1、學號武漢科技大學城市學院課程設 計報告課程名稱路基與路面工程A重力式擋土墻設計題 目 B瀝青路面設計C水泥混凝十路面設計院系土木工程系專業交通十建班級07級1班姓名褚駿鵬指導教師 陸永青2010年 6 月 13 日路基與路面工程課程設計任務書題目 : A 重力式擋土墻設計B 瀝青路面設計C 水泥混凝土路面設計1. 課程設計教學條件要求設計室：制圖教室2. 課程設計任務（ 1 ）了解設計任務, 擬定工作計劃，查閱資料。（ 2）按公路路基設計規范（ JTG D30 2004） “ 5.4 擋土墻”一節，采用極限狀態設計法進行重力式擋土墻設計；（ 3） 按 公路瀝青路面設計規范JIG D50-200

2、6 的內容及要求進行瀝青路面結構設計；（ 4）按公路水泥混凝土路面設計規范JTG D40-2002 的內容及要求進行水泥混凝土路面結構設計；（ 5）根據指導教師的要求，采用指定的初始條件進行設計：重力式擋土墻、水泥混凝土路面的設計計算按所選方案手算；瀝青路面的設計，在完成路面結構組合設計后，利用設計軟件進行結構層厚度計算及各層底拉應力驗算。在設計說明書（設計報告書）中應畫計算圖，采用A4 紙打印設計報告書。（ 6）出圖：重力式擋土墻、瀝青路面設計不出圖（留待畢業設計時訓練出圖）；水泥混凝土路面設計，繪制面板接縫構造及鋼筋布置圖，A3 圖紙 1 頁。3. 課程設計報告書主要內容A 重力式擋土墻設

3、計（一）初始條件：（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10m；路基寬度26ml路肩寬度3.0m；（2）基底傾斜角0 ： tan 0 = 0.190,取汽車荷載邊緣距路肩邊緣d =0.5m；（ 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=18kN / m3, 填料與墻背的外摩擦角=0.5 ；粘性土地基與漿砌片石基底的摩擦系數科=0.30 ,地基容許承載力0 =250 kPa ;（5）墻身采用2.5號砂漿砌 25號片石，垮工容重k =22 kN/m3,容許壓應力 a 600kP

4、a,容許剪應力j100kPa,容許拉應力l60 kPa； b 6） 以下設計參數區別為每人一題，根據指導教師的安排指定采用（對所采用的參數值打標記）：墻后砂性土填料的內摩擦角：34 °墻面與墻背平行，墻背仰斜坡度（1: n ） ：1:0.25墻高H：7m墻頂填土高a ：3.0m（二）要求完成的主要任務：按公路路基設計規范（ JTG D30 2004） “ 5.4 擋土墻”一節，采用極限狀態設計法進行設計：（ 1 ）車輛荷載換算；（2）計算墻后主動土壓力Ea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

5、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。B 瀝青路面設計（一）初始條件：廣西南寧地區（IV 7區）某新建雙向4 車道一級公路，擬采用瀝青混凝土路面，路基土為高液限粘土，地下水位為1m路基填土高度1.2m,預計通車初年的交通量如下：車型黃河解放長征上海小汽車JN150CA10BCZ160SH130交通量（ 輛 /d）7201100280120100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。(二)要求完成的主要任務：(1)確定路面等級和面層類型；(2)確定土基的回彈模量；(3)路面結構組合設計；(4)根據設計彎沉值計算路面厚度

6、(采用瀝青路面設計專用程序， 輸入設計彎沉值及設 計參數匯總表的設計參數后，對需進行厚度計算的結構層進行厚度計算， 并進行各層底拉應 力驗算)。C水泥混凝土路面設計廣州郊區(IV7區)某新建雙向2車道二級公路，擬采用水泥混凝土路面，行車道寬度為9ml路基土為中液限粘土，地下水位為0.7m,路基填土高度 0.6m,預計通車初年的交通量如下：車型解放CA10B上海SH142長征CZ160930黃河JN150交通量(輛/日)400750650600700交通量年平均增長率 8.5 %,沿線可開采碎石、砂礫，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供應。(二)要求完成的主要任務：(1)可靠度設計標準及變異系數范圍

