沥青水泥路面设计.doc

水泥混凝土路面结构设计计算书一、设计资料 公路自然区划去拟新建一条水泥混凝土路面一级公路，路基为含杀低液限粘土。据交通调查得知，交通量年平均增长率为8%，设计年限使用初期标准轴载日作用次数为15000。二、设计内容1、累计当量轴次计算由表16-20(教材P479），一级公路的设计基准期为30年，安全等级为二级。由表16-3(教材P459）横向分布系数为0.20。交通量年平均增长率8%。 则设计基准期内设计车道标准轴载累积作用次数为查(表16-4教材P459）可知路面面层等级为特重交通。2、初拟路面结构由表16-17(教材P477)查得，初拟普通水泥混泥土路面层厚度为h=0.239m, 基层选用沥青混凝土（中粒式），厚为h1=0.05m。底基层厚度为h2=0.20m的石灰粉煤灰稳定碎石。普通水泥混凝土板的平面尺寸宽为3.75m,长为5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。3、材料参数的确定（1）混泥土的设计弯拉强度与弹性模量由表16-11(教材P474）取普通混泥土面层的弯拉强度标准值,相应弯拉弹性模量标准值为。 （2）土基的回弹模量路基回弹模量取。由表16-14（教材P474）可得沥青混凝土基层回弹模量取，石灰粉煤灰稳定碎石基层回弹模量取。按式16-53(教材P481)，计算基层顶面当量回弹模量如下：4、荷载疲劳应力计算普通混凝土面层的相对刚度半径按16-52b（教材P481）计算为按式16-52a（P481），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为因纵缝为设拉平缝，接缝传荷能力的应力折减系数。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。根据公路等级，由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)附录B，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为5、温度疲劳应力计算由表16-28（教材P483），区最大温度梯度区88/。板长，。由图16-14（教材P483）可查普通混凝土板厚, 按式16-56（教材P483），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为温度疲劳应力系数，由表16-29（教材P484）可得，自然区划为区，式中：a=0.834,b=0.052,c=1.270.按式16-57（教材P483）计算为再由式16-55(教材P483）计算温度疲劳应力为6、可靠度计算查表16-20(教材P479)，一级公路的安全等级为二级，相应于二级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为90%，再根据查的目标可靠度变异水平等级，查表16-22(教材P480），确定可靠度系数，按式（16-48教材P480）可得：因而所选的普通混凝土面层厚度，可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳应力。7、用HPD2003公路路面设计程序系统进行验算 验算结果见下页。水泥混凝土路面设计 设 计 内 容 : 新建单层水泥混凝土路面设计 公 路 等 级 : 一级公路 变异水平的等级 : 中 级 可 靠 度 系 数 : 1.18 面 层 类 型 : 普通混凝土面层序 路 面 行 驶 单轴单轮 轴载 单轴双轮 轴载 双轴双轮 轴载 三轴双轮 轴载 交通量号 车 辆 名 称 组的个数 总重 组的个数 总重 组的个数 总重 组的个数 总重 (kN) (kN) (kN) (kN)1 标准轴载 0 0 1 100 0 0 0 0 15000 行驶方向分配系数 1 车道分配系数 1 轮迹横向分布系数 .22 交通量年平均增长率 8 混凝土弯拉强度 5 MPa 混凝土弯拉模量 31000 MPa混凝土面层板长度 5 m 地区公路自然区划 面层最大温度梯度 88 /m 接缝应力折减系数 .87 基(垫)层类型-新建公路土基上修筑的基(垫)层层位 基（垫）层材料名称 厚度(mm) 回弹模量(MPa) 1 水泥稳定粒料 180 1300 2 石灰粉煤灰土 150 600 3 土基 30 基层顶面当量回弹模量 ET= 165.5 MPaHB= 220 r= .676 SPS= 1.26 SPR= 3.98 BX= .71 STM= 2.12 KT= .5 STR= 1.06 SCR= 5.04 GSCR= 5.95 RE= 19 %HB= 246 r= .756 SPS= 1.08 SPR= 3.4 BX= .61 STM= 2.05 KT= .49 STR= 1 SCR= 4.4 GSCR= 5.19 RE= 3.8 %HB= 252 r= .775 SPS= 1.04 SPR= 3.29 BX= .58 STM= 2 KT= .48 STR= .96 SCR= 4.25 GSCR= 5.01 RE= .2 %HB= 254 r= .781 SPS= 1.03 SPR= 3.25 BX= .58 STM= 2.01 KT= .48 STR= .97 SCR= 4.22 GSCR= 4.98 RE=-.4 %设计车道使用初期标准轴载日作用次数 : 15000 路面的设计基准期 : 30 年设计基准期内标准轴载累计作用次数 : 1.364496E+08 路面承受的交通等级 :特重交通等级基层顶面当量回弹模量 : 165.5 MPa混凝土面层设计厚度 : 254 mm 通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: - 普通混凝土面层 239 mm - 水泥稳定粒料 180 mm - 石灰粉煤灰土 150 mm - 土基参考文献：1、路基路面工程（第三版），邓学均 编著，人民交通出版社，2007年2、公路路基设计规范（JTG D30-2004），北京：人民交通出版社，2004年沥青混凝土路面结构设计计算书一、设计资料某高速公路地处2区，为双向四车道，设计年限15年，拟采用沥青路面结构进行施工图设计；一般路基处于中湿路段，土质为中液限粘土，填方路基高1.8m，地下水位距路床2.4m；沿线有碎石场，附近河流有中、粗砂，筑路材料丰富；根据现有交通量调查，使用年限内交通量年平均增长率8%，预计路面竣工后第一年的交通量及车辆组成如下表（下表中的数据为双向双车道调查的结果），现拟定路面结构为：4cm细粒式沥青混凝土+5cm中粒式沥青混凝土+6cm粗粒式沥青混凝土+水泥稳定碎石？+16cm天然砂砾，试计算设计层厚度。车 型前轴重（KN）后轴重（KN）后轴数后轴距辆/日黄河JN15148.3100.31/300解放CA1521.070.41/400黄河JN16358.6114.01/600江淮HFF315049.296.31/300东风EQ15526.556.723m400日野ZH433C60.0110.023m200二、设计内容1、轴载当量换算(换算方法:弯沉及沥青层拉应力指标) 汽车类型前轴重(kN)后轴重(kN)黄河JN15148.3100.311300317解放CA152170.41140087黄河JN16358.6114116001120江淮HFF315049.296.311300268东风EQ15526.556.72.2140077日野ZH433C601102.2120071425832、设计年限累计当量标准轴载数 高速公路设计年限取15年，双向四车道的车道系数取0.5。