新建山岭重丘区二级公路路基路面课程设计报告.docx

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新建山岭重丘区二级公路路基路面课程设计报告

燕山大学

路基路面课程设计

计算说明书

学院（系）：

建筑工程与力学学院

专业：

道路桥梁工程10-1

学生姓名：

学号：

指导教师：

完成日期：

2013年12月20日

一、设计资料

1.1公路概况

某地区拟新建山岭重丘区二级公路，全长37.8km（K15+550~K53+350），路基宽8.5m，路面宽7.0m。

其中K30+845~K30+879（34m）路段采用浆砌片石重力式挡土墙；K15＋600～K22＋440（6.84Km）路段为老路改造，采用补强措施。

全线交通量为3100辆/d，交通组成见表1，主要车型参数见表2。

交通量年平均增长率γ=5%。

表1交通组成

黄河JN150

解放CA10B

东风EQ140

太脱拉138

小汽车

25%

50%

15%

3%

7%

表2汽车参数

车型

总重

（KN）

载重

（KN）

前轴重

（KN）

后轴重

（KN）

后轴数

后轮

轮组数

前轮

轮组数

轴距

（cm）

JN150

150.6

82.6

49

101.6

l

双

单

CA10B

80.25

40

19.40

60.85

1

双

单

EQ140

92.90

50.00

23.70

69.20

1

双

单

太脱拉138

211.4

120.00

51.40

2×80

2

双

单

132

如某些具体指标没有列出，请结合区划及当地具体情况自行选取，并要进行注释说明。

1.2路基设计资料

（1）车辆荷载，计算荷载为汽车-20级，验算荷载为挂车-100。

（2）横断面原地面实测值及路基设计标高如表3所列。

表3横断面原地面实测值及路基设计标高

左侧

桩号

右侧

中桩标高（m）

路基设计标高（m）

8（-2.6）4（-3）

K30+845

4

（2）6（4.5）

631.45

630.57

6（-2.4）6（-3.6）

K30+850

4（2.1）6（2.4）

631.08

630.62

7（-3）6（-3）

K30+856

4（2.2）6（2.8）

629.62

630.68

6（-3）6（-1）

K30+861

4（1.2）6（2.4）

628.51

630.73

6（-2）6（-2.6）

K30+867

5

（2）5（1.5）

630.30

630.79

5（-1.6）7（-3）

K30+873

4

（2）6

（2）

629.08

630.85

6（-1.2）6（-1.8）

K30+879

2

（1）8

（1）

629.03

630.91

（3）K30+861挡墙横断面布置及挡墙型式如图1所示（注：

参考尺寸：

m,

=0.40m,

=0.60m）。

图1K30+861挡墙横断面布置及挡墙型式示意图

（4）填料为砂性土，其密度

18KN/m3，计算内摩擦角

=35，填料与墙背间的摩擦角

=

。

（5）地基为整体性较好的石灰岩，其允许承载力

=450KPa，基地摩擦系数为f=0.45。

（6）墙身材料采用5号砂浆砌30号片石，砌体

=22KN/m3，砌体容许压应力为

KPa，容许剪应力[

]=100KPa，容许拉应力[

]=60KPa。

1.3路面设计资料

路基土质为粘性土，干湿状态为潮湿，若考虑冻深时道路冻深为160cm。

K15+600～K22＋440路段原路面为沥青路面，沥青面层厚度h＝3cm，路面实测弯沉值分别为：

72、81、78、64、66、65、68、75、72、71、66、73、68、77、74、74、81、82、78、79（0.01mm）等共20测点，弯沉测定采用标准轴载，测定时路表温度为27.5℃，前5小时的平均温度为25℃（注：

季节影响系数以Kl=1.08，温度影响系数K2=1.0）。

1.4交通量调查情况

交通量调查我的是第二组

第7组

车型

kN

（次/日）

小客车

前轴

16.5

1000

后轴

23

1000

中客车

前轴

25.55

1100

SH130

后轴

45.1

1100

大客车

前轴

28.7

1250

CA50

后轴

68.2

1250

小货车

前轴

13.4

1800

BJ130

后轴

27.4

1800

中货车

前轴

28.7

500

CA50

后轴

68.2

500

中货车

前轴

23.7

1000

EQ140

后轴

69.2

1000

大货车

前轴

49

800

JN150

后轴

101.6

800

特大车日野

前轴

50.2

700

KB222

后轴

104.3

700

拖挂车

前轴

60

110

五十铃

后轴

100（3轴）

110

二、重力式挡土墙设计

2.1挡土墙平面、立面布置

二级公路在桩号为K30+845~K30+879路段为填方路段，为保证路堤边坡稳定，少占地拆迁，故在K30+845~K30+879处设置路堤挡土墙，拟采用重力式挡土墙。

