1、路基路面工程课程设计计算书 1、重力式挡土墙设计2、边坡稳定性设计3、沥青混凝土路面设计4、水泥混凝土路面设计学 生 姓 名：学 号：指 导 教 师：日 期：目 录第1题 重力式挡土墙设计11.1设计资料11.2设计任务11.3设计参数11.4车辆荷载换算21.5主动土压力计算21.6挡土墙计算5第2题 边坡稳定性设计92.1设计资料92.2汽车荷载换算92.3圆弧条分法102.4结果分析15第3题 沥青混凝土路面设计173.1设计资料173.2设计轴载与路面等级173.3确定土基回弹模量193.4路面结构组合设计203.5路面厚度计算213.6竣工验收弯沉值和层底拉应力计算22第4题 水泥混
2、凝土路面设计244.1设计资料244.2交通分析244.3初拟路面结构244.4路面材料参数确定244.5荷载疲劳应力254.6温度疲劳应力261重力式挡土墙设计1.1设计资料(1)浆砌片石重力式仰斜路堤墙，墙顶填土边坡1:1.5，墙身纵向分段长度为,路基宽度，路肩宽度.(2)基底倾斜角，取汽车荷载边缘距路肩边缘.(3)设计车辆荷载标准值按公路I级汽车荷载采用，即相当于汽车超20级、挂车120（验算荷载）。(4)墙后填料砂性土容重,填料与墙背的外摩擦角；粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数，地基容许承载力.(5)墙身采用2.5号砂浆砌25号片石，圬工容重，容许压应力，容许剪应力，容许拉应力.1.
3、2设计任务(1)车辆荷载换算。(2)计算墙后主动土压力及其作用点位置。(3)设计挡土墙截面，墙顶宽度和基础埋置深度应符合规范要求。进行抗滑动稳定性验算及抗倾覆稳定性验算。(4)基础稳定性验算与地基承载力验算。(5)挡土墙正截面强度及抗剪强度验算。1.3设计参数1.3.1几何参数墙高，取基础埋深,墙身纵向分段长度；墙背仰斜坡度1:0.25，墙底倾斜度，倾斜角；墙顶填土高度，填土边坡坡度1:1.5，汽车荷载边缘距路肩边缘.1.3.2力学参数墙后砂性土填料内摩擦角，填料与墙背外摩擦角，填土容重；墙身采用2.5号砂浆砌25号片石，墙身砌体容重,砌体容许压应力,砌体容许剪应力,砌体容许拉应力；地基容许承
4、载力.1.4车辆荷载换算查阅公路路基设计手册，按车带宽均摊的方法，计算各级荷载换算土柱高，并确定车辆荷载作用宽度。1.4.1计算荷载：汽车超20级汽车超20级对应的换算土层厚度，内数值大于分段长度,取从而求得.车辆荷载作用宽度.1.4.2验算荷载：挂车120挂车120，布置在路基全宽上。车辆荷载作用宽度.1.5主动土压力计算1.5.1计算荷载：汽车超20级1)计算破裂角假设破裂面交于荷载中部，则堤顶破裂面至墙踵：荷载内缘至墙踵：荷载外缘至墙踵：因，故破裂面交与荷载中部，假设正确。2)计算主动土压力，水平分量 竖直分量 3)主动土压力作用点位置因墙底倾斜，故取修正值其中，挡土墙顶宽由1.6栏中的
5、试算确定。1.5.2验算荷载：挂车120计算方法和公式同计算荷载，在式中取，.计算结果如下：1)计算破裂角假设破裂面交于荷载中部，则堤顶破裂面至墙踵：荷载内缘至墙踵：荷载外缘至墙踵：因，故破裂面交与荷载中部，假设正确。2)计算主动土压力，水平分量 竖直分量 3)主动土压力作用点位置因墙底倾斜，故取修正值其中，挡土墙顶宽由1.6栏中的试算确定。1.6挡土墙计算比较计算荷载与验算荷载，发现验算荷载的土压力较大。由于基底摩擦系数较小，估计为滑动控制，故先采用验算荷载即挂车120的土压力计算。这里只对荷载组合进行计算。经试算，取挡土墙顶宽.图1-1 重力式挡土墙设计示例1.6.1墙身自重计算墙身体积，
6、,，墙身自重，, ，1.6.2抗滑稳定性与抗倾覆稳定性验算作用于墙底（即基底）的竖向力，抗滑稳定系数，满足抗滑要求。墙身自重力臂，抗倾覆稳定系数满足抗倾覆要求。验算结果表明，断面尺寸由滑动控制，故不必采用汽车超20级的土压力计算。1.6.4基底应力及合力偏心距验算竖向力至墙趾A的距离，墙底斜宽基底合力偏心距，基底应力，满足要求。1.6.5墙身截面强度验算墙面、墙背相互平行，截面最大应力出现在接近基底处。偏心距和基底应力经检验均满足要求。墙身截面应力也能满足墙身材料要求，故可不做检验。综上可知，所拟截面符合要求，挡土墙顶宽.2边坡稳定性设计2.1设计资料路线经过区域路基填土为粘土，边坡为梯形边坡
