天津城市建設學院課程設計任務書2023—2023學年第1學期土木工程系土木工程道橋方向專業09級課程名稱：路基與路面工程設計題目：公路擋土墻與高級路面設計完成期限：自2023年1月9日至2023年1月13日設計依據、要求及主要內容〔可另加附頁〕：依據設計任務書與公路工程設計相關標準，進行公路路基擋土墻設計、新建瀝青路面設計、改建瀝青路面設計和新建水泥混凝土路面設計。學生應在課程設計教室獨立完成設計，保證出勤，學會查閱和使用標準、文獻，掌握擋土墻、路面設計的根本方法以及設計說明書和工程圖紙的根本格式。設計結束后，提交設計說明書一份，擋土墻設計圖、路面設計圖各一張〔3號圖〕，并在規定時間參加辯論。設計資料見附頁。指導教師：董鵬周燕教研室主任：李美東批準日期：20道路工程課程設計任務書〔附頁〕一、擋土墻設計：設計資料：1.漿砌片石重力式路堤墻，墻身高4－6米，墻上填土高2－3米，填土邊坡1:1.5，墻背仰斜，坡度1：0.15－1：0.35，墻身分段長度2.公路等級二級，車輛荷載等級為公路－II級，擋土墻荷載效應組合采用荷載組合I、II。3.墻背填土容重γ＝18kN／m3，計算內摩擦角Φ＝35°,填土與墻背間的內摩擦角δ＝Φ/2。4.地基為砂類土，容許承載力f＝350kPa，基底摩擦系數μ＝0.40。5.墻身材料2.5號砂漿砌25號片石，砌體容重23kN／m3，砌體容許壓應力[σa]=600kPa，容許剪應力[τ]＝50kPa，容許彎拉應力[σwl]＝80kPa。根據設計資料進行擋土墻設計。二、路面設計：某國道天津段按一級公路標準修建，并將于2023年底通車，設計道路橫斷面為雙向四車道。根據可行性研究報告提供的2023年的交通組成情況如下表：車型黃河JN-l50解放CA10B東風EQ140日野KB222太脫拉l38交通SH141輛/日682878625256114716經論證分析，該公路自2023年至通車后2023年交通量增長率8.42％，其后將以4.0％增長。舊路改建路段現有路面結構為2.5cm瀝青外表處治，25cm石灰土，在不利季節由BZZ—60實測彎沉值(1／100)如下：61.868.369.165.758.866.677.844.331.338.945.329.127.530.731.954.379.677.268.992.383.491.689.783.6路基土回彈模量為E0＝35MPa。根據以上資料完成：1.新建與改建瀝青路面結構設計計算；結構方案及結構設計圖。2.新建水泥混凝土路面結構設計計算；結構設計及結構構造圖繪制。三、設計成果：設計結束后，提交設計說明書一份，擋土墻設計圖、路面設計圖各一張〔3號圖〕第一局部擋土墻設計一．設計資料：1.漿砌片石重力式路堤墻，墻身高4－6米，墻上填土高2－3米，填土邊坡1:1.5，墻背仰斜，坡度1：0.15－1：0.35，墻身分段長度2.公路等級二級，車輛荷載等級為公路－II級，擋土墻荷載效應組合采用荷載組合I、II。3.墻背填土容重γ＝18kN／m3，計算內摩擦角Φ＝35°,填土與墻背間的內摩擦角δ＝Φ/2。4.地基為砂類土，容許承載力f＝350kPa，基底摩擦系數μ＝0.40。5.墻身材料2.5號砂漿砌25號片石，砌體容重23kN／m3，砌體容許壓應力[σa]=600kPa，容許剪應力[τ]＝50kPa，容許彎拉應力[σwl]＝80KPa。根據設計資料進行擋土墻設計。路堤墻計算圖式路堤墻計算圖式二．設計參數：(1)設計擋土墻高度H=5.0m；(2)墻上填土高度a=3.0m；(3)填土邊坡坡度為1:1.5；(4)墻背仰斜坡度1:0.28；(5)墻背填土計算內摩擦角Φ＝35°；(6)填土與墻背間的摩擦角填土與墻背間的內摩擦角δ＝Φ/2=17°30’(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；不計車輛荷載作用；計算棱體參數A0、B0：=(3+5+0)(3+5)=32=15那么：根據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=0.5m<B=2.8496m，所以可以確定破裂面交與荷載內側。(2)驗證破裂面是否交與荷載內側坡頂破裂面距墻踵：(H+)tan=(5+3)tan()=8.7496m;荷載內邊緣距墻踵：-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6.40m<8.7496m<11.90m,因此可知破裂面交與荷載內側，故假設成立。2．布載，換算土層厚度查閱《公路工程技術標準(JTG+B01-2003)》可知：公路-=2\*ROMANII級根本相當于汽車-20級車輛荷載。車輛荷載布置圖可知道：汽車-20級時，L0=3.0+1.4+7.0+1.4=12.8m.那么擋土墻的計算長度：L=L0+(H+2)tan =12.8+(5+2)tan =19.15m19.15m>15.00m,擋土墻的計算長度取值15.00m.車輛荷載布置圖(公路-=2\*ROMANII級)：車輛荷載布置圖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A0、B0：那么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數：主動土壓力：E=作用位置：五．設計擋土墻截面1．初擬強頂寬度b2.抗滑穩定性驗算假設b=1.70m每米墻體自重為：w=，符合抗滑穩定性要求。此時：3.抗傾覆穩定性驗算>1.5符合抗傾覆穩定性要求。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是負值，那么上式Zn應該改為：(b-ZN)即此時<=0.2917當e<時，壓應力計算公式為: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：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=117.53Kpa<f=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,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；那么，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，各項指標驗證完畢且均符合技術標準要求。