2015路基路面工程课程设计

《路基路面工程》课程设计东南大学交通学院道路工程系2015年8月1设计一路基挡土墙设计挡土墙是道路工程中广泛采用的一种构造物，其结构形式多样，设计计算方法各异。随着我国公路建设在全国各地的飞速发展、公路挡土墙设计理论的不断完善，挡土墙的应用也越来越广泛。通过本次课程设计，可以了解重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、加筋土挡土墙的设计理论和方法，达到学以致用的目的。（一）重力式挡土墙设计1、设计目的通过设计掌握重力式挡土墙的设计方法和设计内容。2、设计题目南京郊区某二级公路，路基宽8.5m，双车道路面，其中K0+007～K0+027需拟设计路肩式挡土墙，分段长度10m，端部设锥形护坡。要求设置普通重力式挡墙，墙身及基础采用浆砌片石（250#片石，50#砂浆），γ砌体＝22kN/m3，浆砌片石扩大基础下采用砂砾石材料（基础埋深为地面以下1m），μ＝0.6。墙后填筑普通粘性土，γ填土＝18kN/m3，计算内摩擦角φ＝30°，填土与墙背间的摩擦角δ=φ/2＝15°。地基承载应力标准值为fk=450kPa，圬工砌体的极限抗压强度为700kPa、极限抗弯拉强度为110kPa、极限抗剪切强度为80kPa。3、设计内容1）根据具体情况选择确定你认为较合理的墙身断面构造与尺寸；2）进行土压力计算；3）进行墙体抗滑及抗倾覆稳定性验算；4）进行基底应力及合力偏心距验算；5）进行墙身断面强度验算；6）画出纵断面布置图、平面图及挡墙横断面图。2附：墙身断面式样参考示例如图1所示，其中：α＝21°48´，α0＝5°43´。6020050312015020¦Α图1重力式挡土墙墙身断面参考示例（二）悬臂式挡土墙设计1、设计目的通过设计掌握悬臂式挡土墙的设计方法和设计内容。B1B2B3B(0.5～0.7H)踵板趾板（1/20～1/5H）（0.5m,1/4～1/2H）=0.3m=0.2m立臂底1：0.02～1:0.05H图2悬臂式挡土墙32、内容要求悬臂式挡土墙由立臂和墙底板组成，呈倒“T”字型。其具有三个悬臂，即立臂、墙趾板和墙踵板，适用于墙高小于6米的挡土墙，其形式如图2所示。悬臂式挡土墙的设计，包括墙身构造设计、墙身截面尺寸的拟定、结构稳定性和基底应力验算以及墙身配筋计算等。墙身构造设计是指挡土墙的外形构造设计，一般悬臂式挡土墙的外形即如上图所示；墙身截面尺寸的拟定是指已知部分条件，根据对挡土墙的使用要求设计其它部位的尺寸；结构稳定性和基底应力验算是根据设计的一定尺寸的挡土墙，验算其在荷载、土压力等因素作用下是否满足规范的设计要求等。3、工程实例某城市道路拓宽改造工程，采用轻型悬臂式路肩墙，其构造特点、荷载条件、道路状况初步见图3：踵板趾板立臂底面层基层粉媒灰＋固化剂2.4m墙前填土图3轻型悬臂式路肩墙其它资料：（1）行车荷载：道路行车荷载为汽—20级，换算为汽车等代土层厚H0＝0.96m；（2）墙后填土：墙后填土的容重γ1＝15kN/m3，内摩擦角φ＝35º；（3）墙前填土：墙前填土的容重γ2＝18kN/m3；（4）墙底参数：基底摩擦系数μ＝0.4，地基承载应力值为f=200kPa；（5）墙体参数：墙体采用30号混凝土浇筑，容重为γ3＝25kN/m3。44、课程设计内容1）根据以上工程实例资料，参照悬臂式挡墙设计内容要求，设计该挡土墙。2）将其改为普通重力式挡墙，重新设计该挡土墙，并比较其与悬臂式挡墙在结构形式和计算方法方面的异同。（三）加筋土挡土墙设计1、设计目的通过设计加筋土挡土墙，掌握其设计内容和设计计算方法。2、设计题目拟在某地区某二级公路上修建一座路堤式加筋土挡土墙，路基宽12m，路面宽9m，根据调查地基为粉质中液限粘土，内摩擦角φ＝25°，粘聚力c=5.5kPa，容重γ＝20kN/m3，地基承载应力标准值为f=450kPa，挡土墙不受浸水影响，已确定挡土墙全长60m，沉降缝间距采用20m，挡土墙高度6m，顶部填土高0.8m。