路基路面课程设计1

路基与路面工程课程设计任务书

题目: A重力式挡土墙设计

B 沥青路面设计 C 水泥混凝土路面设计

1. 课程设计教学条件要求 设计室：制图教室 2. 课程设计任务

（1）了解设计任务,拟定工作计划，查阅资料。

（2）按《公路路基设计规范》（JTG D30－2004）“5.4 挡土墙”一节，采用极限状态设计法进行重力式挡土墙设计；

（3）按《公路沥青路面设计规范 JIG D50-2006》的内容及要求进行沥青路面结构设计； （4）按《公路水泥混凝土路面设计规范 JTG D40-2002》的内容及要求进行水泥混凝土路面结构设计；

（5）根据指导教师的要求，采用指定的初始条件进行设计： 重力式挡土墙、水泥混凝土路面的设计计算按所选方案手算；

沥青路面的设计，在完成路面结构组合设计后，利用设计软件进行结构层厚度计算及各层底拉应力验算。

在设计说明书（设计报告书）中应画计算图，采用A4纸打印设计报告书。（6）出图：重力式挡土墙、沥青路面设计不出图（留待毕业设计时训练出图）；水泥混凝土路面设计，绘制面板接缝构造及钢筋布置图，A3图纸1页。 3. 课程设计报告书主要内容 A 重力式挡土墙设计 （一）初始条件：

（1）浆砌片石重力式仰斜路堤墙，墙顶填土边坡1:1.5，墙身纵向分段长度为10m；路基宽度26m，路肩宽度3.0m；

（2）基底倾斜角0：tan0＝0.190，取汽车荷载边缘距路肩边缘d=0.5m；

（3）设计车辆荷载标准值按公路－I级汽车荷载采用，即相当于汽车超20级、挂车120（验算荷载）；

（4）墙后填料砂性土容重=18kN/m3,填料与墙背的外摩擦角=0.5；粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数μ=0.30，地基容许承载力[0]=250kPa；

（5）墙身采用2.5号砂浆砌25号片石，圬工容重k=22kN/m3，容许压应力

[a]600 kPa，容许剪应力[][j]100 kPa，容许拉应力[L]60 kPa；

（6） 以下设计参数区别为每人一题，根据指导教师的安排指定采用（对所采用的参数值打“√”标记）：

墙后砂性土填料的内摩擦角： 34°

墙面与墙背平行，墙背仰斜坡度（1:n）： 1:0.25 墙高H： 7m

墙顶填土高a： 3.0m （二）要求完成的主要任务：

按《公路路基设计规范》（JTG D30－2004）“5.4 挡土墙”一节，采用极限状态设计法进行设计：

（1）车辆荷载换算；

（2）计算墙后主动土压力Ea及其作用点位置；

（3）设计挡土墙截面，墙顶宽度和基础埋置深度应符合规范要求。进行抗滑动稳定性验算及抗倾覆稳定性验算；

（4）基础稳定性验算与地基承载力验算； （5）挡土墙正截面强度及抗剪强度验算。 B 沥青路面设计 （一）初始条件：

广西南宁地区（IV7区）某新建双向4车道一级公路，拟采用沥青混凝土路面，路基土为高液限粘土，地下水位为－1m，路基填土高度1.2m，预计通车初年的交通量如下：

车型

黄河JN150

解放CA10B

长征CZ160

上海SH130

小汽车

交通量(辆/d) 720 1100 280 120 100

交通量年平均增长率7％，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。

（二）要求完成的主要任务： （1）确定路面等级和面层类型； （2）确定土基的回弹模量； （3）路面结构组合设计；

（4）根据设计弯沉值计算路面厚度（采用沥青路面设计专用程序，输入设计弯沉值及设计参数汇总表的设计参数后，对需进行厚度计算的结构层进行厚度计算，并进行各层底拉应力验算）。

C 水泥混凝土路面设计

广州郊区（IV7区）某新建双向2车道二级公路，拟采用水泥混凝土路面，行车道宽度为9m。路基土为中液限粘土，地下水位为－0.7m，路基填土高度0.6m，预计通车初年的交通量如下：

