路基路面课程教学设计参考材料计算书.doc

!-XX公路A标段路基路面结构设计 设计原始资料：一、路基稳定性设计该路段某段路基填土为粘土，填土高度为8米，边坡为直线型，土的重度=18.6KN/m3,土的内摩擦角=12，粘聚力系数C=16.7MPa 。二、路基挡土墙设计该标段某路基需设计重力式挡土墙，填料为砂性土，土的重度=15KN/m3，内摩擦角=36，粘聚力c=10Kpa；最大密实度16.8KN/m3;挡土墙设计参数为：基底摩阻系数：f=0.4;基底承载力：0=360Kpa；墙身材料：25#浆砌片石，2.5#砂浆，重度=24KN/m3，容许压应力= 580KPa，容许剪应力= 90Kpa，容许拉应力w1=40Kpa;墙身与填料摩擦角：=1/2；挡土墙最大填土高度为6米。三、路面工程设计1、路段初始年交通量（辆/天）汽车交通量的组合组 车型解放CA10B220150180160200140200230解放CA30A150180200220180240170150东风EQ140170210110180200160150140黄河JN15080100170110901308090黄河JN162120100150200180160180190黄河JN3601608060210230200120100长征XD160180220200150170170160190交通SH14112026023070501001201202、交通量增长率取5，柔性路面设计年寿命15年，刚性路面设计寿命25年，路面材料参数取规范中的数值，自然区划为区，进行柔性和刚性路面设计。 设计依据及参考资料1.路基路面工程：邓学钧，人民交通出版社；2.公路工程技术标准（JTJ00197）：人民交通出版社；3.公路路基设计规范（JTJ01395）：人民交通出版社；4.公路水泥混凝土路面设计规范（JTJ01294）：人民交通出版社；5.公路沥青路面设计规范（JTJ01497）：人民交通出版社；6.公路路基施工技术规范（JTJ03395）：人民交通出版社；7.公路沥青基层施工技术规范（JTJ03493）：人民交通出版社；8.其他各种交通部颁设计、施工等技术规范； 9.其他各种教材资料等. 设计计算过程：一、路基稳定性分析(一)、设计资料该路段某段路基填土为粘土，填土高度为8米，边坡为直线型，土的重度=18.6KN/m3,土的内摩擦角=12，粘聚力系数c=16.7MPa .(二)、路基稳定性验算该公路按一级公路标准设计，顶宽为18米，荷载为汽-20(1)、绘出路堤横断面(2)、将汽-20换算成土柱高度。按下列公式计算：(3)、按4.5H法确定滑动圆心辅助线，在此取(4)、绘制不同位置的滑动曲线:、滑动曲线过路基中线，将圆弧范围土体分成11块，如下：分段ii角度iiiicosiiisiniLK12.879563.865057153.558723.591898648.082810525.861.43529.464550.38156612176.0397112.2555621135.6048109313.549639.06872453252.0226195.6679345158.8377479416.312629.35347005303.4144264.4596539148.7325294518.054920.4958818335.8211314.5627747117.5844328617.185312.12727687319.6466312.513133667.15264286715.28364.01559609284.275283.577072219.90721008812.4235-4.01559609231.0771230.5098116-16.1818697599.1853-12.12727687170.8466167.0338537-35.89213866105.3381-20.495881899.2886693.00342554-34.76493697111.1067-27.5281835320.5846218.2541033-9.5139、滑动曲线过路基右边缘1/4路基宽度处，将圆弧范围土体分成12块，如下：分段ii角度iiiicosiiisiniLK15.006664.8705993.1227639.5459019484.3087781329.481.51212.147349.8554225.9398145.6676477172.712827316.168938.71407300.7415234.6616493188.0940834418.901829.10745351.5735307.1729194171.0225407520.76420.33225386.2104362.1469827134.1940236621.718612.03318403.966395.089629484.21805976720.09433.98485373.754372.850414725.97317443817