《路基路面工程》
课 程 设 计 指 导 书
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路基路面工程课程设计指导书
目 录
数量（页） 序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 名 称 第一篇 设计资料及说明 第二篇 路基设计 设计资料及说明 高填深挖段路基横断面图 路基设计表或逐桩占地表 边坡稳定性分析 一般路基边坡防护设计图 挡土墙通用图、挡土墙布置图 挡墙设计手书计算及采用的规范 图表编号 备注 第三篇 路面设计 路面结构设计图+手书计算 中央分隔带排水设计图 10 排水结构设计图 11 12 13 课设结论 参考文献 致谢 第四篇 附件
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第一部分 设计资料
一、设计题目
某XX级公路的路基设计与路面的结构计算。
二、设计资料
1、设计任务书要求
某公路设计等级为X级公路，设计基准年为20xx年，设计使用年限为xx年，拟比选采用沥青路面结构或水泥混凝土路面，需进行路面结构设计。 2、气象资料
该公路处于区，属于温暖带大陆性季风气候，气候温和，四季分明。年气温平均在14℃∽14.5℃，一月份气温最低，月平均气温为-0.2℃∽0.4℃，七月份气温27℃左右，历史最高气温为40.5℃，历史最低气温为-17℃，年平均降雨量为525.4毫米∽658.4毫米，雨水多集中在6∽9月份，约占全年降雨量的50%以上。平均初霜日在11月上旬，终霜日在次年3月中下旬，年均无霜日为220∽266天。地面最大冻土深度位20厘米，夏季多东南风，冬季多西北风，年平均风速在3.0米/秒左右。 3、地质资料与筑路材料
由于路线地处平原微丘Ⅱ5区，调查及勘察中发现，该地区属于第四系，岩性为黄土状粘土，主要分布于低山丘陵区，坡前和山前冲击、倾斜平原表层，具有大空隙，垂直裂缝发育，厚度变化大，承载能力低，该层具轻微湿陷性。应注意发生不均匀沉陷的可能。其他未发现有影响工程稳定的不良工程地质现象。当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好。可考虑用水泥稳定石屑作基层，路段所处的土基强弱悬殊，其计算回弹模量E0有两个代表值分别为30和60MPa。沿线有多个石灰厂，产量大质量好。另外，附件发电厂粉煤灰储量极为丰富，可用于本项目建设，本项目所在地域较缺乏砂砾。 4、交通资料
根据工程可行性研究报告得知近期交通组成与交通量如表一所示，交通量年增长率如表二所示，不同车型的交通量参数见规范。
近期交通组成与交通量 表一 车型 三菱FR415 五十铃NPR595 江淮HF140A 东风KM340 交通量（辆/日） 400 500 600 600 车型 江淮HF150 东风SP9135B 五十铃EXR181 交通量（辆/日） 600 600 700 交通量年增长率 表二 期限 2008∽2012 增长率r(%) 9.0 期限 2018∽2022 增长率r(%) 5.5 第3页共12页
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2013∽2017 7.5 5、设计标准：参照道勘主要经济技术指标表及规范。
第二部分：路基设计
1、路基横断面布置
由道勘课设横断面设计（查《公路工程技术标准》（JTGB01—2003））部分可知，路基宽度为XXm，其中路面跨度为XXm，中间带宽度为XXm，其中中央分隔带宽度为XXm，路缘带宽度为XXm，硬路肩宽度为XXm，土路肩宽度为XXm。；路面横坡为X%，土路肩横坡为X%,例图示：
路基宽度（35）路肩（4.75）行车道及路缘带（12）中间带（3.00）行车道及路缘带（12）路肩（4.75）硬路肩3.75硬路肩3.75 土 路 肩0.75 右 车 侧 道 路3.75 缘 带0.75 车 道3.75 车 左 中 左 车 道 侧 央 侧 道3.75 路 分 路3.75 缘 隔 缘 带 带 带0.751.50.75公路路基宽度示意图 （单位：） 车 道3.75 车 道3.75 右 侧 路 缘 带0.75 土 路 肩0.752、路基最小填土高度
由前面纵断面设计可知，本段公路路基最小填土高度为1.5m
3、路基边坡
由道勘横断面设计可知（查《公路路基设计规范》（JTJ013—2004））本公路路基边坡形式，已知路堤高度x米，顶宽10（3.5×2+0.75×2+0.75×2）米，跟所设道路等级确定，地面水平。路堤填土为粉质中液限粘土，土的粘聚力c=（1+学号后两位）/10（kPa），内摩擦角φ=1+学号倒数第一位（度），r=18.0kN/m3。换算土柱高为2米。设计路基断面并分析其路堤边坡稳定性（容许安全系数k=1.35）。
4、路基压实标准
路基压实采用重型压实标准，压实度应符合《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）表4.0.4的要求
填挖类别 零填即挖方 路基压实度 路基压实度 （高速公路、一级公路） — ≥96 路床顶面以下深度（m） 0~0.30 0~0.80 第4页共12页
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0~0.80 0.80~1.50 ＞１.50 ≥96 ≥94 ≥93 填方 由于路线地处平原微丘区，该地区属于第四系，岩性为黄土状粘土，主要分布于低山丘陵区，坡前和山前冲击、倾斜平原表层，具有大空隙，垂直裂缝发育，厚度变化大，承载能力低，该层具轻微湿陷性。应注意发生不均匀沉陷的可能。
5、公路用地宽度