交通量年平均增长率8.5％，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。

（二）要求完成的主要任务：

（1）可靠度设计标准及变异系数范围、可靠度系数的选用； （2）标准轴载作用次数的换算。

（3）确定交通分级及混凝土弯拉强度标准值。 （4）结构组合设计。 （5）接缝设计。

（6）混凝土板应力分析及厚度计算。 （7）面板接缝构造及钢筋布置图。 4. 课程设计要求

（1） 学生按时到课程设计指定地点签到，遵守课程设计纪律。

（2） 学生独立完成课程设计任务。指导教师分时段验收学生完成的阶段任务。

（3） 学生按时提交课程设计成果和打印的课程设计报告书。 5．课程设计参考资料

（1）中华人民共和国行业标准. 公路路基设计规范（JTG D30－2004）.北京：人民交通出版社，2004

（2）中华人民共和国行业标准. 公路沥青路面设计规范（JTG D50－2006）.北京：人民交通出版社，2006

（3）中华人民共和国行业标准. 公路水泥混凝土路面设计规范 （JTG D40－2002）.北京：人民交通出版社，2002

（4）中华人民共和国行业标准. 公路工程技术标准(JTG B01-2003). 北京：人民交通出版社，2003

（5）邓学钧.路基路面工程. 北京：人民交通出版社，2000

撰写者：陆永青 指导教师：陆永青

课程设计评分表

A 重力式挡土墙设计

1 设计参数

挡土墙墙高H=7m，取基础埋置深度D=1.5m，挡土墙纵向分段长度取L=10m；路基宽度26m，路肩宽度3.0m；

墙面与墙背平行，墙背仰斜，仰斜坡度1:0.25，=－14.03°，墙底（基底）倾斜度tan

0

=0.190，倾斜角

0

=10.76°；

1

墙顶填土高度a=3.0m，填土边坡坡度1:1.5，=arctan（1.5）=33.69°，汽车荷载边缘距路肩边缘d=0.5m



墙后填土砂性土内摩擦角=34，填土与墙背外摩擦角=/2=17，填

土容重=18kN/m；粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数μ=0.30；

3

墙身采用2.5号砂浆砌25号片石，墙身砌体容重压应力[[



wl



k

=22kN/m,砌体容许

3



a

]=600kPa,砌体容许剪应力[]=100kPa,砌体容许拉应力

]=60kPa； 地基容许承载力[



]=250kPa。

2 车辆荷载换算

h0

q





1418



0.78m

3 主动土压力计算

3.1 计算破裂角

A

ab2h0(bd)H(H2a2h0)tan

(Ha)(Ha2h0)

34.520.78(4.50.5)7(72320.78)tan(14.03)

(73)(7320.78)





0.4

ω3414.031736.97

tantanω(cottanω)(tanωA)

(cot34tan36.97)(tan36.970.4)

tan36.970.86

40.69

墙底到路肩的水平距离为3.75m，路肩宽3m，墙底至破裂面与路基交点距离为(72.5)0.868.17m ，3+3.75=6.75＜8.17 破裂面交于荷载内进行计算

直线形仰斜墙背，且墙背倾角较小，不会出现第二破裂面。

3.2 计算主动土压力E及其作用点位置

a

3.2.1计算主动土压力E

a

h2

dtantanbatantantan



0.50.860.25



0.82m



h3



4.530.860.860.25

3.1m

Ka



cos()

tantan）

sin(ω)cos(40.734)sin(40.736.97)

tan40.7tan(14.03)

0.16

h1Hh2h370.823.13.18m

K111

2aH7

(1

h32H

)

2h0h1H)

2

23

(1

3.127

20.783.18

49

1.2912

12

2

EaHKaK1

18490.161.29

91.02kNm

ExEacos()91.02cos(1714.03)90.9kNmEyEasin()91.02sin(1714.03)4.72kNm

3.2.2计算主动土压力的合力作用点位置

Zx

H373

a(Hh3)h0h1(3h12H)

3HK1

2

2

2



3(73.1)0.783.18(33.1827)

3491.29

2.55m

Bb1b1tantan01.71.7tan(14.03)0.1901.61m

ZyBZxtan1.612.550.252.25m

Zx1

墙底（基底）倾斜，需把求得的－

b1tan0

Zx

、

Z

y

修正为、

Z

y1

,即：

Zx1

＝

Zx

，

Z

y1

＝b1－

Zx1

tan（见“附录”的图）

Zx1Zxb1tan02.551.70.1902.18mZy1b1Zx1tan1.72.18tan(14.03)2.24m

3.3 被动土压力

墙前的被动土压力忽略不计。偏于安全。

4 挡土墙计算

只对荷载组合II进行计算。

4.1 拟定挡土墙顶宽

经试算，取挡土墙顶宽为b1=1.6m

4.2 抗滑动稳定性验算

墙身体积计算：

V1b1(Hb1tan0)1.6(71.60.190)10.71m

2

3

V20.5b1tan00.51.60.1900.24m

23

VV1V210.710.2410.95m

3

墙身自重计算:

G1＝V10.7122235.62kN，G2＝V0.24225.28kN，

1k2k

GG1G2235.625.28240.9kN

抗滑稳定性验算：

1.1G

Q1

(EyExtan0)(1.1GQ1Ey)tan0Q1Ex



1.1240.91.4(4.7290.90.190)0.3(1.1240.91.404.72)0.1901.4090.913.08＞0

墙身自重力臂计算：

ZG10.5[(Hb1tan0)nb1]0.571.60.1900.251.61.65

1

ZG2[1/21/3(1/2tantan0)]b10.5(0.50.047

3



)1.61.09

ZG

(G1ZG1G2ZG2)

G



235.621.655.281.09

240.9

1.63

NG1G2Ey240.94.72245.62kN

抗滑稳定系数:

KC

[NExtan0]ExNtan0



245.6290.90.1900.3

90.9245.620.190

1.7＞1.3

满足要求

4.3 抗倾覆稳定性验算

0.8GZ

G

Q1(EyZy1ExZx1)0.8240.91.631.4(4.722.2590.92.55)

4.5＞0

抗倾覆稳定系数:

G1ZG1G2ZG2EyZ

ExZx1

235.621.655.281.094.722.24

90.92.18

y1

K0



2.041.5

满足要求

4.4 基底合力偏心距验算

N至墙趾A的距离

ZN



G1ZG1G2ZG2EyZy1ExZx1

N

235.621.655.281.094.722.2490.92.18

245.62

0.84m

B2

1.612

基底合力偏心距e0

ZN

0.840.035

；

4.5 地基承载力验算

1

NBNB

(1

6e0B6e0B

)

245.621.61245.621.61

(1

60.0351.61

)172.46kPa＜0250kPa

2

(1)

60.0351132.66kPa＜0250kPa

1.61

满足要求

4.6 墙身强度验算

墙面与墙背平行，截面最大应力位于接近基底处。由基底应力计算结果知墙身正应力满足墙体材料强度要求。墙身剪应力及弯拉应力很小，计算从略。

B 沥青路面设计

1 确定路面等级和面层类型

1.1 设计年限内一个车道的累计当量轴次计算

1）轴载分析

路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载 当以设计弯沉为指标及验算沥青层层底拉应力时

k

N

各级轴载换算采用算结果列表所示



i1

pi

C1C2nip

4.35

计算（小于25的轴载不计），计

轴载换算结果汇总表（以弯沉为标准时）

一级公路沥青路面的设计年限为15年，双向四车道的车道系数设计使用期累计当量轴次为：



0.45则

Ne

1

t

1365





N1

10.07

15

1365



0.07

1445.80.45

5967456次

当验算半刚性基层层底拉应力时： 各级轴载（轴载小于50KN的不计）

则用半刚性基层层底拉应力验算的累计当量轴次为：

Ne

1

t

1365





N15875414次

1.2 确定路面等级和面层类型

根据“沥规”并结合上面的计算，确定路面等级为高级路面；面层类型为沥青混凝土。

2 确定土基的回弹模量

1)确定路基的干湿类型：该路处于

1.0m1.2m2.2m

IV7

区，路槽底距地下水位高度平均为

，查表可知此高度高于H1,属于干燥路基。

c1(1.03)

2)确定路基的平均稠度：查表可知路基平均稠度介于之间，取

1.1。

和

c0(1.20)

3)查表可得土基的回弹模量

E040MPa

。

3 路面结构组合设计 3.1 拟定路面结构组合方案

经计算，路基设计使用年限内一个车道上累计标准轴载次为596.710

4

次左右，查表可得路面为高级路面，面层宜选择沥青混凝土，又由于该路为一级

公路，因此采用双层式结构。

3.2 拟定路面结构层的厚度

表面层采用4cm厚细粒式密集配沥青混凝土，下面层采用6cm厚粗

粒式密集配沥青混凝土。由于沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应，基层和底基层分别采用刚度较高、水稳定性好的石灰粉煤灰稳定碎石基层（厚20cm）和石灰稳定土底基层（厚度待计算确定）。

3.3 各层材料设计参数

土基及路面材料的回弹模量及各强度值列于下表中

4 根据设计弯沉值计算路面厚度 4.1 计算设计弯沉值

A1.0

一级公路，取Ac1.0，面层为沥青混凝土，取s，半刚性基层、底基

层总厚度大于20cm,取Ab1.0。

设计弯沉：

计算各层材料的容许层底拉应力

Rsp/Ks

Ld600Ne

0.2

AcAsAb6005967456

0.2

1.01.01.026.48

细粒式密集配沥青混凝土：

Ks0.09AaNe

0.22

/Ac0.091.05967456

0.22

/1.02.79



R



sp

/Ks1.4/2.790.5MPa

中粒式密集配沥青混凝土：

Ks0.09AaNe

0.22

/Ac0.091.05967456

0.22

/1.02.79



R



sp

/Ks1/2.790.36MPa

粗粒式密集配沥青混凝土：

Ks0.09AaNe

0.22

/Ac0.091.15967456

0.22

/1.03.08MPa



R



sp

/Ks0.8/3.080.26MPa

两灰碎石：

Ks0.35Ne

0.11

/Ac0.355967456

0.11

/1.01.91MPa



R



sp

/Ks0.65/1.910.34MPa

石灰土：

Ks0.45Ne

0.11

/Ac0.455967456

0.11

/1.12.5MPa



R



sp

/Ks0.225/2.50.09MPa

设计参数汇总表

采用HPDS2003A公路路面设计程序计算结果： 公 路 等 级 : 一级公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 26.5(0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 15 (cm)

设计参数汇总表

按设计弯沉值计算设计层厚度 :

LD= 26.5 (0.01mm)

