课程设计-路面工程设计.doc

5目 录第1章 任务书和指导书11.1 设计任务书11.2.1沥青路面设计的步骤21.2.2普通混凝土路面设计的步骤4第2章 沥青路面设计5第3章 普通水泥混凝土路面设计10参考文献15第1章 任务书和指导书1.1 设计任务书拟从昆明到攀枝花修建一条二级公路，所在地区的自然区划属v4区，采用沥青混凝土路面。已知资料如下：预计竣工后第一年双向平均日交通量如表1。经过调查，预期交通量平均年增长率为r（见表1和表2）。沥青路面设计中，车道系数选用0.45。路基土质为粉质土，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.0m，路基填土高度1.5m。任务：可行性研究阶段，设计沥青路面和水泥混凝土路面各2种方案。表1 第一年双向平均日交通量车型前轴重（kn）前轴数前轴轮组数后轴重（kn）后轴数后轴轮组数后轴轴距交通量（辆/日）黄河qd35249.81单95.81双-1交通sh-14123.01单282.52双2.6mq2东风eq14425.701单290.12双3.1mq3罗曼sq925150.01单3111.33双2.4mq4 表2交通量以及年平均增长率学号末尾2位数kq1q2q3q4r(%)00-33450-k440-k380-k80-k5.2+0.01k34-66400-k380-k400-k10+k5.9-0.01k67-99300+k320+k350+kk6-0.01k1.2 设计指导书设计按照我国现行的公路沥青路面设计规范jtg d502006和公路水泥混凝土路面设计规范jtg d402002进行。1.2.1沥青路面设计的步骤根据设计要求，按弯沉或弯拉指标分别计算设计年限内一个车道的累计标准当量轴次，确定设计交通量与交通等级，拟定面层、基层类型，并计算设计弯沉值或容许拉应力。 按路基土类与干湿类型及路基横断面形式，将路基划分为若干路段，确定各个路段土基回弹模量设计值。（采用临界高度法）参考本地区的经验拟定几种可行的路面结构组合与厚度方案，根据工程选用的材料进行配合比试验，测定各结构层材料的抗压回弹模量、劈裂强度等，确定各结构层的材料设计参数。根据拉应力设计指标采用多层弹性体系理论设计程序计算或验算路面厚度。高速公路、一级公路、二级公路路面结构，以弯沉和沥青混凝土面层和半刚性基层材料的基层、底基层的拉应力为设计指标。三级公路和四级公路路面结构，以弯沉为设计指标。如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比，选用极限抗拉强度高的材料，再重新计算，直到满足要求为止。对于季节性冰冻地区冰冻区各级公路的中湿、潮湿路段，应迸行防冻厚度验算是否符合要求。进行技术经济比较，确定路面结构方案。1.2.2普通混凝土路面设计的步骤(1)收集并分析交通参数收集日交通量和轴载组成数据，确定方向系数和车道系数，进行标准轴载换算，计算设计车道标准轴载日作用次数；由此确定道路的交通分级，选定设计年限、交通量年平均增长率和轮迹横向分布系数，计算使用年限内标准轴载的累计作用次数。(2)初拟路面结构初选路面结构层次、类型和材料组成；拟定各层的厚度、面层板平面尺寸和接缝构造。(3)确定材料参数进行材料试验或查表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，从而确定基层顶面的当量回弹模量。(4)计算荷载疲劳应力由应力计算图或公式得到标准轴载作用下板边缘中部的最大荷载应力；按接缝类型选定接缝传荷系数，按标准轴载累计作用次数计算得到疲劳应力系数；按公路等级选定综合系数；综合上述计算结果可得到荷载疲劳应力。(5)计算温度疲劳应力由所在地公路自然区划选择最大温度梯度；按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度时的温度翘曲应力；按自然区划和tm/fr确定温度应力累计疲劳作用系数；由此计算确定温度疲劳应力。(6)检验初拟路面结构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，拟定新的结构，重新计算，直到满足要求为止。车型/(次.日)黄河q352前轴49.816.4347107.0后轴95.811347287.9交通sh-141前轴23.016.43273.5后轴82.52.21327311.6东风eq144前轴25.716.43476.0后轴90.121347441.0罗曼sq9251前轴50.016.46319.8后轴111.33.4163341.3合计：1518.1 第二章 沥青路面设计1、轴载分析 路面设计以双轮组单轴载为标准轴载1）、以弯沉为标准时：轴载换算结果汇总表（以弯沉为标准时）二级公路沥青路面的设计年限为12年，车道系数取0.45,则累计当量轴次为： 车型/(次.