7、，分两级，土力学的指标：塑限14%，液限27%，含水量19%，天然容重18KN/m3，粘聚力19KPa，内摩擦角27，公路按一级公路标准，双向四车道，设计车速为80Km/h，路基宽度为24.5m，荷载为车辆重力标准值550KN，中间护坡道取2m，车道宽度3.75m，硬路肩2.5m，土路肩0.75m，进行最不利布载时对左右各布3辆车。2.2汽车荷载换算在进行边坡稳定性分析时，需将车辆按最不利情况排列，去单位长度路段，并将车辆的设计荷载换算成当量土柱高度.按公路工程技术标准规定,对于标准车辆荷载前后轮最大轴距为12.8m.取后轮轮距为1.8m，相邻两车后轮中心间距为1.3m，轮胎着地宽度为0.6m
8、，则m其中，为横向分布车辆数，为一辆车的重力，为横向分布车辆轮胎最外缘之间的总距,m.2.3圆弧条分法2.3.1用4.5H法确定圆心辅助线自坡脚点向下作垂线，垂线长.自点向右作水平线,.即圆心辅助线上一点。平均边坡，据此查表得.以点为中心，把逆时针旋转角至；以点为中心，把水平线顺时针旋转角至；即为圆心辅助线上另一点。连接,并延长至,则即为圆心辅助线。结果如图所示。图2-1 4.5H法确定危险圆心辅助线2.3.2假设滑动曲线通过路基中线1)计算步骤圆弧范围内土条分10段,每段宽3.45m.计算曲线每一分段距圆心竖线之间的偏角，其中，为各段中心横坐标，圆心竖线右侧为正，左侧为负，为滑动曲线半径。将
9、土条底部曲线近似看做直线，计算个分段面积，其中包括土柱部分面积。取路堤1m长，计算各分段重力.并计算其法向分量，切向分量.直接用CAD读出滑动曲线总长.计算稳定系数，其中，摩擦系数，粘聚力.2)计算结果通过CAD软件对土条10等分，取每段土条中位线深度作为土条深度，并记下相关数据。图2-2 滑动曲线通过路基中线具体数据如下表所示:表2-1 曲线通过路基中线的边坡稳定性分析分段土条深度(m)(kN/m)(kN/m)(kN/m)11.85-24.22-0.410.916.38114.89104.77-47.1325.08-15.50-0.270.9617.53315.47303.99-84.313
10、7.76-7.15-0.120.9926.77481.90478.15-59.9849.931.040.021.0034.26616.65616.5511.19510.739.250.160.9937.02666.33657.67107.11612.3017.640.300.9542.44763.83727.91231.47714.3426.440.450.9049.47890.51797.37396.51812.2635.970.590.8142.30761.35616.18447.1999.2446.830.730.6831.88573.80392.58418.49104.5660.570
11、.870.4915.73283.18139.14246.63合计4834.311667.17注：土条宽3.45m,滑动曲线长L=41.92m.最后算得边坡稳定系数.2.3.3滑动曲线通过距左边缘路基1/4路基宽度处用类似的方法对土条10等分，仍取每段土条中位线深度作为土条深度，结果如下，图2-3 滑动曲线通过距左边缘路基1/4路基宽度处具体数据如下表所示:表2-2 曲线通过距左边缘路基1/4路基宽度处的边坡稳定性分析分段土条深度(m)(kN/m)(kN/m)(kN/m)11.08-8.97-0.160.993.0755.2154.53-8.6122.99-2.70-0.051.008.4915
12、2.85152.68-7.2034.533.580.061.0012.87231.57231.1214.4645.889.820.170.9916.70300.59296.1851.2756.8416.220.280.9619.43349.66335.7497.6766.5423.050.390.9218.57334.32307.63130.9077.0929.800.500.8720.14362.44314.51180.1287.4837.280.610.8021.24382.38304.25231.6196.5545.610.710.7018.60334.84234.23239.27103
13、.1355.370.820.578.89160.0190.93131.66合计2321.821061.15注：土条宽2.84m,滑动曲线长L=33.46m.最后算得边坡稳定系数.2.3.4滑动曲线通过距右边缘路基1/4路基宽度处用类似的方法对土条12等分，仍取每段土条中位线深度作为土条深度，结果如下，图2-4 滑动曲线通过距右边缘路基1/4路基宽度处具体数据如下表所示:表2-3 曲线通过距右边缘路基1/4路基宽度处的边坡稳定性分析分段土条深度(m)(kN/m)(kN/m)(kN/m)12.43-38.15-0.620.798.24148.28116.61-91.6026.59-28.60-0.
