路基路面課程工程設(shè)計(jì)

廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱路基路面工程課程設(shè)計(jì)課程名稱路基路面工程課程設(shè)計(jì)城建學(xué)部土木工程10土木5、6班㈠、課程設(shè)計(jì)的目的本課程設(shè)計(jì)為路基擋土墻設(shè)計(jì)和瀝青路面設(shè)計(jì)，是《路基路面工程》課程的主要教學(xué)環(huán)節(jié)之一。本設(shè)計(jì)要求根據(jù)所給資料，分析工程的特點(diǎn)和當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)技術(shù)知識(shí)，完成相應(yīng)的重力式擋土墻設(shè)計(jì)和新建瀝青路面設(shè)計(jì)。通過本課程設(shè)計(jì)，達(dá)到掌握上述涉及內(nèi)容的步驟和方法，鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，培養(yǎng)分析和解決工程路基路面設(shè)計(jì)中的技術(shù)方面的能力。㈡、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求設(shè)計(jì)一重力式擋土墻設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)基本資料某二級(jí)公路重力式路肩墻設(shè)計(jì)資料如下：墻身構(gòu)造：墻高5m，墻背仰斜坡度為1:0.25(=14°02,)，墻身分段長度20m，其余初始擬采用尺寸如下圖所示；（注：h］=190mm,H］=4810mm,墻高H=5000mm,bi=980mm）（2） 土質(zhì)情況：墻背填土重度/=18kN/m3，內(nèi)摩擦角二35°；填土與墻背間的摩擦角0=17.5°；地基為巖石地基容許承載力［。］=500kPa，基底摩擦系數(shù)f=0.5；（3） 墻身材料：砌體重度Y=20kN/m3，砌體容許壓應(yīng)力［。］=500kPa，容許剪應(yīng)力［t］=80kPa。2、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求（1） 車輛荷載換算；（2） 擋土墻后土壓力計(jì)算；（3） 穩(wěn)定性驗(yàn)算；抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算；抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算；（4） 基底應(yīng)力及合力偏心距驗(yàn)算；（5） 墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算；（6） 施工圖繪制：擋土墻立面圖、平面圖、斷面圖（要求繪圖使用A3圖紙）。設(shè)計(jì)二 新建瀝青路面設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)基本資料交通量資料：據(jù)調(diào)查，起始年交通組成及數(shù)量見表1;公路等級(jí)為一級(jí);年平均增率為6.58%；初定設(shè)計(jì)年限：15年。表1起始年交通組成及數(shù)量車輛類型小汽車解放CA15東風(fēng)EQ140黃河JN162長征CZ36交通量(輛/日)35001500900400100(2)沿線自然地理特征氣候特點(diǎn)：屬公路自然區(qū)劃I"區(qū)；年最高平均氣溫達(dá)30°C,一月份平均氣溫在3?16C左右，七月份平均氣溫在24?30C之間。降水量及地下水：年降水量在1000?1400mm之間，常年為1200mm左右。潮濕系數(shù)為1.0?1.5,最高月潮濕系數(shù)達(dá)2.5?3.5。地下水埋深一般為1.5m,丘嶺地區(qū)為2m左右。地形與地貌：該地區(qū)平原為主，兼有低山丘嶺地形特點(diǎn)。地質(zhì)與土質(zhì)：土質(zhì)為粉質(zhì)土，呈中密狀態(tài)。2、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求根據(jù)交通調(diào)查資料，計(jì)算設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次*，確定交通等級(jí)；根據(jù)公路等級(jí)、當(dāng)?shù)刂凡牧霞敖煌ǖ燃?jí)，初步擬定路面結(jié)構(gòu)組合；路面結(jié)構(gòu)層次中有一層為設(shè)計(jì)層，厚度待定(一般為基層或底基層)，其余各層厚度依據(jù)規(guī)范中推薦的適宜厚度和當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)選定；各個(gè)結(jié)構(gòu)層材料有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)以及土基回彈模量的確定；以彎沉為指標(biāo)計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度；高等級(jí)公路瀝青層底和半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算，重載交通剪應(yīng)力驗(yàn)算；施工圖繪制：瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)圖1張；高等級(jí)公路中央分隔帶排水構(gòu)造與路緣石設(shè)計(jì)圖1張(要求繪圖使用A3圖紙)。