1、天津城市建設(shè)學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書2011 2012 學(xué)年第 1 學(xué)期 土木工程 系 土木工程道橋方向 專業(yè) 09級 課程名稱： 路基與路面工程 設(shè)計題目： 公路擋土墻與高級路面設(shè)計 完成期限：自 2012 年 1 月 9 日至2012 年 1 月 13 日設(shè)計依據(jù)、要求及主要內(nèi)容（可另加附頁）：依據(jù)設(shè)計任務(wù)書與公路工程設(shè)計相關(guān)規(guī)范，進行公路路基擋土墻設(shè)計、新建瀝青路面設(shè)計、改建瀝青路面設(shè)計和新建水泥混凝土路面設(shè)計。學(xué)生應(yīng)在課程設(shè)計教室獨立完成設(shè)計，保證出勤，學(xué)會查閱和使用規(guī)范、文獻，掌握擋土墻、路面設(shè)計的基本方法以及設(shè)計說明書和工程圖紙的基本格式。設(shè)計結(jié)束后，提交設(shè)計說明書一份，擋土墻設(shè)計圖、路

2、面設(shè)計圖各一張（3號圖），并在規(guī)定時間參加答辯。設(shè)計資料見附頁。指導(dǎo)教師： 董鵬 周燕 教研室主任： 李美東 批準(zhǔn)日期： 2011年11月30日 道路工程課程設(shè)計任務(wù)書（附頁）一、擋土墻設(shè)計： 設(shè)計資料： 1.漿砌片石重力式路堤墻，墻身高46米，墻上填土高23米，填土邊坡1:1.5，墻背仰斜，坡度1：0.151：0.35，墻身分段長度15米。2.公路等級二級，車輛荷載等級為公路II級，擋土墻荷載效應(yīng)組合采用荷載組合I、II。3.墻背填土容重18kNm3，計算內(nèi)摩擦角35,填土與墻背間的內(nèi)摩擦角/2。 4.地基為砂類土，容許承載力f350kPa，基底摩擦系數(shù)0.40。 5.墻身材料2.5號砂漿砌

3、25號片石，砌體容重23kNm3，砌體容許壓應(yīng)力a=600kPa，容許剪應(yīng)力50kPa，容許彎拉應(yīng)力wl80 kPa。根據(jù)設(shè)計資料進行擋土墻設(shè)計。二、路面設(shè)計：某國道天津段按一級公路標(biāo)準(zhǔn)修建，并將于2012年底通車，設(shè)計道路橫斷面為雙向四車道。根據(jù)可行性研究報告提供的2010年的交通組成情況如下表：車型黃河JN-l 50解放CA10B東風(fēng)EQ140日野KB222太脫拉l 38交通SH141輛/日682878625256114716經(jīng)論證分析，該公路自2010年至通車后2016年交通量增長率8.42，其后將以4.0增長。舊路改建路段現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)為2.5cm瀝青表面處治，25cm石灰土，在不利季節(jié)

4、由BZZ60實測彎沉值(1100)如下：61.8 68.3 69.1 65.7 58.8 66.6 77.8 44.3 31.338.9 45.3 29.1 27.5 30.7 31.9 54.3 79.6 77.268.9 92.3 83.4 91.6 89.7 83.6 路基土回彈模量為E035 MPa。根據(jù)以上資料完成：1. 新建與改建瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計計算；結(jié)構(gòu)方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。2. 新建水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計計算；結(jié)構(gòu)設(shè)計及結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖繪制。三、設(shè)計成果：設(shè)計結(jié)束后，提交設(shè)計說明書一份，擋土墻設(shè)計圖、路面設(shè)計圖各一張（3號圖）第一部分 擋土墻設(shè)計一設(shè)計資料： 1.漿砌片石重力式路堤墻，墻

5、身高46米，墻上填土高23米，填土邊坡1:1.5，墻背仰斜，坡度1：0.151：0.35，墻身分段長度15米。2.公路等級二級，車輛荷載等級為公路II級，擋土墻荷載效應(yīng)組合采用荷載組合I、II。3.墻背填土容重18kNm3，計算內(nèi)摩擦角35,填土與墻背間的內(nèi)摩擦角/2。 4.地基為砂類土，容許承載力f350kPa，基底摩擦系數(shù)0.40。 5.墻身材料2.5號砂漿砌25號片石，砌體容重23kNm3，砌體容許壓應(yīng)力a=600kPa，容許剪應(yīng)力50kPa，容許彎拉應(yīng)力wl80 KPa。根據(jù)設(shè)計資料進行擋土墻設(shè)計。路堤墻計算圖式二設(shè)計參數(shù)：(1)設(shè)計擋土墻高度H=5.0m；(2)墻上填土高度a=3.0

