道路工程课程设计计算书.doc

道路工程课程设计设计说明1、设计资料 广州地区新建xx一级公路，经调查路基土为高液限粘土，填方路基高1.2m，地下水位距路床2.0m，沿线可开采碎石、沙砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。交通量年平均增长率4%，近期交通量如下：车型车辆数（辆/日）车型车辆数（辆/日）东风lz3401735太脱拉111r514解放ca3401982日野zm440751红旗ca6301442黄海dd6905822、设计内容 分别设计水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的结构层次，并算出结构层厚度，水泥混凝土路面还需进行接缝设计。主要包括以下内容：（1）详细的设计计算书沥青混凝土路面： 确定结构方案；确定设计参数；计算待求层厚度；弯拉应力计算。水泥混凝土路面： 确定结构方案；确定设计参数；初拟混凝土板尺寸；应力计算；接缝设计。（2）设计图 路面结构图、相应的计算图和水泥混凝土路接缝构造图。3、主要参考资料1. 吴旷怀主编道路工程，中国建筑工业出版社，20082. 邓学钧主编路基路面工程（第三版），人民交通出版社，20083. 公路工程技术标准（jtg b01 2003）4. 公路路基设计规范（jtg d30 2004）5. 公路沥青路面设计规范（jtg d50 2006）6. 公路沥青路面施工和验收规范（jtg f40 2004）7. 公路水泥混凝土路面设计规范（jtg d40 2002）8. 公路水泥混凝土路面施工技术规范（jtg f30 2003）一、 沥青路面设计1.交通分析序号车型前轴重（kn）后轴重（kn）后轴数后轴轮组后轴距(m)车辆数（辆/日）1东风lz34027.0064.601双轮组017352解放ca34022.1056.601双轮组019823红旗ca63019.3027.901双轮组014424太脱拉111r37.4075.50 2双轮组25145日野zm44060.00100.002双轮组27516黄海dd69056.00104.00 2双轮组45821.1 以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，换算为标准轴p的当量轴次n东风lz340次解放ca340次红旗ca630次太脱拉111r 由于后轴距3，故=1+1.2（m-1）=2.2次日野zm440 由于后轴距3，故=1+1.2（m-1）=2.2次黄海dd690 由于后轴距3，故=m=2次n总=296.63+184.51+12.79+378.63+2173.13+1679.57=4725.26次1.2 进行半刚性基层层底拉应力验算时，换算为标准轴p的当量轴次n东风lz340次解放ca340（次）红旗ca630次太脱拉111r 由于后轴距3，故=1+ 2（m-1）=3次日野zm440 由于后轴距3，故=1+ 2（m-1）=3次黄海dd690 由于后轴距3，故=m=2次n总=53.53+21.09+0.10+166.44+2486.36+1697.15=4424.67次1.3 n和n汇总得下表：车 型pi(kn)ni(辆/日)n（次）n（次）c1c2nc1c2n东风lz340前轴27173516.437.32118.50.91后轴64.6173511259.311152.62解放ca340前轴22.1198216.417.84118.50.21后轴56.6198211166.671120.88红旗ca630前轴19.3144216.47.20118.50.05后轴27.91442115.59110.05太脱拉111r前轴37.451416.445.62118.53.64后轴75.55142.21333.0131162.80日野zm440前轴6075116.4520.93118.5233.36后轴1007512.211652.20112253.00黄海dd690前轴5658216.4299.03118.5104.14后轴104582211380.54211593.01合计-4725.26-4424.671.4 设计年限内一个车道上的累计当量轴次数 拟建公路为一级公路，路面的设计年限为15年，使用期内交通量的平均增长率为4%，按双向四车道设计，车道系数取=0.4。 a.以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，设计年限内一个车道上的累计当量轴次数：次 b.当进行半刚性基层层底拉应力验算时，设计年限内一个车道上的累计当量轴次数：次累计当量轴次数大于1200万次/车道，交通等级为重交通，应属于高级路面。2.采用查表法确定路面的材料参数材料名称抗压模量（mpa）劈裂强度（mpa）2015细粒式沥青混凝土140020001.4中粒式沥青混凝土12001800 1.0粗粒式沥青混凝土100012000.8石灰粉煤灰碎石15000.6石灰土5500.22粗粒式沥青碎石700级配碎石2203. 确定路面结构组合及厚度方案一：层位结构层材料名称厚度（cm）1中粒式沥青混凝土62粗粒式沥青混凝土83石灰粉煤灰碎石194石灰土?方案二：层位结构层材料名称厚度（cm）1细粒式沥青混凝土42中粒式沥青混凝土63粗粒式沥青碎石84级配碎石?4.相关设计指标的确定 对于一级公路，以路表面回弹弯沉值、沥青混凝土层的层底拉应力及半刚性材料层的层底拉应力为设计指标。4.1 确定路面设计弯沉值 对一级公路，公路等级系数ac=1.0；沥青混凝土路面，面层类型系数as=1.0 a.半刚性基层，基层类型系数ab=1.0 （0.01mm） b.