路基路面与课程设计.docx
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路基路面与课程设计.docx
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路基路面与课程设计
路基路面工程课程设计
姓名:
学号:
课程名称:
路基路面工程
专业班级:
院系:
土木与环境工程学院
指导老师:
设计时间:
教务处制
一、课程设计目的
路基路面课程设计是路基路面工程的一个教学环节,通过路堤边坡稳定性分析和柔性路面设计使同学们能更加牢固地掌握本课程的基本理论、基本概念及计算方法,并通过设计环节把本课程相关的知识较完整地结合起来进行初步的应用,培养同学的分析、解决工程实际问题的能力。
同时,通过课程设计,使同学对相关《设计规范》有所了解并初步应用。
二、设计资料
1、柔性路面设计资料
交通组成及交通量见表1,交通量年平均增长率为8.7%,该路段处于中国公路自然区划分
区,行车道为双向四车道2×7.5m,采用沥青混凝土路面,路基土为粉质中夜限土,潮湿路段,E0=19Mpa,中湿路段E0=30Mpa,沿线有砂石,且有碎石、石灰、粉煤灰供应。
表1交通组成及交通量表
车型
双向交通量
解放CA340
600+学号后三位
解放CA10B
800+学号后三位
黄河JN150
100
长征XD250
600
依土兹TD50
2000+学号后三位
菲亚特650E
600
太脱拉138
50
2、路堤稳定性验算设计资料
某路基如下图所示,荷载换算土柱高为ho=2m,人行道荷载换算成土柱高为0.5m(图上未画出)。
干土容重γc=18kN/m3,内摩擦角为φ=260,干土粘聚力Cc=10kPa;饱和土粘聚力为CB=5kPa,饱和容重γc=21kN/m3,饱和内摩擦角为φ=220;土的比重△=2.6,孔隙率为n=31%,水力坡降I=0.08,高水位时水位比路面顶低8m,其它尺寸见下图。
试用瑞典条分法对其进行不考虑浸水稳定性分析计算。
图1边坡稳定性验算断面图
三、设计参考资料
(1)《公路沥青路面设计规范》;
(2)《水泥混凝土路面设计规范》;
(3)《公路路基设计规范》;
(4)《公路工程技术标准》;
(5)教材及其它参考书。
四、设计内容
1、根据所给交通量确定道路等级;
2、确定路面设计使用年限;
3、确定路基宽度;
4、进行标准轴载换算;
5、路面组合结构形式及各结构层厚度设计及验算;
6、各结构层材料组成设计;
7、对路堤边坡稳定性进行分析计算;
8、选择合理的路基排水设施,选择合理的边坡防护措施。
五、设计成果
(一)课程设计计算书(A4纸打印)
计算书内容按以下顺序装订:
1、封面
2、目录
3、正文
4、参考文献
5、封底
(二)路面组合结构图
手绘或CAD绘图均可。
六、设计要求
(1)独立完成课程设计任务。
(2)分时段验收完成的阶段任务。
(3)按时提交课程设计成果和打印的课程设计计算书。
七、成绩考核办法
根据计算书和图纸的质量,结合学生在设计过程中的表现综合考虑,按优、良、中、及格、不及格五个等级评定。
计算书和图纸70%+设计中的综合表现占30%。
一、课程设计目的
通过这次课程设计让我对课本上学到的知识进一步得到了巩固,提高了我自主学习的能力,“兴趣是最好的老师”这次课设也让我感觉本以为枯燥乏味的计算公式、沥青混凝土面层结构也能变得如此有趣。
这次课设更让我明白了,在设计中应严格遵守规范要求,满足设计了路面行车的安全性,而且设计的合理性、经济性、美观性也是极其重要的。
当在设计的过程中一定要严格要求,发现错误应及时改正,力求完善,不能怕麻烦。
严谨、求实这应该是我们桥梁工程学生必备的基本素质。
最后,感谢老师这一学期来对我们的教导与帮助,不但丰富了我们的专业知识,更提高了我们对本专业的兴趣。
二、设计资料
1、柔性路面设计资料
交通组成及交通量见表1,交通量年平均增长率为8.7%,该路段处于中国公路自然区划分区,行车道为双向四车道2×7.5m,采用沥青混凝土路面,路基土为粉质中夜限土,潮湿路段,E0=19Mpa,中湿路段E0=30Mpa,沿线有砂石,且有碎石、石灰、粉煤灰供应。
表1交通组成及交通量表
车型
双向交通量
解放CA340
828
解放CA10B
1028
黄河JN150
100
长征XD250
600
依土兹TD50