3、设计内容1）根据设计资料选定面板和筋带；2）选择填料，确定筋带结点的水平和垂直间距；3）计算各层拉筋的土压力系数及所受拉力大小；4）计算筋带设计断面及每束筋带根数；5）计算筋带长度；6）确定墙体断面、筋带长度及数量；7）验算面板厚度；8）基底应力、滑动稳定性、倾覆稳定性验算；9）绘制该挡墙的纵断面布置图、平面图及横断面布置图。5设计二沥青路面结构设计（一）高速公路沥青路面设计1、设计目的通过本设计掌握高速公路沥青路面设计的基本过程和计算方法。2、设计题目（1）设计题目南京地区某高速公路，其中某段经调查路基为粉质中液限粘土，地下水位1.1m，路基填土高度0.5m。近期混合交通量为25350辆/日，交通组成和代表车型的技术参数分别如表1、表2所示，交通量年平均增长率8%。该路沿线可开采砂砾、碎石，并有石灰、水泥、粉煤灰、沥青供应。请设计合适的半刚性沥青路面结构。表1某路段混合交通组成车型分类一类车二类车三类车四类车五类车六类车代表车型桑塔纳五十铃解放CA10B黄河JN150黄河JN162交通SH361比重（%）24.5742.3022.049.011.890.18表2代表车型的技术参数序号汽车型号总重（kN）载重（kN）前轴重（kN）后轴重（kN）后轴数轮组数轴距（cm）出产国1桑塔纳212五十铃423解放CA10B80.2540.0019.4060.851双中国4黄河JN150150.6082.6049.00101.601双中国5黄河JN162174.50100.0059.50115.001双中国6交通SH361280.00150.0060.002×110.02双130中国（2）设计依据《公路沥青路面设计规范（JTGD50—2006）》邓学钧主编《路基路面工程（第三版）》63、设计内容（1）根据自然区划、路基土类型和地下水位高度，确定土基回弹模量值；（2）计算设计年限内一个车道的累积当量轴次和设计弯沉值；（3）根据设计资料，确定合适的面层类型（包括面层材料级配类型）；（4）拟定2种可能的路面结构组合与厚度方案，确定各结构层材料的计算参数；（5）根据《公路沥青路面设计规范》，计算或验算拟定的路面结构；4、设计要求（1）总体要求：根据设计资料，初步拟定2种路面方案，并对这2种方案进行经济技术比较（经济技术比较以初始修建费为依据，每种材料的单价见附录中表3所示）；（2）要求计算每种代表车型的轴载换算系数（共两种：一种以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的轴载换算系数；另一种为以半刚性材料层的拉应力为指标时的轴载换算系数）。（3）对拟定的路面结构方案，应明确标示出每种材料的名称、厚度和设计时使用的回弹模量值，如附录中图1所示。并列出路面结构计算或验算过程（设计或验算采用fd2006计算程序）。5、附录（1）南京地区材料单价表表3南京地区材料单价表材料名称单位材料单价（元）材料名称单位材料单价（元）4cm细粒式沥青砼m227.49020cm水泥稳定碎石m229.3104cm细粒式沥青砼(改性)m230.12032cm水泥稳定碎石m247.3904cm中粒式沥青砼m225.46034cm水泥稳定碎石m250.1205cm中粒式沥青砼m228.59020cm二灰稳定碎石m229.3506cm中粒式沥青砼m234.30032cm石灰稳定碎石m239.5106cm粗粒式沥青砼m232.22034cm石灰稳定碎石m241.7608cm粗粒式沥青砼m242.950级配碎石m386.29020cm二灰土m216.4005%石灰土(土基处治)m318.0007（2）路面结构方案图示路面结构方案示例（图4）：图4路面结构示意图表4上述拟定路面结构参数表抗压回弹模量层位编号类型弯沉计算应力计算厚度（cm）泊松比层间接触关系1细粒式沥青砼1400180040.35连续2中粒式沥青砼1200180060.35连续3粗粒式沥青砼1000120080.35连续4二灰稳定集料15003600370.25连续5二灰