柔性基层，基层类型系数ab=1.6 （0.01mm）4.2 各层材料的容许层底拉应力4.2.1 沥青混凝土层 细粒式沥青混凝土： 中粒式沥青混凝土： 粗粒式沥青混凝土：4.2.2 石灰粉煤灰碎石 石灰粉煤灰碎石：4.2.2 石灰土 石灰土：4.3 采用查表法确定土基的回弹模量4.3.1 由原始材料可知：路床表面至地下水位的高度h=2.0 m，土质为高液限粘土，地区所在的自然区为7，查表得土基的干湿类型为干燥。4.3.2 根据土基的干湿类型和土质查表，取土基的平均稠度c=1.20。4.3.3 根据路基土的平均稠度，自然区划和土质，查表得对应的土基回弹模量e0为44.5mpa5. 设计资料总结：方案一：层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量（mpa）劈裂强度（mpa）容许应力（mpa）20151中粒式沥青混凝土612001800 1.00.302粗粒式沥青混凝土8100012000.80.243石灰粉煤灰碎石1815000.60.284石灰土? 5500.220.085新建路基44.5方案二：层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量（mpa）劈裂强度（mpa）容许应力（mpa）20151细粒式沥青混凝土4140020001.40.422中粒式沥青混凝土612001800 1.00.303粗粒式沥青碎石87004级配碎石? 2205新建路基44.56.确定石灰土层厚度 运用hpds2006公路路面设计程序系统进行计算。计算机计算成果如下：方案一：a.新建路面结构厚度计算公路等级:一级公路新建路面的层数:4 标准轴载:bzz-100路面设计弯沉值:22.39 (0.01mm)路面设计层层位:4 设计层最小厚度:150 (mm)层位结构层材料名称厚度(mm)20平均抗压模量（mpa）标准差15平均抗压模量（mpa）标准差容许应力（mpa）1中粒式沥青混凝土60120001800 0.302粗粒式沥青混凝土801000012000.243石灰粉煤灰碎石19 01500015000.284石灰土? 55005500.085新建路基44.5按设计弯沉值计算设计层厚度 :ld= 22.39 (0.01mm)h( 4 )= 150 mm ls= 2.5 (0.01mm)由于设计层厚度 h( 4 )=hmin时 ls=ld,故弯沉计算已满足要求 .h( 4 )= 150 mm(仅考虑弯沉)按容许拉应力计算设计层厚度 :h( 4 )= 150 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求)h( 4 )= 150 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求)h( 4 )= 150 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求)h( 4 )= 250 mm ( 4 )= .089 mpah( 4 )= 300 mm ( 4 )= .078 mpah( 4 )= 291 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求)路面设计层厚度 : h( 4 )= 150 mm(仅考虑弯沉) h( 4 )= 291 mm(同时考虑弯沉和拉应力)通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: - 中粒式沥青混凝土 60 mm - 粗粒式沥青混凝土 80 mm - 石灰粉煤灰碎石 180 mm - 石灰土 300 mm - 新建路基b.竣工验收弯沉值和层底拉应力计算公路等级:一级公路新建路面的层数:4 标准轴载:bzz-100层位结构层材料名称厚度(mm)20平均抗压模量（mpa）标准差15平均抗压模量（mpa）标准差1中粒式沥青混凝土60120001800 02粗粒式沥青混凝土8010000120003石灰粉煤灰碎石18015000150004石灰土300550055005新建路基44.5计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 :第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 ls= 1.8 (0.01mm)第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 ls= 2.1 (0.01mm)第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 ls= 2.6 (0.01mm)第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 ls= 5.7 (0.01mm)路基顶面交工验收弯沉值 ls= 209.3 (0.01mm)计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :(未考虑综合影响系数)第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-.144 (mpa)第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.048 (mpa)第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )= .128 (mpa)第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .078 (mpa) 通过计算机设计得到确定石灰土层的厚度为30cm，实际路面结构的实测弯沉值为1.8（0.01mm）22.39（0.01mm），沥青面层的层底均受压应力，石灰粉煤灰碎石层层底的最大拉应力为0.128mpa0.28mpa，石灰土层层底的拉应力为0.078mpa0.08mpa，上述计算结果均满足设计要求。