6、m；(3) 填土邊坡坡度為1:1.5；(4) 墻背仰斜坡度1:0.28；(5) 墻背填土計算內(nèi)摩擦角35；(6) 填土與墻背間的摩擦角填土與墻背間的內(nèi)摩擦角/2=1730；(7)路肩寬取0.5m；(8)墻背與豎直平面夾角：三車輛荷載換算：1試算不計車輛荷載作用時破裂破裂棱體寬度B0；(1)假定破裂面交于荷載內(nèi)；不計車輛荷載作用；計算棱體參數(shù)A0、B0：=(3+5+0)(3+5)=32=15則：根據(jù)值計算不計車輛荷載作用時破裂棱體寬度值B：由于路肩寬度d=0.5mB=2.8496m，所以可以確定破裂面交與荷載內(nèi)側(cè)。(2)驗證破裂面是否交與荷載內(nèi)側(cè)坡頂破裂面距墻踵：(H+)tan=(5+3)tan

7、()=8.7496m;荷載內(nèi)邊緣距墻踵：-Htan+b+d=-5tan(-)+4.5+0.5=6.40m;荷載外邊緣距墻踵：-Htan+b+d+=6.5+5.5=11.90m;因為6.40m8.7496m15.00m,擋土墻的計算長度取值15.00m.車輛荷載布置圖(公路-II級)：車輛荷載布置圖由于在不加荷載時破裂棱體寬度B=1.02m，路肩寬d=0.5m，所以可以知道車輛荷載有一半進入了破裂棱體范圍，所以Q=.換算土層厚度：四考慮車輛荷載時作用時的土壓力計算1計入求算破裂棱體的寬度(1)計算棱體參數(shù)A0、B0：則考慮車輛荷載后的破裂棱體寬度值為：(2)計算主動土壓力及其作用位置主動土壓力系

8、數(shù)：主動土壓力：E=作用位置：五設(shè)計擋土墻截面1初擬強頂寬度b2.抗滑穩(wěn)定性驗算假設(shè)b=1.70m每米墻體自重為：w= ，符合抗滑穩(wěn)定性要求。此時：3.抗傾覆穩(wěn)定性驗算1.5符合抗傾覆穩(wěn)定性要求。4.地基承載力驗算作用于基底的合力偏心距： = =-0.1199由于e=-0.1199是負(fù)值，則上式Zn應(yīng)該改為：(b-ZN)即此時=0.2917當(dāng)e時，壓應(yīng)力計算公式為: 在墻身截面強度驗算中主動土壓力計算時取墻身截面的一半計算：=14.50KPa=117.53Kpaf=350Kpa符合地基承載力要求。5.墻身截面強度驗算(1)抗壓強度驗算：由于Nj=223.4951KPa=251.3351KPa,

9、所以強身截面滿足抗壓強度要求。(2) 抗剪強度驗算57.97KPa；=0.45；其中W=0.4817；則，抗剪強度符合要求。綜合步驟(1)(2)可見墻身截面強度符合要求。綜上，各項指標(biāo)驗證完畢且均符合技術(shù)規(guī)范要求。第二部分 高級路面設(shè)計設(shè)計資料：某國道天津段按一級公路標(biāo)準(zhǔn)修建，并將于2012年底通車，設(shè)計道路橫斷面為雙向四車道。根據(jù)可行性研究報告提供的2010年的交通組成情況如下表：車型黃河JN-l 50解放CA10B東風(fēng)EQ140日野KB222太脫拉l 38交通SH141輛/日682878625256114716 經(jīng)論證分析，該公路自2010年至通車后2016年交通量增長率8.42，其后將以

10、4.0增長。 舊路改建路段現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)為2.5cm瀝青表面處治，25cm石灰土，在不利季節(jié)由BZZ60實測彎沉值(1100)如下：61.8 68.3 69.1 65.7 58.8 66.6 77.8 44.3 31.338.9 45.3 29.1 27.5 30.7 31.9 54.3 79.6 77.268.9 92.3 83.4 91.6 89.7 83.6 路基土回彈模量為E035 MPa。 根據(jù)以上資料完成： 1. 新建與改建瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計計算；結(jié)構(gòu)方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。2. 新建水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計計算；結(jié)構(gòu)設(shè)計及結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖繪制第一章 新建瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)軸載換算及設(shè)計彎沉值和