第二局部高級路面設計設計資料：某國道天津段按一級公路標準修建，并將于2023年底通車，設計道路橫斷面為雙向四車道。根據可行性研究報告提供的2023年的交通組成情況如下表：車型黃河JN-l50解放CA10B東風EQ140日野KB222太脫拉l38交通SH141輛/日682878625256114716經論證分析，該公路自2023年至通車后2023年交通量增長率8.42％，其后將以4.0％增長。舊路改建路段現有路面結構為2.5cm瀝青外表處治，25cm石灰土，在不利季節由BZZ—60實測彎沉值(1／100)如下：61.868.369.165.758.866.677.844.331.338.945.329.127.530.731.954.379.677.268.992.383.491.689.783.6路基土回彈模量為E0＝35MPa。根據以上資料完成：1.新建與改建瀝青路面結構設計計算；結構方案及結構設計圖。2.新建水泥混凝土路面結構設計計算；結構設計及結構構造圖繪制第一章新建瀝青路面結構設計(1)軸載換算及設計彎沉值和容許拉應力計算：序號車輛名稱前軸重〔kN〕后軸重(kN)后軸數后軸輪組數后軸距(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設計年限15車道系數0.45序號分段時間(年)交通量年增長率148.42％2114％當以設計彎沉值為指標及瀝青層層底拉應力驗算時:路面竣工后第一年日平均當量軸次:2065設計年限內一個車道上累計當量軸次:7600793當進行半剛性基層層底拉應力驗算時:路面竣工后第一年日平均當量軸次:1549設計年限內一個車道上累計當量軸次:5701515公路等級一級公路公路等級系數1面層類型系數1基層類型系數1路面設計彎沉值:25.2(0.01mm)層位結構層材料名稱劈裂強度(MPa)容許拉應力(MPa)1細粒式瀝青混凝土1.40.482中粒式瀝青混凝土10.343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)新建路面結構厚度計算: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:25.1(0.01mm)路面設計層層位:4設計層最小厚度:15(cm)層位結構層材料名稱厚度(cm)抗壓模量(MPa)(20℃抗壓模量(MPa)(15℃容許應力(MPa)1細粒式瀝青混凝土3140020000.482中粒式瀝青混凝土4120016000.343粗粒式瀝青混凝土690012000.254石灰粉煤灰碎石?150015000.315石灰土255505500.16土基--35----按設計彎沉值計算設計層厚度:LD=25.1(0.01mm)H(4)=25cmLS=26.5(0.01mmH(4)=30cmLS=23.5(0.01mmH(4)=27.2cm(僅考慮彎沉)按容許拉應力驗算設計層厚度:H(4)=27.2cm(第1層底面拉應力驗算滿足要求)H(4)=27.2cm(第2層底面拉應力驗算滿足要求)H(4)=27.2cm(第3層底面拉應力驗算滿足要求)H(4)=27.2cm(第4層底面拉應力驗算滿足要求)H(4)=27.2cm(第5層底面拉應力驗算滿足要求)路面設計層厚度:H(4)=27.2cm(僅考慮彎沉)H(4)=27.2cm(同時考慮彎沉和拉應力)通過對設計層厚度取整,以及設計人員對路面厚度進一步的修改,最后得到路面結構設計結果如下:---------------------------------------細粒式瀝青混凝土3cm---------------------------------------中粒式瀝青混凝土4cm---------------------------------------粗粒式瀝青混凝土6cm---------------------------------------石灰粉煤灰碎石25cm---------------------------------------石灰土25cm---------------------------------------土基(2)竣工驗收彎沉值和層底拉應力計算：公路等級:一級公路新建路面的層數:5標準軸載:BZZ-100層位結構層材料名稱厚度(cm)抗壓模量(MPa)(20℃抗壓模量(MPa)(15℃計算信息1細粒式瀝青混凝土314002000計算應力2中粒式瀝青混凝土412001600計算應力3粗粒式瀝青混凝土69001200計算應力4石灰粉煤灰碎石2515001500計算應力5石灰土25550550不算應力6土基--35----〔4〕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=26.5(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“基層施工標準〞第88頁公式)LS=266.2(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:第1層底面最大拉應力σ(1)=-0.26(MPa)第2層底面最大拉應力σ(2)=-0.115(MPa)第3層底面最大拉應力σ(3)=-0.06(MPa)第4層底面最大拉應力σ(4)=0.128(MPa)第5層底面最大拉應力σ(5)=.079(MPa)第二章改建瀝青路面結構設計軸載換算及設計彎沉值和容許拉應力計算：序號車型名稱前軸重(kN)后軸重(kN)后軸數后軸輪組數后軸距(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設計年限15車道系數0.4序號分段時間(年)交通量年增長率148.42％2114％當以設計彎沉值為指標及瀝青層層底拉應力驗算時:路面竣工后第一