《路基路面工程》课程设计指导书.docx
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《路基路面工程》课程设计指导书
《路基路面工程》
课
程
设
计
指
导
书
目录
序
名称
图表编号
数量(页)
备注
第一篇设计资料及说明
第二篇路基设计
1
设计资料及说明
2
高填深挖段路基横断面图
3
路基设计表或逐桩占地表
4
边坡稳定性分析
5
一般路基边坡防护设计图
6
挡土墙通用图、挡土墙布置图
7
挡墙设计手书计算及采用的规范
第三篇路面设计
8
路面结构设计图+手书计算
9
中央分隔带排水设计图
10
排水结构设计图
第四篇附件
11
课设结论
12
参考文献
13
致谢
第一部分设计资料
一、设计题目
某XX级公路的路基设计与路面的结构计算。
二、设计资料
1、设计任务书要求
某公路设计等级为X级公路,设计基准年为20xx年,设计使用年限为xx年,拟比选采用沥青路面结构或水泥混凝土路面,需进行路面结构设计。
2、气象资料
该公路处于区,属于温暖带大陆性季风气候,气候温和,四季分明。
年气温平均在14℃∽14.5℃,一月份气温最低,月平均气温为-0.2℃∽0.4℃,七月份气温27℃左右,历史最高气温为40.5℃,历史最低气温为-17℃,年平均降雨量为525.4毫米∽658.4毫米,雨水多集中在6∽9月份,约占全年降雨量的50%以上。
平均初霜日在11月上旬,终霜日在次年3月中下旬,年均无霜日为220∽266天。
地面最大冻土深度位20厘米,夏季多东南风,冬季多西北风,年平均风速在3.0米/秒左右。
3、地质资料与筑路材料
由于路线地处平原微丘Ⅱ5区,调查及勘察中发现,该地区属于第四系,岩性为黄土状粘土,主要分布于低山丘陵区,坡前和山前冲击、倾斜平原表层,具有大空隙,垂直裂缝发育,厚度变化大,承载能力低,该层具轻微湿陷性。
应注意发生不均匀沉陷的可能。
其他未发现有影响工程稳定的不良工程地质现象。
当地沿线碎石产量丰富,石料质量良好。
可考虑用水泥稳定石屑作基层,路段所处的土基强弱悬殊,其计算回弹模量E0有两个代表值分别为30和60MPa。
沿线有多个石灰厂,产量大质量好。
另外,附件发电厂粉煤灰储量极为丰富,可用于本项目建设,本项目所在地域较缺乏砂砾。
4、交通资料
根据工程可行性研究报告得知近期交通组成与交通量如表一所示,交通量年增长率如表二所示,不同车型的交通量参数见规范。
近期交通组成与交通量表一
车型
交通量(辆/日)
车型
交通量(辆/日)
三菱FR415
400
江淮HF150
600
五十铃NPR595
500
东风SP9135B
600
江淮HF140A
600
五十铃EXR181
700
东风KM340
600
交通量年增长率表二
期限
增长率r(%)
期限
增长率r(%)
2008∽2012
9.0
2018∽2022
5.5
2013∽2017
7.5
5、设计标准:
参照道勘主要经济技术指标表及规范。
第二部分:
路基设计
1、路基横断面布置
由道勘课设横断面设计(查《公路工程技术标准》(JTGB01—2003))部分可知,路基宽度为XXm,其中路面跨度为XXm,中间带宽度为XXm,其中中央分隔带宽度为XXm,路缘带宽度为XXm,硬路肩宽度为XXm,土路肩宽度为XXm。
;路面横坡为X%,土路肩横坡为X%,例图示:
2、路基最小填土高度
由前面纵断面设计可知,本段公路路基最小填土高度为1.5m
3、路基边坡
由道勘横断面设计可知(查《公路路基设计规范》(JTJ013—2004))本公路路基边坡形式,已知路堤高度x米,顶宽10(3.5×2+0.75×2+0.75×2)米,跟所设道路等级确定,地面水平。
路堤填土为粉质中液限粘土,土的粘聚力c=(1+学号后两位)/10(kPa),内摩擦角φ=1+学号倒数第一位(度),r=18.0kN/m3。
换算土柱高为2米。
设计路基断面并分析其路堤边坡稳定性(容许安全系数k=1.35)。
4、路基压实标准
路基压实采用重型压实标准,压实度应符合《公路工程技术标准》(JTGB01—2003)表4.0.4的要求路基压实度
填挖类别
路床顶面以下深度(m)
路基压实度
(高速公路、一级公路)
零填即挖方
0~0.30
0~0.80
—
≥96
填方
0~0.80
0.80~1.50
>1.50
≥96
≥94
≥93
由于路线地处平原微丘区,该地区属于第四系,岩性为黄土状粘土,主要分布于低山丘陵区,坡前和山前冲击、倾斜平原表层,具有大空隙,垂直裂缝发育,厚度变化大,承载能力低,该层具轻微湿陷性。
应注意发生不均匀沉陷的可能。
5、公路用地宽度
根据路基布置形式,填土高度及边坡形式计算路基用地范围,《规范》要求的公路用地宽度界限为公路路堤两侧排水沟外边缘以外不小于1m范围内的土地;在有条件的地段,高速公路、一级公路不小于3m,此处设置为3m。
6、路基填料
当地沿线碎石产量丰富,石料质量良好。
可考虑用水泥稳定石屑作基层,路段所处的土基强弱悬殊,其计算回弹模量E0有两个代表值分别为30和60MPa。
沿线有多个石灰厂,产量大质量好。
另外,附件发电厂粉煤灰储量极为丰富,可用于本项目建设,本项目所在地域较缺乏砂砾。
高速公路、一级公路路基填料最小强度和填料最大粒径应符合表3.3.1.4的规定,砂类土填筑。
路基填料最小强度和最大粒径要求
项目分类
路面底面以下深度(m)
填料最小度(CBR)(%)
填料最大粒径(m)
高速公路
填
方
路
基
上路床
0~30
8
10
下路床
30~80
5
10
上路堤
80~150
4
15
下路堤
150以下
3
15
零填及路堑路床
0~30
8
10
注:
①当路床填料CBR值达到表列要求时,可采取掺石灰或其它稳定材料处理
②粗粒土(填石)填料的最大粒径,不应超过压实层厚度的2/3
