1、路基路面工程課程設計計算書 1、重力式擋土墻設計2、邊坡穩定性設計3、瀝青混凝土路面設計4、水泥混凝土路面設計學 生 姓 名：蔣維學 號：2011104321指 導 教 師：楊俊日 期：2013年1月3日目錄第1題 重力式擋土墻設計11.1設計資料11.2設計任務11.3設計參數11.4車輛荷載換算21.5主動土壓力計算21.6擋土墻計算5第2題 邊坡穩定性設計92.1設計資料92.2汽車荷載換算92.3圓弧條分法102.4結果分析15第3題 瀝青混凝土路面設計173.1設計資料173.2設計軸載與路面等級173.3確定土基回彈模量193.4路面結構組合設計203.5路面厚度計算213.6竣工

2、驗收彎沉值和層底拉應力計算22第4題 水泥混凝土路面設計244.1設計資料244.2交通分析244.3初擬路面結構244.4路面材料參數確定244.5荷載疲勞應力254.6溫度疲勞應力261重力式擋土墻設計1.1設計資料(1)漿砌片石重力式仰斜路堤墻，墻頂填土邊坡1:1.5，墻身縱向分段長度為,路基寬度，路肩寬度.(2)基底傾斜角，取汽車荷載邊緣距路肩邊緣.(3)設計車輛荷載標準值按公路I級汽車荷載采用，即相當于汽車超20級、掛車120（驗算荷載）。(4)墻后填料砂性土容重,填料與墻背的外摩擦角；粘性土地基與漿砌片石基底的摩擦系數，地基容許承載力.(5)墻身采用2.5號砂漿砌25號片石，圬工容

3、重，容許壓應力，容許剪應力，容許拉應力.1.2設計任務(1)車輛荷載換算。(2)計算墻后主動土壓力及其作用點位置。(3)設計擋土墻截面，墻頂寬度和基礎埋置深度應符合規范要求。進行抗滑動穩定性驗算及抗傾覆穩定性驗算。(4)基礎穩定性驗算與地基承載力驗算。(5)擋土墻正截面強度及抗剪強度驗算。1.3設計參數1.3.1幾何參數墻高，取基礎埋深,墻身縱向分段長度；墻背仰斜坡度1:0.2，墻底傾斜度，傾斜角；墻頂填土高度，填土邊坡坡度1:1.5，汽車荷載邊緣距路肩邊緣.1.3.2力學參數墻后砂性土填料內摩擦角，填料與墻背外摩擦角，填土容重；墻身采用2.5號砂漿砌25號片石，墻身砌體容重,砌體容許壓應力,

4、砌體容許剪應力,砌體容許拉應力；地基容許承載力.1.4車輛荷載換算查閱公路路基設計手冊，按車帶寬均攤的方法，計算各級荷載換算土柱高，并確定車輛荷載作用寬度。1.4.1計算荷載：汽車超20級汽車超20級對應的換算土層厚度，內數值大于分段長度,取從而求得.車輛荷載作用寬度.1.4.2驗算荷載：掛車120掛車120，布置在路基全寬上。車輛荷載作用寬度.1.5主動土壓力計算1.5.1計算荷載：汽車超20級1)計算破裂角假設破裂面交于荷載中部，則堤頂破裂面至墻踵：荷載內緣至墻踵：荷載外緣至墻踵：因，故破裂面交與荷載中部，假設正確。2)計算主動土壓力，水平分量 豎直分量 3)主動土壓力作用點位置因墻底傾斜