2228
菲亚特650E
600
太脱拉138
50
2.路堤稳定性验算设计资料
某路基如下图所示,荷载换算土柱高为ho=2m,人行道荷载换算成土柱高为0.5m(图上未画出)。
干土容重γc=18kN/m3,内摩擦角为φ=260,干土粘聚力Cc=10kPa;饱和土粘聚力为CB=5kPa,饱和容重γc=21kN/m3,饱和内摩擦角为φ=220;土的比重△=2.6,孔隙率为n=31%,水力坡降I=0.08,高水位时水位比路面顶低8m,其它尺寸见下图。
试用瑞典条分法对其进行不考虑浸水稳定性分析计算。
图1.浸水路堤
三、根据所给交通量确定道路等级
表2:
各汽车代表车型与车辆折算系数
汽车代表车型
车辆折算系数
说明
小客车
1.0
≤19座的客车和载质量≤2t的货车
中型车
1.5
>19座的客车、2t<载质量≤7t的货车
大型车
2.0
7t<载质量≤14t的货车
拖挂车
3.0
载质量>14t的货车
将表一中的各类车辆类型换算为标准车型(小客车),则每日交通量为:
计算远景设计年限平均昼夜交通量:
根据《公路路线设计规范》JTGD20-2006规定,远景设计年平均日交通量为54424辆,介于25000—55000辆之间,故拟定该条道路为双向四车道的高速公路。
四、确定路面设计使用年限
根据道路等级和交通量年平均增长率可以确定设计使用年限为20年。
五、确定路基宽度:
根据《公路路线设计规范》JTGD20-2006规定,设计车速采用80km/h。
表3.各级公路路基宽度
公路等级
高速公路、一级公路
设计速度(km/h)
120
100
80
60
车道数
8
6
4
8
6
4
6
4
4
路基宽度(m)
一般值
42.00
34.50
28.00
41.00
33.50
26.00
32.00
24.50
23.00
最小值
40.00
—
25.00
38.5
—
23.5
—
21.50
20.00
根据《公路路线设计规范》JTGD20-2006之6.1.2路基宽度,路基宽度设计为24.5m(6.1.2规定)。
行车道宽(6.2.1规定):
2×7.5=15m;硬路肩2×3=6m;土路肩2×0.75=1.5;中央分隔带2m;其宽度参数列表如下:
表4.宽度参数
高速公路、双向四车道、80Km/h
行车道宽度(m)
硬路肩(m)
土路肩(m)
中间带(m)
2×7.5
2×3
2×0.75
2
根据《公路路线设计规范》JTGD20-2006之6.5.1与6.5.2规定,路拱坡度采用2%。
六、进行标准轴载换算:
路面设计采用双轮组单轴载100KN为标准轴载,以BZZ—100表示:
表5.标准轴载换算
车型
前轴轴重(KN)
后轴轴重(KN)
后轴数
轮组数
交通量(
)
中型车解CA340
22.10
56.60
1
双
828
中型车解CA10B
19.40
60.85
1
双
1028
大型车黄JN150
49.00
101.60
1
双
100
拖挂车长征XD250
37.8
72.60
2
双
600
大型车依土TD50
42.2
80
1
双
2228
中型车菲亚650E
33
72
1
双
600
拖挂车太脱138
51.4
80.00
2
双
50
6.1以设计弯沉和沥青层层底拉应力为指标时,换算成标准轴载P的当量作用次数
的公式为:
表6.交通组成表
车辆型号
解放CA340
前轴
22.10
1
6.4
828
7.45
后轴
56.60
1
1
828
69.63
解放CA10B
前轴
19.40
1
6.4
1028
5.25
后轴
60.85
1
1
1028
118.45
黄河JN150
前轴
49.00
1
6.4
100
28.74
后轴
101.60
1
1
100
107.15
长征XD250
前轴
37.80
1
6.4
600
55.77
后轴
72.60
2.2
1
600
372.83
依士兹TD50D
前轴
46.55
1
6.4
2228
512.33
后轴
96.40
1
1
2228
1899.55
菲亚特650E
前轴
33.00
1
6.4
600
30.89
后轴
72.00
1
1
600
143.73
太脱拉138
前轴
51.40
1
6.4
50
17.69
后轴
80.00
2.2
1
50
41.67
合计
3366.13
累计当量轴次:
根据设计规范,高速公路沥青路面的设计年限取20年(t=20),四车道系数是0.4—0.5,在此取η=0.45 ,
属于特重交通。
6.2以半刚性材料层的层底拉应力为指标时,各级轴载Pi的作用次数
,均应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数
:
表7.交通量计算表
车辆型号
解放CA340
前轴
22.10
1
18.5
828
0.09
后轴
56.60
1
1
828
8.72
解放CA10B
前轴
19.40
1
18.5
1028
0.04
后轴
60.85
1
1
1028
19.32
黄河JN150
前轴
49.00
1
18.5
100
6.15
后轴
101.60
1
1
100
113.54
长征XD250
前轴
37.80
1
18.5
600
4.63
后轴
72.60
3
1
600
138.92
依士兹TD50D
前轴
46.55
1
18.5
2228
90.87
后轴
96.40
1
1
2228
1661.62
菲亚特650E
前轴
33.00
1
18.5
600
1.56
后轴
72.00
1
1
600
43.33
太脱拉138
前轴
51.40
1
18.5
50
4.51
后轴
80.00
3
1
50
25.17
合计
2118.47
累计当量轴次:
七、路面组合结构形式及各结构层厚度设计及验算:
7.1、路段所在地区基本资料
该路段处于中国公路自然区划分
区,为双向四车道,拟采用沥青路面结构,进行施工图设计路基土为粉质中液限土,沿线有砂石,且有碎石、石灰、粉煤灰供应。
7.2、土基回弹模量的确定
设计路段路基处于中湿和潮湿两种情况,路基土为粉质中液限土,潮湿路段,E0=19Mpa,中湿路段E0=30Mpa。
7.3、根据工程可行性研究报告可知路段所在地区近期交通量调查资料
表5:
近期交通组成与交通量
车型
双向交通量
解放CA340
828
解放CA10B
1028
黄河JN150
100
长征XD250
600
依土兹TD50
2228
菲亚特650E
600
太脱拉138
50
7.4、交通量资料
根据交通调查进行综合分析,交通量年平均增长率为8.7%,累计轴次计算结果如下表所示,属于D级交通。
表6:
轴载还算与累计轴载
换算方法
弯沉及沥青层拉应力指标
半刚性层拉应力指标
设计年限内累计交通轴次
次
次
7.5、初拟定路面结构及组合形式
根据规范的推荐结构和沥青路面面层结构厚度推荐表和基层厚度结构推荐表,并考虑到公路沿途有大量碎石、砂砾、石灰、水泥等材料供应。
初步拟定路面组合形式方案:
4cm细粒式沥青混凝土(AC-13)+6cm中粒式沥青混凝土(AC-16)+8cm粗粒式沥青混凝土(AC-25)+?
Cm水泥稳定碎石+25cm水泥稳定砂砾土。
7.6确定各层材料的抗压模量与劈裂强度
查表可得下列设计参数,汇表如下,抗压模量取20℃模量,劈裂强度为15℃模量,且各值均取规范给定范围的中值,因此得到20℃的抗压模量如下表所示。
表7.20℃的抗压回弹模量及劈裂强度
层次
材料名
厚度(cm)
抗压回弾模量
强度劈裂(
)
20℃
15℃
①
细粒式沥青混凝土
4
1991
2680
1.2
②
中粒式沥青混凝土
6
1425
2175
1.0
③
粗粒式沥青混凝土
8
978
1320
0.8
④
水泥稳定碎石
?
3188
3188
0.6
⑤
水泥石灰砂砾土
25
1591
1591
0.4
7.7确定设计指标的设计标准
对于高速公路,规范规定要求以设计弯沉值为设计指标,并进行结构层底拉应力验算。
各层材料的容许层底拉应力的计算
路面结构材料的容许弯拉应力计算公式为:
Ks:
抗拉强度结构系数。
根据结构层的材料不同,按照下式计算
(沥青混凝土面层)
(无机结合料稳定集料基层)
(无机结合料稳定细粒土基层)
(贫混凝土基层)
细粒式沥青混凝土:
中粒式沥青混凝土:
粗粒式沥青混凝土:
水泥稳定碎石:
水泥石灰砂砾土:
表8.相关资料汇总如下表所示:
材料名称
h(cm)
抗压回弹模量(MPa)
15℃劈裂强度(MPa)
容许拉应力(MPa)
20℃
15℃
细粒式沥青混凝土
4
1991
2680
1.2
0.31
中粒式沥青混凝土
6
1425
2175
1.0
0.26
粗粒式沥青混凝土
8
978
1320
0.8
0.21
水泥稳定类集料
?
