路基路面工程课程设计3.doc

路基路面课程设计华北水利水电学院路面路面课程设计系 （部）： 土木与交通学院 学 号 ： 200903105 学生姓名 ： 王玉柱 指导老师 ： 胡圣能 2011年12月30号目录1 基本设计资料32 沥青路面设计32.1轴载分析32.2结构组合与材料选取62.3 各层材料的抗压模量和劈裂强度62.4 设计指标的确定62.5 路面结构层厚度的计算72.6 沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算82.7 防冻层厚度检验10 2.8 剪应力检验103 水泥混凝土路面设计123.1 交通量分析123.2 初拟路面结构133.3 确定材料参数133.4 计算荷载疲劳应力143.5 计算温度疲劳应力143.6 防冻厚度检验和接缝设计16参考文献161 基本设计资料拟设计道路路线位于微丘区，公路自然区划为1区。地震烈度为六级。设计标高243.50m，地下水位1.5m。平均稠度为1.08，季节性冰冻地区，冻结深度为1.2m，所经地区多处为粉性土。表1-1交通组成及交通量表车型交通量（辆/昼夜）小客车2700风潮hdf650800三菱pv413530黄河jn162a1700江淮hff3150c07610雷诺jn75850山西sx341850东风ycy-900600尤尼克2766582 沥青路面设计 2.1轴载分析我国沥青路面设计以双轮组单轴载100kn为标准轴载，表示为bzz-100。标准轴载的计算参数按表3-1确定。表3-1 标准轴载计算参数标准轴载名称bzz-100标准轴载名称bzz-100标准轴载p（kn）100单轮当量圆直径d（mm）21.30轮胎接地压强p（mpa）0.70两轮中心距（cm）15d1当以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力验算时，凡前、后轴轴载大于40kn的各级轴载的作用次数均换算成标准轴载的当量作用次数。式中： 以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数； 被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）； 标准轴载（）； 各种被换算车型的轴载（）； 轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轴组为0.38； 轴数系数。 被换算车型的轴载级别。当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：式中：m轴数。表2-2 轴载换算结果车型（）（次/日）小客车前轴11.516.42700后轴2311风潮hdf650前轴13.516.4800后轴27.011三菱pv413前轴49.716.4530162.03后轴101.02.211217.58黄河jn162a前轴62.2816.417001386.88后轴116.22113269.04江淮hff3150c07前轴49.2016.4610178.50后轴96.311517.73雷诺jn75前轴30.5016.4850后轴58.501182.52山西sx341前轴23.7016.4850后轴68.7011166.03东风ycy-900前轴25.0016.4600后轴78.2021411.75尤尼克2766前轴67.0016.45865.02后轴102.504.61297.05n7754.3则其设计年限内一个车道上的累计量轴次： 式中 设计年限内一个车道的累计当量次数； t 设计年限，由材料知，t=15年； 设计端竣工后一年双向日平均当量轴次； 设计年限内的交通量平均增长率，由材料知，=0.089； 车道系数，由材料知=0.45。2验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次时，凡轴载大于50kn的各级轴载的作用次数均按下式换算成标准轴载的当量作用次数。式中： 以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数； 被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）； 标准轴载（）； 各种被换算车型的轴载（）； 轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。 轴数系数；表2-3 轴载换算结果车型（）（次/日）小客车前轴11.5118.52700后轴23.011风潮hdf650前轴13.5118.5800后轴27.0011三菱pv413前轴49.70118.553036.50后轴101.00311721.74黄河jn162a前轴62.28118.51700711.88后轴116.22115658.43江淮hff3150c07前轴49.20118.561038.75后轴96.311451.17雷诺jn75前轴30.50118.5850后轴58.501111.66山西sx341前轴23.70118.5850后轴68.701142.18东风ycy-900前轴25.00118.5600后轴78.2021167.85尤尼克2766前轴67.00118.55843.57后轴102.5071494.67n9378.4则其设计年限内一个车道上的累计量轴次为：2.2 结构组合与材料选取根据公路沥青路面设计规范，路面结构层采用沥青混凝土（190），基层采用水泥稳定碎石（厚度待定），底层采用二灰土（400），采用三层式沥青混凝土面层，表层采用细粒式密级配沥青混凝土（40），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（60），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（90）。