二级公路路基路面设计计算书

二级公路路基路面

设 计 计 算 书

目录

1 道路概况 2 路基设计 2.1 几何尺寸确定 2.2 稳定性验算 2.3 防护措施 2.4 排水设计 3 路面设计

3.1 水泥混凝土路面设计 3.2 沥青路面设计 设计总结及改进意见 参考文献

1、道路概况

长江中下游平原中湿区是我国最湿热的地区，春、夏东南季风造成的梅雨和夏雨形成本区公路的明显不利季节。东南沿海台风暴雨多，由地表径流排走影响相对较小。低温较高，易引起沥青路面泛油。加大水泥路面翘曲应力。地形以丘陵、平原为主，公路通过条件尚好。主要自然灾害包括泥泞、冲涮、路基强度较低等。

该地区拟新建山岭重丘区二级公路，路基宽8.5m，路面宽7.0m。全线交通量为3100辆/d，交通组成见表1，主要车型参数见表2。交通量年平均增长率γ= 5%。

表1 交通组成

2、路基设计 2.1几何尺寸确定

（1）选择二级公路路基断面形式，路基宽8.5m，路面宽7.0m，两侧土路肩0.75m；

（2）选择路基填料为砂土，压实度95%；

（3）填方边坡形式采用一级台阶，H1=6m，W1=1.5m，P1=1:1.5，

挖方边坡形式采用一级台阶，H1=6m，W1=1.5m，P1=1:0.5；

2.2 稳定性验算

取全线未设挡土墙处最高路堤处进行边坡稳定性验算，桩号为K0+160。粘性土质采用圆弧滑动面法，并用条分法进行土坡稳定性分析。其中圆心辅助线确定方法采用36°法。

（1）圆心辅助线确定：过坡顶B作水平线，作BF与水平线交于36°，则BF为辅助线。

（2）绘出三条不同位置的滑动曲线（都过坡脚）： ①一条过路基中线（图1）； ②一条过路基边缘（图2）；

③一条过距右边缘1/4半路基宽度处（图3）；

（3）通过平面几何关系找出三条滑动曲线各自的圆心。 （4）将土基分段。

（5）计算滑动曲线每一份段中点与圆心竖线之间的偏角αi，

sinαi=

Xi

R

并计算分段面积和以路堤纵向长度1m计算出各段的重力Gi，进而将Gi分化为两个分力：a)在滑动曲线法线方向分力Ni=Gi⋅cosαi；b)在滑动曲线切线方向力Ti=Gi⋅sinαi。

图1 过路基中线滑动曲线

图2 过路基边缘滑动曲线

图3 过距右边缘1/4半路基宽度处滑动曲线

通过计算可得： 曲线①： ∑n

N

i

=99.182(KN)

i=1

，∑n

T

i

=20.392(KN)

i=1

曲线②： i=1

n

∑N

n

i

=5.723(KN)

，i=1

∑T

n

n

i

=3.700(KN)

曲线③： i=1

∑N

i

=19.465(KN)

，i=1

∑T

i

=10.133(KN)

（7）计算滑动曲线圆弧长

L=2πR⋅

δ

360

曲线①： 曲线②： 曲线③：

L1=2πR⋅

δ1

360

=2π⨯2.433⨯

132.795

=5.639m360 40.620

=2.583m360 65.050

=3.16m360

L2=2πR⋅

δ2

360

=2π⨯3.643⨯

L3=2πR⋅

δ3

360

=2π⨯2.783⨯

（8）计算稳定系数

M

K=r=

Ms

f∑Ni+cL

i=1n

∑T

i=1

n

i

n

K1=

f∑Ni+cL1

i=1

曲线①：

n

∑T

i=1

n

（-0.181）⨯99.182+10⨯5.639==1.885

20.392

i

0.858⨯5.723+10⨯2.583

=8.308

3.700

K2=

f∑Ni+cL2

i=1

曲线②：

n

∑T

i=1

n

=

i

2.149⨯19.465+10⨯3.16

=7.247

10.133

K3=

f∑Ni+cL3

i=1

曲线③：

∑T

i=1

n

=

i

比较得K1最小，由于第一条曲线（过路基中线）最靠左边，在左边缘与路基中线之间再绘一系列滑动曲线，计算其稳定性，结果显然

比K1大，所以第一条圆弧为最不利滑动面，其稳定性系数大于1.5，边坡稳定，满足规定的要求。

2.3 防护措施

路基防护与加固设施主要有边坡坡面防护及湿软地基的加固处治。

（1）坡面防护

由于植物防护可美化路容，协调环境，调节边坡土的温度与湿度，且本路段内坡高不大、边坡比较平缓，所以采用植被防护的坡面防护措施。采用拉伸网草皮，在土工网上铺设4cm的种植土层，经过撒种、养护后形成人工草皮。