年日平均當量軸次:2065設計年限內一個車道上累計當量軸次:7600793當進行半剛性基層層底拉應力驗算時:路面竣工后第一年日平均當量軸次:1549設計年限內一個車道上累計當量軸次:5701515公路等級：一級公路公路等級系數1面層類型系數1基層類型系數1路面設計彎沉值:25.2(0.01mm)層位結構層材料名稱劈裂強度(MPa)容許拉應力(MPa)1細粒式瀝青混凝土1.40.482中粒式瀝青混凝土1.00.343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〕改建路段原路面當量回彈模量計算原路面換算彎沉值(0.01mm)：9610710810292104121694961714543485085124120107144130143140130原路面有效彎沉數:24原路面平均彎沉值:95(0.01mm)原路面彎沉值標準差:34(0.01mm)測定汽車軸載:60kN改建公路等級:一級公路保證率系數: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:粒料類或瀝青穩定類基層季節影響系數1.2濕度影響系數1溫度修正系數.97原路面計算彎沉值:175(0.01mm)原路面當量回彈模量: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:4標準軸載:BZZ-100路面設計彎沉值:25.2(0.01mm)路面設計層層位:4設計層最小厚度:15(cm)層位結構層材料名稱厚度(cm)抗壓模量(MPa)(20℃抗壓模量(MPa)(15℃容許應力(MPa)1細粒式瀝青混凝土4140020000.482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----按設計彎沉值計算設計層厚度:LD=25.2(0.01mm)H(4)=15cmLS=26.3(0.01mm)H(4)=20cmLS=22.7(0.01mm)H(4)=15cm(僅考慮彎沉)按容許拉應力驗算設計層厚度:H(4)=16.5cmH(4)=16.5cmH(4)=16.5cmH(4)=16.5cm路面設計層厚度:H(4)=16.5cmH(4)=16.5cm(4)通過對設計層厚度取整以及設計人員對路面厚度進一步的修改最后得到路面結構設計結果為：---------------------------------------細粒式瀝青混凝土4cm---------------------------------------中粒式瀝青混凝土5---------------------------------------粗粒式瀝青混凝土5---------------------------------------石灰粉煤灰碎石17---------------------------------------石灰土15cm---------------------------------------改建前原路面〔5〕竣工驗收彎沉值和層底拉應力計算公路等級:一級公路加鋪路面的層數:5標準軸載:BZZ-100層位結構層材料名稱厚度(cm)抗壓模量(MPa)(20℃抗壓模量(MPa)(15℃計算信息1細粒式瀝青混凝土414002000計算應力2中粒式瀝青混凝土512001800計算應力3粗粒式瀝青混凝土510001200計算應力4石灰粉煤灰碎石1715001500計算應力5石灰土15550550計算應力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)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力:第1層底面最大拉應力σ(1)=-0.229(MPa)第2層底面最大拉應力σ(2)=-0.045(MPa)第3層底面最大拉應力σ(3)=0.032(MPa)第4層底面最大拉應力σ(4)=0.164(MPa)第5層底面最大拉應力σ(5)=0.039(MPa)第三章新建水泥混凝土路面結構設計一．交通分析由表12-9【P249】，一級公路的設計基準期為30年，平安等級為二級，由表12-13【P251】臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數取0.22，由題知該公路自2023年至通車后2023年交通量增長率8.42％，其后將以4.0％增長。標準軸載作用次數計算：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〕后軸數輪組數日平均交通量〔輛/日〕1黃河JN15049101.61雙6822解放CA10B19.460.851雙8783東風EQ14023.769.21雙6254日野KB22250.2104.31雙2565太脫拉13851.41602雙1146交通SH14125.5555.11雙716路面特征系數為16，標準軸載為100，軸—輪型系數及周載換算結果如下：車型軸重/KN輪軸系數平均日交通量軸載換算2023日標準軸載作用次數黃河JN16249416.466820.00503.14101.616821.2891879.19解放CA10B19.4620.298780.00000.0060.8518780.00040.31東風EQ14023.7569.136250.00000.0069.216250.00281.73日野KB22250.2412.152560.00671.72104.312561.9613502.10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因設計年平均日交通量分三段計算，那么使用初期設計車道的日標標準軸載作用次數：2023年初，次2023年末，次2023年末，次標準軸載累計作用次數η=0.20【P251】2023年初~2023年初：次2023年末~2041年末：次累計標準軸作用次數次，查表得出該路段屬于重交通。二．初擬路面結構由表12-9，相應于平安等級二級的變異水平等級為中級。根據一級公路、重交通