2.3 各层材料的抗压模量和劈裂强度 土基回弹模量的确定可根据查表法查得。各结构层材料的抗压模量及劈裂强度已 参照规范给出的推荐值确定。见表2-4。表2-4 结构组合参数层次材料名厚度(cm)抗压回弹模量强度劈裂（mpa）15c模量20c模量细粒式沥青混凝土4200014001.4中粒式沥青混凝土6180012001.0粗粒式沥青混凝土9120010000.8 水泥稳定碎石待定150015000.5二灰土407507500.25土基35352.4 设计指标的确定1设计弯沉值公路为一级，则公路等级系数取1.0；面层是沥青混凝土，则面层类型的系数取1.0；路面结构为半刚性基层沥青路面，则路面结构类型系数取1.0。式中： 设计弯沉值 设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数 公路等级系数，一级公路为1.0 面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0 基层类型系数，半刚性基层为1.0 2各层材料按容许层底拉应力，按下列公式计算： 式中 ： 路面结构材料的极限抗拉强度（mpa）； 路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限次加载疲劳 弯拉应力（mpa）； 抗拉强度结构系数。 对沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数: 对无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数： 对无机结合料稳定细土类的抗拉强度结构系数：表2-5 结构层容许弯拉应力材料名称（mpa）（mpa）细粒沥青混凝土1.44.160.34中粒沥青混凝土1.04.160.24粗粒沥青混凝土0.84.160.19水泥稳定碎石0.52.430.21二灰土0.253.130.082.5 路面结构层厚度的计算1理论弯沉系数的确定式中： 当量圆半径；f 弯沉综合修正系数， 。因此： f=1.6317.69/2000/10.650.38(30/0.70) 0.36=0.43 =17.691400/(200010.650.70.43)=3.862确定设计层厚度采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度。h/=4/10.65=0.376 e2/e1=1200/1400=0.857；由三层体系弯沉系数诺莫图查得：=6.22。h/=4/10.65=0.376 =35/1200=0.029；由三层体系弯沉系数诺莫图查得k1=1.440。又因为k2= /(k1）=3.86/（6.221.44）=0.431，由上查表得：h/=6.7，h= 10.656.7=71.36。由可知：，因为h=71.36cm，可知h4=21.95cm，故取h4=22cm。2.6 沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算1沥青混凝土面层层底拉应力验算 _ _ h1=4cm e1=2000mpa h=21.5cm e1=1200mpa h2=6cm e2=1800mpa h3=9cm e3=1200mpa h=47.63cm e2=3600mpah4=22cm e4=3600mpa h5=40cm e5=2400mpa e0 =35 mpa e0=35mpa ；，。查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图，知，故满足要求。2水泥稳定碎石层层底拉应力验算 _ _ h1=4cm e1=2000mpa h=39.58cm e1=3600mpa h2=6cm e2=1800mpa h3=9cm e3=1200mpa h=40cm e2=2400mpah4=22cm e4=3600mpa h5=40cm e5=2400mpa e0 =35 mpa e0=35mpa ，查表得:因此，满足要求。3二灰土土层层底拉应力验算_ _h1=4cm e1=2000mpa h=37.33cm e1=3600mpa h2=6cm e2=1800mpa h3=9cm e3=1200mpa h=40cm e2=2400mpah4=22cm e4=3600mpa h5=40cm e5=2400mpa e0 =35 mpa e0=35mpa =37.33cm, h=40cm 查表得:，故满足要求。2.7 防冻层厚度检验根据规范知：在季节性冰冻地区的中湿路段，路面设计应进行防冻厚度的检验，如小于规范定的最小防冻厚度时，应增设或加垫层使路面总厚度达到要求。路面结构层总厚度h=4+6+9+22+40=81cm，大于最大冰冻深度50cm，所以不考虑冻层深度。2.8 剪应力验算（取c=0.2，=370）_ _h1=4cm e1=1400mpa h=4cm e1=1400mpa h2=6cm e2=1200mpa h3=9cm e3=1000mpa h=71.42cm e2=1200mpah4=22cm e4=1500mpa h5=40cm e5=750mpa e0 =35 mpa e0=35mpa h=h1=4cm计算剪应力和正应力 缓慢制动时：紧急制动时：确定容许剪应力：缓慢制动：紧急制动：验算剪切条件:缓慢制动：紧急制动：由上可得，剪应力不满足要求。