7、、可靠度系數的選用；(2)標準軸載作用次數的換算。(3)確定交通分級及混凝土彎拉強度標準值。(4)結構組合設計。(5)接縫設計。(6)混凝土板應力分析及厚度計算。(7)面板接縫構造及鋼筋布置圖。4.課程設計要求(1)學生按時到課程設計指定地點簽到，遵守課程設計紀律。(2)學生獨立完成課程設計任務。指導教師分時段驗收學生完成的階段任務。(3)學生按時提交課程設計成果和打印的課程設計報告書。29 / 275課程設計參考資料1）中華人民共和國行業標準. 公路路基設計規范（JTG D30 2004） . 北京：人民交通出版社，20042）中華人民共和國行業標準. 公路瀝青路面設計規范（JTG D50

8、2006） . 北京：人20063）中華人民共和國行業標準. 公路水泥混凝土路面設計規范（ JTG D40 2002） . 北京：人民交通出版社，2002中華人民共和國行業標準. 公路工程技術標準（JTG B01-2003）. 北京：人民交通出版社，20035）鄧學鈞. 路基路面工程.北京：人民交通出版社，2000撰寫者：陸永青指導教師：陸永青課程設計評分表評分標準：1 .學生是否嚴格遵守課程設計紀律，按照規定時間完成設計任務（占30%）2 .課程設計報告書質量：（占40%）（1）是否采用了良好的設計方法，獨立完成課程設計。（2）課程設計各分段的任務是否按時完成及完成的質量。（3）是否完成課程

9、設計任務書指定的全部要求。3 .課程設計報告書的撰寫規范（占30%）課程設計報告書的撰寫規范要求與畢業設計（論文）的要求相同。教師評分：1 .學生出勤得分：2 . 內容質量得分： 3 .撰寫規范得分：最終評定成績（以優、良、中、及格、不及格評定）教師評語:簽字：日期：年一月一日A重力式擋土墻設計1設計參數擋土墻墻高H=7m取基礎埋置深度D=i.5m擋土墻縱向分段長度取L=iom 路基寬度26m路肩寬度3.0m；墻面與墻背平行，墻背仰斜，仰斜坡度1:0.25 ,=14.03° ,墻底(基底)傾斜度tan 0=0.190,傾斜角 0=10.76° ;墻頂填土高度 a=3.0m,

10、填土邊坡坡度 1:1.5 , =arctan (1.5) 1 =33.69 ° , 汽車荷載邊緣距路肩邊緣d =0.5m墻后填土砂性土內摩擦角=34 ,填土與墻背外摩擦角 =/2=17 ,填土容重=18kN/m3;粘性土地基與漿砌片石基底的摩擦系數以二0.30;墻身采用2.5號砂漿砌25號片石，墻身砌體容重k=22kN/m3,砌體容許 壓應力a =600kPa,砌體容 許剪應力=100kPa,砌 體容許拉應力 wl =60kPa ；地基容許承載力0 =250kPa。2車輛荷載換算h0 q 140.78m183主動土壓力計算3.1 計算破裂角A ab 2h0(b d) H(H 2a 2

11、h0)tan (Ha)(Ha 2h0)3 4.5 2 0.78 (4.5 0.5) 7 (7 2 3 2 0.78) tan( 14.03)(7 3) (7 3 2 0.78)0.4出3414.031736.97 tan tan w J(cot tan w)(tan w A)tan 36.97. (cot 34tan36.97 )(tan 36.970.4)0.8640.69墻底到路肩的水平距離為3.75m,路肩寬3m,墻底至破裂面與路基交點 距離為(7 2.5) 0.86 8.17m , 3+3.75=6.75<8.17 破裂面交于荷載內進行 計算直線形仰斜墻背，且墻背傾角較小，不會出

12、現第二破裂面。3.2 計算主動土壓力Ea及其作用點位置3.2.1 計算主動土壓力Eah2 d -05 0.82mtan tan 0.86 0.25 b atan 4.5 3 0.86 o 彳h33.1mtan tan 0.86 0.25Ka cos(tan tan )sin( w)cos(40.734 )( - tan40.7 tan( 14.03 )sin(40.736.97 )0.16h1 H h2 h37 0.82 3.1 3.18mK11 2a (1H2 31 (171.293.12h。%"HF2 0.78 3.1849Ea12-H KaK1 291.02 kN m118 4

13、9 0.1621.29ExEyEa cos(Ea sin(91.02 cos(1791.02 sin(1714.03 )14.03 )90.9kN m4.72kN m3.2.2計算主動土壓力的合力作用點位置Zx2a(H h3)2 h0h1(3h1 2H)Zy3H 2Kl2一3 (7 3.1)2 0.78 3.18 (3 3.1832.55mb1b1tan1.61mZx tan墻底（基底）_ b1tan 02 7)3 49 1.29tan 01.7 1.7 tan( 14.03 ) 0.1901.61 2.55 0.25 2.25m傾斜，需把求得的Zx、Zy修正為Zx1、Zy1,即：Zx1 =