14、480.8822.34402.12353.06-192.49310.05-19.13-0.330.9434.07613.25579.39-200.97412.94-11.57-0.200.9843.87789.60773.55-158.37514.60-3.49-0.061.0049.49890.89889.24-54.23616.684.390.081.0056.551017.811014.8377.91718.8912.510.220.9864.041152.671125.30249.68818.8720.830.360.9363.971151.451076.19409.45917.272
15、9.650.490.8758.551053.82915.83521.321014.9539.320.630.7750.68912.25705.73578.051111.5750.600.770.6339.22706.00448.12545.55126.1165.750.910.4120.71372.83153.13339.93合计8150.972024.24注：土条宽3.39m,滑动曲线长L=51.98m.最后算得边坡稳定系数.由以上结果可知，第二条曲线（通过距左边缘路基1/4路基宽度处）稳定系数最小，而且是最靠左边，故下面再计算通过路基左边缘的滑动曲线的稳定系数。2.3.5滑动曲线通过路基左
16、边缘对土条7等分，取每段土条中位线深度作为土条深度，结果如下，图2-5 滑动曲线通过路基左边缘具体数据如下表所示:表2-4 曲线通过距右边缘路基1/4路基宽度处的边坡稳定性分析分段土条深度(m)(kN/m)(kN/m)(kN/m)10.689.480.160.992.1638.9238.396.4121.8015.300.260.965.72103.0399.3827.1932.5721.280.360.938.17147.11137.0853.3942.9427.520.460.899.35168.29149.2477.7652.6934.130.560.838.55153.98127.46
17、86.3961.4241.310.660.754.5281.2861.0553.6670.7449.400.760.652.3542.3627.5732.16合计640.17336.95注：土条宽3.18m,滑动曲线长L=26.52m.最后算得边坡稳定系数.2.4结果分析由以上结果可知，第二条曲线（通过距左边缘路基1/4路基宽度处）为极限滑动面，其稳定系数满足范围（1.251.50）要求，因此所给边坡满足边坡稳定性要求。3.沥青混凝土路面设计3.1设计资料广州郊区（IV区）某新建双向2车道二级公路，拟采用沥青混凝土路面，行车道中央划双线分隔。路基土为高液限粘土，地下水位为1.05m，路基填土高
18、度0.5m，预计通车初年的交通组成及交通量如下表所示：表3-1 预测交通组成及交通量车型前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(m)交通量(辆/d)黄河JN16358.6114.0120380江淮AL660017.026.5120440东风EQ14023.669.3120185东风SP925050.7113.3324200北京BJ13013.427.4120200交通量年平均增长率7，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。3.2设计轴载与路面等级路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。3.2.1以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标 1)轴载换算采用公式，其中，
19、为标准轴载的当量轴次(次/日)为轴数系数为轮组系数，双轮组为1.0，单论组为6.4为各种被换算车辆的作用次数(次/日)为各种被换算车辆的轴型(kN)为标准轴载(kN)当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，此时轴数系数为1；当轴间距小于3m时，双轮或多轮的轴系数按公式计算，式中为轴数。轴载换算结果见下表，表3-2 以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标的轴载换算车型(kN)(次/日)(次/日)黄河JN163前轴58.616.4380237.86后轴11411380671.92江淮AL6600前轴1716.44401.26后轴26.5114401.36东风EQ140前轴23.716.41852.2
20、6后轴69.21118537.29东风SP9250前轴50.716.420066.68后轴113.3116001032.88北京BJ130前轴13.5516.42000.21后轴27.2112000.69合计2052.432）累计当量轴次沥青路面二级公路设计年限以12年计，双向两车道车道系数，则累计当量轴次，(次)属于中等交通。3.2.2以半刚性材料层的拉应力为设计指标1)轴载换算采用公式，其中，为轴数系数为轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5其余符号意义同前。单轴，双轮或多轮的轴系数按公式计算，式中为轴数。轴载换算结果见下表，表3-3 以半刚性材料层的拉应力为设计指标的轴载换算车型(k