根据路基布置形式，填土高度及边坡形式计算路基用地范围，《规范》要求的公路用地宽度界限为公路路堤两侧排水沟外边缘以外不小于1m范围内的土地；在有条件的地段，高速公路、一级公路不小于3m，此处设置为3m。
6、路基填料
当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好。可考虑用水泥稳定石屑作基层，路段所处的土基强弱悬殊，其计算回弹模量E0有两个代表值分别为30和60MPa。沿线有多个石灰厂，产量大质量好。另外，附件发电厂粉煤灰储量极为丰富，可用于本项目建设，本项目所在地域较缺乏砂砾。
高速公路、一级公路路基填料最小强度和填料最大粒径应符合表3.3.1.4的规定，砂类土填筑。
路基填料最小强度和最大粒径要求 填料最小项目分类 路面底面以下深度（m） 0~30 30~80 80~150 150以下 0~30 度（CBR）（%） 高速公路 填 方 路 基 上路床 下路床 上路堤 下路堤 零填及路堑路床 处理
②粗粒土（填石）填料的最大粒径，不应超过压实层厚度的2/3
7、重力式挡土墙设计
（1）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：tan0＝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
填料最大粒径（m） 10 10 15 15 10 8 5 4 3 8 注：①当路床填料CBR值达到表列要求时，可采取掺石灰或其它稳定材料
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④墙后填料砂性土容重=18kN/m,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/m，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）： 例如选用以下参数：
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 （2）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。
33第三部分 公路路面结构设计计算
一、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。
二、 水泥混凝土路面课程设计
⒈ 轴载换算；
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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、路基路面排水设计
1、路基、路面排水设计
路基地表排水可采用哪几种形式，如何考虑布置。路面排水采用什么样的排水方式，怎么考虑？布置的意义。并绘制设计排水结构设计图及各排水设施的大样图。 3、中央分隔带排水
如何将中间带水流引入排水沟，是如何考虑的，并绘制所设计的中央分隔带排水设计图。 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。
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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)；
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 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
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)
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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。
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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)； 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；
-5
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
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公路自然区划 系 数 a b c
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。
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
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第四部分 附件
一、 课程设计要求及结论
1、课设要求：
（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。
2、完成一篇不少于1500字的课设心得或结语。
二．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
三、致谢
致谢中主要感谢导师和对本次课设工作有直接贡献及帮助的人。
撰写者：沈世鑫 指导教师：沈世鑫
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