土木工程路基路面课程设计

路基路面课程设计目录一、课程设计任务书二、水泥路面工程设计沥青路面设计三、路基挡土墙设计路基路面课程设计指导书1．课程设计的目的路基路面课程设计是对路基路面工程一个教学环节，通过路基路面课程设计使同学们能更加牢固地掌握本课程的基本理论、基本概念及计算方法，并通过设计环节把本课程相关的知识较完整地结合起来进行初步的应用，培养同学的分析、解决工程实际问题的能力。

同时，通过课程设计，使同学对相关《设计规范》有所了解并初步应用。

2. 课程设计的内容（1）重力式挡土墙设计：挡土墙土压力计算；挡土墙断面尺寸的确定；挡土墙稳定性验算；挡土墙排水设计；绘制挡土墙平面、立面、断面图。

（2）沥青混凝土路面设计：横断面尺寸的确定；路面结构层材料的选择；路面结构层厚度的拟定及计算；路面结构层厚度的验算；分析各结构层厚度变化时对层底弯拉应力的影响；绘制路面结构图。

要求至少拟定2个方案进行计算。

（3）水泥混凝土路面设计：横断面尺寸的确定；水泥混凝土路面结构层材料的选择；路面结构层厚度的拟定及层底拉应力的验算；确定水泥混凝土路面板尺寸及板间连接形式；绘制水泥混凝土纵、横缝平面布置图和水泥混凝土路面结构组合设计图。

3. 课程设计原始资料（1）挡土墙设计资料丹通高速公路（双向4车道）K28+156~ K28+260段拟修建重力式挡土墙，墙体采用浆砌片石，重度为22kN/m3。

墙背填土为砂性土，重度为18kN/m3。

地基为岩石地基，基底摩擦系数为0.5。

结合地形确定挡土墙墙高（H）5m （K28+250），墙后填土高度（a）6m，边坡坡度1：1.5，墙后填土的内摩擦角为Φ=32o，墙背与填土摩擦角δ=Φ/2。

（1）新建水泥混凝土路面设计资料1）交通量资料：据调查，起始年交通组成及数量见表；公路等级为一级公路，双向4车道；预计交通量增长率前5年为7%，之后5年为为6.5%，最后5年为4%；方向不均匀系数为0.52）自然地理条件：公路地处V3区，设计段土质为粘质土，填方路基高3m，地下水位距路床3.5m。

润交通组成及其他资料车型分类代表车型数量（辆/天）小客车桑塔娜2000 2400中客车江淮AL6600 330大客车黄海DD680 460轻型货车北京BJ130 530中型货车东风EQ140 780重型货车太脱拉111 900铰接挂车东风SP9250 1804.设计参考资料（1）《公路沥青路面设计规范》（2）《水泥混凝土路面设计规范》（3）《公路路基设计规范》（4）教材及其它参考书。

5.提交成果（1） 设计及计算说明书； （2） 相关的设计图。

水泥混凝土路面设计(课程设计第七组)1. 交通量分析3）交通量资料：据调查，起始年交通组成及数量见表；公路等级为一级公 路，双向4车道；预计交通量增长率前5年为7%，之后5年为为6.5%，最后5年为4%；方向不均匀系数为0.5。

4）自然地理条件：公路地处V 3区，设计段土质为粘质土，填方路基 高3m ，地下水位距路床3.5m 。

其要求采用水泥混凝土路面。

所以，进行普通水泥混凝土路面设计。

﹙1﹚ 标准轴载与轴载换算我国公路水泥混凝土路面设计规范以汽车轴重为100kN 的单轴荷载作为设计标准轴载，表示为BZZ —100。

凡前、后轴载大于40KN （单轴）的轴数均应换算成标准轴数，换算公式为：161()100ni S i i i PN N δ==∑式中： s N — 100KN 的单轴—双轮组标准轴数的通行次数； i P — 各类轴—轮型；级轴载的总重（KN ）； n — 轴型和轴载级位数；i N —各类轴—轮型i 级轴载的通行次数； i δ—轴—轮型系数。

单轴—双轮组： 1.0i δ=单轴—单轮组： 30.432.2210i i P δ-=⨯双轴—双轮组： 50.221.0710i i P δ--=⨯ 三轴—双轮组： 80.222.2410i i P δ--=⨯表3-1 轴载换算结果车型i P （kN ）i δi N （次/日） 16()100i i i P N δ 桑塔娜2000 前轴 14.3 707.2 2400 — 后轴 23.5 1 2400 — 江淮AL6600 前轴 17 656.5 330 — 后轴26.5 1 330 — 黄海DD680 前轴 49.00 416.5 460 2.12 后轴 91.5 1 460 111.04 北京BJ130 前轴 13.4 727.3 530 — 后轴 27.4 1 530 — 东风EQ140 前轴 23.7 569.11 780 — 后轴 69.2 1 780 2.16 太脱拉111 前轴 38.7 460.9 900 — 后轴 2×74.00 1 900 7.28 东风SP9250前轴 50.7 410.3 180 1.4 后轴113.3 11801327.24 ∑N1451.24注：小于40kN 的单轴和80kN 的双轴不计则设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数:[(1)1]365r s r e rN g N g η⨯+-=⨯⨯式中： e N — 标准轴载累计当量作用次数； t — 设计基准年限；取t=15年r g — 交通量年平均增长率，由材料知，γ=0.058；η — 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，如下表3-2。

