背仰斜，仰斜坡度1:0.25，=14.0

5、4°，墻底（基底）傾斜度tan=0.190，傾斜角=10.76°；墻頂填土高度為，擋土墻頂寬為=2m，底寬。 1.2 擋土墻平面布置圖雙向四車道一級(jí)公路某橫斷面，為收縮邊坡，增強(qiáng)路基的穩(wěn)定性，擬設(shè)一段漿砌片石重力式擋土墻(圖1.1)圖1.11.3 擋土墻橫斷面布置，擬定斷面尺寸具體布置如圖1.2圖1.21.4 主動(dòng)土壓力計(jì)算1.4.1. 車輛荷載換算當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，所以，當(dāng)H=10m時(shí)，換算均布土層厚度：1.4.2主動(dòng)土壓力計(jì)算（假設(shè)破裂面交于荷載中部） （1）破裂角由得： 驗(yàn)核破裂面位置：堤頂破裂面至墻鍾：(H+a)tan=9.18m荷載內(nèi)緣至墻鍾：b+Htan+d+b=3

6、+100.25+0.5+0.75=6.75m荷載外緣至墻鍾：b+Htan+d+b+b=6.75+7=13.75m由于破裂面至墻鍾的距離大于荷載內(nèi)緣至墻鍾的距離并且小于荷載外緣至墻鍾的距離，所以破裂面交于路基荷載中部的假設(shè)成立。并且直線形仰斜墻背，且墻背傾角較小，不會(huì)出現(xiàn)第二破裂面。（2）主動(dòng)土壓力系數(shù)K和 （3）求主動(dòng)土壓力及土壓力的作用點(diǎn)1.5 擋土墻抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算u基底摩擦系數(shù)，取0.6 主動(dòng)土壓力分項(xiàng)系數(shù)，取1.4墻身體積計(jì)算：墻身自重計(jì)算:，抗滑穩(wěn)定系數(shù):1.3滿足要求1.6 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算要使擋墻抗傾覆滿足要求即滿足： 滿足要求。1.7 基底合力及偏心距驗(yàn)算1.7.1 作用于基底的

7、合力偏心距基底合力偏心距；1.7.2 地基承載力驗(yàn)算滿足要求1.8 墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算為保證墻身具有足夠的強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇1-2個(gè)控制截面進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算截面一般可選擇在距墻身底部二分之一墻高和截面急劇變化處1.8.1 法向應(yīng)力驗(yàn)算如圖1.3所示，圖1.3選擇1-1截面為驗(yàn)算截面。若作用在此截面以上墻背的主動(dòng)土壓力為，墻身自重為，二者的合力為，則可將分解為何。驗(yàn)算截面的法相應(yīng)力，視偏心距大小，分別按下式計(jì)算。式中： 截面寬度。當(dāng)時(shí)，法向應(yīng)力重分布：式中：，驗(yàn)算截面的最大，最小法向應(yīng)力；砌體的容許壓應(yīng)力。1.8.2 剪應(yīng)力驗(yàn)算對(duì)于重力式擋土墻，一般只進(jìn)行墻身水平截面的剪應(yīng)力驗(yàn)算；對(duì)折線式和衡重式

8、除驗(yàn)算水平截面外還應(yīng)驗(yàn)算傾斜截面。水平截面剪應(yīng)力為：式中：受剪面積，=砌體容許剪應(yīng)力。滿足要求。1.9 擋土墻的伸縮縫與沉降縫設(shè)計(jì) 把伸縮縫和沉降縫結(jié)合在一起，統(tǒng)成為變形縫，沿墻長每10米設(shè)置變形縫，變形縫全高設(shè)置，其寬度取0.02米，縫內(nèi)沿墻內(nèi)、外、頂三邊填塞瀝青木板，塞入深度為0.2米。1.10 擋土墻的排水設(shè)施設(shè)計(jì)在墻身上沿墻高和墻長設(shè)置泄水孔，其為15cm20cm的方孔，具有向墻外傾斜的坡度，間距取為2.5m，泄水孔的進(jìn)水側(cè)設(shè)反濾層，厚度為0.4m，在最下排泄水孔的底部設(shè)置隔水層，由于處于自然區(qū)域處，泄水量較大，在排水層底部加設(shè)縱向滲溝，配合排水層把水排出墻外。第二章 路基邊坡穩(wěn)定性分