按式14-6（教材379）得：3、计算设计弯沉值由设计资料可得,则由式14-21(教材390)得:4、材料参数的确定本路段地处区，需验算最小防冻厚度，根据书中389页表格，取防冻厚度为60cm；根据书中399页表格，取各层抗拉模量和抗压模量如下表；路面材料名称厚度(cm)抗压模量抗拉模量细粒式沥青混凝土414002000中粒式沥青混凝土512001600粗粒式沥青混凝土69001200水泥稳定碎石?15001500天然沙砾16550550根据规范，面层推荐最小厚度为12-18cm，故取15cm； 5、用HPDS2003公路路面设计程序进行设计计算 计算结果以及验算结果见下页汇总。新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 21.9 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 15 (cm) 层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗拉模量(MPa) 容许应力(MPa (20) (15) 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 .8 2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1600 .7 3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 .6 4 水泥稳定碎石 ? 1500 1500 .14 5 天然砂砾 16 550 550 6 土基 36 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 21.9 (0.01mm) H( 4 )= 35 cm LS= 22.8 (0.01mm) H( 4 )= 40 cm LS= 20.5 (0.01mm) H( 4 )= 37 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 37 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 37 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 37 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 37 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 37 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 37 cm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 50 cm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 . 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 4 cm - 中粒式沥青混凝土 5 cm - 粗粒式沥青混凝土 6 cm - 水泥稳定碎石 37 cm - 天然砂砾 16 cm - 土基轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算序号 车 型 名 称 前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m) 交通量 1 黄河JN151 48.3 100.3 1 双轮组 300 2 解放CA15 20.97 70.38 1 双轮组 400 3 江淮HFF3150C 49.2 96.3 1 双轮组 300 4 东风EQ155 26.5 56.7 2 双轮组 3 400 5 日野ZM4430 60 110 2 双轮组 3 200 6 黄河JN163 58.6 114 1 双轮组 600 设计年限 15 车道系数 .5 序号 分段时间(年) 交通量年增长率 1 5 8 2 5 8 3 5 8 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 :路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 3141 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.556447E+07 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 :路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 3816 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.890928E+07 公路等级 高速公路公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 21.9 (0.01mm)层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 中粒式沥青混凝土 1 .29 2 粗粒式沥青混凝土 .8 .21 3 细粒式沥青混凝土 1.4 .41 4 水泥稳定碎石 .6 .27 5 天然砂砾竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 计算信息 (20) (15) 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 计算应力 2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1600 计算应力 3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 计算应力 4 水泥稳定碎石 40 1500 1500 计算应力 5 天然砂砾 16 550 550 不算应力 6 土基 36 计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 20.5 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 22.3 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 24.6 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 27.4 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 183.3 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 322.9 (0.01mm)(根据“