5、，故取修正值其中，擋土墻頂寬由1.6欄中的試算確定。1.5.2驗算荷載：掛車120計算方法和公式同計算荷載，在式中取，.計算結果如下：1)計算破裂角假設破裂面交于荷載中部，則堤頂破裂面至墻踵：荷載內緣至墻踵：荷載外緣至墻踵：因，故破裂面交與荷載中部，假設正確。2)計算主動土壓力，水平分量 豎直分量 3)主動土壓力作用點位置因墻底傾斜，故取修正值其中，擋土墻頂寬由1.6欄中的試算確定。1.6擋土墻計算比較計算荷載與驗算荷載，發現驗算荷載的土壓力較大。由于基底摩擦系數較小，估計為滑動控制，故先采用驗算荷載即掛車120的土壓力計算。這里只對荷載組合進行計算。經試算，取擋土墻頂寬.圖1-1 重力式擋土

6、墻設計示例1.6.1墻身自重計算墻身體積，,，墻身自重，, ，1.6.2抗滑穩定性與抗傾覆穩定性驗算作用于墻底（即基底）的豎向力，抗滑穩定系數，滿足抗滑要求。墻身自重力臂，抗傾覆穩定系數滿足抗傾覆要求。驗算結果表明，斷面尺寸由滑動控制，故不必采用汽車超20級的土壓力計算。1.6.4基底應力及合力偏心距驗算豎向力至墻趾A的距離，墻底斜寬基底合力偏心距，基底應力，滿足要求。1.6.5墻身截面強度驗算墻面、墻背相互平行，截面最大應力出現在接近基底處。偏心距和基底應力經檢驗均滿足要求。墻身截面應力也能滿足墻身材料要求，故可不做檢驗。綜上可知，所擬截面符合要求，擋土墻頂寬.2邊坡穩定性設計2.1設計資料

7、路線經過區域路基填土為粘土，邊坡為梯形邊坡，分兩級，土力學的指標：塑限14%，液限27%，含水量19%，天然容重18KN/m3，粘聚力19KPa，內摩擦角27，公路按一級公路標準，雙向四車道，設計車速為80Km/h，路基寬度為24.5m，荷載為車輛重力標準值550KN，中間護坡道取2m，車道寬度3.75m，硬路肩2.5m，土路肩0.75m，進行最不利布載時對左右各布3輛車。2.2汽車荷載換算在進行邊坡穩定性分析時，需將車輛按最不利情況排列，去單位長度路段，并將車輛的設計荷載換算成當量土柱高度.按公路工程技術標準規定,對于標準車輛荷載前后輪最大軸距為12.8m.取后輪輪距為1.8m，相鄰兩車后輪

8、中心間距為1.3m，輪胎著地寬度為0.6m，則m其中，為橫向分布車輛數，為一輛車的重力，為橫向分布車輛輪胎最外緣之間的總距,m.2.3圓弧條分法2.3.1用4.5H法確定圓心輔助線自坡腳點向下作垂線，垂線長.自點向右作水平線,.即圓心輔助線上一點。平均邊坡，據此查表得.以點為中心，把逆時針旋轉角至；以點為中心，把水平線順時針旋轉角至；即為圓心輔助線上另一點。連接,并延長至,則即為圓心輔助線。結果如圖所示。圖2-1 4.5H法確定危險圓心輔助線2.3.2假設滑動曲線通過路基中線1)計算步驟圓弧范圍內土條分10段,每段寬3.45m.計算曲線每一分段距圓心豎線之間的偏角，其中，為各段中心橫坐標，圓心

9、豎線右側為正，左側為負，為滑動曲線半徑。將土條底部曲線近似看做直線，計算個分段面積，其中包括土柱部分面積。取路堤1m長，計算各分段重力.并計算其法向分量，切向分量.直接用CAD讀出滑動曲線總長.計算穩定系數，其中，摩擦系數，粘聚力.2)計算結果通過CAD軟件對土條10等分，取每段土條中位線深度作為土條深度，并記下相關數據。圖2-2 滑動曲線通過路基中線具體數據如下表所示:表2-1 曲線通過路基中線的邊坡穩定性分析分段土條深度(m)(kN/m)(kN/m)(kN/m)11.85-24.22-0.410.916.38114.89104.77-47.1325.08-15.50-0.270.9617.

