《路基路面》課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

.一、路基設(shè)計(jì)1主要內(nèi)容路基和路面是道路的主要工程結(jié)構(gòu)物。路基是在天然地表按照道路的設(shè)計(jì)線形（位置）和設(shè)計(jì)斷面（幾何尺寸）的要求開挖或堆填而成的巖土結(jié)構(gòu)物。按照設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的地質(zhì)條件、交通量、交通組成及交通量增長率等數(shù)據(jù)，進(jìn)行一般路基設(shè)計(jì)。包括以下內(nèi)容：(1)選擇路基斷面形式，確定路基寬度與路基高度；(2)選擇路堤填料與壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)；(3)確定邊坡形狀與坡度；(4)路基排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；(5)坡面防護(hù)與加固設(shè)計(jì)；(6)附屬設(shè)施設(shè)計(jì)。2數(shù)值確定上述內(nèi)容要求的具體數(shù)值，可參考路基路面工程（鄧學(xué)鈞主編）或路基設(shè)計(jì)規(guī)范中給定的推薦值。3注意事項(xiàng)：一般路基通常指在良好的地質(zhì)與水文等條件下，填方高度和挖方深度不大的路基。通常一般路基可以結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦巍⒌刭|(zhì)情況，直接選用典型斷面圖或設(shè)計(jì)規(guī)定，不必進(jìn)行個別論證和驗(yàn)算。路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖見圖1。對于超過規(guī)范規(guī)定的高填、深挖路基，以及地質(zhì)和水文等條件特殊的路基，為確保路基具有足夠的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，需要進(jìn)行個別設(shè)計(jì)和驗(yàn)算，如路基邊坡穩(wěn)定性計(jì)算和擋土墻計(jì)算。圖1路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖二、路基邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)1主要內(nèi)容對于假定的路基邊坡數(shù)值，其穩(wěn)定性設(shè)計(jì)一般采用力學(xué)分析法中的圓弧法?？梢约俣◣讉€不同的滑動面，按力學(xué)平衡原理對每個滑動面進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析，從中找出極限滑動面，按此極限滑動面的穩(wěn)定程度來判斷邊坡的穩(wěn)定性。2圓弧法計(jì)算將圓弧滑動面上的土體劃分為若干豎向土條，依次計(jì)算每一土條沿滑動面的下滑力和抗滑力，然后疊加計(jì)算出整個滑動土體的穩(wěn)定性。圓弧法的計(jì)算精度主要與分段數(shù)有關(guān)。分段愈多則計(jì)算結(jié)果愈精確，一般分810段。小段的劃分，還可結(jié)合橫斷面特性，如劃分在邊坡或地面坡度變化之處，以便簡化計(jì)算。其具體計(jì)算步驟可參考路基路面工程中相關(guān)的內(nèi)容。3注意：邊坡穩(wěn)定性分析時，其計(jì)算參數(shù)如土的容重（KN/m3）、內(nèi)摩擦角（°）和粘聚力c（Kpa）的選取要合理。三、擋土墻設(shè)計(jì)1主要內(nèi)容：圖2路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（擋土墻）擋土墻設(shè)計(jì)要結(jié)合路基橫斷面進(jìn)行，即根據(jù)路基高度、邊坡坡度數(shù)值確定是否設(shè)置擋土墻，如果設(shè)置擋土墻，需要確定擋土墻的類型、設(shè)置位置、構(gòu)造等。見圖2。2主要步驟：圖3擋土墻構(gòu)造圖1)根據(jù)確定的擋土墻類型（如重力式擋土墻），參考路基設(shè)計(jì)手冊確定其斷面尺寸。見圖3。2)計(jì)算擋土墻的土壓力。根據(jù)擋土墻斷面形狀，判斷是否出現(xiàn)第二破裂面，然后根據(jù)路基設(shè)計(jì)手冊中不同類型擋土墻的計(jì)算公式，計(jì)算該擋土墻的土壓力。3)擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算對所擬擋土墻進(jìn)行驗(yàn)算，包括抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算、抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算，基底合力及偏心距驗(yàn)算，墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算。如不滿足，需要變更設(shè)置位置、調(diào)整構(gòu)造尺寸等，需重新進(jìn)行計(jì)算，直到滿足要求為止。3注意事項(xiàng)：擋土墻設(shè)計(jì)應(yīng)與路基橫斷面綜合進(jìn)行設(shè)計(jì)。四、路基回彈模量確定1主要內(nèi)容：土基回彈模量E0是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，其取值的大小對路面結(jié)構(gòu)厚度有較大影響，要正確地確定E0是十分重要的。