.4277-3.98485324.1552323.3715617-22.52642252914.1937-7.98914264.0028261.440522-36.692539261010.3559-12.0332192.6197188.3873129-40.15699931115.827-20.3323108.3822101.6292847-37.65886032121.0074-36.634818.7376415.03610794-11.18099329、滑动曲线过路基左边缘1/4路基宽度处，将圆弧范围土体分成8块，如下图：分段ii角度iiiicosiiisiniLK12.078556.3859738.660121.4020565732.1955789919.641.27128227.098345.58469132.028492.4006178894.30598571310.163435.76171189.0392153.3967442110.4774779410.208527.03569189.8781169.128893986.3082272759.24518.94591171.957162.641320755.8301948167.664611.23334142.5616139.830358927.7717324775.53523.723125102.9547102.73743326.68537142983.087-5.3096957.418257.17182219-5.313420573、滑动曲线过路基左边缘，将圆弧范围土体分成6块，如下：分段ii角度iiiicosiiisiniLK11.047449.7775919.4816412.5803936614.8750795814.742.35303922.552841.743147.4820835.4281644431.6131789833.061234.6136756.9383246.8602881932.3432477542.846128.0530252.9374646.7179863324.8958716552.051321.8721438.1541835.4077458914.2138306660.76115.949214.154613.609728743.889471、滑动曲线过路基左边缘，将圆弧范围土体分成15块，如下图所示：分段ii角度iiiicosiiisiniLK18.157569.34558151.729553.51962371141.977079342.092.705702218.536653.99452344.7808202.683712278.9141182323.223443.19671431.9552314.8987796295.6756465426.470534.05924492.3513407.8928439275.7412383528.79825.82311535.6428482.1551785233.3229371630.424618.12787565.8976537.808947176.0726696731.461410.75929585.182574.8946302109.2436914831.96713.567693594.5881593.435733736.99987928931.9652-3.56769594.5527593.4004622-36.997680151030.0292-10.7593558.5431548.7240183-104.27065091126.3256-18.1279489.6562465.3518276-152.35101431222.0324-25.8231409.8026368.8810249-178.50768391317.0383-34.0592316.9124262.5488994-177.48670941411.1244-43.1967206.9138150.8418226-141.6336179153.804-53.770170.754441.81772481-57.07418866由此可见第三条曲线为极限的滑动面，将五个坡面所求得的K值作圆弧，并作圆弧的切线，得到，从而稳定性系数满足1.251.50范围的要求，故本设计所采用的边坡稳定性满足边坡稳定的要求。二、公路挡土墙设计1 选定挡土墙类型并确定分段长度根据设计要求和路基的实际情况，采用重力式墙背竖直挡土墙，拟 上顶宽 下底宽 分段长度为10m2 墙后土压力计算（1）车辆荷载计算公路为一级公路，4车道N横向车辆分布数G辆车的重量，汽20为300KN-前后轴距 汽20-5.6m-轮胎着地宽度 汽20-0.6m（2）确定破裂面计算 破裂面裂缝区深破裂区实际深度 破裂角(3)主动土压力计算土压力作用点位置计算：3、挡土墙稳定性验算(1) 挡土墙自重(2) 抗滑稳定性验算所以稳定。(3) 抗倾稳定性验算4、基底应力及合力偏心距验算(1) 作用于基底的合力偏心距e为：式中，其中，（2）地基承载力抗力体偏心荷载作用，故P满足要求。