10、53315.47303.99-84.3137.76-7.15-0.120.9926.77481.90478.15-59.9849.931.040.021.0034.26616.65616.5511.19510.739.250.160.9937.02666.33657.67107.11612.3017.640.300.9542.44763.83727.91231.47714.3426.440.450.9049.47890.51797.37396.51812.2635.970.590.8142.30761.35616.18447.1999.2446.830.730.6831.88573.80392

11、.58418.49104.5660.570.870.4915.73283.18139.14246.63合計4834.311667.17注：土條寬3.45m,滑動曲線長L=41.92m.最后算得邊坡穩定系數.2.3.3滑動曲線通過距左邊緣路基1/4路基寬度處用類似的方法對土條10等分，仍取每段土條中位線深度作為土條深度，結果如下，圖2-3 滑動曲線通過距左邊緣路基1/4路基寬度處具體數據如下表所示:表2-2 曲線通過距左邊緣路基1/4路基寬度處的邊坡穩定性分析分段土條深度(m)(kN/m)(kN/m)(kN/m)11.08-8.97-0.160.993.0755.2154.53-8.6122.9

12、9-2.70-0.051.008.49152.85152.68-7.2034.533.580.061.0012.87231.57231.1214.4645.889.820.170.9916.70300.59296.1851.2756.8416.220.280.9619.43349.66335.7497.6766.5423.050.390.9218.57334.32307.63130.9077.0929.800.500.8720.14362.44314.51180.1287.4837.280.610.8021.24382.38304.25231.6196.5545.610.710.7018.60

13、334.84234.23239.27103.1355.370.820.578.89160.0190.93131.66合計2321.821061.15注：土條寬2.84m,滑動曲線長L=33.46m.最后算得邊坡穩定系數.2.3.4滑動曲線通過距右邊緣路基1/4路基寬度處用類似的方法對土條12等分，仍取每段土條中位線深度作為土條深度，結果如下，圖2-4 滑動曲線通過距右邊緣路基1/4路基寬度處具體數據如下表所示:表2-3 曲線通過距右邊緣路基1/4路基寬度處的邊坡穩定性分析分段土條深度(m)(kN/m)(kN/m)(kN/m)12.43-38.15-0.620.798.24148.28116.6

14、1-91.6026.59-28.60-0.480.8822.34402.12353.06-192.49310.05-19.13-0.330.9434.07613.25579.39-200.97412.94-11.57-0.200.9843.87789.60773.55-158.37514.60-3.49-0.061.0049.49890.89889.24-54.23616.684.390.081.0056.551017.811014.8377.91718.8912.510.220.9864.041152.671125.30249.68818.8720.830.360.9363.971151.4

15、51076.19409.45917.2729.650.490.8758.551053.82915.83521.321014.9539.320.630.7750.68912.25705.73578.051111.5750.600.770.6339.22706.00448.12545.55126.1165.750.910.4120.71372.83153.13339.93合計8150.972024.24注：土條寬3.39m,滑動曲線長L=51.98m.最后算得邊坡穩定系數.由以上結果可知，第二條曲線（通過距左邊緣路基1/4路基寬度處）穩定系數最小，而且是最靠左邊，故下面再計算通過路基左邊緣的滑動曲

16、線的穩定系數。2.3.5滑動曲線通過路基左邊緣對土條7等分，取每段土條中位線深度作為土條深度，結果如下，圖2-5 滑動曲線通過路基左邊緣具體數據如下表所示:表2-4 曲線通過距右邊緣路基1/4路基寬度處的邊坡穩定性分析分段土條深度(m)(kN/m)(kN/m)(kN/m)10.689.480.160.992.1638.9238.396.4121.8015.300.260.965.72103.0399.3827.1932.5721.280.360.938.17147.11137.0853.3942.9427.520.460.899.35168.29149.2477.7652.6934.130.5

