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路基路面课程设计报告书

路基路面课程设计

1章重力式挡土墙设计

1.1重力式路堤墙设计资料

1.1.1墙身构造

墙高5m，墙背仰斜坡度：

1：

0.25（＝14°），墙身分段长度20m，其余初始拟采用尺寸如图1.1示；

1.1.2土质情况

墙背填土容重γ=18kN/m3，内摩擦角；填土与墙背间的摩擦角δ＝16°；地基为石灰岩地基，容许承载力[σ]＝480kPa，基地摩擦系数；

1.1.3墙身材料：

5号砂浆，30号片石，砌体容重γ=22kN/m3，砌体容许压应力[σ]＝610kPa，容许剪应力[τ]＝110kPa，容许压应力。

图1.1初始拟采用挡土墙尺寸图

1.2破裂棱体位置确定

1.2.1破裂角（）的计算

假设破裂面交于荷载范围内，则有：

，

根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部时破裂角的计算公式：

故

1.2.2验算破裂面是否交于荷载范围内

破裂面至墙踵:

荷载内缘至墙踵:

荷载外缘至墙踵:

因为4.75<5.25<10.25,假设满足要求。

1.3荷载当量土柱高度计算

墙高5米，按墙高确定附加荷载强度进行计算。

按照线性内插法，计算附加荷载强度：

，

，即当量土柱高度为0.903m。

1.4土压力计算

1.4.1土压力大小计算

根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部土压力计算公式：

1.4.2土压力作用点位置计算

1.5稳定性验算

1.5.1墙体重量及其作用点位置计算

挡墙按单位长度计算，为方便计算从墙趾处沿水平方向把挡土墙分为两部分，上部分为四边形，下部分为三角形：

1.5.2抗滑稳定性验算

，取挡土墙宽B=2m，验算公式：

即：

所以抗滑稳定性满足。

1.5.3抗倾覆稳定性验算

验算公式：

其中，

所以倾覆稳定性满足。

1.6基地应力和合力偏心矩验算

为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力验算；同时，为了避免挡土墙不均匀沉陷，控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。

1.6.1基础地面压应力和偏心距

1）轴心荷载作用时：

所以=267.5÷（2×1）=133.7kPa<[σ]=480kPa

故基础地面压应力满足要求。

合力偏心距

2）偏心荷载作用时

作用于基底的合力偏心距

则:

故偏心距与基础地面压应力均满足要求。

1.6.2地基承载力验算

1）轴心荷载作用时，=133.7<480=

2）当偏心荷载作用时，

故地基承载力抗力值符合要求。

1.7墙身截面强度计算

1.7.1强度计算

要求：

其中：

=0.569,为轴向力偏心影响系数，按每延米长计算；

=0.95×[1.2×220+1.4×2.49]=254.1kN

=0.69×2×610÷2.31=364.4KN

所以<,故强度满足要求。

1.7.2稳定计算

要求：

其中：

=

≤=0.977×0.569×2×610=293.57KN，故稳定性满足要求。

1.7.3正截面直接受剪验算

要求：

≤

其中==71.16KN，=2×110÷2.31+0.42×207.58=207.59kN

即<，抗剪满足要求。

由上述可得K10+000截面的挡土墙符合要求,挡土墙最终截面按照拟定设计。

1.8设计图纸

1.8.1典型断面、立面布置图、平面布置图

典型断面如图1.2所示，立面布置图1.3所示，平面布置图1.4所示。

每间隔10米设置变形缝一道，缝内用沥青麻絮嵌塞；泄水孔尺寸10×10cm，2--3米布置一个，泄水孔应高出地面不小于30厘米；墙背均应设置50厘米砂砾透水层，并做土工布封层。

图1.2典型断面图

第2章沥青路面设计

2.1基本设计资料

某地公路自然区划IV区拟建一级公路，采用沥青路面结构，设计年限为15年，土基为粉质土，确定土基的稠度为1.10，回弹模量取36MPa，路基干湿状态为中湿状态,有关资料如下：

（1）公路技术等级为一级，为双向四车道,车道系数。

（2）交通组成如表1.1（示例）所示，交通量年增长率：

前五（十）年：

γ=8%；中间五（十）年：

γ=7%；后五（十）年：

γ=6%。

设15年内的平均交通量年增长率为，则，求得。

表2.1交通组成及交通量表

车型

双向交通量

东风EQ140

625

解放CA10B

800

黄河JN150

400

长征XD250

300

依土姿TD50

1485

菲亚特650E

245

太脱拉138

47

2.2轴载分析

我国沥青路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载，表示为BZZ-100。

标准轴载的计算参数按表2.2确定。

表2.2标准轴载计算参数

标准轴载名称

BZZ-100

标准轴载名称

BZZ-100

标准轴载P（KN）

100

单轮当量圆直径d（mm）

21.30

轮胎接地压强P（Mpa）

0.70

两轮中心距（cm）

1．5d

2.2.2以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力验算

当以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力验算时，凡前、后轴轴载大于25kN的各级轴载的作用次数均换算成标准轴载的当量作用次数，计算过程见表2.3。