H( 5 )= 20 cm LS= 27.8 (0.01mm) H( 5 )= 25 cm LS= 25.5 (0.01mm) H( 5 )= 22.8 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 :

H( 5 )= 22.8 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.8 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.8 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.8 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.8 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 :

H( 5 )= 22.8 cm(仅考虑弯沉)

H( 5 )= 22.8 cm(同时考虑弯沉和拉应力) 通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: --------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 4 cm --------------------------------------- 粗粒式沥青混凝土 6 cm --------------------------------------- 石灰粉煤灰碎石 22cm --------------------------------------- 石灰土 23cm ---------------------------------------

土基

竣工验收弯沉值和层底拉应力计算

计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 26.4 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 29.4 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 33.6 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 39.2 (0.01mm)

第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 115.2 (0.01mm)

土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 292.5 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)

LS= 232.9 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)

计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :

第 1 层底面最大拉应力 σ( 1 )=-0.227 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-0.083 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )=-0.033 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )=0 .134 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 σ( 5 )=0 .08 (MPa) 3.5 验算沥青混凝土各面层及半刚性基层、底基层的层底拉应力

由以上计算结果可得，各结构层容许拉应力R均大于底面最大拉应力，故满足应力满足要求。

C 水泥混凝土路面设计

1 可靠度设计标准及变异系数范围、可靠度系数的选用

2 标准轴载作用次数的换算

计算设计使用年限内的标准轴载累计作用次数

n

16

Ne

p

NsiNii

100 i1轴载换算的计算公式为：

轴载换算结果表

按规范查表得：交通等级为重，水泥混凝土路面的设计基准期为30年，安全等级为二级，临界荷载处的车轮轮迹横向分布系数=0.22。 设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为

Ns1

Ne



t



1365





90710.085



30

1365



0.085

0.22 9046819次

属于重交通等级

5.0

普通混凝土设计弯拉强度fr（MPa）

钢纤维混凝土设计弯拉强度fr（MPa6.0

3 确定土基的回弹模量

1)确定路基的干湿类型：该路处于

IV7

区，路槽底距地下水位高度平均为

0.7m0.6m1.3m

，查表可知此高度在H2范围内,属于中湿路基。

2)确定路基的平均稠度：查表可知路基平均稠度介于c1(1.03)和c2(0.94)之间，取

1。

3)查表可得土基的回弹模量E034.5MPa。

4 结构组合设计 4.1选择面层类型及厚度

查表得相应于安全等级二级的变异水平为中级。查表得初拟普通混凝土面层厚度为0.24m；排水基层选用多孔隙水泥碎石，厚0.12m。底基层采用水泥稳定粒料，厚0.2m；垫层为0.15m石灰粉煤灰土，普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m，长5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。

4.2路肩及路面排水设计

路肩采用混凝土面层，其厚度与行车道面层相同，集成宽度与路基宽度相同。 行车道路面设置为双向横坡，坡度为1%--2%，路肩辅面的横向坡度值宜比行车道路面的横坡值大1%—2%

4.3路面材料参数确定

混凝土弯拉强度 5 MPa 混凝土弯拉模量 31000 MPa

混凝土面层板长度 5 m 地区公路自然区划 IV7

面层最大温度梯度 92 ℃/m 接缝应力折减系数 0.87

使用HPDS2003A计算得：

层位 基（垫）层材料名称 厚度(mm) 回弹模量(MPa) 1 多孔隙水泥碎石 120 1500 2 水泥稳定粒料 200 1300 3 石灰粉煤灰土 150 600 4 土基 基层顶面当量回弹模量：Et254.5MPa 普通混凝土面层的相对刚度半径：r=0 .639m 标准荷载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：

psm

1.02MPa

考虑到接缝间的不同状态其传荷能力不同，因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数劳应力系数

K

v

f

Kr

=0.87。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲

0.057

Ne9046819

2.49

。根据公路等级，查上表，考虑偏载和

Kc1.25

动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数

荷载疲劳应力计算为：

pr

。

krkfkc

ps

0.872.491.251.022.77MPa



查表得，IV区最大温度梯度取92C/m，板长5m，lr50.6397.8，

由图可查得普通混凝土板厚0.24m，温度应力系数

Bx

0.65。

最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力tm2.22MPa 温度疲劳应力系数kt0.52 计算温度疲劳应力tr1.15MPa

按规范查表得，一级公路的安全等级为二级，相对于的变异水平等级为中

级，目标可靠度为90%，根据目标可靠度和变异水平等级，查上表确定可靠度系数r1.16。

r

tr1.162.771.154.55Mpafr5.0MPa

pr

因而，所选普通混凝土面层厚度（0.24m）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。

通通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,

最后得到路面结构设计结果如下:

--------------------------------------- 普通混凝土面层 240 mm --------------------------------------- 多孔隙水泥碎石 120 mm --------------------------------------- 水泥稳定粒料 200 mm --------------------------------------- 石灰粉煤灰土 150 mm --------------------------------------- 土基