；本设计为一级公路，取0.2η=。

表3-2 混凝土路面临界荷位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 0.34～0.39 0.54～0.62行车道宽≤7m[(1)1]365r s r e rN g N g η⨯+-=⨯⨯ =8086417.2次。

2. 初拟路面结构因为交通量100×104＜808.6×104＜2000×104次，故可知交通属于重交通。

由以上可知相应于安全等级为二级的变异水平等级为低~中级，根据一级公路、重交通等级和低~中级变异水平等级。

查规范知：初拟普通混凝土面层厚为250mm ；基层选用水泥稳定粒料，厚为200mm ；垫层为150mm 的低剂量无机结合稳定土。

普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m ；长为4.5m 。

纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。

3.确定材料参数取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为 5.0Mpa ，相应弯拉弹性模量标准值为31Gpa ；路基回弹模量为29Mpa ；低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量去600Mpa ；水泥稳定粒料基层回弹模量取1300Mpa 。

基层顶面当量的回弹模量值计算如下：2221222121h h E h E h E x ++==222213000.26000.1510480.20.15MPa ⨯+⨯=+ 12211221232131)1(4)(12-++++=h E h E h h E h E h D x=332113000.26000.15(0.20.15)11()12413000.26000.15-⨯+⨯+++⨯⨯=3.08MN m31)12(X x x E D h ==1312 3.08()1048⨯=0.328m ])(51.11[22.645.00--=E E a x =0.4510486.22[1 1.51()]29-⨯-⨯=4.35 55.00)(44.11--=E E b x =0.5510481 1.44()0.8029--= 3100)(E E E ah E x b x t ==10.80310484.350.32829()17129MPa ⨯⨯⨯=普通混凝土面层的相对刚度半径为：1133310000.5370.5370.250.760171c t E h m E γ⎛⎫⎛⎫==⨯⨯=⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭4. 计算荷载疲劳应力根据一级公路、重交通，由《路基路面工程》查得初拟普通混凝土面层厚度为0.25m 。

由下列公式求得：3537.0t c E E =γ 26.0077.0-=h ps γσ ps c r f p k k k σσ= 057.0e f N k = 式中 γ— 混凝土板的相对刚度半径（m ）；H — 混凝土板的厚度（m ）；E c — 水泥混凝土的弯沉弹性模量（Mpa ）；σp — 标准轴载P s 在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（Mpa ）；k r — 考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设杆拉的平缝，k r =0.87 ～0.92，纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界k r =1.0，纵缝为设杆拉的企口缝，k r =0.76 ～0.84，；k c — 考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数，按公路等级查下表3-3；表3-3 综合系数k c公路等级高速公路 一级公路 二级公路 三、四级公路k c1.301.251.201.10σps — 标准轴载P s 在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力（Mpa ）。

26.0077.0-=h ps γσ=0.620.0770 0.7600.25 1.045MPa -⨯⨯= ，057.0e f N k ==2.33 根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综和系数 1.20c k =,则荷载疲劳应力为：ps c r f p k k k σσ==2.33×0.87×1.25×1.045=2.65MPa5. 计算温度疲劳应力由《路基路面工程》知，V3区最大温度梯度取88﹙℃/m ﹚。

板长4.5m ，L/r=4.5/0.760=5.92；已知混凝土板厚0.25m ，Bx=0.63。

则可知最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：2xg c c tm B hT E ασ=式中： αc — 混凝土的温度线膨胀系数 ；T g — 最大温度梯度，T g =88°c/m ；B x — 综合温度翘区应力和内应力的温度应力系数； σtm — 最大温度梯度时土板的温度翘取应力（Mpa ）。

2xg c c tm B hT E ασ==51.010310000.25880.632.152MPa -⨯⨯⨯⨯⨯= 温度疲劳系数 ])([b f a f k c rtm tm r t -=σσ，式中a ，b 和c 为回归系数，按所在地区公路自然区划查下表 3-4。

a=0.871,b=0.071,c=1.287.表3-4 回归系数a ，b 和c系数 公路自然区Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ a 0.828 0.855 0.841 0.871 0.837 0.834 b 0.041 0.041 0.058 0.071 0.038 0.052 c1.3231.3551.3231.2871.3821.270])([b f a f k c rtmtmrt -=σσ=0.54则温度疲劳应力：σt = t k σtm =0.54×2.15=1.16MPa.综合，一级公路的安全等级为二级，相应于二级的安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为90﹪。