《路基路面工程》课程设计指导书

一、课程设计的目的和要求

课程设计是高等学校学生在校学习专业课的一个重要环节，也是学生综合运用所学知识解决实际问题和独立钻研的好时机。课程设计在教学上的要求是：

⒈ 培养综合运用所学知识、解决实际问题的独立工作能力； ⒉ 系统巩固并提高基础理论课与专业知识； ⒊ 掌握挡土墙、路面结构的设计计算方法； ⒋ 了解路基路面整体设计与个体设计的有机联系； ⒌ 提高与加强设计、计算、绘图及编制说明书的基本技能。

二、课程设计的步骤与方法 ㈠ 挡土墙课程设计

⒈ 研读挡土墙设计算例及路面结构设计与计算的有关例题。 ⒉ 认真分析设计任务书所提供的设计资料和依据。 ⒊ 进行挡土墙设计计算。

⒋ 进行车辆荷载换算（包括计算荷载、验算荷载）；

⒌ 利用所学知识中的相应公式，计算主动土压力，求出土压力的大小、方向及作用点； ⒍ 设计挡土墙截面：先拟定墙身尺寸，然后进行： ⑴ 抗滑稳定性验算； ⑵ 抗倾覆稳定性验算； ⑶ 基底应力验算； ⑷ 截面应力验算；

⒎ 挡土墙截面尺寸的调整与选取（挡土墙截面尺寸要满足计算荷载及验算荷载的各项要求）；

⒏ 画出选用的挡土墙横断面图，编制工程数量表，整理计算书等有关设计文件。 ㈡ 沥青路面课程设计

⒈ 计算标准轴载的作用次数；

⒉ 确定道路的交通分级，选定设计年限及车道系数； ⒊ 计算使用年限内累计当量轴次； ⒋ 确定容许回弹弯沉值LR；

⒌ 确定各路段干湿类型和路基与各层的回弹模量值； ⒍ 进行路面结构组合设计；

⒎ 按三层体系理论计算路面厚度，确定采用方案，并验算防冻厚度。 ⒏ 绘制路面结构图。 ㈢ 水泥混凝土路面课程设计

⒈ 轴载换算；

⒉ 确定交通量分级，选定设计年限及轮迹横向分布系数； ⒊ 计算基准期内累计当量轴次；

⒋ 初拟路面结构，包括结构层次、类型和材料组成，各层的厚度、面板平面尺寸和接缝构造；

⒌ 确定材料参数，确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量，基层垫层和路基的回弹模量，基层顶面的当量回弹模量；

⒍ 计算荷载疲劳应力； ⒎ 计算温度疲劳应力； ⒏ 检验初拟路面结构； ⒐ 画出最后选定的路面结构图。

三、课程设计文件装订

完成设计项目后，将设计任务书、说明书、计算书、设计图纸装订成册。

四、课程设计参考资料

⒈ 邓学钧．路基路面工程．人民交通出版社，2001年5月 ⒉ 资建民．路基路面工程．华南理工大学出版社，2005年8月 ⒊ 陆鼎中等．路基路面工程．同济大学出版社，1992年2月 ⒋ 黄晓明．水泥路面设计．人民交通出版社，2003年6月 ⒌ JTG F30－2003. 公路水泥混凝土路面施工技术规范 ⒍ JTG D40－2002. 公路水泥混凝土路面设计规范 ⒎ JTJ014－97. 公路沥青路面设计规范 ⒏ JTG D30－2004. 公路路基设计规范

⒐ 交通部第二公路勘察设计院编. 公路设计手册·路基（第二版）

附录A:交通分析

⒈ 确定交通量车道分配系数。

交通量车道分配系数 单向车道数 车道分配系数 1 1.0 2 O．8～1.0 3 O．6～O.8 ≥4 0.5～0.75 ⒉ 设计基准期内交通量的年平均增长率，可按公路等级和功能以及所在地区的经济和交通发展情况，通过调查分析，预估设计基准期内的交通增长量，确定交通量年平均增长率gr。

⒊ 设计基准期内水泥混凝土面层临界荷位处所承受的标准轴载累计作用次数，可按下式计算确定。

式中：

Ne——标准轴载累计作用次数； t——设计基准期；

gr——交通量年平均增长率；

η——临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，按表A．2．2选用。 ⒋ 车辆轮迹横向分布系数

公路等级 高速公路、一级公路、收费站 二级及二级以下公路 行车道宽>7m 行车道宽≤7m 纵缝边缘处 0.17～0.22 0.34～O．39 O．54～0.62 注：车道或行车道宽或者交通量较大时，取高值；反之，取低值。