9、析2.1 第一級(jí)臺(tái)階驗(yàn)算頂寬18m，高10.5m。路堤填料為粘性土，粘聚力C=28KPa，內(nèi)摩擦角=28°（tan=0.532）。土的容重取=20KN/m3。設(shè)計(jì)荷載為汽一20級(jí)，由于高度為大于8m，所以設(shè)一級(jí)臺(tái)階，邊坡坡度為1:1.5，第二級(jí)坡度為1:1.75。2.1.1 按比例繪制路基橫斷面圖。車輛荷載的換算在進(jìn)行路堤穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，將車輛荷載按最不利情況排列，并換算成相當(dāng)?shù)耐翆雍穸?。汽?0級(jí)荷載換算成土柱高：由路基路面工程有， ； 式中：N并列車輛數(shù)，雙向六車道N=4； L 標(biāo)準(zhǔn)車輛軸載為12.8m； Q一輛重車的重力（標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載為550KN）； 路基填料的重度為20KN/m

10、3； B荷載橫向分布寬度，路基寬18m。2.1.2 采用4.5H法確定圓心輔助線，具體如下：由坡腳E向下引豎線，在豎線上截取高度得F點(diǎn)。自F向右引水平線，在水平線上截取，得M點(diǎn)。連接邊坡坡腳E和頂點(diǎn)S，求得SE的斜度，據(jù)此查粘土邊坡表得。由E點(diǎn)作與SE成角的直線，再由S點(diǎn)作與水平線成角的直線，兩條直線交于點(diǎn)I。連接I和M兩點(diǎn)得到圓心輔助線。2.1.3 繪出三條不同位置的滑動(dòng)曲線（都過坡腳）：一條過路基中線；一條過路基邊緣；一條過距左邊緣1/4路基寬度處。2.1.4 通過平面幾何關(guān)系找出三條滑動(dòng)曲線各自的圓心。2.1.5 將土基分段，每段如圖寬1m，最后一段可能略小一點(diǎn)。2.1.6 計(jì)算滑動(dòng)曲線

11、每一份段中點(diǎn)與圓心豎線之間的偏角， 并計(jì)算分段面積和以路堤縱向長度1m計(jì)算出各段的重力，進(jìn)而將分化為兩個(gè)分力：a)在滑動(dòng)曲線法線方向分力；b)在滑動(dòng)曲線切線方向力。 圖2.1計(jì)算結(jié)果列表如下：曲線路堤穩(wěn)定性計(jì)算表（半徑R=12.06m）編號(hào)icosisiniAiQiNiTi1-6°01´0.99-0.103.5971.8271.42-7.5325°50´0.990.109.62192.42191.4219.56317°34´0.950.3013.77275.36262.283.11430°23´0.860.5115

12、.75315.04271.77159.34545°23´0.700.7111.70234.08164.41166.62658°48´0.520.861.6432.816.9928.06總和56.081121.52978.54449.16圖2.2曲線路堤穩(wěn)定性計(jì)算表（半徑R=11.9m）編號(hào)icosisiniAiQiNiTi1-9°35´0.99-0.174.1374.3473.6-12.6428°56´0.990.1510.35186.3184.4427.95320°34´0.940.3515.

13、87285.66268.5299.98433°43´0.840.5517.87321.66270.19176.91549°23´0.650.7613.67246.06159.94187.01661°40´0.480.883.4562.129.826.22總和65.341176.12986.49505.43圖2.3曲線路堤穩(wěn)定性計(jì)算表（半徑R=11.7m）編號(hào)icosisiniAiQiNiTi1-10°46´0.98-0.185.1191.9890.14-16.56210°54´0.980.181

14、1.56208.08203.9237.45322°04´0.930.3816.67300.06279.06114.02435°25´0.820.5818.56334.08273.95193.77551°32´0.630.7814.34258.12162.62201.33663°45´0.450.894.9689.2840.1879.46總和71.21281.61049.87609.47由上表可得： 曲線： ，曲線： ，曲線： ，2.1.7 計(jì)算滑動(dòng)曲線圓弧長 曲線： 曲線： 曲線： 2.1.8 計(jì)算穩(wěn)定系數(shù) 曲線：