二、重力式擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算書1、設(shè)計(jì)基本資料某二級(jí)公路重力式路肩墻設(shè)計(jì)資料如下：(1)墻身構(gòu)造：墻高5m,墻背仰斜坡度為1:0.25(=14°02'),墻身分段長度20m，其余初始擬采用尺寸如下圖所示；(注：h1=190mm,H1=4810mm,墻高H=5000mm,b1=980mm)土質(zhì)情況：墻背填土重度/=18kN/m3，內(nèi)摩擦角二35°；填土與墻背間的摩擦角0=17.5°；地基為巖石地基容許承載力［。］=500kPa，基底摩擦系數(shù)f=0.5；墻身材料：砌體重度Y=20kN/m3，砌體容許壓應(yīng)力［。］=500kPa，容許剪應(yīng)力［t］=80kPa。2、車輛荷載換算⑴破裂角(。)的計(jì)算;

假設(shè)破裂面交于荷載范圍內(nèi)，則有：qj=a+b+"-14°02'+17.5°+35°=38°28'根據(jù)路堤擋土墻破裂面交于荷載內(nèi)部時(shí)破裂角的計(jì)算公式:tan0=-tanip+偵=-tan38°28，+^4^35°+tan38°28,)(an38°28+tan14o020/ +tanip）（aniptan0=-tanip+偵=-tan38°28，+^4^35°+tan38°28,)(an38°28+tan14o020=-0.7945+jG.428+0.7945)6.7945+0.25)=0.7291Z.e=36°5'44〃⑵驗(yàn)算破裂面是否交于荷載范圍內(nèi)；破裂砌體長度：Lo=H(tan0+tan(2)=5X(0.7407-0.25)=2.4m車輛荷載分布寬直L=N.b+(N-l)m+d=2Xl.8+(2-1)XI.3+0.6=5.5m所以Lo<L,即破裂面交于荷載范圍內(nèi)，符合假設(shè)。3、擋土墻后土壓力計(jì)算⑴荷載當(dāng)量土柱高度計(jì)算；墻高5米，按墻高確定附加荷載強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。車輛荷載qi=16.25kN/m2,人群荷載q2=3kN/m2,擋土墻欄桿豎向力q3=lkN/m2,擋墻的分布荷載:q=q】+q2+q3=16.25+3+1=20.25kN/m2ho=q/Y=20.25/18=1.125m⑵土壓力計(jì)算；%=l+2h°/H=1+2X1.125/5=1.45iAo=-(a+H+2ho)(a+H)i=H(H+2h)=1/2X5(5+2X1.125)2o=18.125m2i iB=—ab+(b+d)h-—H(H+2a+2h)tan。o2. 02oi二—X5(5+2X1.125)tan(-14°02')2=4.53m2根據(jù)路堤擋土墻破裂面交于荷載內(nèi)部土壓力計(jì)算公式：cc^G6°32'+35。)、sinG6°32,cc^G6°32'+35。)、sinG6°32,+38°28,)=18(18.125X0.7291-4.53)=52.52kNEx=Ea.cos(a+6)=52.52cos(-14°02z+17°30z)=52.4kNEW.sin(a+6)=52.52sin(-14°02z+17°30z)=3.17kN⑶土壓力作巾點(diǎn)；Zx=H/3+h0/3K1=5/3+1.125/3X1.45=1.925mZy=b1-Zx?tana=0.98+1.925X0.25=1.461m⑷土壓力對(duì)墻趾力臂計(jì)算；基地傾斜，土壓力對(duì)墻趾力臂：Zx1=Zx-h1=1.925-0.19=1.735mZy1=b1-Zx1tana=0.98+1.735X0.25=1.414m4、穩(wěn)定性驗(yàn)算⑴墻體重量及其作用點(diǎn)位置計(jì)算；擋土墻按單位長度計(jì)算，為方便計(jì)算從墻趾處沿水平方向把擋土墻分為兩部分，上部分為四邊形，下部分為三角形：V1=b1XH1=0.98X4.81=4.714m2G1=V1Xy「4.71X20=94.28kNZG1=1/2(H1tana+b1)=1/2(4.81X0.25+0.98)=1.09mV2=1/2加.h.0.5X0.98X0.19=0.093mG2=V2Xy]=0.093X20=1.86kNZG2=0.651X加=0.651X0.98=0.64m⑵抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算；a0=11°18，36〃Kg=[G.cosao+E.sin(a+0+ao)]f/[E.cos(a+0+a°)+G.sin?！鉣二1^94.28+1.86)x0.9806+52.25xsin(-14。02‘+17。