17、60.838.55153.98127.4686.3961.4241.310.660.754.5281.2861.0553.6670.7449.400.760.652.3542.3627.5732.16合計640.17336.95注：土條寬3.18m,滑動曲線長L=26.52m.最后算得邊坡穩定系數.2.4結果分析由以上結果可知，第二條曲線（通過距左邊緣路基1/4路基寬度處）為極限滑動面，其穩定系數滿足范圍（1.251.50）要求，因此所給邊坡滿足邊坡穩定性要求。3.瀝青混凝土路面設計3.1設計資料廣州郊區（IV區）某新建雙向2車道二級公路，擬采用瀝青混凝土路面，行車道中央劃雙線分隔。路基土為高

18、液限粘土，地下水位為1.05m，路基填土高度0.5m，預計通車初年的交通組成及交通量如下表所示：表3-1 預測交通組成及交通量車型前軸重(kN)后軸重(kN)后軸數后軸輪組數后軸距(m)交通量(輛/d)黃河JN16358.6114.0120380江淮AL660017.026.5120440東風EQ14023.669.3120185東風SP925050.7113.3324200北京BJ13013.427.4120200交通量年平均增長率7，沿線可開采碎石、砂礫，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供應。3.2設計軸載與路面等級路面設計以雙輪組單軸載100kN為標準軸載。3.2.1以設計彎沉值和瀝青層層底

19、拉應力為指標 1)軸載換算采用公式，其中，為標準軸載的當量軸次(次/日)為軸數系數為輪組系數，雙輪組為1.0，單論組為6.4為各種被換算車輛的作用次數(次/日)為各種被換算車輛的軸型(kN)為標準軸載(kN)當軸間距大于3m時，按單獨的一個軸計算，此時軸數系數為1；當軸間距小于3m時，雙輪或多輪的軸系數按公式計算，式中為軸數。軸載換算結果見下表，表3-2 以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標的軸載換算車型(kN)(次/日)(次/日)黃河JN163前軸58.616.4380237.86后軸11411380671.92江淮AL6600前軸1716.44401.26后軸26.5114401.36東風

20、EQ140前軸23.716.41852.26后軸69.21118537.29東風SP9250前軸50.716.420066.68后軸113.3116001032.88北京BJ130前軸13.5516.42000.21后軸27.2112000.69合計2052.432）累計當量軸次瀝青路面二級公路設計年限以12年計，雙向兩車道車道系數，則累計當量軸次，(次)屬于中等交通。3.2.2以半剛性材料層的拉應力為設計指標1)軸載換算采用公式，其中，為軸數系數為輪組系數，雙輪組為1.0，單輪組為18.5其余符號意義同前。單軸，雙輪或多輪的軸系數按公式計算，式中為軸數。軸載換算結果見下表，表3-3 以半剛性

21、材料層的拉應力為設計指標的軸載換算車型(kN)(次/日)(次/日)黃河JN163前軸58.6118.538097.75后軸114113801083.98江淮AL6600前軸17118.54400.01后軸26.5114400.01東風EQ140前軸23.7118.51850.03后軸69.2111859.73東風SP9250前軸50.7118.520016.15后軸113.3116001629.26北京BJ130前軸13.55118.52000.00后軸27.2112000.01合計2836.942）累計當量軸次瀝青路面二級公路設計年限以12年計，雙向兩車道車道系數，則累計當量軸次，(次)3.

22、3確定土基回彈模量3.3.1確定臨界高度廣州郊區（IV區），路基土為高液限粘土，查表取路基臨界高度.3.3.2擬定土的平均稠度地下水位為1.05m，路基填土高度0.5m，,故土基屬中濕路基，查表取平均稠度。3.3.3預估路基回彈模量再根據土類和自然區劃以及平均稠度，并考慮到采用重型擊實標準時，路基回彈模量可較表列數值提高20%-35%，取土基回彈模量設計值為.3.4路面結構組合設計3.4.1擬定路面結構組合方案二級公路中等交通路面宜采用雙層結構，面層類型選擇瀝青混凝土。其中，表面層采用細粒式密集配瀝青混凝土，下面層采用粗粒式密集配瀝青混凝土。由于沿線可開采碎石、砂礫，并有粉煤灰、石灰、水泥等材