日)黄河q352前轴49.8118.534724.3后轴95.811.0347246.2交通sh-141前轴23.0118.53270.05后轴82.5.31.0327210.5东风eq144前轴25.7118.53470.12后轴90.121.0347301.4罗曼sq9251前轴50118.5634.6后轴111.351.063741.8合计：15292）、当验算半刚性基层层低拉应力时: 2、面结构组合设计面层选用沥青混凝土，所承受的交通量较重，采用三层式结构，即表面层选用中粒式密集配沥青混凝土，中面层采用中粒式开集配沥青混凝土，下层采用粗粒式密集配沥青混凝土，基层采用水泥碎石（），底基层采用碎石灰土（厚度待计算确定）3、 定土基的回弹模量该路段位于区，路槽底距地下水高度为，由公路沥青路面设计规范（jtg-d50-2006）可知此区的的地下水位为h（2.22.5）为中湿路基。稠度取，故由规范查表得土基回弹模量。4、确定各层材料的抗压模量与劈裂强度 当按设计弯沉计算厚度时20抗压模量，中粒式密集配沥青混凝土，中粒式开级配沥青混凝土，粗粒式级配沥青混凝土,水泥碎石抗压模量，碎石灰土,当验算面层底弯拉应力事15抗压模量，中粒式密集配沥青混凝土，中粒式开级配沥青混凝土，粗粒式密集配沥青混凝土。各层材料劈裂强度：中粒式密集配沥青混凝土，中粒式开级配沥青混凝土，粗粒式密集配沥青混凝土，水泥碎石，碎石灰土。5、设计指标的确定设计弯沉，二级公路，取，面层为沥青混凝土，取，半刚性基层底基层厚度为19，设计弯沉 各验算层材料允许拉应力 中粒式密集配沥青混凝土： 中粒式开级配沥青混凝土： 粗粒式密集配沥青混凝土： 水泥碎石： 碎石灰土： 6、设计参数汇总 经计算路面设计弯沉值为33.05（0.01mm）,路面各设计计算参数如下设计参数汇总表材料名称厚度/cm20抗压模量/mpa15抗压模量/mpa容许拉应力/mpa中粒式密集配沥青混凝土6120018000.429中粒式开级配沥青混凝土8100014000.343粗粒式密集配沥青混凝土10100014000.343水泥碎石19150036000.295碎石灰土75015000.137 7、验算碎石灰土层厚度 55 计算结果 56 面设计弯沉值(0.01mm) 33.0557 面结构的实测弯沉值(0.01mm) 28.6026658 面第 1层厚度(cm) 659 面第 2层厚度(cm) 860 面第 3层厚度(cm) 1061 面第 4层厚度(cm) 1962 面第 5层厚度(cm) 19.863 计控制层厚度(cm) 19.864第 1结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 28.6026665实际路面结构第 1层底最大拉应力(mpa) 066第 2结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 28.5063867实际路面结构第 2层底最大拉应力(mpa) 068第 3结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 28.5722669实际路面结构第 3层底最大拉应力(mpa) 070第 4结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 29.7908771实际路面结构第 4层底最大拉应力(mpa).151390372第 5结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 31.9838973实际路面结构第 5层底最大拉应力(mpa).136943974土基层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 345.0174 第3章 普通水泥混凝土路面设计1、交通分析车型/(次.日)黄河q352前轴49.8347后轴95.8347175交通sh-141前轴23.0327后轴82.532715东风eq144前轴25.7347后轴90.134765.5罗曼sq9251前轴5063后轴111.363349.4 标准轴载的作用设计使用年限内设计车道的标准轴载累计作用次数取 2、初拟路面结构 混凝土路面结构设计规范2011可初步估混凝土板厚，基层选用水泥稳定碎石，厚，垫层为天然砂砾，厚，面板尺寸长选，宽，纵缝为设拉杆的平缝，横缝为假缝。3、面板和地基模量值得确定 按混凝土路面结构设计规范2011e.0.3-1，取混凝土的设计弯拉强度为，弯拉弹性模量。路基的回弹模量为，垫层和路基的模量比,垫层厚为，可得垫层顶面的当量模量基层和的模量比，基层厚2cm，查图得，可得基层的当量模量为，满足规范中对基层顶面当量回弹模量的要求计算载应力时的模量修正系数基层顶面的计算回弹模量计算温度应力是的修正系数，基层顶面的计算回弹模量4、疲劳应力的计算混凝土的面板弯曲刚度，路面结构总相对半径为标准轴载和极限荷载在临界荷位处产生的荷载应力： ，为二级公路面层疲劳荷载应力： 5、温度应力 因为此地区为，最大温度梯度取88综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数 最大温度应力计算