11、容許拉應(yīng)力計算：序號車輛名稱前軸重（kN）后軸重(kN)后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距(m)交通量1黃河JN15049101.61雙輪組8022解放CA10B19.460.851雙輪組10323東風(fēng)EQ14023.769.21雙輪組7354日野KB22250.2104.31雙輪組3015太脫拉13851.4802雙輪組31346交通SH14125.5555.11雙輪組842設(shè)計年限 15 車道系數(shù) 0.45 序號分段時間(年)交通量年增長率148.422114當(dāng)以設(shè)計彎沉值為指標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)力驗算時 : 路面竣工后第一年日平均當(dāng)量軸次 : 2065 設(shè)計年限內(nèi)一個車道上累計當(dāng)量軸次 : 76007

12、93 當(dāng)進行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗算時 : 路面竣工后第一年日平均當(dāng)量軸次 : 1549 設(shè)計年限內(nèi)一個車道上累計當(dāng)量軸次 : 5701515 公路等級 一級公路 公路等級系數(shù) 1 面層類型系數(shù) 1 基層類型系數(shù) 1 路面設(shè)計彎沉值 : 25.2 (0.01mm)層位結(jié)構(gòu)層材料名稱劈裂強度(MPa)容許拉應(yīng)力(MPa)1細(xì)粒式瀝青混凝土1.40.482中粒式瀝青混凝土1 0.343粗粒式瀝青混凝土 0.80.254石灰粉煤灰碎石 0.60.315石灰土0.250.1(2)新建路面結(jié)構(gòu)厚度計算: 公路等級 : 一級公路 新建路面的層數(shù) : 5 標(biāo)準(zhǔn)軸載 : BZZ-100路面設(shè)計彎沉值 : 25

13、.1 (0.01mm)路面設(shè)計層層位 : 4 設(shè)計層最小厚度 : 15 (cm) 層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度(cm)抗壓模量(MPa)(20)抗壓模量(MPa) (15)容許應(yīng)力(MPa)1細(xì)粒式瀝青混凝土314002000 0.482中粒式瀝青混凝土412001600 0.343粗粒式瀝青混凝土6900 12000.254石灰粉煤灰碎石? 150015000.315石灰土255505500.16土基-35-按設(shè)計彎沉值計算設(shè)計層厚度 :LD= 25.1 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm LS= 26.5 (0.01mm) H( 4 )= 30 cm LS= 23.5 (0.01mm)

14、H( 4 )= 27.2cm(僅考慮彎沉) 按容許拉應(yīng)力驗算設(shè)計層厚度 : H( 4 )= 27.2cm(第 1 層底面拉應(yīng)力驗算滿足要求) H( 4 )= 27.2 cm(第 2 層底面拉應(yīng)力驗算滿足要求) H( 4 )= 27.2 cm(第 3 層底面拉應(yīng)力驗算滿足要求) H( 4 )= 27.2 cm(第 4 層底面拉應(yīng)力驗算滿足要求) H( 4 )= 27.2 cm(第 5 層底面拉應(yīng)力驗算滿足要求)路面設(shè)計層厚度 : H( 4 )= 27.2 cm(僅考慮彎沉)H( 4 )= 27.2 cm(同時考慮彎沉和拉應(yīng)力)通過對設(shè)計層厚度取整,以及設(shè)計人員對路面厚度進一步的修改,最后得到路面

15、結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果如下: - 細(xì)粒式瀝青混凝土 3 cm - 中粒式瀝青混凝土 4 cm - 粗粒式瀝青混凝土 6 cm - 石灰粉煤灰碎石 25 cm - 石灰土 25 cm -土基(2)竣工驗收彎沉值和層底拉應(yīng)力計算：公路等級 : 一級公路新建路面的層數(shù) : 5 標(biāo)準(zhǔn)軸載 : BZZ-100 層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度(cm)抗壓模量(MPa) (20)抗壓模量(MPa) (15)計算信息 1細(xì)粒式瀝青混凝土314002000計算應(yīng)力2中粒式瀝青混凝土4 12001600計算應(yīng)力3粗粒式瀝青混凝土6900 1200計算應(yīng)力4石灰粉煤灰碎石25 15001500計算應(yīng)力5石灰土25 550550不算應(yīng)