14、Zx,Zy1= 6_Zx1tan (見“附錄”的圖)Zx1Zx b1 tan 0 2.55 1.7 0.190 2.18mZy1 b Zx1 tan 1.7 2.18 tan( 14.03) 2.24m3.3 被動土壓力墻前的被動土壓力忽略不計。偏于安全。4擋土墻計算只對荷載組合II進行計算。4.1 擬定擋土墻頂寬經試算，取擋土墻頂寬為b1=1.6m4.2 抗滑動穩定性驗算墻身體積計算：V1 b1(Hb1 tan 0) 1.6 (7 1.6 0.190) 10.71m3223V2 0.5b1 tan 00.5 1.6 0.5(0.5 0.047)1.6 1.09 0.190 0.24mV V1

15、 V210.71 0.24 10.95m3墻身自重計算：G1=V1 k 10.71 22235.62 kN , G2 =V2 k 0.24 22 5.28kN ,G G1 G2235.62 5.28 240.9kN抗滑穩定性驗算：1.1G Q1(Ey Ex tan °)(1.1G QEy)tan ° qiEx1.1 240.9 1.4 (4.72 90.9 0.190) 0.3 (1.1 240.9 1.40 4.72) 0.190 1.40 90.913.08> 0墻身自重力臂計算：0.5Zg1 0.5( Hb1 tan 0) n b17 1.6 0.1900.25

16、 1.61.65Zg2 1/2 1/3(1/2 tan tan 0)4Zg(G1ZG1 G2ZG2)235.62 1.65 5.28 1.09240.91.63N G1 G2 Ey 240.9 4.72245.62kNN Ex tan 0Kx0CEx N tan。抗滑穩定系數:245.62 90.9 0.190 0.3 17 .390.9 245.62 0.190滿足要求4.3抗傾覆穩定性驗算0.8GZgQ1(EyZy1EXZX1) 0.8 240.9 1.63 1.4 (4.72 2.25 90.9 2.55)4.5> 0抗傾覆穩定系數:GiZgIG2ZG2EyZy1Ko ExZx12

17、35.62 1.65 5.28 1.09 4.72 2.2490.9 2.182.04 1.5滿足要求4.4基底合力偏心距驗算ZnG1Zg1G2ZG2EyZy1 ExZx1N至墻趾A的距離N235.62 1.65 5.28 1.09 4.72 2.24 90.9 2.18245 .620.84m基底合力偏心距e0Zn1.61 0.8420.035 ；4.5地基承載力驗算245.621.61(10.0351.61)172.46kPa< 0 250kPa2-1詈)245.626 0.0351.611.61132.66kPa< 0 250kPa滿足要求4.6墻身強度驗算墻面與墻背平行,截

18、面最大應力位于接近基底處。由基底應力計算結果知墻身正應力滿足墻體材料強度要求墻身剪應力及彎拉應力很小，計算從略。B瀝青路面設計1確定路面等級和面層類型1.1 設計年限內一個車道的累計當量軸次計算1）軸載分析路面設計以雙輪組單軸載100KNKJ標準軸載4.35Pip 計算（小于25的軸載不計），計當以設計彎沉為指標及驗算瀝青層層底拉應力時kNC1C2Q各級軸載換算采用i1算結果列表所示軸載換算結果匯總表（以彎沉為標準時）車型P KNC1C2ni次/日1C1 C2 n1 P / P 4.35/（次日1）黃河JN150前軸4916.4720206.9后軸101.611720771.5解放CA10B后

19、軸60.85111100126.7長征CZ160前軸45.216.428056.6后軸83.72.21280284.1上海SH130前軸16.5120后軸23120小汽車100k 一4.35合計：N1C1 C2 nlP/Pi 11445.8一級公路瀝青路面的設計年限為15年，雙向四車道的車道系數0.45則設計使用期累計當量軸次為：Ne1 t 1 365 一Ni151 0.071 3650.071445.8 0.45 596745欹當驗算半剛性基層層底拉應力時:各級軸載（軸載小于50KN的不計）車型P KN,C1,C2ni次/日1_ ' _ '一_ 8CC2n1P /P/（次日1