附录B ：混凝土板应力分析及厚度计算流程 B．1荷载应力分析

⒈ 选取混凝土板的纵向边缘中部作为产生最大荷载和温度梯度综合疲劳损坏的临界荷位。

⒉ 标准轴载PS在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按下式确定。

式中： σpr——标准轴载PS在临界荷位处产生的荷载疲劳应力(MPa)；

σps——标准轴载PS在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力(MPa)，按B．1．3

条计算确定；

kr ——考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆的平缝时，kr =O.87～

O.92(刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值)；纵缝为不设拉杆 的平缝或自由边时，kr =1.O；纵缝为设拉杆的企口缝时，kr=0.76～ O.84；

kf ——考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数，按B.1.4条

计算确定；

kc——考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数，按公路等级查

表B．1．2确定。

综合系数kc

公路等级 kc

⒊ 标准轴载PS在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力按下式计算。

高速公路 1.30 一级公路 1.25 二级公路 1.20 三、四级公路 1.10

式中：

σps——标准轴载PS在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力(MPa)； r ——混凝土板的相对刚度半径(m)，按式(B.1.3-2)计算； h——混凝土板的厚度(m)；

Ec——水泥混凝土的弯拉弹性模量(MPa)；

Et——基层顶面当量回弹模量(MPa)，按附录B.1.5条计算。

⒋ 设计基准期内的荷载疲劳应力系数按下式计算确定。

式中：

kf——设计基准期内的荷载疲劳应力系数；

Ne——设计基准期内标准轴载累计作用次数，按附录A式(A．2．2)计算； ν——与混合料性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土，

ν=O.057；碾压混凝土和贫混凝土，ν=0．065；钢纤维混凝土,ν按式(B.1.4-2)计算确定。

式中：

ρf——钢纤维的体积率(％)；

lf——钢纤维的长度(mm)； df——钢纤维的直径(mm)。

⒌ 新建公路的基层顶面当量回弹模量计算公式：

式中：

Et——基层顶面的当量回弹模量(MPa)； E0——路床顶面的回弹模量(MPa)；

Ex——基层和底基层或垫层的当量回弹模量(MPa)，按式(B.1.5-2)计算； E1、E2——基层和底基层或垫层的回弹模量(MPa)；

hx——基层和底基层或垫层的当量厚度(m)，按式(B.1.5-3)计算；

Dx——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度(MN-m)，按式(B.1.5-4)计算； h1、h2——基层和底基层或垫层的厚度(m)；

a、b——与Ex／E0有关的回归系数，分别按式(B.1.5-5)和式(B.1.5-6)计算。

底基层和垫层同时存在时，可先按式(B.1.5-2)～式(B.1.5-4)将底基层和垫层换算成具

有当量回弹模量和当量厚度的单层，然后再与基层一起按上述各式计算基层顶面当量回弹模量。无底基层和垫层时，相应层的厚度和回弹模量分别以零值代入上述各式进行计算。 ⒍ 在旧柔性路面上铺筑水泥混凝土面层时，原柔性路面顶面的当量回弹模量可按下式计算确定。

式中：

W0——以后轴重100kN的车辆进行弯沉测定，经统计整理后得到的原路面计

算回弹弯沉值(O．01mm)。

B．2 温度应力分析

⒈ 在临界荷位处的温度疲劳应力按式(B.2.1)确定。

式中：

σtr——临界荷位处的温度疲劳应力(MPa)；

σtm——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(MPa)，按B.2.2条确定； kt——考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数，按B.2.3条确定。

⒉ 最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力按式(B.2.2)计算。

式中：

σtm——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(MPa)；

-5

αc——混凝土的线膨胀系数(1／℃)，通常可取为1×10／℃； Tg——最大温度梯度，查表3.0.8取用；

Bx——综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，可按l／r和h查用

图B.2.2确定；

l——板长，即横缝间距(m)。

⒊ 温度疲劳应力系数可按式(B.2.3)计算确定。

式中：

a、b和c——回归系数，按所在地区的公路自然区划查表B.2.3确定。

表B．2．3 回归系数a、b和c 公路自然区划 系 数 a b c II 0.828 0.041 1.323 III 0.855 0.041 1.355 Ⅳ 0.841 0.058 1.323 V 0.871 0.071 1.287 Ⅵ 0.837 0.038 1.382 V11 0.834 0.052 1.270 B．3混凝土板厚度计算流程

首先，根据相关的设计依据，参照第4章各条进行行车道路面结构的组合设计(初拟路面结构，包括路床、垫层、基层和面层的材料类型和厚度)，并按表4．4．6所列的水泥混凝土面层厚度建议范围，依据交通等级、公路等级和所选变异水平等级初选混凝土板厚度。然后，参照图B．3．1所示的混凝土板厚度计算流程，分别按B．1和B．2节计算荷载疲劳应力和温度疲劳应力。当荷载疲劳应力同温度疲劳应力之和与可靠度系数的乘积小于且接近于混凝土弯拉强度标准值，即满足式(3．0．3)的要求时，则初选厚度可作为混凝土板的计算厚度。否则，应改选混凝土板厚度，重新计算，直到满足式(3．O．3)为止。设计厚度依计算厚度按10mm向上取整。