土基回彈模量值與土的性質(zhì)、密實(shí)度、含水量、路基所處的干濕狀態(tài)以及測試方法有密切的關(guān)系。在無實(shí)測條件時，按查表法預(yù)測土基回彈模量值E0。即根據(jù)已定的路基設(shè)計(jì)高度，確定路基的干濕類型，一般要求其處于干燥或中濕狀態(tài)，然后確定其回彈模量值E0。2土基回彈模量值E0確定：1)確定臨界高度臨界高度指在不利季節(jié)，土基分別處于干燥、中濕或潮濕狀態(tài)時，路床表面距地下水位或地表積水水位的最小高度?？筛鶕?jù)土質(zhì)、氣候條件按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。當(dāng)缺乏實(shí)際資料時，干燥、中濕或潮濕狀態(tài)的路基臨界高度(H1、H2、H3)可參考路基路面工程書中表14-6選用。2)擬定土的平均稠度在新建公路的初步設(shè)計(jì)中，因無法實(shí)測求得的平均稠度，可根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)或路基臨界高度，判斷各路段土基的干濕類型，利用路基路面工程書中表14-7或表14-8論證得到各路段土的平均稠度。值。3)預(yù)測土基回彈模量根椐土類和氣候區(qū)以及擬定的路基土的平均稠度，可參考路基路面工程書中表14-9預(yù)測土基回彈模量值，示例見表1。當(dāng)采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)時，土基回彈模量值可較表列數(shù)值提高15-30。表1V3區(qū)路基臨界高度參考值自然區(qū)劃粘性土地下水H1H2H3V31.71.90.81.00.40.6圖4路基臨界高度與干濕類型3注意事項(xiàng)：如路基所處路段地址條件較差，可先對地基進(jìn)行處理，處理后方可進(jìn)行路基填筑或路塹開挖，以保證路基的強(qiáng)度值滿足該等級道路的要求。五、瀝青路面設(shè)計(jì)1任務(wù)：瀝青路面設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)使用要求及氣候、水文、土質(zhì)等自然條件，密切結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)確定經(jīng)濟(jì)合理的路面結(jié)構(gòu)，使之能承受交通荷載和環(huán)境因素的作用，在預(yù)定的使用期限滿足各級公路相應(yīng)的承載能力，耐久性、舒適性、安全性的要求。2主要內(nèi)容：路面設(shè)計(jì)包括原材料的選擇、混合料配合比設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)參數(shù)的測試與確定，路面結(jié)構(gòu)層組合與厚度計(jì)算，以及路面結(jié)構(gòu)的方案比選等內(nèi)容。3設(shè)計(jì)步驟1）根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，確定路面的面層類型，計(jì)算設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個車道的累計(jì)當(dāng)量軸次和設(shè)計(jì)彎沉值。2）按路基土類與干濕類型，確定土基的回彈模量值。3）根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)合規(guī)范推薦的路面結(jié)構(gòu)，擬定幾種可能的路面組合與厚度方案。見圖5。h1細(xì)粒式瀝青混凝土h2中粒式瀝青混凝土h3粗粒式瀝青混凝土h4二灰碎石h5石灰土路基圖5路面結(jié)構(gòu)層組合樣例在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)組合時，各結(jié)構(gòu)層應(yīng)按強(qiáng)度和剛度自上而下遞減的規(guī)律安排，以使各結(jié)構(gòu)層材料的效能得到充分發(fā)揮。同時就施工工藝、材料規(guī)格和強(qiáng)度形成原理而言，層數(shù)又不宜過多，也就是不能使結(jié)構(gòu)層的厚度過小，設(shè)計(jì)時可參考教材中表14-1。路面設(shè)計(jì)時，瀝青面層厚度與公路等級、交通量及組成、瀝青品種和質(zhì)量有關(guān)，瀝青面層推薦厚度列于表14-2，設(shè)計(jì)時應(yīng)根據(jù)公路等級、交通量大小、重車所占的比例、選用瀝青質(zhì)量等因素，綜合考慮確定瀝青層厚度?；鶎?、底基層厚度應(yīng)根據(jù)交通量大小、材料力學(xué)性能和擴(kuò)散應(yīng)力的效果，發(fā)揮壓實(shí)機(jī)具的功能以及有利于施工等因素選擇各結(jié)構(gòu)層的厚度。4）參考相應(yīng)規(guī)范，確定路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)值，主要有抗壓回彈模量值和劈裂抗拉強(qiáng)度值。要注意用彎沉進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算層底拉應(yīng)力所采用的回彈模量值標(biāo)準(zhǔn)溫度有區(qū)別。5）瀝青路面厚度計(jì)算厚度計(jì)算是瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心。