3188
3188
0.6
0.27
水泥石灰砂砾土
25
1591
1591
0.4
0.14
土基
-
19/30
-
-
-
设计弯沉值Ld
路面设计弯沉值根据公式
该公路为高速公路,公路等级系数取1.0。
面层为沥青混凝土,面层系数取1.0,半刚性基层、底基层总厚度大于20cm。
基层系数也取 1.0。
则设计弯沉值为:
7.8新建路面结构厚度计算
已知:
该路段为高速公路;新建路面的层数为5层路面设计弯沉值为19.53mm;路面设计层层位4层;设计最小厚度150mm,E0=30MPa
*公路新建路面设计成果文件汇总*
表9.交通等级
交通等级
BZZ-100KN累计标准轴次
(万次/车道)
A
特轻交通
<100
B
轻交通
100~400
C
中交通
400~1200
D
重交通
1200~2500
E
特重交通
>2500
7.9设计弯沉值和容许拉应力计算
设计弯沉值和容许拉应力计算
当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时:
设计年限内一个车道上的累计当量轴次:
2.735103E+07
属特重交通等级
当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时:
设计年限内一个车道上的累计当量轴次:
2.735103E+07
属特重交通等级
路面设计交通等级为特重交通等级
公路等级高速公路
公路等级系数1面层类型系数1路面结构类型系数1
路面设计弯沉值:
19.5(0.01mm)
层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)
1细粒式沥青混凝土1.4.36
2中粒式沥青混凝土1.26
3粗粒式沥青混凝土.8.21
4石灰粉煤灰碎石.6.26
5石灰土.25.08
新建路面结构厚度计算
新建路面的层数:
5
标准轴载:
BZZ-100
路面设计弯沉值:
19.5(0.01mm)
路面设计层层位:
4
设计层最小厚度:
150(mm)
层位结构层材料名称厚度20℃平均抗压标准差15℃平均抗压标准差容许应力
(mm)模量(MPa)(MPa)模量(MPa)(MPa)(MPa)
1细粒式沥青混凝土301400020000.36
2中粒式沥青混凝土401200016000.26
3粗粒式沥青混凝土60900012000.21
4石灰粉煤灰碎石?
1500015000.26
5石灰土25055005500.08
6新建路基30
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=19.5(0.01mm)
H(4)=400mmLS=20.4(0.01mm)
H(4)=450mmLS=18.6(0.01mm)
H(4)=425mm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力计算设计层厚度:
H(4)=425mm(第1层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=425mm(第2层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=425mm(第3层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=425mm(第4层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=425mm(第5层底面拉应力计算满足要求)
路面设计层厚度:
H(4)=425mm(仅考虑弯沉)
H(4)=425mm(同时考虑弯沉和拉应力)
验算路面防冻厚度:
路面最小防冻厚度600mm
验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.
交工验收弯沉值和层底拉应力计算
层位结构层材料名称厚度20℃平均抗压标准差15℃平均抗压标准差综合影响系数
(mm)模量(MPa)(MPa)模量(MPa)(MPa)
1细粒式沥青混凝土3014000200001
2中粒式沥青混凝土4012000160001
3粗粒式沥青混凝土609000120001
4石灰粉煤灰碎石42515000150001
5石灰土250550055001
6新建路基301
计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值:
第1层路面顶面交工验收弯沉值LS=19.4(0.01mm)
第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=20.5(0.01mm)
第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=22(0.01mm)
第4层路面顶面交工验收弯沉值LS=24(0.01mm)
第5层路面顶面交工验收弯沉值LS=123.5(0.01mm)
路基顶面交工验收弯沉值
LS=310.5(0.01mm)(根据“公路沥青路面设计规范”公式计算)
LS=383.1(0.01mm)(根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算)
计算新建路面各结构层底面最大拉应力:
(未考虑综合影响系数)
第1层底面最大拉应力σ
(1)=-.211(MPa)
第2层底面最大拉应力σ
(2)=-.09(MPa)
第3层底面最大拉应力σ(3)=-.055(MPa)
第4层底面最大拉应力σ(4)=.087(MPa)
第5层底面最大拉应力σ(5)=.05(MPa)
八.各结构层材料组成设计
沥青混凝土面层:
沥青、碎石、细集料、矿粉.
水泥稳定碎石基层底基层:
水泥、级配碎石,其中水泥剂量为5%.
九.对路堤边坡稳定性进行分析计算
已知:
某路基如下图所示,荷载换算土柱高为ho=2m,人行道荷载换算成土柱高为0.5m(图上未画出)。
干土容重γc=18kN/m3,内摩擦角为φ=260,干土粘聚力Cc=10kPa;饱和土粘聚力为CB=5kPa,饱和容重γc=21kN/m3,饱和内摩擦角为φ=220;土的比重△=2.6,孔隙率为n=31%,水力坡降I=0.08,高水位时水位比路面顶低8m,其它尺寸见下图。
试用瑞典条分法对其进行不考虑浸水稳定性分析计算。
图1.浸水路堤
解:
由题意可知,干土容重γc=18kN/m3,内摩擦角为φ=260,干土粘聚力Cc=10kPa.
图2.浸水路堤稳定性计算图式
表10.条分法浸水路堤稳定性验算表
编号
(。
)
Si(m2)
Li(m)
1
59
0.8572
0.5150
11.77
7.31
211.86
109.1
181.6
2
47
0.7314
0.6820
27.97
5.08
503.46
343.4
368.2
3
39
0.6293
0.7771
34.35
3.93
618.3
480.5
389.1
4
33
0.5446
0.8387
30.28
2.72
545.04
457.1
296.8
5
27
0.4540
0.8910
38.17
2.94
687.06
612.2
311.9
6
23
0.3907
0.9205
31.01
2.14
558.18
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7
19
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