5墙身截面强度验算（1） 截面强度计算 (2)、截面稳定性计算，满足要求。（3）、因，故无需抗拉验算。（4）、毛截面直接受剪时验算 ，满足要求三、公路柔性路面设计1、轴载分析路面设计成双轮轴载100为标准轴载（1）以设计弯沉为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次1）轴载换算 轴载换算采用如下的计算公式计算结果如表4-1所示轴载换算结果表（弯沉） 表4-1车型（KN） (次/日)解放CA10B后轴60.851120023.044解放CA30A前轴29.50111800.889后轴2.211805.088东风ZQ140后轴69.201120040.317黄河JN150前轴49.0011904.042后轴101.60119096.434黄河JN162前轴59.501118018.811后轴115.0011180330.604黄河JN360前轴50.001123011.278后轴2.21230765.965长征XD160前轴42.60111704.153后轴2.21170186.330交通SH141前轴25.5511500.132后轴55.1011503.7411490.83注:轴载小于25KN的轴载作用不计2)累计当量轴次根据设计规范,一级公路沥青路面设计年限取15年,四车道的车道系数是040.5,取0.45累计当量轴次N-设计的初始年平均日交通量(2)验算半刚性基层层底拉应力平均累积当量轴次1)轴载换算验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为:计算结果如表4-2所示轴载换算结果表(半刚性基层层底拉应力) 表4-2车型（KN） (次/日)解放CA10B后轴60.85112003.759东风EQ140后轴69.201120010.517黄河JN150后轴101.601190102.186黄河JN162前轴59.50111802.827后轴115.0011180550.624黄河JN360前轴50.00112300.898后轴312301479.076长征XD160后轴31170141.608交通SH141后轴55.1011500.4252291.92注：轴载小于50KN的轴载作用不计2）累计当量轴次参数取值同上，设计年限15年，车道系数取0.45累计当量轴次次2、结构组合与材料选取由上面计算，根据规范推荐结构，路面结构面层采用沥青混凝土（12cm）及层采用水泥粉煤灰等综合稳定基料（厚度待定），底基层采用级配碎石和天然沙砾的集料(20cm)根据规范采用二层式沥青面层，上面层采用中粒式密级配沥青混凝土厚度(5cm),下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土(厚度7cm)各类结构层的最小厚度和适宜厚度结构层类型施工最小厚度(cm)结构层适宜厚度(cm)混凝土热拌沥青碎石粗粒式5.068中粒式4.046细粒式2.52.54沥青石屑1.51.52.5沥青砂1.01.01.5沥青贯入式4.048沥青上拌下贯式6.0610沥青表面处治1.0层铺13，拌和24水泥稳定类15.01620石灰稳定类15.01920石灰工业废渣类15.01620级配碎、砾石8.01015泥结碎石8.01015填隙碎石101012沥青层推荐厚度公路等级推荐厚度公路等级推荐厚度高速公路1218三级公路24一级公路1015四级公路12.5二级公路5103、各层材料的抗压模量与劈裂强度抗压模量取C时的模量，各值取规范给定范围中值中粒式密级配沥青混凝土： 1200MPa粗粒式密级配沥青混凝土： 1000MPa水泥粉煤灰等综合稳定集料：1400MPa集料粉煤灰等综合稳定集料：200MPa各层材料劈裂强度中粒式密级配沥青混凝土：1.0MPa粗粒式密级配沥青混凝土：0.8MPa水泥稳定集料：0.5MPa 4、土基回弹模量的确定（查二级自然区划各土组回弹模量参考值，设计资料中已给出）该路段处于2区，为粘性土，稠度1.10，查表“二级自然区划各图组土基回弹模量（MPa）”查得土基模量为41.5MPa5、设计指标确定对于一级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构基地拉应力验算（1）该公路为一级路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层厚度大于20cm，基层类型系数取1.0，设计弯沉值：（课本P185）（2）各层材料容许层底拉应力中粒式密级配混凝土：粗粒式密级配混凝土：水泥稳定集料：6、设计资料总结设计弯层值27.14（0.01mm），相关设计资料汇总如表4-3设计资料汇总 表4-3材料名称H（cm）20模量（MPa）容许拉应力（MPa）中粒式密级配混凝土512000.369粗粒式密级配混凝土710000.268水泥稳定集料？