我國新建公路瀝青路面設(shè)計(jì)采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀體系理論，采用設(shè)計(jì)彎沉值為路面整體剛度的設(shè)計(jì)指標(biāo)。對瀝青混凝土面層和半剛性材料的基層、底基層底進(jìn)行層底拉應(yīng)力的驗(yàn)算。我國城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定在彎沉和拉應(yīng)力兩項(xiàng)指標(biāo)之外，增加一項(xiàng)剪應(yīng)力指標(biāo)。首先，按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所確定的路面面層、基層及底基層的類型計(jì)算設(shè)計(jì)彎沉值；其次，按軸載換算公式，把路面上的不同車輛軸載換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載，要注意按設(shè)計(jì)彎沉值指標(biāo)計(jì)算和進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時，兩者的計(jì)算公式有區(qū)別。再次，確定路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)值。圖6瀝青路面結(jié)構(gòu)圖最后，進(jìn)行層底拉應(yīng)力驗(yàn)算。如為城市道路，還需進(jìn)行剪應(yīng)力驗(yàn)算。如果驗(yàn)算不滿足要求，或變更路面結(jié)構(gòu)層組合、或調(diào)整路面結(jié)構(gòu)層厚度、或調(diào)整材料配合比，提高材料極限抗拉強(qiáng)度，再重新計(jì)算，直到所設(shè)計(jì)路面符合要求為止。設(shè)計(jì)資料匯總見表2。瀝青路面結(jié)構(gòu)圖見圖6。表2設(shè)計(jì)資料匯總表h/cm材料名稱20模量/Mpa15模量/Mpa劈裂強(qiáng)度/Mpa容許拉應(yīng)力/Mpa4細(xì)粒式瀝青混凝土140015001.40.4565中粒式瀝青混凝土1200130010.32576粗粒式瀝青混凝土100012000.80.236725二灰碎石9000.70.2439？石灰土5000.20.0856路基354注意事項(xiàng)：在進(jìn)行各步驟計(jì)算時，注意溫度的區(qū)別。六、水泥混凝土路面設(shè)計(jì)1主要內(nèi)容：水泥混凝土路面設(shè)計(jì)主要包括路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)、混凝土路面板厚設(shè)計(jì)、混凝土路面板的平面尺寸與接縫設(shè)計(jì)、路肩設(shè)計(jì)和普通混凝土路面的鋼筋配筋率設(shè)計(jì)等內(nèi)容。2水泥混凝土路面板設(shè)計(jì)步驟圖7水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)圖1)收集并分析交通參數(shù)收集日交通量和軸載組成數(shù)據(jù)，確定輪跡分布系數(shù)，計(jì)算設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)；由此確定道路的交通等級，井進(jìn)而選定設(shè)計(jì)年限、選定文通量年平均增長率，計(jì)算使用年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計(jì)作用次數(shù)。2)初擬路面結(jié)構(gòu)初選路面結(jié)構(gòu)層次、類型和材料組成；擬定各層的厚度、面層板平面尺寸和接縫構(gòu)造。分別見圖7、圖8、圖9。3)確定材料參數(shù)試驗(yàn)確定混凝土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度和彈性模量，基層、墊層和路基的回彈模量，基層頂面的當(dāng)量回彈模量。4)計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下板邊中部的最大荷載應(yīng)力；按接縫類型選定接縫傳荷系數(shù)；按標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)計(jì)算得到疲勞應(yīng)力系數(shù)；按交通等級選定綜合系數(shù)；綜合上述計(jì)算結(jié)果可得到荷載疲勞應(yīng)力pr。5)計(jì)算溫度應(yīng)力由所在地公路自然區(qū)劃選擇最大溫度梯度；按路面結(jié)構(gòu)和板平面尺寸計(jì)算最大溫度梯度時的溫度翹曲應(yīng)力；按自然區(qū)劃、tm和fr確定溫度應(yīng)力累計(jì)疲勞作用系數(shù)；由此計(jì)算確定溫度疲勞應(yīng)力tr。6)檢驗(yàn)初擬路面結(jié)構(gòu)按下述條件檢驗(yàn)：r（tr+tr）fr上述檢驗(yàn)條件如不符合，則重新擬定路面結(jié)構(gòu)或板平面尺寸，按第2-5步重新計(jì)算，直到滿足為止。3注意事項(xiàng)：水泥混凝土路面板塊的劃分，各種接縫的設(shè)置作用、目的等。注意新規(guī)范與舊規(guī)范的銜接，注意設(shè)計(jì)車道的概念。圖8水泥混凝土平面圖圖9水泥混凝土路面接縫構(gòu)造圖.14