式中：

—以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数；

—被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）；

—标准轴载（）；

—各种被换算车型的轴载（）；

C1—轴数系数；

C2—轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轴组为0.38。

当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：

，式中：

m—轴数。

表2.3轴载换算结果

车型

（）

（次/日）

东风EQ140

前轴

23.70

1

6.4

625

—

后轴

69.20

1

1

625

126.00

解放CA10B

前轴

19.40

1

6.4

800

—

后轴

60.85

1

1

800

92.18

黄河JN150

前轴

49.00

1

6.4

400

114.97

后轴

101.60

1

1

400

428.60

长征XD250

前轴

37.80

1

6.4

300

28.79

后轴

2*72.60

1

1

300

1519.41

依士姿TD50

前轴

42.20

1

6.4

1485

222.85

后轴

90.00

1

1

1485

1878.07

菲压特650E

前轴

33.00

1

6.4

245

12.61

后轴

72.00

1

1

245

58.69

太脱拉138

前轴

51.40

1

6.4

47

16.63

后轴

2*80.00

2.2

1

47

98.81

∑N

4357.67

则其设计年限内一个车道上的累计量轴次：

式中，—设计年限内一个车道的累计当量次数；

t—设计年限，由材料知，t=15年；

—设计端竣工后一年双向日平均当量轴次；

—设计年限内的交通量平均增长率，由材料知，γ=0.07

—车道系数，由材料知η=0.5。

则：

次。

2.2.3以半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次

验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次时，凡轴载大于50KN的各级轴载的作用次数均按下式换算成标准轴载的当量作用次数，计算过程见表2.4。

式中：

—以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数；

—被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）；

—标准轴载（）；

—各种被换算车型的轴载（）；

—轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。

—轴数系数；

表2.4轴载换算结果

车型

（）

（次/日）

东风EQ140

前轴

23.70

1

18.5

625

—

后轴

69.20

1

1

625

32.86

解放CA10B

前轴

19.40

1

18.5

800

—

后轴

60.85

1

1

800

15.04

黄河JN150

前轴

49.00

1

18.5

400

—

后轴

101.60

1

1

400

454.16

长征XD250

前轴

37.80

1

18.5

300

—

后轴

2*72.60

1

1

300

5927.26

依士姿TD50

前轴

42.20

1

18.5

1485

27.63

后轴

90.00

1

1

1485

639.24

菲压特650E

前轴

33.00

1

18.5

245

—

后轴

72.00

1

1

245

17.69

太脱拉138

前轴

51.40

1

18.5

47

4.24

后轴

2*80.00

3

1

47

13142.17

∑N

13198.63

年限内一个车道上的累计量轴次为：

次。

2.3结构组合与材料选取

根据《公路沥青路面设计规范》，考虑公路沿途有砂石、碎石、石灰、粉煤灰供应，路面结构层如下：

面层采用三层式沥青混凝土（200），基层采用水泥稳定碎石（厚度待定），底层采用二灰土（300），其中表层采用细粒式密级配沥青混凝（50mm），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（70），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（80）。

2.4压模量和劈裂强度

土基回弹模量的确定可根据查表法查得。

各结构层材料的抗压模量及劈裂强度已参照规范给出的推荐值确定，见表2.5。

表2.5结构组合参数、、

材料名次

厚度（cm）

抗压回弹模量

强度劈裂

（Mpa）

15°C模量

20°C模量

细粒式沥青混凝土

5

2680

1991

1.2

中粒式沥青混凝土

7

2175

1425

1.0

粗粒式沥青混凝土

8

1320

978

0.8

水泥稳定碎石

待定

3188

3188

0.6

二灰土

35

750

750

0.25

土基

—

30

30

—

2.5设计指标的确定

2.5.1设计弯沉值

公路为一级，则公路等级系数取1.0；面层是沥青混凝土，则面层类型的系数取1.0；路面结构为半刚性基层沥青路面，则路面结构类型系数取1.0。

式中：

—设计弯沉值

—设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数

—公路等级系数，一级公路为1.0

—面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0

—基层类型系数，半刚性基层为1.0

所以，

2.5.2各层材料按容许层底拉应力

按下列公式计算：

式中：

—路面结构材料的极限抗拉强度（Mpa）；

—路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限次加载的疲劳弯拉应力（Mpa）；

—抗拉强度结构系数；

对沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数：

；

对无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数：

；

对无机结合料稳定细土类的抗拉强度结构系数：

表2.6结构层容许弯拉应力

材料名称

（Mpa）

（Mpa）

细粒沥青混凝土

1.4

5.21

0.27

中粒沥青混凝土

1.0

5.21

0.19

粗粒沥青混凝土

0.8

5.21

0.15

水泥稳定碎石

0.5

2.