3 水泥混凝土路面设计3.1 交通量分析1标准轴载与轴载换算 我国公路水泥混凝土路面设计规范以汽车轴重为100kn的单轴荷载作为设计标准轴载，表示为bzz100。凡前、后轴载大于40kn（单轴）的轴数均应换算成标准轴数，换算公式为： 式中： 100kn的单轴双轮组标准轴数的通行次数； 各类轴轮型；级轴载的总重（kn）； 轴型和轴载级位数； 各类轴轮型i级轴载的通行次数； 轴轮型系数。 表3-1 轴载换算结果车型（kn）（次/日）小客车前轴11.52700后轴23.0北京bj130前轴13.55800后轴27.20切贝尔d420前轴28.20530后轴54.9010.036解放ca10b前轴19.401700后轴60.85160.6黄河jn253前轴55.0039661016.94后轴66.00黄河jn360前轴50.004138505.36后轴110.00.015黄海dj690前轴56.0039385031.24后轴104.00.006华龙sk171a前轴35.3600后轴76.6罗曼sq9251前轴50413580.37后轴111.3n54.567则设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数:式中： 标准轴载累计当量作用次数； t 设计基准年限； 交通量年平均增长率，由材料知，=0.089； 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，如下表3-2。表3-2 混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分布系数公路等级纵缝边缘处高速公路、一级公路、收费站0.170.22二级及二级以下公路行车道宽7m0.340.390.540.62行车道宽7m =次。3.2 初拟路面结构 因为交通量310438.3104100104次，故可知交通属于中等交通。由以上可知相应于安全等级为三级的变异水平等级为中级，根据二级公路、中等交通等级和中级变异水平等级。查规范知：初拟普通混凝土面层厚为220mm；基层选用石灰粉煤灰稳定粒料，厚为180mm；垫层为150mm的低剂量无机结合稳定土。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m；长为5.0m。3.3 确定材料参数取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为4.5mpa，相应弯拉弹性模量标准值为29gpa；路基回弹模量为35mpa；低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量为600mpa；石灰粉煤灰稳定粒料基层回弹模量取1300mpa。基层顶面当量的回弹模量值计算如下： = = =0.312m =4.167 = =普通混凝土面层的相对刚度半径为：3.4 计算荷载疲劳应力根据一级公路、重交通，由路基路面工程查得初拟普通混凝土面层厚度为0.25m。由下列公式求得： 式中 混凝土板的相对刚度半径（m）； h 混凝土板的厚度（m）； ec 水泥混凝土的弯沉弹性模量（mpa）； p 标准轴载ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（mpa）； kr 考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设杆拉的平缝，kr=0.87 0.92，纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界kr=1.0，纵缝为设杆拉的企口缝，kr=0.76 0.84，； kc 考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数，按公路等级查下表3-3；表3-3 综合系数kc 公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路kc1.301.251.201.10ps 标准轴载ps在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力（mpa）。 = ，=2.081根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综和系数,则荷载疲劳应力为：=0.872.0811.201.220=2.65mpa 3.5 计算温度疲劳应力由路基路面工程知，ii区最大温度梯度取88/m。板长5m，l/r=5/0.643=7.78；已知混凝土板厚0.22m，bx=0.72。 则可知最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力： 式中： c 混凝土的温度线膨胀系数 ； tg 最大温度梯度，tg=88c/m； bx 综合温度翘区应力和内应力的温度应力系数； tm 最大温度梯度时土板的温度翘取应力（mpa）。 = 温度疲劳系数 ，式中a，b和c为回归系数，按所在地区公路自然区划查下表 3-4。表3-4 回归系数a，b和c系数公路自然区a0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270 =则温度疲劳应力： 综合，二级公路的安全等级为三级，相应