深圳大学路基路面工程课程设计

《路基路面工程》课程设计任务书及指导书学生班级:11交通学号:2011090160姓名:魏凯丰指导老师:包小华老师《路基路面工程》课程设计任务书一、设计任务1、重力式挡土墙设计；2、刚性路面设计；二、设计资料(一)重力式挡土墙设计资料某新建公路K2+345~K2+379路段采用浆砌片石重力式路堤墙，具体设计资料列于下：1．路线技术标准，山岭重丘区一般二级公路，路基宽8.5m，路面宽7.0m。2．车辆荷载，计算荷载为汽车-20级，验算荷载为挂车-100。3．横断面原地面实测值及路基设计标高如表1所示。4．K2+361挡墙横断面布置及挡墙型式如图1所示（注：参考尺寸：11.4bm,dl=0.40m,dh=0.60m）。5．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=2/。6．地基为整体性较好的石灰岩，其允许承载力0=450Kpa，基地摩擦系数为f=0.45。7．墙身材料采用5号砂浆砌30号片石，砌体a=22KN/m3，砌体容许压应力为600aKpa，容许剪应力[]=100Kpa，容许拉应力[wl]=60Kpa。表1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)K2+3454(2)6(4.5)631.45630.578(-2.4)4(-3.6)K2+3504(2.1)6(2.4)631.08630.628(-3)4(-3)K2+3564(2.2)6(2.8)629.62630.688(-3)4(-1)K2+3614(1.2)6(2.4)628.51630.738(-2)4(-2.6)K2+3674(2)6(1.5)630.30630.798(-1.6)4(-3)K2+3734(2)6(2)629.08630.858(-1.2)4(-1.8)K2+3794(1)6(1)629.03630.911:51:0.251:1.5B=8.5mb=3mb1H=8mhdlda=2m1:0.25图1K2+361挡墙横断面布置及挡墙型式示意图挡土墙设计包括挡土墙的平面、立面、横断面设计，其中挡土墙横断面设计以K2+361横断面设计为例。大致步骤如下：1．挡土墙平面、立面布置2．挡土墙横断面布置，并拟定断面尺寸（图1供参考）；3．计算主动土压力；4．验算挡土墙抗滑、抗倾覆稳定性；5．验算基底应力及偏心距；6．验算墙身截面强度；7．挡土墙的伸缩缝与沉降缝，以及排水设施设计；8．绘制挡土墙平面、立面、横断面图；9．编写设计说明书。设计完成后应提交的文件1．挡土墙的平面、立面与横断面图；2．设计计算说明书。(二)路面结构设计资料Ⅱ4区平原微丘区某地三级路，原水泥混凝土路面设计厚18cm，路面宽7.5m，路基宽8.5m。由于经济发展，该地区新建一矿山，与前相比，将有重车行驶。故拟将原三级公路二侧加宽改建为一级公路，路基宽23m，中央现浇0.5m宽防撞墙，双向双车道。预计2003年末改建完毕并通车。2000年的交通量及车轴组成如下表(为双车道双向车道调查的结果)。表2交通量车型总重(KN)前轴重(KN)后轴重(KN)后轴数辆/日黄河JN-150150.6049.00101.61600解放CA--10B80.2520.2560.011346东风EQ-14090.0022.2769.311273日野KB-211147.5547.55100185黄河JN362190.063.00127142上海SH-13039.5016.5023.01230跃进23048.5018.2033.31298太脱拉138211.4051.4016022182000年至2003年平均交通量增长率为8%，2003年后为10%，路基加宽部分平均填土高度为1.5m，土质为中液限粘土，平均地下水位为0.8m，平均冻深0.3m。不利季节进行混凝土路面的承载板测定，承载板D=30cm，p=0.7MPa，距承载板中心15cm处的计算弯沉为14(0.01mm)。旧路面的状况分级为“良”，实测旧混凝板劈裂强度为2.0MPa，实测板厚20处，平均值为18.5cm，标准差为0.7cm。试设计新混凝土路面及旧路的加铺层，并画出路面结构及横断面图(注:该地盛产石灰、粉煤灰、并有砾石)。设计完成后应提交的文件：1．路面结构及横断面图；2．设计计算说明书。重力式挡土墙设计某新建公路K2+345~K2+379路段采用浆砌片石重力式路堤墙，具体设计资料于下：1、路线技术标准，山岭重丘区一般二级公路，路基宽8.5m,路面宽7m。2、车辆荷载，计算荷载为车辆-20级，验算荷载为挂车-100。3、横断面原地面实测值及路基横断面标高如表。4、K2+361横断面布置如图所示。5、填料为砂性土，其密度为γ=18kN/m3，计算内摩擦角φ=35°，填料与墙背间摩擦角为δ=φ/26、地基为整体性较好的石灰岩，其允许承载力为450KPA,基底摩擦系数为0.457、墙身采用5号砂浆30号片石，砌体γa=22kN/m3,砌体允许压应力600KPA，允许剪应力100KPA，允许拉应力60KPA。（1)挡土墙平面，立面布置。某新建公路K2+345~K2+379路段采用浆砌片石重力式路堤墙（2）挡土墙横断面布置，拟定断面尺寸。（数据来自excel)φ=35°α=-12.00°δ=17.50°π=3.141592654A（上底）=3.00米H（墙高）=4.85米ho=0.57米B（下底）=4.00米γ=22kN/m3a=3.50米b=4.50米d=0.75米bo=7.00米（3）主动土压力计算1、车辆荷载换算按《公路设计手册》，有：对于汽车-20级：h0=109.09/γ[5.6+0.577×(H+2a)]=0.57m2、主动土压力计算（假设破裂面交于荷载中部）θ—破裂面与垂线的夹角，破裂角φ—土的内摩擦角α—墙背的倾角（仰斜α取负值，俯斜取正值）δ—墙背与填料间的摩擦角K—主动土压力系数ho—车辆荷载换算土层厚度，ho=p/γ，p—车辆荷载（H2m,p=20kN/m2;H10m,p=10kN/m2，其余高度取差值,由桩号分析及K2+361情况可得：H=4.85m）2．