土7502400200.25连续6土基30300.35连续（3）材料设计参数参考表5沥青混合材料设计参数抗压模量E(MPa)15℃劈裂强度备注材料名称20℃15℃15℃密级配1200-16001800-22001.2-1.6AC-10,AC-13细粒式沥青混凝土开级配700-10001000-14000.6-1.0OGFC沥青玛蹄脂碎石1200-16001600-20001.4-1.9SMA中粒式沥青混凝土1000-14001600-20000.8-1.2AC-16AC-20密级配粗粒式沥青混凝土800-12001000-14000.6-1.0AC-25密级配1000-14001200-16000.6-1.0ATB25-35大粒径沥青碎石基层半开级配600-800——AM25-40沥青贯入式400-600——8表6基层、底基层材料设计参数材料名称配合比或规格要求抗压模量E(MPa)（弯沉计算）劈裂强度σ(MPa)抗压模量E(MPa)（拉应力计算）二灰砂砾7:13:801100-15000.6-0.83000-4200二灰碎石8:17:801300-17000.5-0.83000-4200水泥砂砾4%-6%1100-15000.4-0.63000-4200水泥碎石4%-6%1300-17000.4-0.63000-4200石灰水泥粉煤灰砂砾6:3:16:751200-16000.4-0.552700-3700水泥粉煤灰碎石4：16：801300-17000.4-0.552400-3000石灰土碎石粒料60%700-11000.3-0.41600-2400碎石灰土粒料40-50%600-9000.25-0.351200-1800水泥石灰砂砾土4:3:25:68800-12000.3-0.41500-2200二灰土10:30:60600-9000.2-0.32000-2800石灰土8%-12%400-7000.2-0.251200-1800石灰土处理路基4%-7%200-350—基层连续级配型300-350基层骨架密实型300-500级配碎石底基层、垫层200-250—填隙碎石底基层200-280—未筛分碎石做底基层用180-220级配砂砾、天然砂砾做底基层用150-200—中粗砂垫层80-100—（4）fd2006计算程序介绍fd2006采用数据文件的方法来输入和输出数据。其中输入文件wandat的数据输入格式如下：1结构体系数（即计算或演算结构的数目）6,2,4,2结构层数、计算拉应力的代号（1表示不计算拉应力，2表示计算拉应力）、设计层位、输入累积轴次的代号（2表示只输入累积当量轴次，1表示输入各轴载换算参数）10拉应力计算点数LQ拉应力计算点的材料类型LQLQ—沥青混凝土LQWJ—稳定集料类LQWT—稳定土类LQ同上LQ同上WJ同上9WJ同上WT同上WT同上1,0,0计算点层位、x坐标（cm），y坐标（cm）1,15.975,0同上2,0,0同上2,15.975,0同上3,0,0同上3,15.975,0同上4,0,0同上4,15.975,0同上5,0,0同上5,15.975,0同上1.6,1.6,1.0,1.0,0.8,0.8,0.6,0.6,0.25,0.25各计算点材料层的劈裂强度（MPa）2200.,2000.,1300.,4000.,2200各结构层（从上到下）以拉应力为指标的材料模量（MPa）4.0E6,4.0E6以路面弯沉和沥青层拉应力为指标的累积当量轴次、以半刚性材料的拉应力为指标的累积当量轴次1.0,1.0,1.0公路等级系数Ac、面层类型系数As、路面结构类型系数Ab1000.,0.35,4.,0.各层弯沉计算模量（MPa）、泊松比、厚度（cm）、界面接触系数（0--完全连续1--完全光滑0-1--非连续非光滑）1000.,0.35,6.,0.同上900.,0.35,8.,0.同上1100.,0.25,40.,0.同上550.,0.25,20.,0.同上30,0.35土基模量（MPa）、泊松比0.，0.，0.，