21、N)(次/日)(次/日)黄河JN163前轴58.6118.538097.75后轴114113801083.98江淮AL6600前轴17118.54400.01后轴26.5114400.01东风EQ140前轴23.7118.51850.03后轴69.2111859.73东风SP9250前轴50.7118.520016.15后轴113.3116001629.26北京BJ130前轴13.55118.52000.00后轴27.2112000.01合计2836.942）累计当量轴次沥青路面二级公路设计年限以12年计，双向两车道车道系数，则累计当量轴次，(次)3.3确定土基回弹模量3.3.1确定临界高度广
22、州郊区（IV区），路基土为高液限粘土，查表取路基临界高度.3.3.2拟定土的平均稠度地下水位为1.05m，路基填土高度0.5m，,故土基属中湿路基，查表取平均稠度。3.3.3预估路基回弹模量再根据土类和自然区划以及平均稠度，并考虑到采用重型击实标准时，路基回弹模量可较表列数值提高20%-35%，取土基回弹模量设计值为.3.4路面结构组合设计3.4.1拟定路面结构组合方案二级公路中等交通路面宜采用双层结构，面层类型选择沥青混凝土。其中，表面层采用细粒式密集配沥青混凝土，下面层采用粗粒式密集配沥青混凝土。由于沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应，故基层和底基层分别采用石灰粉煤灰碎
23、石基层和石灰土稳定碎石。拟定方案：3cm细粒式密集配沥青混凝土+7cm粗粒式密集配沥青混凝土+20cm石灰粉煤灰碎石基层+?石灰土稳定碎石,以石灰土稳定碎石为设计层。3.4.2各层材料设计参数查表，确定各层材料的抗压回弹模量。当以路表弯沉值为设计验算指标时，取标准试验温度为20；当以层底拉应力为设计验算指标时，取标准试验温度为15。然后查表确定各层材料劈裂强度，并借助HPDS2003A软件计算各层材料容许拉应力（容许拉应力计算公式为，抗拉强度结构系数按结构材料类型选择相应公式计算）。软件计算结果如下表： 表3-4 各层材料设计参数层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)劈裂强度(MPa
24、)容许拉应力(MPa)20151细粒式沥青混凝土3140020001.40.512粗粒式沥青混凝土7100015000.80.263石灰粉煤灰碎石20130013000.70.374石灰土稳定碎石？9009000.350.183.5路面厚度计算3.5.1设计弯沉二级公路等级系数，沥青混凝土面层系数，半刚性基层沥青路面结构类型系数，故设计弯沉，3.5.2路面结构厚度计算同样借助HPDS2003A软件计算。首先,确定设计层最小厚度为15cm,路面最小防冻厚度50cm.然后输入抗压模量、容许应力、设计弯沉、厚度等参数，进行厚度计算。1) 按设计弯沉值计算设计层厚度LD=27.01(0.01mm)H(
25、4)=20cm LS=29.3(0.01mm)H(4)=25cm LS=26.1(0.01mm)H(4)=23.6cm(仅考虑弯沉)2)按容许拉应力验算设计层厚度H(4)=23.6cm(第1层底面拉应力验算满足要求)H(4)=23.6cm(第2层底面拉应力验算满足要求)H(4)=23.6cm(第3层底面拉应力验算满足要求)H(4)=23.6cm(第4层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度：H(4)=23.6cm(仅考虑弯沉)H(4)=23.6cm(同时考虑弯沉和拉应力)3)验算路面防冻厚度路面最小防冻厚度50cm，验算结果表明，路面总厚度满足防冻要求 。3.5.3各结构层厚度对设计层厚度取整
26、，得到各结构层厚度最终结果，细粒式密集配沥青混凝土：3cm粗粒式密集配沥青混凝：7cm石灰粉煤灰碎石基层：20cm石灰土稳定碎石：24cm3.6竣工验收弯沉值和层底拉应力计算仍然利用HPDS2003A软件。输入抗压模量、厚度等参数，进行竣工验收弯沉值和层底拉应力计算。1)计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值第1层路面顶面竣工验收弯沉值LS=26.6(0.01mm)第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=29.1(0.01mm)第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=34.6(0.01mm)第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=82(0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值，LS=261.9(0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)LS=207(0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)2)计算新建路面各结构层底面最大拉应力
