路基路面课程设计.docx

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路基路面课程设计

《路基路面工程》课程设计

班级：

--------------

学号：

-------------

姓名：

-------------

东北大学资源与土木工程学院

2012年1月14日

设计指导书

1．课程设计的目的

路基路面课程设计是对路基路面工程一个教学环节，通过路基路面课程设计

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。

2.课程设计的内容

（1）重力式挡土墙设计：

挡土墙土压力计算；挡土墙断面尺寸的确定；

挡土墙稳定性验算；挡土墙排水设计；绘制挡土墙平面、立面、断面图。

（2）沥青混凝土路面设计：

横断面尺寸的确定；路面结构层材料的选择；

路面结构层厚度的拟定及计算；路面结构层厚度的验算；分析各结构

层厚度变化时对层底弯拉应力的影响；绘制路面结构图。

要求至少拟定

2个方案进行计算。

（3）水泥混凝土路面设计：

横断面尺寸的确定；水泥混凝土路面结构层材料的选择；路面结构层厚度的拟定及层底拉应力的验算；确定水泥混凝土路面板尺寸及板间连接形式；绘制水泥混凝土纵、横缝平面布置图和

水泥混凝土路面结构组合设计图。

3.课程设计原始资料

（1）挡土墙设计资料

丹通高速公路（双向4车道）K28+156~K28+260段拟修建重力式挡土墙，墙体采用浆砌片石，重度为22kN/m3。

墙背填土为砂性土，重度为18kN/m3。

地基为岩石地基，基底摩擦系数为0.5。

结合地形确定挡土墙墙高（H）8.5m（K28+168），墙后填土高度（a）3m，边坡坡度1：

1.5，墙后填土的内摩擦角为Φ=32o，墙背与填土摩擦角δ=Φ/2。

（1）新建沥青路面设计资料

1）交通量资料：

据调查，起始年交通组成及数量见表；公路等级为高速公

路，双向4车道；预计交通量增长率前6年为5%，之后4年为为7%，最后5年为6%；

2）自然地理条件：

高速公路地处IV3区，设计段土质为粘质土，填方路基

高1.6m，地下水位距路床1.4m。

沿线石材丰富。

交通组成及其他资料

车型分类

代表车型

数量（辆/天）

小客车

桑塔娜2000

2200

中客车

江淮AL6600

350

大客车

黄海DD680

520

轻型货车

北京BJ130

670

中型货车

东风EQ140

610

重型货车

太脱拉111

720

铰接挂车

东风SP9250

310

一、重力式挡土墙设计

计算软件：

理正5.11

设计速度：

80km/h；则每车道宽：

3.75m；路面宽：

3.75×4＋0.75×2＝16.5m；无中央分隔带。

墙身尺寸:

墙身高:

8.500（m）

墙顶宽:

2.200（m）

面坡倾斜坡度:

1:

0.250

背坡倾斜坡度:

1:

0.200

墙底倾斜坡率:

0.200:

1

物理参数:

圬工砌体容重:

22.000（kN/m3）

圬工之间摩擦系数:

0.400

地基土摩擦系数:

0.500

砌体种类:

片石砌体

砂浆标号:

5

石料强度（MPa）:

30

挡土墙类型:

一般挡土墙

墙后填土内摩擦角:

32.000（度）

墙后填土粘聚力:

0.000（kPa）

墙后填土容重:

18.000（kN/m3）

墙背与墙后填土摩擦角:

16.000（度）

地基土容重:

18.000（kN/m3）

修正后地基土容许承载力:

500.000（kPa）

地基土容许承载力提高系数:

墙趾值提高系数:

1.200

墙踵值提高系数:

1.300

平均值提高系数:

1.000

墙底摩擦系数:

0.500

地基土类型:

岩石地基

地基土内摩擦角:

32.000（度）

土压力计算方法:

库仑

坡线土柱:

坡面线段数:

2

折线序号水平投影长（m）竖向投影长（m）换算土柱数

14.5003.0000

28.2500.0001

第1个:

距离0.000（m）,宽度8.250（m）,高度0.660（m）（行车换算荷载h=P/γ）

坡面起始距离:

0.000（m）

地面横坡角度:

0.000（度）

墙顶标高:

0.000（m）

挡墙分段长度:

10.000（m）

=====================================================================

第1种情况:

组合1

=============================================

组合系数:

1.000

1.挡土墙结构重力分项系数=1.000√

2.墙顶上的有效永久荷载分项系数=1.000√

3.墙顶与第二破裂面间有效荷载分项系数=1.000√

4.填土侧压力分项系数=1.000√

5.车辆荷载引起的土侧压力分项系数=1.000√

=============================================

[土压力计算]计算高度为9.755（m）处的库仑主动土压力

无荷载时的破裂角=30.660（度）

按实际墙背计算得到:

第1破裂角：

31.510（度）

Ea=497.573Ex=442.112Ey=228.288（kN）作用点高度Zy=3.527（m）

因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面不存在

墙身截面积=38.738（m2）重量=852.226kN

（一）滑动稳定性验算

基底摩擦系数=0.500

采用倾斜基底增强抗滑动稳定性,计算过程如下:

基底倾斜角度=11.310（度）

Wn=835.677（kN）En=310.560（kN）Wt=167.135（kN）Et=388.756（kN）

滑移力=221.620（kN）抗滑力=573.118（kN）

滑移验算满足:

Kc=2.586>1.300

滑动稳定方程验算：

滑动稳定方程满足:

方程值=418.115（kN）>0.0

地基土摩擦系数=0.500

地基土层水平向:

滑移力=442.112（kN）抗滑力=575.707（kN）

地基土层水平向:

滑移验算满足:

Kc2=1.302>1.300

（二）倾覆稳定性验算

相对于墙趾点，墙身重力的力臂Zw=3.200（m）

相对于墙趾点，Ey的力臂Zx=5.571（m）

相对于墙趾点，Ex的力臂Zy=2.272（m）

验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性

倾覆力矩=1004.309（kN-m）抗倾覆力矩=3998.592（kN-m）

倾覆验算满足:

K0=3.981>1.500

倾覆稳定方程验算：

倾覆稳定方程满足:

方程值=2448.909（kN-m）>0.0

（三）地基应力及偏心距验算

基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力

取倾斜基底的水平投影宽度验算地基承载力和偏心距

作用于基础底的总竖向力=1080.514（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=2994.283（kN-m）

基础底面宽度B=6.276（m）偏心距e=0.367（m）

基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn=2.771（m）

基底压应力:

趾部=232.547踵部=111.783（kPa）

最大应力与最小应力之比=232.547/111.783=2.080

作用于基底的合力偏心距验算满足:

e=0.367<=0.200*6.276=1.255（m）

墙趾处地基承载力验算满足:

压应力=232.547<=600.000（kPa）

墙踵处地基承载力验算满足:

压应力=111.783<=650.000（kPa）

地基平均承载力验算满足:

压应力=172.165<=500.000（kPa）

（四）基础强度验算

基础为天然地基，不作强度验算

（五）墙底截面强度验算

验算截面以上，墙身截面积=34.956（m2）重量=769.037kN

相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=3.102（m）

相对于验算截面外边缘，Ey的力臂Zx=5.571（m）

相对于验算截面外边缘，Ex的力臂Zy=2.272（m）

[容许应力法]:

法向应力检算:

作用于验算截面的总竖向力=997.326（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=2653.180（kN-m）

相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=2.660（m）

截面宽度B=6.025（m）偏心距e1=0.352（m）

截面上偏心距验算满足:

e1=0.352<=0.250*6.025=1.506（m）

截面上压应力:

面坡=223.590背坡=107.472（kPa）

压应力验算满足:

计算值=223.590<=800.000（kPa）

切向应力检算:

剪应力验算满足:

计算值=7.167<=80.000（kPa）

[极限状态法]:

重要性系数_0=1.000

验算截面上的轴向力组合设计值Nd=997.326（kN）

轴心力偏心影响系数醟=0.961

挡墙构件的计算截面每沿米面积A=6.025（m2）

材料抗压极限强度Ra=1600.000（kPa）

圬工构件或材料的抗力分项系数鉬=2.310

偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数豮=1.000

计算强度时:

强度验算满足:

计算值=997.326<=4008.772（kN）

计算稳定时:

稳定验算满足:

计算值=997.326<=4008.772（kN）

=====================================================================

第2种情况:

组合2

=============================================

组合系数:

1.000

1.挡土墙结构重力分项系数=1.000√

2.墙顶上的有效永久荷载分项系数=1.000√

3.墙顶与第二破裂面间有效荷载分项系数=1.000√

4.填土侧压力分项系数=1.000√

5.车辆荷载引起的土侧压力分项系数=1.000√

=============================================

[土压力计算]计算高度为9.755（m）处的库仑主动土压力

无荷载时的破裂角=30.660（度）

按实际墙背计算得到:

第1破裂角：

31.510（度）

Ea=497.573Ex=442.112Ey=228.288（kN）作用点高度Zy=3.527（m）

因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面不存在

墙身截面积=38.738（m2）重量=852.226kN

（一）滑动稳定性验算

基底摩擦系数=0.500

采用倾斜基底增强抗滑动稳定性,计算过程如下:

基底倾斜角度=11.310（度）

Wn=835.677（kN）En=310.560（kN）Wt=167.135（kN）Et=388.756（kN）

滑移力=221.620（kN）抗滑力=573.118（kN）

滑移验算满足:

Kc=2.586>1.300

滑动稳定方程验算：

滑动稳定方程满足:

方程值=418.115（kN）>0.0

地基土摩擦系数=0.500

地基土层水平向:

滑移力=442.112（kN）抗滑力=575.707（kN）

地基土层水平向:

滑移验算满足:

Kc2=1.302>1.300

（二）倾覆稳定性验算

相对于墙趾点，墙身重力的力臂Zw=3.200（m）

相对于墙趾点，Ey的力臂Zx=5.571（m）

相对于墙趾点，Ex的力臂Zy=2.272（m）

验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性

倾覆力矩=1004.309（kN-m）抗倾覆力矩=3998.592（kN-m）

倾覆验算满足:

K0=3.981>1.500

倾覆稳定方程验算：

倾覆稳定方程满足:

方程值=2448.909（kN-m）>0.0

（三）地基应力及偏心距验算

基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力

取倾斜基底的水平投影宽度验算地基承载力和偏心距

作用于基础底的总竖向力=1080.514（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=2994.283（kN-m）

基础底面宽度B=6.276（m）偏心距e=0.367（m）

基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn=2.771（m）

基底压应力:

趾部=232.547踵部=111.783（kPa）

最大应力与最小应力之比=232.547/111.783=2.080

作用于基底的合力偏心距验算满足:

e=0.367<=0.200*6.276=1.255（m）

墙趾处地基承载力验算满足:

压应力=232.547<=600.000（kPa）

墙踵处地基承载力验算满足:

压应力=111.783<=650.000（kPa）

地基平均承载力验算满足:

压应力=172.165<=500.000（kPa）

（四）基础强度验算

基础为天然地基，不作强度验算

（五）墙底截面强度验算

验算截面以上，墙身截面积=34.956（m2）重量=769.037kN

相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=3.102（m）

相对于验算截面外边缘，Ey的力臂Zx=5.571（m）

相对于验算截面外边缘，Ex的力臂Zy=2.272（m）

[容许应力法]:

法向应力检算:

作用于验算截面的总竖向力=997.326（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=2653.180（kN-m）

相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=2.660（m）

截面宽度B=6.025（m）偏心距e1=0.352（m）

截面上偏心距验算满足:

e1=0.352<=0.250*6.025=1.506（m）

截面上压应力:

面坡=223.590背坡=107.472（kPa）

压应力验算满足:

计算值=223.590<=800.000（kPa）

切向应力检算:

剪应力验算满足:

计算值=7.167<=80.000（kPa）

[极限状态法]:

重要性系数_0=1.000

验算截面上的轴向力组合设计值Nd=997.326（kN）

轴心力偏心影响系数醟=0.961

挡墙构件的计算截面每沿米面积A=6.025（m2）

材料抗压极限强度Ra=1600.000（kPa）

圬工构件或材料的抗力分项系数鉬=2.310

偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数豮=1.000

计算强度时:

强度验算满足:

计算值=997.326<=4008.772（kN）

计算稳定时:

稳定验算满足:

计算值=997.326<=4008.772（kN）

=====================================================================

第3种情况:

组合3

=============================================

组合系数:

1.000

1.挡土墙结构重力分项系数=1.000√

2.墙顶上的有效永久荷载分项系数=1.000√

3.墙顶与第二破裂面间有效荷载分项系数=1.000√

4.填土侧压力分项系数=1.000√

5.车辆荷载引起的土侧压力分项系数=1.000√

=============================================

[土压力计算]计算高度为9.755（m）处的库仑主动土压力

无荷载时的破裂角=30.660（度）

按实际墙背计算得到:

第1破裂角：

31.510（度）

Ea=497.573Ex=442.112Ey=228.288（kN）作用点高度Zy=3.527（m）

因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面不存在

墙身截面积=38.738（m2）重量=852.226kN

（一）滑动稳定性验算

基底摩擦系数=0.500

采用倾斜基底增强抗滑动稳定性,计算过程如下:

基底倾斜角度=11.310（度）

Wn=835.677（kN）En=310.560（kN）Wt=167.135（kN）Et=388.756（kN）

滑移力=221.620（kN）抗滑力=573.118（kN）

滑移验算满足:

Kc=2.586>1.300

滑动稳定方程验算：

滑动稳定方程满足:

方程值=418.115（kN）>0.0

地基土摩擦系数=0.500

地基土层水平向:

滑移力=442.112（kN）抗滑力=575.707（kN）

地基土层水平向:

滑移验算满足:

Kc2=1.302>1.300

（二）倾覆稳定性验算

相对于墙趾点，墙身重力的力臂Zw=3.200（m）

相对于墙趾点，Ey的力臂Zx=5.571（m）

相对于墙趾点，Ex的力臂Zy=2.272（m）

验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性

倾覆力矩=1004.309（kN-m）抗倾覆力矩=3998.592（kN-m）

倾覆验算满足:

K0=3.981>1.500

倾覆稳定方程验算：

倾覆稳定方程满足:

方程值=2448.909（kN-m）>0.0

（三）地基应力及偏心距验算

基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力

取倾斜基底的水平投影宽度验算地基承载力和偏心距

作用于基础底的总竖向力=1080.514（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=2994.283（kN-m）

基础底面宽度B=6.276（m）偏心距e=0.367（m）

基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn=2.771（m）

基底压应力:

趾部=232.547踵部=111.783（kPa）

最大应力与最小应力之比=232.547/111.783=2.080

作用于基底的合力偏心距验算满足:

e=0.367<=0.200*6.276=1.255（m）

墙趾处地基承载力验算满足:

压应力=232.547<=600.000（kPa）

墙踵处地基承载力验算满足:

压应力=111.783<=650.000（kPa）

地基平均承载力验算满足:

压应力=172.165<=500.000（kPa）

（四）基础强度验算

基础为天然地基，不作强度验算

（五）墙底截面强度验算

验算截面以上，墙身截面积=34.956（m2）重量=769.037kN

相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=3.102（m）

相对于验算截面外边缘，Ey的力臂Zx=5.571（m）

相对于验算截面外边缘，Ex的力臂Zy=2.272（m）

[容许应力法]:

法向应力检算:

作用于验算截面的总竖向力=997.326（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=2653.180（kN-m）

相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=2.660（m）

截面宽度B=6.025（m）偏心距e1=0.352（m）

截面上偏心距验算满足:

e1=0.352<=0.250*6.025=1.506（m）

截面上压应力:

面坡=223.590背坡=107.472（kPa）

压应力验算满足:

计算值=223.590<=800.000（kPa）

切向应力检算:

剪应力验算满足:

计算值=7.167<=80.000（kPa）

[极限状态法]:

重要性系数_0=1.000

验算截面上的轴向力组合设计值Nd=997.326（kN）

轴心力偏心影响系数醟=0.961

挡墙构件的计算截面每沿米面积A=6.025（m2）

材料抗压极限强度Ra=1600.000（kPa）

圬工构件或材料的抗力分项系数鉬=2.310

偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数豮=1.000

计算强度时:

强度验算满足:

计算值=997.326<=4008.772（kN）

计算稳定时:

稳定验算满足:

计算值=997.326<=4008.772（kN）

=================================================

各组合最不利结果

=================================================

（一）滑移验算

安全系数最不利为：

组合1（组合1）

抗滑力=573.118（kN）,滑移力=221.620（kN）。

滑移验算满足:

Kc=2.586>1.300

滑动稳定方程验算最不利为：

组合1（组合1）

滑动稳定方程满足:

方程值=418.115（kN）>0.0

安全系数最不利为：

组合1（组合1）

抗滑力=573.118（kN）,滑移力=221.620（kN）。

地基土层水平向:

滑移验算满足:

Kc2=1.302>1.300

（二）倾覆验算

安全系数最不利为：

组合1（组合1）

抗倾覆力矩=3998.592（kN-M）,倾覆力矩=1004.309（kN-m）。

倾覆验算满足:

K0=3.981>1.500

倾覆稳定方程验算最不利为：

组合1（组合1）

倾覆稳定方程满足:

方程值=2448.909（kN-m）>0.0

（三）地基验算

作用于基底的合力偏心距验算最不利为：

组合1（组合1）

作用于基底的合力偏心距验算满足:

e=0.367<=0.200*6.276=1.255（m）

墙趾处地基承载力验算最不利为：

组合1（组合1）

墙趾处地基承载力验算满足:

压应力=232.547<=600.000（