路基与路面工程课程设计任务书

题目: A重力式挡土墙设计

B 沥青路面设计 C 水泥混凝土路面设计

1. 课程设计教学条件要求 设计室：制图教室 2. 课程设计任务

（1）了解设计任务,拟定工作计划，查阅资料。

（2）按《公路路基设计规范》（JTG D30－2004）“5.4 挡土墙”一节，采用极限状态设计法进行重力式挡土墙设计；

（3）按《公路沥青路面设计规范 JIG D50-2006》的内容及要求进行沥青路面结构设计； （4）按《公路水泥混凝土路面设计规范 JTG D40-2002》的内容及要求进行水泥混凝土路面结构设计；

（5）根据指导教师的要求，采用指定的初始条件进行设计： 重力式挡土墙、水泥混凝土路面的设计计算按所选方案手算；

沥青路面的设计，在完成路面结构组合设计后，利用设计软件进行结构层厚度计算及各层底拉应力验算。

在设计说明书（设计报告书）中应画计算图，采用A4纸打印设计报告书。（6）出图：重力式挡土墙、沥青路面设计不出图（留待毕业设计时训练出图）；水泥混凝土路面设计，绘制面板接缝构造及钢筋布置图，A3图纸1页。 3. 课程设计报告书主要内容 A 重力式挡土墙设计 （一）初始条件：

（1）浆砌片石重力式仰斜路堤墙，墙顶填土边坡1:1.5，墙身纵向分段长度为10m；路基宽度26m，路肩宽度3.0m；

（2）基底倾斜角0：tan0＝0.190，取汽车荷载边缘距路肩边缘d=0.5m；

（3）设计车辆荷载标准值按公路－I级汽车荷载采用，即相当于汽车超20级、挂车120（验算荷载）；

（4）墙后填料砂性土容重=18kN/m3,填料与墙背的外摩擦角=0.5；粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数μ=0.30，地基容许承载力[0]=250kPa；

（5）墙身采用2.5号砂浆砌25号片石，圬工容重k=22kN/m3，容许压应力

[a]600 kPa，容许剪应力[][j]100 kPa，容许拉应力[L]60 kPa；

（6） 以下设计参数区别为每人一题，根据指导教师的安排指定采用（对所采用的参数值打“√”标记）：

墙后砂性土填料的内摩擦角： 34°

墙面与墙背平行，墙背仰斜坡度（1:n）： 1:0.25 墙高H： 7m

墙顶填土高a： 3.0m （二）要求完成的主要任务：

按《公路路基设计规范》（JTG D30－2004）“5.4 挡土墙”一节，采用极限状态设计法进行设计：

（1）车辆荷载换算；

（2）计算墙后主动土压力Ea及其作用点位置；

（3）设计挡土墙截面，墙顶宽度和基础埋置深度应符合规范要求。进行抗滑动稳定性验算及抗倾覆稳定性验算；

（4）基础稳定性验算与地基承载力验算； （5）挡土墙正截面强度及抗剪强度验算。 B 沥青路面设计 （一）初始条件：

广西南宁地区（IV7区）某新建双向4车道一级公路，拟采用沥青混凝土路面，路基土为高液限粘土，地下水位为－1m，路基填土高度1.2m，预计通车初年的交通量如下：

车型

黄河JN150

解放CA10B

长征CZ160

上海SH130

小汽车

交通量(辆/d) 720 1100 280 120 100

交通量年平均增长率7％，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。

（二）要求完成的主要任务： （1）确定路面等级和面层类型； （2）确定土基的回弹模量； （3）路面结构组合设计；

（4）根据设计弯沉值计算路面厚度（采用沥青路面设计专用程序，输入设计弯沉值及设计参数汇总表的设计参数后，对需进行厚度计算的结构层进行厚度计算，并进行各层底拉应力验算）。

C 水泥混凝土路面设计

广州郊区（IV7区）某新建双向2车道二级公路，拟采用水泥混凝土路面，行车道宽度为9m。路基土为中液限粘土，地下水位为－0.7m，路基填土高度0.6m，预计通车初年的交通量如下：