23、料供應，故基層和底基層分別采用石灰粉煤灰碎石基層和石灰土穩定碎石。擬定方案：3cm細粒式密集配瀝青混凝土+7cm粗粒式密集配瀝青混凝土+20cm石灰粉煤灰碎石基層+?石灰土穩定碎石,以石灰土穩定碎石為設計層。3.4.2各層材料設計參數查表，確定各層材料的抗壓回彈模量。當以路表彎沉值為設計驗算指標時，取標準試驗溫度為20；當以層底拉應力為設計驗算指標時，取標準試驗溫度為15。然后查表確定各層材料劈裂強度，并借助HPDS2003A軟件計算各層材料容許拉應力（容許拉應力計算公式為，抗拉強度結構系數按結構材料類型選擇相應公式計算）。軟件計算結果如下表： 表3-4 各層材料設計參數層位結構層材料名稱厚度

24、(cm)抗壓模量(MPa)劈裂強度(MPa)容許拉應力(MPa)20151細粒式瀝青混凝土3140020001.40.512粗粒式瀝青混凝土7100015000.80.263石灰粉煤灰碎石20130013000.70.374石灰土穩定碎石？9009000.350.183.5路面厚度計算3.5.1設計彎沉二級公路等級系數，瀝青混凝土面層系數，半剛性基層瀝青路面結構類型系數，故設計彎沉，3.5.2路面結構厚度計算同樣借助HPDS2003A軟件計算。首先,確定設計層最小厚度為15cm,路面最小防凍厚度50cm.然后輸入抗壓模量、容許應力、設計彎沉、厚度等參數，進行厚度計算。1) 按設計彎沉值計算設計

25、層厚度LD=27.01(0.01mm)H(4)=20cm LS=29.3(0.01mm)H(4)=25cm LS=26.1(0.01mm)H(4)=23.6cm(僅考慮彎沉)2)按容許拉應力驗算設計層厚度H(4)=23.6cm(第1層底面拉應力驗算滿足要求)H(4)=23.6cm(第2層底面拉應力驗算滿足要求)H(4)=23.6cm(第3層底面拉應力驗算滿足要求)H(4)=23.6cm(第4層底面拉應力驗算滿足要求)路面設計層厚度：H(4)=23.6cm(僅考慮彎沉)H(4)=23.6cm(同時考慮彎沉和拉應力)3)驗算路面防凍厚度路面最小防凍厚度50cm，驗算結果表明，路面總厚度滿足防凍要求

26、 。3.5.3各結構層厚度對設計層厚度取整，得到各結構層厚度最終結果，細粒式密集配瀝青混凝土：3cm粗粒式密集配瀝青混凝：7cm石灰粉煤灰碎石基層：20cm石灰土穩定碎石：24cm3.6竣工驗收彎沉值和層底拉應力計算仍然利用HPDS2003A軟件。輸入抗壓模量、厚度等參數，進行竣工驗收彎沉值和層底拉應力計算。1)計算新建路面各結構層及土基頂面竣工驗收彎沉值第1層路面頂面竣工驗收彎沉值LS=26.6(0.01mm)第2層路面頂面竣工驗收彎沉值LS=29.1(0.01mm)第3層路面頂面竣工驗收彎沉值LS=34.6(0.01mm)第4層路面頂面竣工驗收彎沉值LS=82(0.01mm)土基頂面竣工驗收彎沉值，LS=261.9(0.01mm)(根據“基層施工規范”第88頁公式)LS=207(0.01mm)(根據“測試規程”第56頁公式)2)計算新建路面各結構層底面最大拉應力第1層底面最大拉應力(1)=-.273(MPa)第2層底面最大拉應力(2)=-.06