（2）软土地基加固

由于本地区土主要由冲击土和内陆软土组成，在其上填筑路堤可能出现失稳，或者沉降量和沉降速率不能满足要求等情况，需对软土地基进行适当的加固处理，以增加其稳定性、减少沉降量或加速沉降。

本路线采用换填法，用好土全部或部分替换软土，以达到保证路堤稳定性和降低沉降量的目的。换填材料选用排水性能好，处于地下水位以下仍能保持有足够承载力的砂填料。

2.4排水设计

该地区年降水量为1200~1800mm，路基地面排水设施由边沟和排水沟组成。

边沟的排水量不大，一般不需要进行水文与水力计算，依据沿线具体条件，选用矩形边沟，由于本地区降水量集中，边沟底宽与深度均选用0.6m，边沟采用浆砌片石，栽砌卵石和水泥混凝土预制块，其中砌筑用的砂浆采用强度为M5。

排水沟主要用途在于引水，将路基范围内各种水源的水流引至路

基范围外的指定地点，本路段选用梯形排水沟，其中沟底宽度与高度均采用0.6m，距离路基坡脚为2.5m。

3 路面设计 3.1水泥混凝土路面设计

路基为黏性土，采用普通混凝土路面，路面宽7米。

3.1.1可靠度设计标准

3.1.2交通分析与轴载换算

我国公路水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。对于各种不同汽车轴载的作用次数，可按等效疲劳断裂原则换算成标准轴载的作用次数，并根据标准轴载的作用次数判断道路的交通繁重程度。轴载换算公式为：Ns= ni=1δiNi(算结果列于表5中，求得Ns=2818.74

临界荷载处的车辆轮迹横向系数取0.6，交通年增长率为0.05，设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为

pi100

)16，计

NNs 1+γ t−1 ×365e=γ

η

=2818.74× 1+0.05 20−1 ×365×0.6

=20411748次>2000×104， 属于特重交通等级。

表3 标准轴载作用次数换算表

3.1.3初拟路面结构

查《路基路面工程》(以下简称《课本》)相关参数表分析，特重交通等级初步拟订普通混凝土面层厚度为0.25m；基层采用沥青凝土基层，厚0.06m；垫层为0.15m低剂量无机结合料稳定粒料。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.5m，长4.5m（长宽比1.286

3.1.4路面材料参数确定

查《课本》表16-23和表16-25，取普通混凝土的弯拉强度标准值fr为5.0MPa,相应弯拉弹性模量经验参考值为31Gpa。

计算基层顶面当量回弹模量如下：

2h1E1+h20.06²×1200+0.15²×6002E2Ex===682.76MPa h1²+h2²0.06²+0.15²

−132 E1h1+E2h3h+h11122Dx=++ 1122

1200×0.063+600×0.153

=−1 0.06+0.15 211++ =0.63KN•m

12DX112×0.631hx=(=()=0.223 X10

Ex−0.45682.76−0.45

a=6.22× 1−1.51 =6.22× 1−1.51 0=3.542

Ex−0.55682.76−0.55

b=1−1.44× =1−1.44× =0.689 0Et=Ex1bahxE0()0=3.542×0.2230.689682.761×42×(=134.01MPa

普通混凝土面层的相对刚度半径rg

Ec31000rg=0.537h =0.537×0.25× =0.824m t3.1.5荷载疲劳应力

标准荷载在临界荷位处产生的荷载应力计算为:

σps=0.077r0.6h−2=0.077×0.8240.6×0.25−2=1.097MPa

因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数Kr=0.87。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

vKf=Ne=204117480.057=2.610 ,根据公路等级，由《课本》表11316-24，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数Kc 1.20。

荷载疲劳应力计算为：

σpr=krkfkcσps=0.87×2.610×1.20×1.097=2.989MPa

3.1.6温度疲劳应力

由《课本》表16-28，Ⅳ区最大温度梯度取88C/m，板长4.5m，

l/r=4.5/0.824=5.46，可查普通混凝土板厚0.25m，温度应力系数

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