20、）黃河JN150后軸106.6117201200.5解放CA10B后軸60.8511110020.7長征CZ160后軸83.731280202.3k 一_'_'8合計：N1C1 C2、P/Pi 11423.5則用半剛性基層層底拉應力驗算的累計當量軸次為：Ne J1 365 N1587541牧1.2 確定路面等級和面層類型根據“瀝規”并結合上面的計算，確定路面等級為高級路面；面層類型為 瀝青混凝土。2確定土基的回彈模量1）確定路基的干濕類型：該路處于IV7區，路槽底距地下水位高度平均為1.0m 12m 22m，查表可知此高度高于Hi,屬于干燥路基。2）確定路基的平均稠度：查表可知

21、路基平均稠度介于爪1.03）和c0（1.20）之間，取1.1。3）查表可得土基的回彈模量E0 40MPa。3路面結構組合設計3.1擬定路面結構組合方案. 、一 -. .一4經計算，路基設計使用年限內一個車道上累計標準軸載次為596.7 10次左右，查表可得路面為高級路面，面層宜選擇瀝青混凝土，又由于該路為一級公路，因此采用雙層式結構3.2 擬定路面結構層的厚度表面層采用4cm厚細粒式密集配瀝青混凝土，下面層采用 6cm厚粗 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、 水泥等材料供應，基層和底基層分別采用剛度較高、水穩定性好的石灰粉 煤灰穩定碎石基層（厚20cm和石灰穩定

22、土底基層（厚度待計算確定）。3.3 各層材料設計參數土基及路面材料的回彈模量及各強度值列于下表中材料名稱抗壓回彈模（MPa劈裂強度（MPa20 C15 C細粒試瀝青混泥土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27一4 根據設計彎沉值計算路面厚度4.1 計算設計彎沉值Ac 1.0，面層為瀝青混凝土，取As 1.0，半剛性基層、底基層總厚度大于20cm,取人1.0。設計彎沉：Ld600 Ne 0.2 Ac As Ab600 59674560.2 1.0 1.01.0 26.48計算各層材料的容

23、許層底拉應力/KR sp s細粒式密集配瀝青混凝土：0 22Ks 0.09 Aa Ne0.22/Ac0.09 1.002259674560.22 /1.02.79R s /Ks 1.4/2.79 p0.5MPa中粒式密集配瀝青混凝土:02259674560.22 /1.02.790 22Ks 0.09 Aa Ne0.22/Ac0.09 1.0R s /Ks 1/2.79 0.36MPap粗粒式密集配瀝青混凝土：K 0.09 A N 0.22/A 0.09 1.1 59674560.22/1.0 3.08MPa saecR / K 0.8/3.08 0.26MPaR sp s兩灰碎石:Ks 0.

24、35 Ne0.11/Ac 0.35 59674560'1/1.0 1.91MPaRsd/Ks0.65/1.91 0.34MPaRsp s石灰土： _011_ _0 11_Ks 0.45 Ne/Ac 0.45 5967456 /1.1 2.5MPasd/Ks 0.225/2.5 0.09MPa sp s設計參數匯總表材料名稱厚度(cmj)20 C抗壓模里(MPa15C抗壓模里(MPa谷許拉應力(MPa)細粒式瀝青混凝土4140020000.5中粒式瀝青混凝土5120018000.36粗粒式瀝青混凝土6100014000.26兩灰碎石2215000.34石灰土?5500.09土基-34-采

25、用HPDS2003所路路面設計程序計算結果:公路等級：一級公路 新建路面的層數：5 標準軸載：BZZ-100 路面設計彎沉值:26.5(0.01mm)路面設計層層位：5設計層最小厚度：15 (cm)設計參數匯總表材料名稱厚度(cm20 C抗壓模里(MPa15c抗壓模里(MPa谷許拉應力(MPa)細粒式瀝青混凝土4140020000.5中粒式瀝青混凝土5120018000.36粗粒式瀝青混凝土6100014000.26兩灰碎石2215000.34石灰土235500.09土基-34-按設計彎沉值計算設計層厚度LD= 26.5 (0.01mm)H( 5 )= 20 cm LS= 27.8 (0.01