30‘+11。18'36認(rèn)0.552.25xcos(-14。02‘+17。30‘+11。18'36”)-94.28x0.1959=2.10>0所以抗滑穩(wěn)定性滿足。⑶抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算;K0=平次2叩2+EZ,1二94.28x1.09+1.86x0.64+3.17x1.73552.4x1.414=1.48<[k0]=1.5所以傾覆穩(wěn)定性不足，應(yīng)采取改進(jìn)措施以增強(qiáng)抗傾覆穩(wěn)定性。重新擬定b1=1.02m,傾斜基地，土壓力對(duì)墻趾力臂：Zx1=1.735mZy1=b1-Zx1tana=1.02+1.735X0.25=1.454mV1=b1XH1=1.02X4.81=4.91mG1=V1Xy1=4.91X20=98.2kNZG1=1/2(H1tana+b1)=1/2(4.81X0.25+1.02)=1.11mV2=1/2b1.孔=0.5X1.02X0.19=0.0969mG2=V2Xy]=0.0969X20=1.938kNZG2=0.651Xb]=0.651X1.02=0.664mK=孕疽氣氣2+EZ,10EZ二94.28x1.11+1.938x0.664+3.17x1.73552.4x1.454=1.519>[k0]=1.55、基底應(yīng)力及合力偏心距驗(yàn)算⑴合力偏心矩計(jì)算；BGZ+GZ+EZ-EZ0=—-—1_G1 2_G2 ^_x x_i_2 §+G2+E=1.02_94.28x1.11+1.938x0.664+3.17x1.414-52.4x1.7352 98.20+1.94+3.17=0.51-0.23=0.28m>B/6=0.17mC=B-e=1.02/2-0.28=0.23m2所以基地合力偏心距滿足規(guī)范的規(guī)定。⑵基地應(yīng)力驗(yàn)算_2NPmax3c'=2[(Gyg+yQ1Ey)cosa+yQ1Exsina]/3C=2{[(98.12+1.94)X0.9+1.0X3.17]X0.9806-1.0X52.4X0.1959}/(3X0.23)二235.22kPa<[o]=500kPaPmin=0所以基地應(yīng)力滿足要求。6、 墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算墻身墻背平行，截面最大應(yīng)力出現(xiàn)在接近基地處，由基地應(yīng)力驗(yàn)算可知偏心矩及基地應(yīng)力滿足地基承載力，墻身應(yīng)力也滿足，驗(yàn)算內(nèi)力通過，強(qiáng)頂頂寬1.02m,墻高5m.7、 設(shè)計(jì)圖紙及工程量路肩墻體間隔20米設(shè)置沉降縫一道，縫內(nèi)用瀝青麻絮嵌塞，泄水孔尺寸為10X10cm,2-3米布置一個(gè)，泄水孔應(yīng)高出地面不小于30cm,墻背均應(yīng)設(shè)置50cm砂礫透水層，并做土工布封層。上述設(shè)計(jì)中，擋土墻的平面圖，立面圖，斷面圖如附圖（擋土墻平面、立面、斷面布置圖）。第8頁共15頁三、新建瀝青路面設(shè)計(jì)計(jì)算書1、設(shè)計(jì)基本資料（1）交通量資料：據(jù)調(diào)查，起始年交通組成及數(shù)量見表1;公路等級(jí)為一級(jí)；年平均增率為6.58%；初定設(shè)計(jì)年限：15年。表1起始年交通組成及數(shù)量車輛類型小汽車解放CA15東風(fēng)EQ140黃河JN162長征CZ36交通量（輛/日）35001500900400100（2）沿線自然地理特征氣候特點(diǎn)：屬公路自然區(qū)劃III1區(qū)；年最高平均氣溫達(dá)30°C,一月份平均氣溫在3?16C左右，七月份平均氣溫在24?30C之間。降水量及地下水：年降水量在1000?1400mm之間，常年為1200mm左右。潮濕系數(shù)為1.0?1.5，最高月潮濕系數(shù)達(dá)2.5?3.5。地下水埋深一般為1.5m,丘嶺地區(qū)為2m左右。地形與地貌：該地區(qū)平原為主，兼有低山丘嶺地形特點(diǎn)。地質(zhì)與土質(zhì)：土質(zhì)為粉質(zhì)土，呈中密狀態(tài)。2、軸載分析：路面設(shè)計(jì)以單軸-雙輪組100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載。⑴以設(shè)計(jì)彎沉和瀝青層層底應(yīng)力為指標(biāo)累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算①軸載換算軸載換算采用N二寸CCn（匕丫35公式計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2-1。12i"P）i=1上式中N-標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次（次/d）；⑶一各種被換算汽車的作用次數(shù)（次/d）；P-標(biāo)準(zhǔn)軸載；七-各種被換算車型的軸載（kN）；C1-被換算車輛的軸數(shù)系數(shù)；C2-被換算車輛的輪組系數(shù)，雙輪組取1.0，單輪組取6.4，四輪組取0.38。