14000.2481级配碎石、砂烁集料20200-土基-36.5-7、确定水泥稳定集料厚度单轴双轮组 （上表2-3-4） 弯沉修正系数（参考p185） 查表14-14（三层体系表面弯沉系数诺模图）得，又 得 由及，查表得得（弯沉等效换算法：通过对大量多层弹性体系电算结果的分析得出的中层厚度的换算公式：）故水泥稳定集料厚度为8 结构层地拉应力验算说明：计算上层底面弯拉应力的换算方法这里说的是划算为三层体系之后的上层，当计算第i层底面的弯拉应力时，需将i层以上各层换算为模量为Ei，厚度h的一层即所谓上层，换算公式：将i+1层至n-1层换算为模量Ei+1、厚度为H的一层即中层，换算公式：(1)中粒式沥青混凝土层地拉应力 ， ， ， ， ，查表14-18（三层连续体系上层底面拉应力系数诺模图）得，即沥青上面层层底受压应力(2)粗粒式沥青混凝土层底拉应力,查表14-18得，即沥青下面层层底拉应力(3)水泥稳定类集料层层底拉应力查图14-18(三层连续体系上层底面拉应力系数诺模图)得，(4)级配碎石集料底基层无需验算底拉应力故各层层底满足要求9、剪力计算（本部分省略，不需要计算）（1）、确定剪力和抗剪强度等效换算计算正应力和剪应力由， ， 查图14-27（三层体系表面最大剪应力系数诺模图）得，；查图14-28（三层体系表面主压应力系数诺模图）得，应而得时缓慢制动时已知沥青混凝土面层：，则因而紧急制动时因而（2）、确定容许剪应力停车站在设计年限内停车标准轴数按累积轴数的15%计，即次则缓慢制动时紧急制动时（3）、验算剪力条件对于缓慢制动 对于紧急制动 故满足要求。四、公路刚性路面设计1、轴载分析（1）、标准轴载与轴载换算路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载轴载换算结果 表5-1车型解放CA10B后期60.8511400.0495东风EQ140后轴69.2011600.4424黄河JN150前轴49.0011300.0014后轴101.601130167.5879黄河JN162前轴59.5011600.0395后轴115.0011601497.2193黄河JN360前轴50.0012000.0031后轴200115.0340长征XD160前轴42.6011700.0002后轴1701.8038交通SH141后轴55.101000.00721782.188注：小于40KN的单轴载和80KN双轴不计-单（双）轴重；-轴极系数 单轴时 双轴时 （2）累计作用次数根据设计规范，一级公路混凝土路面设计年限取25年，车轮轮迹横向分布系数取0.195.累计作用次数2.初拟板尺寸由于,交通等级为特重。查表165初拟板厚h=26cm，该路段处于2区，稠度1.05,故查表。本路为一级公路，基层选用二灰碎石，厚为18，垫层采用级配碎石厚度为20，。（课本248 2-6-2）各类基层的厚度范围类型适宜厚度cm类型适宜厚度cm贫混凝土或碾压混凝土1220级配粒料1520水泥或二灰稳定类1525多孔隙水泥稳定碎石排水1014沥青混凝土46沥青稳定碎石排水810沥青碎石810垫层和基层材料回弹模量经验参考值范围材料类型回弹模量材料类型回弹模量中、粗砂80100石灰粉煤灰稳定粒料13001700天然砂砾150200水泥稳定粒料13001700未筛分碎石180220沥青碎石（粗粒式，20 oC）600800级配碎砾石（垫层）200250沥青混凝土（粗粒式，20 oC）8001200级配碎砾石（基层）250350沥青混凝土（中粒式，20 oC）10001400石灰土200700多孔隙水泥碎石（水泥剂量9.5%11%）13001700石灰粉煤灰600900多孔隙沥青碎（20 oC，沥青含量2.5%3.5%）600800汇总：26 cm水泥混凝土18 cm二灰碎石20 cm级配碎石土基 土基板平面尺寸选用宽为3.75m,长为5m，纵缝为设计拉杆平缝，横缝为不设拉杆的缩缝。3确定基层顶面的计算回弹模量。（1）混凝土板的设计弯拉强度，弯拉弹性模量为,垫层厚20cm;查图16-11得 ，基层厚18cm查图16-11得 ，满足要求。（2）、基层计算回弹模量、计算荷载应力时基层顶面计算回弹模量、计算温度应力时，此时基层顶面的计算架弹模量4、计算荷载疲劳应力时，由，和查图16-13得，纵缝板边缘中部最大应力为因纵缝为没拉杆平缝，取应力拆减系数查表16-12得荷载疲劳应力5、计算温度疲劳应力本路段属2区，查表16-3得 取，分别为混凝土和基础的泊松比，故，计算得混凝土结构相对刚度半径为：由板长，查图16-10（板温度翘曲应力系数值）得5温度应力为查表16-13（温度应力疲劳作用系数表）得温度疲劳应力6、检验初拟板厚度路面厚度可以承载荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。初拟路面结构符合要求。7、检验是否满足防冻厚度要求路面结构总厚度防冻最小厚度满足要求。附设计图纸