最终验算通过确定采用该路面结构方案。方案二：a. 新建路面结构厚度计算公路等级:一级公路新建路面的层数:4 标准轴载:bzz-100路面设计弯沉值:35.83 (0.01mm)路面设计层层位:4 设计层最小厚度:80 (mm)层位结构层材料名称厚度(mm)20平均抗压模量（mpa）标准差15平均抗压模量（mpa）标准差容许应力（mpa）1细粒式沥青混凝土40140002000 0.422中粒式沥青混凝土601200018000.303粗粒式沥青碎石80700070004级配碎石? 220022005新建路基44.5按设计弯沉值计算设计层厚度 :ld= 35.83 (0.01mm)h( 4 )= 80 mm ls= 6.5 (0.01mm)由于设计层厚度 h( 4 )=hmin时 ls=ld,故弯沉计算已满足要求 .h( 4 )= 80 mm(仅考虑弯沉)按容许拉应力计算设计层厚度 :h( 4 )= 80 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求)h( 4 )= 230 mm ( 2 )= .3 mpah( 4 )= 280 mm ( 2 )= .289 mpah( 4 )= 231 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求)路面设计层厚度 :h( 4 )= 80 mm(仅考虑弯沉)h( 4 )= 231 mm(同时考虑弯沉和拉应力)通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 40 mm - 中粒式沥青混凝土 60 mm - 粗粒式沥青碎石 80 mm - 级配碎石 240 mm - 新建路基b.竣工验收弯沉值和层底拉应力计算公路等级:一级公路新建路面的层数:4 标准轴载:bzz-100层位结构层材料名称厚度(mm)20平均抗压模量（mpa）标准差15平均抗压模量（mpa）标准差1细粒式沥青混凝土40140002000 02中粒式沥青混凝土6012000180003粗粒式沥青碎石80700070004级配碎石240220022005新建路基44.5计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 :第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 ls= 4.5 (0.01mm)第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 ls= 5.4 (0.01mm)第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 ls= 7.5 (0.01mm)第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 ls= 11 (0.01mm)路基顶面交工验收弯沉值 ls= 209.3 (0.01mm)计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :(未考虑综合影响系数)第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-.35 (mpa)第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )= .298 (mpa)通过计算机设计得到确定级配碎石层的厚度为24cm，实际路面结构的实测弯沉值为4.5（0.01mm）35.83（0.01mm），细粒式沥青混凝土层的层底受压应力，中粒式沥青混凝土层层底的最大拉应力为0.298mpa0.30mpa，上述计算结果均满足设计要求。最终验算通过确定采用该路面结构方案。7.方案比较 半刚性基层方案的的层间模量较为合适，沥青用量大致相同，由于石灰、粉煤灰的材料水稳定较好，适合广州的湿热多雨天气，其路用材料除沥青外，其他均为沿线地方材料，减少材料的运费，较为经济，故选择采用方案一。二 、新建水泥混凝土路面设计1. 交通分析水泥混凝土结构构设计以100kn的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。将不同的轴-轮型和轴载的作用次数，换算为标准轴载的作用次数。东风lz340：次解放ca340：次红旗ca630次太脱拉111r 前轮为单轴单轮组，故 后轴为双轴双轮组，故次日野zm440 前轮为单轴单轮组，故 后轴为双轴双轮组，故次黄海dd690 前轮为单轴单轮组，故 后轴为双轴双轮组，故次累计轴载为 ：ns=1.60+0.22+0.00+272.08+296.56=572.04次计算结果汇总如下表： 车 型pi（kn） ni （辆/日） （次）东风lz340前轴2717351.60后轴64.61735解放ca340前轴22.119820.22后轴56.61982红旗ca630前轴19.314420.00后轴27.91442太脱拉111r前轴37.45141.59后轴75.5514日野zm440前轴60751272.08后轴100751黄海dd690前轴56582296.56后轴104582合计-572.04标准轴载累计当量作用次数： 一级公路，设计基准期t=30年，安全等级为二级，临界荷位的车辆车辆轮迹横向分布系数取0.17。次 故交通等级为重交通。2.初拟路面结构 由公路水泥混凝土路面设计规范jtg d40-2002，得相应于安全等级二级的变异水平取中级。根据一级公路、重交通等级和中级变异水平等级，查规范j