2.2挡土墙横断面布置，拟定断面尺寸

重力式挡土墙验算[执行标准：

公路]

计算项目：

重力式挡土墙5

计算时间：

2013-12-0918:

23:

55星期一

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

原始条件:

墙身尺寸:

物理参数:

墙身高:

7.000（m）圬工砌体容重:

22.000（kN/m3）

墙顶宽:

2.000（m）圬工之间摩擦系数:

0.400

面坡倾斜坡度:

1:

0.250地基土摩擦系数:

0.450

背坡倾斜坡度:

1:

-0.250砌体种类:

片石砌体

采用1个扩展墙址台阶:

砂浆标号:

5

墙趾台阶b1:

0.400（m）

墙趾台阶h1:

0.600（m）

墙趾台阶与墙面坡坡度相同

墙底倾斜坡率:

0.000:

1

挡土墙类型:

一般挡土墙

墙后填土内摩擦角:

35.000（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:

17.500（度）

地基土容重:

18.000（kN/m3）

修正后地基土容许承载力:

450.000（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:

0.450

地基土类型:

土质地基

地基土内摩擦角:

30.000（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

13.0002.0000

28.5000.0001

第1个:

定位距离0.000（m）汽车-20级（计算荷载）

坡面起始距离:

0.000（m）

地面横坡角度:

20.000（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√

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

2.3土压力计算

计算高度为7.000（m）处的库仑主动土压力

无荷载时的破裂角=37.722（度）

汽车-20级（计算荷载）

路基面总宽=8.500（m）,路肩宽=0.000（m）安全距离=0.500（m）

单车车辆外侧车轮中心到车辆边缘距离=0.350（m）,车与车之间距离=0.600（m）

经计算得，路面上横向可排列此种车辆3列

布置宽度=2.212（m）

布置宽度范围内车轮及轮重列表:

第1列车:

中点距全部破裂体

轮号路边距离（m）轮宽（m）轮压（kN）上轮压（kN）

010.5000.30030.00030.000

022.3000.30030.0006.150

030.5000.60060.00060.000

042.3000.60060.00021.150

050.5000.60060.00060.000

062.3000.60060.00021.150

布置宽度B0=2.212（m）分布长度L0=10.000（m）荷载值SG=198.451（kN）

换算土柱高度h0=0.499（m）

按实际墙背计算得到:

第1破裂角：

38.261（度）

Ea=109.118Ex=108.919Ey=6.593（kN）作用点高度Zy=2.491（m）

墙身截面积=14.240（m2）重量=313.280kN

3.4滑动稳定性验算

基底摩擦系数=0.450

滑移力=108.919（kN）抗滑力=143.943（kN）

滑移验算满足:

Kc=1.322>1.300

滑动稳定方程验算：

滑动稳定方程满足:

方程值=49.121（kN）>0.0

2.5倾覆稳定性验算

相对于墙趾点，墙身重力的力臂Zw=2.241（m）

相对于墙趾点，Ey的力臂Zx=3.023（m）

相对于墙趾点，Ex的力臂Zy=2.491（m）

验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性

倾覆力矩=271.324（kN-m）抗倾覆力矩=722.080（kN-m）

倾覆验算满足:

K0=2.661>1.500

倾覆稳定方程验算：

倾覆稳定方程满足:

方程值=310.325（kN-m）>0.0

2.6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

作用于基础底的总竖向力=319.873（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=450.756（kN-m）

基础底面宽度B=2.400（m）偏心距e=-0.209（m）

基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn=1.409（m）

基底压应力:

趾部=63.584踵部=202.977（kPa）

最大应力与最小应力之比=202.977/63.584=3.192

作用于基底的合力偏心距验算满足:

e=-0.209<=0.167*2.400=0.400（m）

墙趾处地基承载力验算满足:

压应力=63.584<=540.000（kPa）

墙踵处地基承载力验算满足:

压应力=202.977<=585.000（kPa）

地基平均承载力验算满足:

压应力=133.280<=450.000（kPa）

2.7基础强度验算

基础为天然地基，不作强度验算

2.8墙身截面强度验算

1.墙底截面强度验算

验算截面以上，墙身截面积=14.240（m2）重量=313.280kN

相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=2.241（m）

相对于验算截面外边缘，Ey的力臂Zx=3.023（m）

相对于验算截面外边缘，Ex的力臂Zy=2.491（m）

[容许应力法]:

法向应力检算:

作用于验算截面的总竖向力=319.873（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=450.756（kN-m）

相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=1.409（m）

截面宽度B=2.400（m）偏心距e1=-0.209（m）

截面上偏心距验算满足:

e1=-0.209<=0.250*2.400=0.600（m）

截面上压应力:

面坡=63.584背坡=202.977（kPa）

压应力验算满足:

计算值=202.977<=800.000（kPa）

切向应力检算:

剪应力验算满足:

计算值=-7.929<=80.000（kPa）

[极限状态法]:

重要性系数?

0=1.100

验算截面上的轴向力组合设计值Nd=319.873（kN）

轴心力偏心影响系数醟=0.916

挡墙构件的计算截面每沿米面积A=2.400（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=0.964

计算强度时:

强度验算满足:

计算值=351.860<=1523.469（kN）

计算稳定时:

稳定验算满足:

计算值=351.860<=1469.009（kN）

2.台顶截面强度验算

[土压力计算]计算高度为6.400（m）处的库仑主动土压力

无荷载时的破裂角=37.945（度）

汽车-20级（计算荷载）

路基面总宽=8.500（m）,路肩宽=0.000（m）安全距离=0.500（m）

单车车辆外侧车轮中心到车辆边缘距离=0.350（m）,车与车之间距离=0.600（m）

经计算得，路面上横向可排列此种车辆3列

布置宽度=1.950（m）

布置宽度范围内车轮及轮重列表:

第1列车:

中点距全部破裂体

轮号路边距离（m）轮宽（m）轮压（kN）上轮压（kN）

010.5000.30030.00030.000

022.3000.30030.0000.000

030.5000.60060.00060.000

042.3000.60060.0000.000

050.5000.60060.00060.000

062.3000.60060.0000.000

布置宽度B0=1.950（m）分布长度L0=10.000（m）荷载值SG=150.000（kN）

换算土柱高度h0=0.427（m）

按实际墙背计算得到:

第1破裂角：

38.477（度）

Ea=92.528Ex=92.359Ey=5.590（kN）作用点高度Zy=2.272（m）

墙身截面积=12.800（m2）重量=281.600kN

[强度验算]

验算截面以上，墙身截面积=12.800（m2）重量=281.600kN

相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=1.800（m）

相对于验算截面外边缘，Ey的力臂Zx=2.568（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=287.190（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=311.428（kN-m）

相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=1.084（m）

截面宽度B=2.000（m）偏心距e1=-0.084（m）

截面上偏心距验算满足:

e1=-0.084<=0.250*2.000=0.500（m）

截面上压应力:

面坡=107.238背坡=179.952（kPa）

压应力验算满足:

计算值=179.952<=800.000（kPa）

切向应力检算:

剪应力验算满足:

计算值=-11.259<=80.000（kPa）

[极限状态法]:

重要性系数?

0=1.100

验算截面上的轴向力组合设计值Nd=287.190（kN）

轴心力偏心影响系数醟=0.979

挡墙构件的计算截面每沿米面积A=2.000（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=0.957

计算强度时:

强度验算满足:

计算值=315.909<=1356.299（kN）

计算稳定时:

稳定验算满足:

计算值=315.909<=1298.192（kN）

2.9挡土墙的伸缩缝与沉降缝设计

为防止因地基不均匀沉陷而引起堵身开裂，根据地基地质条件及墙高、墙身断面的变化情况，设置沉降缝。

同时，为了减少圬工砌体因硬化收缩和温度变化作用而产生裂缝，须设置伸缩缝。

在此把沉降缝和伸缩缝结合在一起，全高设置，宽度为

。

缝内沿墙内、外、顶三边填塞沥青木板，塞入深度为0.2米。

2.10挡土墙的排水设施设计

为防止地表水渗入墙背填料或地基，因此设立地面排水沟。

排水沟的横断面为梯形，底宽和沟深为0.5

，边坡坡度为

，沟底纵坡为

。

为了迅速排除墙后积水，通常在非干砌的挡土墙身的适当高度处设置3排排水孔。

排水孔采用

的方孔。

上下交错设置，间距为

。

三、路面设计

3.1水泥混凝土路面设计

路基为粘性土，采用普通混凝土路面，路面宽7米。

3.1.1交通分析

可靠度设计标准及变异系数范围、可靠度的选用

公路技术等级

二级

安全等级

三级

设计基准期

20年

目标可靠度

0.85

目标可靠指标

1.04

变异水平系数

中级

可靠系数

1.10

第9组

车型

轴型

Pi（KN）

轴轮系数

Ni（次/日）

N

小客车

前轴

单轴单轮

16.5

665.02

1200

0.000

后轴

单轴单轮

23

576.51

1200

0.000

中客车

前轴

单轴单轮

25.55

551.03

1000

0.000

SH130

后轴

单轴单轮

45.1

431.58

1000

1.264

大客车

前轴

单轴单轮

28.7

524.16

1100

0.001

CA50

后轴

单轴双轮

68.2

1.00

1100

2.410

小货车

前轴

单轴单轮

13.4

727.27

1200

0.000

Ns

BJ130

后轴

单轴单轮

27.4

534.71

1200

0.001

2177.480

中货车

前轴

单轴单轮

28.7

524.16

800

0.001

CA50

后轴

单轴双轮

68.2

1.00

800

1.752

Ne

中货车

前轴

单轴单轮

23.7

569.13

1000

0.000

15768102

EQ140

后轴

单轴双轮

69.2

1.00

1000

2.765

1577

大货车

前轴

单轴单轮

49

416.46

550

2.530

重交通

JN150

后轴

单轴双轮

101.6

1.00

550

709.026

特大车日野

前轴

单轴单轮

50.2

412.15

700

4.693

KB222

后轴

单轴双轮

104.3

1.00

700

1372.926

拖挂车

前轴

单轴单轮

60

381.72

175

18.845

五十铃

后轴

三轴双轮

100

8.133E-09

175

61.267

3.1.2水泥混凝土路面设计

设计内容:

新建单层水泥混凝土路面设计

公路等级:

二级公路

变异水平的等级:

中级

可靠度系数:

1.1

面层类型:

普通混凝土面层

序路面行驶单轴单轮轴载单轴双轮轴载双轴双轮轴载三轴双轮轴载交通量

号车辆名称组的个数总重组的个数总重组的个数总重组的个数总重

（kN）（kN）（kN）（kN）

1标准轴载00110000002177.48

行驶方向分配系数1车道分配系数1

轮迹横向分布系数0.6交通量年平均增长率5％

混凝土弯拉强度5MPa混凝土弯拉模量31000MPa

混凝土面层板长度5m地区公路自然区划Ⅱ没有（Ⅰ区，取Ⅱ区计算，验算路面最小防冻厚度取较大值，取800mm

面层最大温度梯度88℃/m接缝应力折减系数0.87

基（垫）层类型----新建公路路基上修筑的基（垫）层

层位基（垫）层材料名称厚度（mm）回弹模量（MPa）

1水泥稳定粒料1801300

2石灰粉煤灰土150600

3新建路基30

基层顶面当量回弹模量ET=165.5MPa

中间计算结果:

（下列符号的意义请参看“程序使用说明”）

HB=220r=0.676SPS=1.26SPR=7.61

BX=0.71STM=2.12KT=0.53STR=1.13

SCR=8.74GSCR=9.61RE=92.2%

HB=345r=1.061SPS=0.67SPR=4.05

BX=0.31STM=1.45KT=0.41STR=0.6

SCR=4.65GSCR=5.12RE=2.4%

HB=350r=1.076SPS=0.66SPR=3.97

BX=0.3STM=1.44KT=0.41STR=0.59

SCR=4.56GSCR=5.02RE=0.4%

HB=352r=1.082SPS=.65SPR=3.94

BX=0.29STM=1.37KT=.4STR=.54

SCR=4.48GSCR=4.93RE=-1.4%

HB：

拟定的混凝土下面层厚度（mm）

rg：

双层混凝土板的相对刚度半径（m）

SPS1：

混凝土下面层的荷载应力（MPa）

SPR1：

混凝土下面层的荷载疲劳应力（MPa）

BX1：

温度应力系数

STM1：

混凝土下面层的温度应力（MPa）

KT：

温度疲劳应力系数

STR1：

混凝土下面层的温度疲劳应力（MPa）

SCR1：

混凝土下面层的综合应力（荷载疲劳应力与温度疲劳应力之和）（