車型Pi（kN）C1C2ni（次/d）C1C2ni（Pi/P）4.（次/d）解放車CA15前軸20.9716.4150010.745后軸70.38111500325.458東風(fēng)EQ140前軸23.7016.490010.979后軸69.2011900181.428黃河JN162前軸59.5016.4400267.540后軸115.0011400734.676長征CZ361前軸47.6016.410025.338后軸2X90.72.21100143.885▽ 《P、4IkCCnr12i{p）i=11.35（次/d）1678.325②累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)年限為15年，四車道車道系數(shù)為0.4?0.5,取0.45.設(shè)計(jì)年限累計(jì)當(dāng)量軸次為：Ne=365[(1+Y)t-1]N1n/Y=365X[(1+0.0658)15-1]X1678.325X0.45/0.0658=679萬次⑵以半剛性基層層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算①軸載換算E(P、8 .CCnP，計(jì)算結(jié)果見表2-2。12i"P)i=1上式中C；-被換算車輛的軸數(shù)系數(shù)；C，-被換算車輛的輪組系數(shù)，雙輪組為1.0,單輪組取18.5，四輪2組取0.09。車型Pi（kN）C1C2ni（次/d）CC；ni（Pi/P）8（次/d）解放車CA15前軸20.97118.515000.104后軸70.3811150090.300東風(fēng)EQ140前軸23.70118.59000.166后軸69.201190047.325黃河JN162前軸59.50118.5400116.243后軸115.00114001223.609長征CZ361前軸47.60118.51004.876后軸2X90.731100137.398_K <P寸CCnT"2，"P,1=1）8（次/d）/1619.751軸載換算結(jié)果表（半剛性基層層底拉應(yīng)力）表2-2②累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)年限為15年，四車道車道系數(shù)為0.4?0.5，取0.45.設(shè)計(jì)年限累計(jì)當(dāng)量軸次為：Ne=365[（1+Y）t-1]N1n/Y=365X[（1+0.0658）15-1]X1619.751X0.45/0.0658=647萬次3、 結(jié)構(gòu)組合與材料選取由以上計(jì)算結(jié)果得：設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載次為679萬次，屬中等交通等級(jí)。根據(jù)規(guī)范推薦路面結(jié)構(gòu)，面層采用瀝青混凝土（18cm），其中表面層采用細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土AC-13（厚度4cm），中面層采用中粒式密級(jí)配瀝青混凝土AC-20（厚度6cm），下面層采用粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土AC-25（厚度8cm）；基層采用二灰穩(wěn)定砂礫（厚度待定-設(shè)計(jì)層）；底基層采用級(jí)配碎石（取20cm）。4、 各層材料抗壓模量與劈裂強(qiáng)度確定高等級(jí)公路規(guī)范規(guī)定材料設(shè)計(jì)參數(shù)需試驗(yàn)確定，本課程設(shè)計(jì)由于條件限制，材料設(shè)計(jì)參數(shù)直接取用瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中建議數(shù)值，得到各層材料抗壓模量與劈裂強(qiáng)度°20°C抗壓模量：AC-13:1400MPa；AC-20：1200MPa；AC-25：1000MPa。15°C抗壓模量：AC-13:2000MPa；AC-20：1800MPa；AC-25:1400MPa。各層材料的劈裂強(qiáng)度：細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土1.4MPa,中粒式密級(jí)配瀝青混凝土1.0MPa，粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土0.8MPa,二灰穩(wěn)定砂礫0.7MPa。5、 土基回彈模量確定該路段處于II"區(qū)，粉質(zhì)土，路基處于潮濕狀態(tài)，稠度取為1.0,查現(xiàn)行《瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》得土基回彈模量為48MPa。6、 設(shè)計(jì)指標(biāo)確定對(duì)一級(jí)公路，規(guī)范規(guī)定以設(shè)計(jì)彎沉值作為指標(biāo)，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)