15、曲線：曲線：由此可見，第三條曲線為極限滑動(dòng)面，其穩(wěn)定性系數(shù)大于1.5，滿足規(guī)定的要求。第三章 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)3.1交通分析3.1.1 可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及變異系數(shù)范圍、可靠度系數(shù)的選用 公路技術(shù)等級(jí)一級(jí)公路安全等級(jí)二級(jí)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（a）30目標(biāo)可靠度（%）90目標(biāo)可靠指標(biāo)1.28變異水平等級(jí)低-中可靠度系數(shù)1.163.2 標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)的換算 計(jì)算設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)軸載換算的計(jì)算公式為： 軸載換算結(jié)果表車輛（KN）軸型軸-輪型系數(shù)（次/日）江淮AL6600前軸17單軸單輪2700后軸 26.5單軸雙輪12700三湘CK6640前軸20.5單軸單輪800后軸37.5單軸雙輪18

16、00鞍山AK6980H前軸36.6單軸單輪1530后軸72.3單軸雙輪11530北京BJ130前軸13.55單軸單輪1700后軸27.2單軸雙輪11700解放CA50前軸28.7單軸單輪610后軸68.2單軸雙輪1610東風(fēng)EQ140前軸23.7單軸單輪850后軸 69.2單軸雙輪1850黃河JN150前軸49單軸單輪850后軸101.6單軸雙輪1850日野KB222前軸50.2單軸單輪600后軸104.3單軸雙輪1600五十鈴EXR181L前軸60單軸單輪58后軸100三軸雙輪58按規(guī)范查表得：交通等級(jí)為重，水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為30年，安全等級(jí)為二級(jí)，臨界荷載處的車輪輪跡橫向分布系數(shù)

17、=0.22。交通年增長率為0.089 。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)荷載累計(jì)作用次數(shù)為屬于重交通等級(jí)普通混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度（）5.0鋼纖維混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度（）6.03.3 初擬路面結(jié)構(gòu)查表得相應(yīng)于安全等級(jí)二級(jí)的變異水平為中級(jí)。查表得初擬普通混凝土面層厚度為0.26m；基層采用水泥穩(wěn)定粒料，厚0.18m；墊層為0.15m低劑量無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土，普通混凝土板的平面尺寸為寬，長?？v縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。3.4 路面材料參數(shù)確定查表可知，取普通混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為5.0MPa,相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為31Gpa，低劑量無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取600Mpa，水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模

18、量取1300Mpa。 計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量如下： 普通混凝土面層相對(duì)剛度半徑3.5 荷載疲勞應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)荷載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計(jì)算為:因縱縫為設(shè)拉桿平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)=0.87。考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)。根據(jù)公路等級(jí)，由表可知，考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)。荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算為：3.6 溫度疲勞應(yīng)力由表可知，IV區(qū)最大溫度梯度取92/m，板長5m，由表可查得普通混凝土板厚0.26m，溫度應(yīng)力系數(shù)0.65。最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力：溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)可按下式計(jì)算確定： 式中：a、b和c回歸系數(shù)，按所在地區(qū)的公路自然區(qū)劃查

19、表16-29確定，自然區(qū)劃為IV區(qū)，式中a=0.841，b=0.058，c=1.323。臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力按下式計(jì)算確定： 3.7 檢驗(yàn)初擬路面結(jié)構(gòu)由表可得一級(jí)公路的安全等級(jí)為二級(jí)，目標(biāo)可靠度為90，相應(yīng)的變異水平等級(jí)為低-中，再由表可得可靠度系數(shù)=1.23。水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以行車荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)，其表達(dá)式采用下式計(jì)算： 普通混凝土面層為，因而，擬定的面層厚度為0.26m的普通混凝土路面，可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。第四章 瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)4.1 交通參數(shù)分析路面設(shè)計(jì)以雙輪組單軸載100KN為標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉為指

20、標(biāo)及驗(yàn)算瀝青層層底拉應(yīng)力時(shí)各級(jí)軸載換算采用，計(jì)算結(jié)果如下表。軸載換算結(jié)果匯總表（以彎沉為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)） 車型江淮AL6600前軸1716.427007.76后軸26.51127008.37三湘CK6640前軸20.516.48005.19后軸37.51180011.22鞍山AK6980H前軸36.616.453042.82后軸72.311530129.28北京BJ130前軸13.5516.417001.82后軸27.21117005.9解放CA50前軸28.716.461017.11后軸68.211610115.42東風(fēng)EQ140前軸23.716.485010.37后軸69.211850171.35