16、力6土基-35-（4）計算新建路面各結(jié)構(gòu)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= 26.5 (0.01mm) 第 2 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 28.6 (0.01mm) 第 3 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 31.6 (0.01mm) 第 4 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 36 (0.01mm) 第 5 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 113.1 (0.01mm) 土基頂面竣工驗收彎沉值 LS= 331.5 (0.01mm)(根據(jù)“基層施工規(guī)范”第88頁公式) LS= 266.2 (0.01mm)(根據(jù)“測試規(guī)程”第56頁公式)計算新建路面各

17、結(jié)構(gòu)層底面最大拉應(yīng)力 : 第 1 層底面最大拉應(yīng)力 ( 1 )=-0.26 (MPa) 第 2 層底面最大拉應(yīng)力 ( 2 )=-0.115 (MPa) 第 3 層底面最大拉應(yīng)力 ( 3 )=-0.06 (MPa) 第 4 層底面最大拉應(yīng)力 ( 4 )= 0.128 (MPa) 第 5 層底面最大拉應(yīng)力 ( 5 )= .079 (MPa)第二章 改建瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計（1） 軸載換算及設(shè)計彎沉值和容許拉應(yīng)力計算：序號車型名稱前軸重(kN)后軸重(kN)后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距(m)交通量1黃河JN15049101.6 1雙輪組8022解放CA10B19.460.851雙輪組10323東風(fēng)EQ1402

18、3.769.21雙輪組7354日野KB22250.2104.31雙輪組3015太脫拉13851.480 2雙輪組31346交通SH14125.55 55.1 1雙輪組842設(shè)計年限 15 車道系數(shù) 0 .4 序號 分段時間(年)交通量年增長率1 48.42 2114 當(dāng)以設(shè)計彎沉值為指標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)力驗算時 :路面竣工后第一年日平均當(dāng)量軸次 : 2065 設(shè)計年限內(nèi)一個車道上累計當(dāng)量軸次 : 7600793 當(dāng)進行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗算時 :路面竣工后第一年日平均當(dāng)量軸次 : 1549 設(shè)計年限內(nèi)一個車道上累計當(dāng)量軸次 : 5701515 公路等級：一級公路公路等級系數(shù) 1 面層類型系數(shù)

19、 1 基層類型系數(shù) 1 路面設(shè)計彎沉值 : 25.2 (0.01mm)層位 結(jié)構(gòu)層材料名稱劈裂強度(MPa)容許拉應(yīng)力(MPa)1細(xì)粒式瀝青混凝土1.40.482中粒式瀝青混凝土1.0 0.343粗粒式瀝青混凝土0.8 0.254 石灰粉煤灰碎石0.6 0.315 石灰土0.250.1（2）改建路段原路面當(dāng)量回彈模量計算原路面換算彎沉值(0.01mm)： 96 107 108 102 92 104 121 69 49 61 71 45 43 48 50 85 124 120 107 144 130 143 140 130 原路面有效彎沉數(shù) : 24 原路面平均彎沉值 : 95 (0.01mm)

20、原路面彎沉值標(biāo)準(zhǔn)差 : 34 (0.01mm)測定汽車軸載: 60 kN改建公路等級: 一級公路保證率系數(shù): 1.5 原瀝青面層厚度: 2.5 (cm)測定時路表溫度與測定前5d日平均氣溫的平均值之和: 55 ()原路面基層類型 : 粒料類或瀝青穩(wěn)定類基層季節(jié)影響系數(shù) 1.2 濕度影響系數(shù) 1 溫度修正系數(shù) .97原路面計算彎沉值 : 175 (0.01 mm)原路面當(dāng)量回彈模量 : 93.7 (MPa)（3）改建路面補強厚度計算：公路等級 : 一級公路加鋪路面的層數(shù) : 4 標(biāo)準(zhǔn)軸載 : BZZ-100路面設(shè)計彎沉值 : 25.2 (0.01mm)路面設(shè)計層層位 : 4 設(shè)計層最小厚度 :

21、15 (cm)層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度(cm) 抗壓模量(MPa) (20)抗壓模量(MPa) (15) 容許應(yīng)力(MPa)1細(xì)粒式瀝青混凝土4 140020000.482中粒式瀝青混凝土5120018000.343粗粒式瀝青混凝土5100012000.254石灰粉煤灰碎石?150015000.315石灰土155505500.16改建前原路面93.7-按設(shè)計彎沉值計算設(shè)計層厚度 : LD= 25.2(0.01mm) H(4 )= 15 cm LS= 26.3 (0.01mm) H( 4 )= 20 cm LS= 22.7 (0.01mm)H( 4 )= 15 cm(僅考慮彎沉)按容許拉應(yīng)力驗算設(shè)