26、mm)H( 5 )= 25 cm LS= 25.5 (0.01mm)H( 5 )= 22.8 cm( 僅考慮彎沉)按容許拉應力驗算設計層厚度:H( 5 )= 22.8 cm(第 1 層底面拉應力驗算滿足要求)H( 5 )= 22.8 cm(H( 5 )= 22.8 cm(H( 5 )= 22.8 cm(H( 5 )= 22.8 cm( 路面設計層厚度第2層底面拉應力驗算滿足要求)第3層底面拉應力驗算滿足要求)第4層底面拉應力驗算滿足要求)第5層底面拉應力驗算滿足要求)H( 5 )= 22.8 cm(H( 5 )= 22.8 cm(僅考慮彎沉)同時考慮彎沉和拉應力)通過對設計層厚度取整,最后得到

27、路面結構設計結果如下:細粒式瀝青混凝土4 cm粗粒式瀝青混凝土6 cm石灰粉煤灰碎石22cm石灰土23cm土基竣工驗收彎沉值和層底拉應力計算材料名稱厚度(cm20 C抗壓模里(MPa15C抗壓模里(MPa谷許拉應力(MPa)細粒式瀝青混凝土4140020000.5中粒式瀝青混凝土5120018000.36粗粒式瀝青混凝土6100014000.26兩灰碎石2215000.34石灰土235500.09土基-34-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= 26.4 (0.01mm)層路面頂面竣工驗收彎沉值LS= 29.4 (0.01mm)層路面頂面竣工驗收彎沉

28、值LS= 33.6 (0.01mm)層路面頂面竣工驗收彎沉值LS= 39.2 (0.01mm)第5層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 115.2 (0.01mm)土基頂面竣工驗收彎沉值 LS= 292.5 (0.01mm)(根據“基層施工規范” 第88頁公式)LS= 232.9 (0.01mm)(根據“測試規程”第56頁公式)計算新建路面各結構層底面最大拉應力層底面最大拉應力(r( 1 )=-0.227 (MPa)層底面最大拉應力(r( 2 )=-0.083 (MPa)層底面最大拉應力(r( 3 )=-0.033 (MPa)層底面最大拉應力(r( 4 )=0 .134 (MPa)層底面最大拉應力

29、(t( 5 )=0 .08 (MPa)3.5驗算瀝青混凝土各面層及半剛性基層、底基層的層底拉應力由以上計算結果可得，各結構層容許拉應力R均大于底面最大拉應力，故才兩足應力?兩足要求0C水泥混凝土路面設計1可靠度設計標準及變異系數范圍、可靠度系數的選用公路技術等級一級公路安全等級二級設計基準期(a)30目標可靠度（為90目標可靠指標1.28變異水平等級低-中可靠度系數1.162標準軸載作用次數的換算計算設計使用年限內的標準軸載累計作用次數Ne軸載換算的計算公式為:Ns n iNi 強 16i 1100軸載換算結果表車輛P (KN軸型軸-輪型系數ini （次/日）解放CA10B前軸19.40單軸單

30、輪2.22 103 pi 0.43400后軸60.85單軸雙輪1400上海SH142前軸25.55單軸單輪2.22 103 pi 0.43750后軸55.10單軸雙輪1750長征CZ160前軸45.20單軸單輪C cc "30.432.22 10 Pi650后軸83.70雙軸雙輪1.07 10 5Pi 0.22 1650930前軸22.9單軸單輪2.22 103 R 0.43600中軸60.6單軸雙輪1600后軸60.6單軸雙輪1600黃河JN150前軸49.00單軸單輪2.22 103 pi 0.43700后軸101.60單軸雙輪1700按規范查表得：交通等級為重，水泥混凝土路面的

31、設計基準期為 30年，安全等級為二級，臨界荷載處的車輪輪跡橫向分布系數=0.22。設計基準期內設計車道標準荷載累計作用次數為 t30一 Ns 11 365907 1 0.0851 365 ,Ne s 0.22 904681欹0.085屬于重交通等級普通混凝土設計彎拉強度fr ( MPa)5.0鋼纖維混凝土設計彎拉強度fr ( MPa)6.03確定土基的回彈模量1）確定路基的干濕類型：該路處于IV7區，路槽底距地下水位高度平均為0.7m 0.6m 13m，查表可知此高度在H2范圍內，屬于中濕路基。2) 確定路基的平均稠度： 查表可知路基平均稠度介于c1 (1.03) 和 c2 (0.94)之間，取1 。3) 查表可得土基的回彈模量E0 34.5MPa 。4 結構組合設計4.1 選擇面層類型及厚度查表得相應于安全等級二級的變異水平為中級。查表得初擬普通混凝土面層厚度為0.24m；排水基層選用多孔隙水