交通量年平均增长率8.5％，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。

（二）要求完成的主要任务：

（1）可靠度设计标准及变异系数范围、可靠度系数的选用； （2）标准轴载作用次数的换算。

（3）确定交通分级及混凝土弯拉强度标准值。 （4）结构组合设计。 （5）接缝设计。

（6）混凝土板应力分析及厚度计算。 （7）面板接缝构造及钢筋布置图。 4. 课程设计要求

（1） 学生按时到课程设计指定地点签到，遵守课程设计纪律。

（2） 学生独立完成课程设计任务。指导教师分时段验收学生完成的阶段任务。

（3） 学生按时提交课程设计成果和打印的课程设计报告书。 5．课程设计参考资料

（1）中华人民共和国行业标准. 公路路基设计规范（JTG D30－2004）.北京：人民交通出版社，2004

（2）中华人民共和国行业标准. 公路沥青路面设计规范（JTG D50－2006）.北京：人民交通出版社，2006

（3）中华人民共和国行业标准. 公路水泥混凝土路面设计规范 （JTG D40－2002）.北京：人民交通出版社，2002

（4）中华人民共和国行业标准. 公路工程技术标准(JTG B01-2003). 北京：人民交通出版社，2003

（5）邓学钧.路基路面工程. 北京：人民交通出版社，2000

撰写者：陆永青 指导教师：陆永青

课程设计评分表

A 重力式挡土墙设计

1 设计参数

挡土墙墙高H=7m，取基础埋置深度D=1.5m，挡土墙纵向分段长度取L=10m；路基宽度26m，路肩宽度3.0m；

墙面与墙背平行，墙背仰斜，仰斜坡度1:0.25，=－14.03°，墙底（基底）倾斜度tan

0

=0.190，倾斜角

0

=10.76°；

1

墙顶填土高度a=3.0m，填土边坡坡度1:1.5，=arctan（1.5）=33.69°，汽车荷载边缘距路肩边缘d=0.5m



墙后填土砂性土内摩擦角=34，填土与墙背外摩擦角=/2=17，填

土容重=18kN/m；粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数μ=0.30；

3

墙身采用2.5号砂浆砌25号片石，墙身砌体容重压应力[[



wl



k

=22kN/m,砌体容许

3



a

]=600kPa,砌体容许剪应力[]=100kPa,砌体容许拉应力

]=60kPa； 地基容许承载力[



]=250kPa。

2 车辆荷载换算

h0

q





1418



0.78m

3 主动土压力计算

3.1 计算破裂角

A

ab2h0(bd)H(H2a2h0)tan

(Ha)(Ha2h0)

34.520.78(4.50.5)7(72320.78)tan(14.03)

(73)(7320.78)





0.4

ω3414.031736.97

tantanω(cottanω)(tanωA)

(cot34tan36.97)(tan36.970.4)

tan36.970.86

40.69

墙底到路肩的水平距离为3.75m，路肩宽3m，墙底至破裂面与路基交点距离为(72.5)0.868.17m ，3+3.75=6.75＜8.17 破裂面交于荷载内进行计算

直线形仰斜墙背，且墙背倾角较小，不会出现第二破裂面。

3.2 计算主动土压力E及其作用点位置

a

3.2.1计算主动土压力E

a

h2

dtantanbatantantan



0.50.860.25



0.82m



h3



4.530.860.860.25

3.1m

Ka



cos()

tantan）

sin(ω)cos(40.734)sin(40.736.97)

tan40.7tan(14.03)

0.16

h1Hh2h370.823.13.18m

K111

2aH7

(1

h32H

)

2h0h1H)

2

23

(1

3.127

20.783.18

49

1.2912

12

2

EaHKaK1

18490.161.29

91.02kNm

ExEacos()91.02cos(1714.03)90.9kNmEyEasin()91.02sin(1714.03)4.72kNm

3.2.2计算主动土压力的合力作用点位置

Zx

H373

a(Hh3)h0h1(3h12H)

3HK1

2

2

2



3(73.1)0.783.18(33.1827)

3491.29

2.55m

Bb1b1tantan01.71.7tan(14.03)0.1901.61m

ZyBZxtan1.612.550.252.25m

Zx1

墙底（基底）倾斜，需把求得的－

b1tan0

Zx

、

Z

y

修正为、

Z

y1

,即：

Zx1

＝

Zx

，

Z

y1

＝b1－

Zx1

tan（见“附录”的图）

Zx1Zxb1tan02.551.70.1902.18mZy1b1Zx1tan1.72.18tan(14.03)2.24m

3.3 被动土压力

墙前的被动土压力忽略不计。偏于安全。

4 挡土墙计算

只对荷载组合II进行计算。

4.1 拟定挡土墙顶宽

经试算，取挡土墙顶宽为b1=1.6m

4.2 抗滑动稳定性验算

墙身体积计算：

V1b1(Hb1tan0)1.6(71.60.190)10.71m

2

3

V20.5b1tan00.51.60.1900.24m

23

VV1V210.710.2410.95m

3

墙身自重计算:

G1＝V10.7122235.62kN，G2＝V0.24225.28kN，

1k2k

GG1G2235.625.28240.9kN

抗滑稳定性验算：

1.1G

Q1

(EyExtan0)(1.1GQ1Ey)tan0Q1Ex



1.1240.91.4(4.7290.90.190)0.3(1.1240.91.404.72)0.1901.4090.913.08＞0

墙身自重力臂计算：

ZG10.5[(Hb1tan0)nb1]0.571.60.1900.251.61.65

1

ZG2[1/21/3(1/2tantan0)]b10.5(0.50.047

3



)1.61.09

ZG

(G1ZG1G2ZG2)

G



235.621.655.281.09

240.9

1.63

NG1G2Ey240.94.72245.62kN

抗滑稳定系数:

KC

[NExtan0]ExNtan0



245.6290.90.1900.3

90.9245.620.190

1.7＞1.3

满足要求

4.3 抗倾覆稳定性验算

0.8GZ

G

Q1(EyZy1ExZx1)0.8240.91.631.4(4.722.2590.92.55)

4.5＞0

抗倾覆稳定系数:

G1ZG1G2ZG2EyZ

ExZx1

235.621.655.281.094.722.24

90.92.18

y1

K0



2.041.5

满足要求

4.4 基底合力偏心距验算

N至墙趾A的距离

ZN



G1ZG1G2ZG2EyZy1ExZx1

N

235.621.655.281.094.722.2490.92.18

245.62

0.84m

B2

1.612

基底合力偏心距e0

ZN

0.840.035

；

4.5 地基承载力验算

1

NBNB

(1

6e0B6e0B

)

245.621.61245.621.61

(1

60.0351.61

)172.46kPa＜0250kPa

2

(1)

60.0351132.66kPa＜0250kPa

1.61

满足要求

4.6 墙身强度验算

墙面与墙背平行，截面最大应力位于接近基底处。由基底应力计算结果知墙身正应力满足墙体材料强度要求。墙身剪应力及弯拉应力很小，计算从略。

B 沥青路面设计

1 确定路面等级和面层类型

1.1 设计年限内一个车道的累计当量轴次计算

1）轴载分析

路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载 当以设计弯沉为指标及验算沥青层层底拉应力时

k

N

各级轴载换算采用算结果列表所示



i1

pi

C1C2nip

4.35

计算（小于25的轴载不计），计

轴载换算结果汇总表（以弯沉为标准时）

一级公路沥青路面的设计年限为15年，双向四车道的车道系数设计使用期累计当量轴次为：



0.45则

Ne

1

t

1365





N1

10.07

15

1365



0.07

1445.80.45

5967456次

当验算半刚性基层层底拉应力时： 各级轴载（轴载小于50KN的不计）

则用半刚性基层层底拉应力验算的累计当量轴次为：

Ne

1

t

1365





N15875414次

1.2 确定路面等级和面层类型

根据“沥规”并结合上面的计算，确定路面等级为高级路面；面层类型为沥青混凝土。

2 确定土基的回弹模量

1)确定路基的干湿类型：该路处于

1.0m1.2m2.2m

IV7

区，路槽底距地下水位高度平均为

，查表可知此高度高于H1,属于干燥路基。

c1(1.03)

2)确定路基的平均稠度：查表可知路基平均稠度介于之间，取

1.1。

和

c0(1.20)

3)查表可得土基的回弹模量

E040MPa

。

3 路面结构组合设计 3.1 拟定路面结构组合方案

经计算，路基设计使用年限内一个车道上累计标准轴载次为596.710

4

次左右，查表可得路面为高级路面，面层宜选择沥青混凝土，又由于该路为一级

公路，因此采用双层式结构。

3.2 拟定路面结构层的厚度

表面层采用4cm厚细粒式密集配沥青混凝土，下面层采用6cm厚粗

粒式密集配沥青混凝土。由于沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应，基层和底基层分别采用刚度较高、水稳定性好的石灰粉煤灰稳定碎石基层（厚20cm）和石灰稳定土底基层（厚度待计算确定）。

3.3 各层材料设计参数

土基及路面材料的回弹模量及各强度值列于下表中

4 根据设计弯沉值计算路面厚度 4.1 计算设计弯沉值

A1.0

一级公路，取Ac1.0，面层为沥青混凝土，取s，半刚性基层、底基

层总厚度大于20cm,取Ab1.0。

设计弯沉：

计算各层材料的容许层底拉应力

Rsp/Ks

Ld600Ne

0.2

AcAsAb6005967456

0.2

1.01.01.026.48

细粒式密集配沥青混凝土：

Ks0.09AaNe

0.22

/Ac0.091.05967456

0.22

/1.02.79



R



sp

/Ks1.4/2.790.5MPa

中粒式密集配沥青混凝土：

Ks0.09AaNe

0.22

/Ac0.091.05967456

0.22

/1.02.79



R



sp

/Ks1/2.790.36MPa

粗粒式密集配沥青混凝土：

Ks0.09AaNe

0.22

/Ac0.091.15967456

0.22

/1.03.08MPa



R



sp

/Ks0.8/3.080.26MPa

两灰碎石：

Ks0.35Ne

0.11

/Ac0.355967456

0.11

/1.01.91MPa



R



sp

/Ks0.65/1.910.34MPa

石灰土：

Ks0.45Ne

0.11

/Ac0.455967456

0.11

/1.12.5MPa



R



sp

/Ks0.225/2.50.09MPa

设计参数汇总表

采用HPDS2003A公路路面设计程序计算结果： 公 路 等 级 : 一级公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 26.5(0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 15 (cm)

设计参数汇总表

按设计弯沉值计算设计层厚度 :

LD= 26.5 (0.01mm)