主动土压力计算（假设破裂面交于荷载中部）（1）破裂角由5.17235.12，，得：　　5.405.1712351.41)85.45.3)(57.0285.42(21))(2(2100HahHaA56.17)12tan()77.025.3285.4(85.42157.0)75.05.4(5.45.321tan)22(21)(21000haHHhdbabB76.010.41/56.175.405.40355.4000））（（））（（tgtgctgtgABtgtgctgtgtg21.37验核破裂面位置：堤顶破裂面至墙锺：(H+a)tg=6.34m荷载内缘至墙锺：b+Htg)(+d+b3=6.28m荷载外缘至墙锺：b+Htg)(+d+b3+b2=13.28m由于-Htanα+b+d+bo（H+a)tanθ-Htanα+b+d,破裂面交于荷载内,所以破裂面交于路基荷载中部的假设成立。并且直线形仰斜墙背，且墙背倾角较小，不会出现第二破裂面。2）主动土压力系数K和117.0)tan(tan)sin()cos(K37.31tgtgatgbh37.12tgtgdh11.0213hhHh95.12)21(2112301HhhHhHaK（3）求主动土压力a及土压力的作用点15.862112KKHEaamkN26.8)125.17sin(15.86)sin(mkN75.85)125.17cos(15.86)cos(ayaxEEEE9m12.3)23()(31211023KHHhhhhHaHZx4mB4.47mtan19.24tanxyZBZ(4)挡土墙抗滑稳定性验算为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其他外力作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力。即：101(0.9)0.9tanQyQxGEuGE式中：G-挡土墙自重G＝kN45.373225.085.4)45.3(11kVEx,Ey-墙背主动土压力的水平与垂直分力u—基底摩擦系数，取0.4不等式左边为：07.139)12(45.3739.04.0)26.84.145.3739.0(9.0)9.0(01tgGtgGyQ不等式右边为：05.12075.854.11XQ由上述计算结果得：101(0.9)0.9tanQyQxGEuGE成立，因此该挡墙抗滑稳定性满足要求。（5）抗倾覆稳定性验算要使挡墙抗倾覆满足要求即满足：10.9()0GQyxxyGZEZEZ将墙面割为三角形和矩形44.1yyxxyGEGZEZEGZC，分别为G1和G2，有：mGZGZGZGGG76.1)(221105271)(9.01＞xxyyQGZEZEGZ满足要求。（6）基底应力及偏心距验算1、基础底面的压应力由基底弯矩值计算表，选择荷载组合1M=1.4Me+1.2Mg=657.98-510.84=147.14由公式：N1=357.80KN作用于基底的合力偏心距e为：e=M/N1=0.411∴e≤B/6=0.67aKPfBeANp45063.144)4306.061(445.373)61(1max∴基础底面的压应力满足要求。⑵基底合力偏心距荷载组合为Ⅱ：挡土墙结构自重、土重、土侧压力、汽车荷载引起的土侧压力相组合。查表可知，坚密的岩石地基的合力偏心距须有4Be，e≤B/4=1由以上计算可知是满足的。⑶地基承载力抗力值须满足p≤1.2f式中p－基底平均压应力（KPa）；aKPfANP5402.144.891显然，p≤1.2f∴满足地基承载力的要求。(7)墙身截面强度验算选取二分之一墙高处进行截面进行验算(1)强度计算须满足jkkKNAR/r式中jN－设计轴向力（KN）；36.344)(110QQGjNNNG其中0r－重要性系数，取1.0；GN－恒重引起的轴向力（KN）；1QN－主动土压力产生的轴向力（KN），A－挡土墙构件的计算截面积（㎡），A=4；kR－材料的极限抗压强度（KPa），kR=710；kr－抗力安全系数，取2.31；k－轴向力偏心影响系数，887.0)(121)(25612080BeBek01.92299.344kkkjARKNN满足要求。(2)稳定计算须满足kkkkARNjr式中kkkNjARr、、、、意义同前；k－弯曲平面内的纵向翘曲系数；∵H/B=4.85/4=1.2110∴认为此挡墙是矮墙，取k=1。29.114836.344kkkkjARKNN成立。所以挡墙截面强度满足要求。（8）挡土墙的伸缩缝与沉降缝设计把伸缩缝和沉降缝结合在一起，统成为变形缝，沿墙长每12米设置变形缝，变形缝全高设置，其宽度取0.02米，缝内沿墙内、外、顶三边填塞沥青木板，塞入深度为0.2米。(9)挡土墙的排水设施设计设计3cm伸缩缝，在墙身上沿墙高和墙长设置泄水孔，其为10cm，20cm的方孔，具有向墙外倾斜的坡度，间距取为2.5m，泄水孔的进水侧设反滤层，厚度为0.4m，在最下排泄水孔的底部设置隔水层，由于处于自然区域处，泄水量较大，在排水层底部加设纵向渗沟，配合排水层把水排出墙外。新建普通水泥混凝土路面结构设计交通分析根据设计要求一级公路的设计基准期为三十年，安全等级为二级。根据资料得临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.22