7、重力式挡土墙设计
(1)初始条件:
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10m;路基宽度26m,路肩宽度3.0m;
②基底倾斜角:
tan=0.190,取汽车荷载边缘距路肩边缘=0.5m;
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=18,填料与墙背的外摩擦角=0.5;粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数μ=0.30,地基容许承载力[]=250;
⑤墙身采用2.5号砂浆砌25号片石,圬工容重=22,容许压应力,容许剪应力,容许拉应力;
⑥以下设计参数区别为每人一题,根据指导教师的安排指定采用(对所采用的参数值打“√”标记):
例如选用以下参数:
墙后砂性土填料的内摩擦角:
34°墙面与墙背平行,墙背仰斜坡度(1:
):
1:
0.25
墙高H:
7m、墙顶填土高:
3.0m
(2)要求完成的主要任务:
按《公路路基设计规范》(JTGD30-2004)“5.4挡土墙”一节,采用极限状态设计法进行设计:
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。
第三部分公路路面结构设计计算
一、沥青路面课程设计
⒈计算标准轴载的作用次数;
⒉确定道路的交通分级,选定设计年限及车道系数;
⒊计算使用年限内累计当量轴次;
⒋确定容许回弹弯沉值LR;
⒌确定各路段干湿类型和路基与各层的回弹模量值;
⒍进行路面结构组合设计;
⒎按三层体系理论计算路面厚度,确定采用方案,并验算防冻厚度。
⒏绘制路面结构图。
二、水泥混凝土路面课程设计
⒈轴载换算;
⒉确定交通量分级,选定设计年限及轮迹横向分布系数;
⒊计算基准期内累计当量轴次;
⒋初拟路面结构,包括结构层次、类型和材料组成,各层的厚度、面板平面尺寸和接缝构造;
⒌确定材料参数,确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量,基层垫层和路基的回弹模量,基层顶面的当量回弹模量;
⒍计算荷载疲劳应力;
⒎计算温度疲劳应力;
⒏检验初拟路面结构;
⒐画出最后选定的路面结构图。
三、路基路面排水设计
1、路基、路面排水设计
路基地表排水可采用哪几种形式,如何考虑布置。
路面排水采用什么样的排水方式,怎么考虑?
布置的意义。
并绘制设计排水结构设计图及各排水设施的大样图。
3、中央分隔带排水
如何将中间带水流引入排水沟,是如何考虑的,并绘制所设计的中央分隔带排水设计图。
附录A:
交通分析⒈确定交通量车道分配系数。
交通量车道分配系数
单向车道数
1
2
3
≥4
车道分配系数
1.0
O.8~1.0
O.6~O.8
0.5~0.75
⒉设计基准期内交通量的年平均增长率,可按公路等级和功能以及所在地区的经济和交通发展情况,通过调查分析,预估设计基准期内的交通增长量,确定交通量年平均增长率gr。
⒊设计基准期内水泥混凝土面层临界荷位处所承受的标准轴载累计作用次数,可按下式计算确定。
式中:
Ne——标准轴载累计作用次数;
t——设计基准期;
gr——交通量年平均增长率;
η——临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数,按表A.2.2选用。
⒋车辆轮迹横向分布系数
公路等级
纵缝边缘处
高速公路、一级公路、收费站
0.17~0.22
二级及二级以下公路
行车道宽>7m
0.34~O.39
行车道宽≤7m
O.54~0.62
注:
车道或行车道宽或者交通量较大时,取高值;反之,取低值。
附录B:
混凝土板应力分析及厚度计算流程
B.1荷载应力分析
⒈选取混凝土板的纵向边缘中部作为产生最大荷载和温度梯度综合疲劳损坏的临界荷位。
⒉标准轴载PS在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按下式确定。
式中:
σpr——标准轴载PS在临界荷位处产生的荷载疲劳应力(MPa);
σps——标准轴载PS在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力(MPa),按B.1.3条计算确定;
kr——考虑接缝传荷能力的应力折减系数,纵缝为设拉杆的平缝时,kr=O.87~O.92(刚性和半刚性基层取低值,柔性基层取高值);纵缝为不设拉杆的平缝或自由边时,kr=1.O;纵缝为设拉杆的企口缝时,kr=0.76~O.84;
kf——考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数,按B.1.4条计算确定;
kc——考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数,按公路等级查表B.1.2确定。
综合系数kc
公路等级
高速公路
一级公路
二级公路
三、四级公路
kc
1.30
1.25
1.20
1.10
⒊标准轴载PS在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力按下式计算。
式中:
σps——标准轴载PS在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力(MPa);
r——混凝土板的相对刚度半径(m),按式(B.1.3-2)计算;
h——混凝土板的厚度(m);
Ec——水泥混凝土的弯拉弹性模量(MPa);
Et——基层顶面当
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