H( 5 )= 20 cm LS= 27.8 (0.01mm) H( 5 )= 25 cm LS= 25.5 (0.01mm) H( 5 )= 22.8 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 :

H( 5 )= 22.8 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.8 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.8 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.8 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.8 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 :

H( 5 )= 22.8 cm(仅考虑弯沉)

H( 5 )= 22.8 cm(同时考虑弯沉和拉应力) 通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: --------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 4 cm --------------------------------------- 粗粒式沥青混凝土 6 cm --------------------------------------- 石灰粉煤灰碎石 22cm --------------------------------------- 石灰土 23cm ---------------------------------------

土基

竣工验收弯沉值和层底拉应力计算

计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 26.4 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 29.4 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 33.6 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 39.2 (0.01mm)

第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 115.2 (0.01mm)

土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 292.5 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)

LS= 232.9 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)

计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :

第 1 层底面最大拉应力 σ( 1 )=-0.227 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-0.083 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )=-0.033 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )=0 .134 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 σ( 5 )=0 .08 (MPa) 3.5 验算沥青混凝土各面层及半刚性基层、底基层的层底拉应力

由以上计算结果可得，各结构层容许拉应力R均大于底面最大拉应力，故满足应力满足要求。

C 水泥混凝土路面设计

1 可靠度设计标准及变异系数范围、可靠度系数的选用

2 标准轴载作用次数的换算

计算设计使用年限内的标准轴载累计作用次数

n

16

Ne

p

NsiNii

100 i1轴载换算的计算公式为：

轴载换算结果表

按规范查表得：交通等级为重，水泥混凝土路面的设计基准期为30年，安全等级为二级，临界荷载处的车轮轮迹横向分布系数=0.22。 设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为

Ns1

Ne



t



1365





90710.085



30

1365



0.085

0.22 9046819次

属于重交通等级

5.0

普通混凝土设计弯拉强度fr（MPa）

钢纤维混凝土设计弯拉强度fr（MPa6.0

3 确定土基的回弹模量

1)确定路基的干湿类型：该路处于

IV7

区，路槽底距地下水位高度平均为

0.7m0.6m1.3m

，查表可知此高度在H2范围内,属于中湿路基。

2)确定路基的平均稠度：查表可知路基平均稠度介于c1(1.03)和c2(0.94)之间，取

1。

3)查表可得土基的回弹模量E034.5MPa。

4 结构组合设计 4.1选择面层类型及厚度

查表得相应于安全等级二级的变异水平为中级。查表得初拟普通混凝土面层厚度为0.24m；排水基层选用多孔隙水泥碎石，厚0.12m。底基层采用水泥稳定粒料，厚0.2m；垫层为0.15m石灰粉煤灰土，普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m，长5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。

4.2路肩及路面排水设计

路肩采用混凝土面层，其厚度与行车道面层相同，集成宽度与路基宽度相同。 行车道路面设置为双向横坡，坡度为1%--2%，路肩辅面的横向坡度值宜比行车道路面的横坡值大1%—2%

4.3路面材料参数确定

混凝土弯拉强度 5 MPa 混凝土弯拉模量 31000 MPa

混凝土面层板长度 5 m 地区公路自然区划 IV7

面层最大温度梯度 92 ℃/m 接缝应力折减系数 0.87

使用HPDS2003A计算得：

层位 基（垫）层材料名称 厚度(mm) 回弹模量(MPa) 1 多孔隙水泥碎石 120 1500 2 水泥稳定粒料 200 1300 3 石灰粉煤灰土 150 600 4 土基 基层顶面当量回弹模量：Et254.5MPa 普通混凝土面层的相对刚度半径：r=0 .639m 标准荷载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：

psm

1.02MPa

考虑到接缝间的不同状态其传荷能力不同，因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数劳应力系数

K

v

f

Kr

=0.87。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲

0.057

Ne9046819

2.49

。根据公路等级，查上表，考虑偏载和

Kc1.25

动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数

荷载疲劳应力计算为：

pr

。

krkfkc

ps

0.872.491.251.022.77MPa



查表得，IV区最大温度梯度取92C/m，板长5m，lr50.6397.8，

由图可查得普通混凝土板厚0.24m，温度应力系数

Bx

0.65。

最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力tm2.22MPa 温度疲劳应力系数kt0.52 计算温度疲劳应力tr1.15MPa

按规范查表得，一级公路的安全等级为二级，相对于的变异水平等级为中

级，目标可靠度为90%，根据目标可靠度和变异水平等级，查上表确定可靠度系数r1.16。

r

tr1.162.771.154.55Mpafr5.0MPa

pr

因而，所选普通混凝土面层厚度（0.24m）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。

通通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,

最后得到路面结构设计结果如下:

--------------------------------------- 普通混凝土面层 240 mm --------------------------------------- 多孔隙水泥碎石 120 mm --------------------------------------- 水泥稳定粒料 200 mm --------------------------------------- 石灰粉煤灰土 150 mm --------------------------------------- 土基