21、黃河JN150前軸4916.4850244.32后軸101.611850910.77日野KB222前軸50.216.4600191.6后軸104.311600720.59五十鈴EXR181L前軸6016.45840.23后軸1003.4158197.22831.32一級(jí)公路瀝青路面的設(shè)計(jì)年限為15年，雙向四車道的車道系數(shù)0.45，交通年平均增長率為8.9%，則設(shè)計(jì)使用期累計(jì)當(dāng)量軸次為：4.2 擬定路面結(jié)構(gòu)組合方案經(jīng)計(jì)算，路基設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)一個(gè)車道上累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載次為次左右，查表可得路面為高級(jí)路面，面層宜選擇瀝青混凝土，又由于該路為一級(jí)公路，所承受交通量較重，因此采用三層式結(jié)構(gòu)，土基回彈模量。4.

22、3 擬定路面結(jié)構(gòu)層的厚度表面層采用4cm厚細(xì)粒式密集配瀝青混凝土，中面層采用5cm厚中式密集配瀝青混凝土，下層采用6cm粗粒式密集配瀝青混凝土，基層和底基層分別采用剛度較高，水穩(wěn)定性好的石灰穩(wěn)定碎石基層（厚20m）和石灰穩(wěn)定土底基層（厚度待計(jì)算確定）。4.4 各層材料設(shè)計(jì)參數(shù)確定土基及路面材料的回彈模量及各強(qiáng)度值列于下表中材料名稱抗壓回彈模（MPa）劈裂強(qiáng)度（MPa）2015細(xì)粒試瀝青混泥土140020001.4中粒試瀝青混泥土120018001粗粒試瀝青混泥土100014000.8 兩灰碎石15000.65石灰土5500.225土基354.5 計(jì)算設(shè)計(jì)彎沉值一級(jí)公路，取，面層為瀝青混凝土，取

23、，半剛性基層、底基層總厚度大于20cm，按內(nèi)插法確定基層類型系數(shù)為。設(shè)計(jì)彎沉： 計(jì)算各層材料的容許層底拉應(yīng)力細(xì)粒式密集配瀝青混凝土面層：中粒式密集配瀝青混凝土：粗粒式密集配瀝青混凝土：水泥石灰穩(wěn)定碎石：石灰穩(wěn)定土： 設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表 材料名稱厚度（cm）20抗壓模量（MPa）15抗壓模量（MPa）容許拉應(yīng)力(MPa)細(xì)粒式瀝青混凝土4140020000.42中粒式瀝青混凝土5120018000.30粗粒式瀝青混凝土6100014000.22二灰碎石2015000.31石灰土235500.082土基-35-4.6 路面結(jié)構(gòu)層厚度的計(jì)算4.6.1 理論彎沉系數(shù)的確定式中： 當(dāng)量圓半徑；F 彎沉綜合修

24、正系數(shù)， 。因此： F=1.63×17.69/2000/10.650.38(30/0.70) 0.36=0.43 =17.69×1400/(2000×10.65×0.7×0.43)=3.864.6.2 確定設(shè)計(jì)層厚度采用三層體系表面彎沉系數(shù)，由諾莫圖算設(shè)計(jì)層厚度。h/=4/10.65=0.376 E2/E1=1200/1400=0.857；由三層體系彎沉系數(shù)諾莫圖查得：=6.22。h/=4/10.65=0.376 =35/1200=0.029；由三層體系彎沉系數(shù)諾莫圖查得K1=1.440。又因?yàn)镵2= /(K1）=3.86/（6.22×

25、;1.44）=0.431，由上查表得：H/=6.7，H= 10.65×6.7=71.36。由可知：，因?yàn)镠=71.36cm，可知h4=21.95cm，故取h4=22cm。4.7 瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算4.7.1 瀝青混凝土面層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算 _ _ h1=4cm E1=2000MPa h=21.5cm E1=1200Mpa h2=5cm E2=1800MPa h3=6cm E3=1200MPa H=47.63cm E2=3600MPah4=20cm E4=3600MPa h5=23cm E5=2400MPa E0 =35 MPa E0=35MPa ；，。查三層連續(xù)體系上層底面拉應(yīng)力系數(shù)諾莫圖，知，故滿足