22、計層厚度 : H( 4 )= 16.5 cm(第 1 層底面拉應(yīng)力驗算滿足要求) H( 4 )= 16.5 cm(第 2 層底面拉應(yīng)力驗算滿足要求) H( 4 )= 16.5 cm(第 3 層底面拉應(yīng)力驗算滿足要求) H( 4 )= 16.5 cm(第 4 層底面拉應(yīng)力驗算滿足要求)路面設(shè)計層厚度 :H( 4 )= 16.5 cm(僅考慮彎沉)H( 4 )= 16.5 cm(同時考慮彎沉和拉應(yīng)力)(4)通過對設(shè)計層厚度取整以及設(shè)計人員對路面厚度進一步的修改最后得到路面結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果為： - 細(xì)粒式瀝青混凝土 4 cm - 中粒式瀝青混凝土 5 cm - 粗粒式瀝青混凝土 5cm - 石灰粉煤灰碎

23、石 17 cm-石灰土 15 cm-改建前原路面（5）竣工驗收彎沉值和層底拉應(yīng)力計算公路等級 : 一級公路加鋪路面的層數(shù) : 5 標(biāo)準(zhǔn)軸載 : BZZ-100層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度(cm)抗壓模量(MPa) (20)抗壓模量(MPa) (15)計算信息1細(xì)粒式瀝青混凝土414002000計算應(yīng)力2 中粒式瀝青混凝土512001800計算應(yīng)力3粗粒式瀝青混凝土510001200 計算應(yīng)力4石灰粉煤灰碎石1715001500計算應(yīng)力5石灰土15550550計算應(yīng)力6改建前原路面-93.7-計算改建路面各加鋪層頂面竣工驗收彎沉值 : 第 1 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 24.7 (0.01mm

24、) 第 2 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 28.0 (0.01mm) 第 3 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 33.1 (0.01mm) 第 4 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 38.9 (0.01mm) 第 5 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 97.7 (0.01mm)計算改建路面各加鋪層底面最大拉應(yīng)力 : 第 1 層底面最大拉應(yīng)力 ( 1 )=-0.229 (MPa) 第 2 層底面最大拉應(yīng)力 ( 2 )=-0.045 (MPa) 第 3 層底面最大拉應(yīng)力 ( 3 )= 0.032 (MPa) 第 4 層底面最大拉應(yīng)力 ( 4 )= 0.164 (MPa) 第 5 層底面最大拉應(yīng)

25、力 ( 5 )= 0.039 (MPa)第三章 新建水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計一交通分析由表12-9【P249】，一級公路的設(shè)計基準(zhǔn)期為30年，安全等級為二級，由表12-13【P251】臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.22，由題知該公路自2010年至通車后2016年交通量增長率8.42，其后將以4.0增長。 標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)計算：單軸雙輪組，單軸單輪組雙軸雙輪組序號汽車型號前軸重（kN）后軸重（kN）后軸數(shù)輪組數(shù)日平均交通量（輛/日）1黃河JN15049101.61雙6822解放CA10B19.460.851雙8783東風(fēng)EQ14023.769.21雙6254日野KB22250.2104.3

26、1雙2565太脫拉13851.41602雙1146交通SH14125.5555.11雙716路面特征系數(shù)為16，標(biāo)準(zhǔn)軸載為100，軸輪型系數(shù)及周載換算結(jié)果如下：車型軸重/KN輪軸系數(shù)平均日交通量軸載換算2009日標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)黃河JN16249416.466820.00503.14101.616821.2891879.19解放CA10B19.4620.298780.00000.0060.8518780.00040.31東風(fēng)EQ14023.7569.136250.00000.0069.216250.00281.73日野KB22250.2412.152560.00671.72104.312561

27、.9613502.10太脫拉13851.4407.981140.00971.101603.50E-061140.00650.74交通SH14125.55551.037160.00000.0055.117160.00070.05合計 1390因設(shè)計年平均日交通量分三段計算，則使用初期設(shè)計車道的日標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)：2013年初，次2016年末，次2017年末，次標(biāo)準(zhǔn)軸載累計作用次數(shù) =0.20【P251】2013年初2017年初：次2017年末2041年末：次累計標(biāo)準(zhǔn)軸作用次數(shù)次，查表得出該路段屬于重交通。二初擬路面結(jié)構(gòu)由表12-9，相應(yīng)于安全等級二級的變異水平等級為中級。根據(jù)一級公路、重交通等級