路基路面工程课程设计5.doc

路基路面课程设计目录1 基本设计资料12 沥青路面设计12.1轴载分析12.2结构组合与材料选取42.3 各层材料的抗压模量和劈裂强度42.4 设计指标的确定52.5 路面结构层厚度的计算62.6 高等级公路沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算72.7 防冻层厚度检验83 水泥混凝土路面设计83.1 交通量分析93.2 初拟路面结构103.3 确定材料参数103.4 计算荷载疲劳应力113.5 计算温度疲劳应力113.6 防冻厚度检验和接缝设计12参考文献131 基本设计资料该路段设计年限20年，交通量年平均增长8.7%，车道系数=0.5，该路段处于中国公路自然区划II2区，路面宽度为B=24.5m，行车道为四车道27.5m，此公路设有一个收费站，且处于中湿路段，设计任务书要求收费站采用水泥混凝土路面，其他路段采用沥青混凝土路面。路基土为粉质中液限土，潮湿路段E0=19Mpa，中湿路段E0=29Mpa，干燥路段E0=30Mpa，沿线有砂石，且有碎石、石灰、粉煤灰供应。表1-1交通组成及交通量表车型双向交通量跃进NJ230585解放CA10B905黄河JN150385长征XD250305依土姿TD501485菲亚特650E245太脱拉138472 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25kN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（）； C1 轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轴组为0.38； C2 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）跃进NJ230前轴23.7011585后轴69.2011585117.93解放CA10B前轴19.4011905后轴60.8511905104.28黄河JN150前轴49.001138517.29后轴101.6011385412.52长征XD250前轴37.80112954.29后轴272.60112951494.09依土姿TD50前轴42.2011148534.82后轴90.00111485939.03菲压特650E前轴33.00112451.97后轴72.001124558.69太脱拉138前轴51.4011472.60后轴280.0012.247798.81N3986.32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=20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，=0.087； 车道系数，由材料知=0.5。则：次。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）跃进NJ230前轴23.7011585后轴69.201158530.76解放CA10B前轴19.4011905后轴60.851190517.01黄河JN150前轴49.0011385后轴101.6011385437.13长征XD250前轴37.8011295后轴272.60112955828.48依士姿TD50前轴42.20111485后轴90.00111485639.24菲压特650E前轴33.0011245后轴72.001124517.69太脱拉138前轴51.4011470.23后轴280.0012.247 4441.00N11411.54则其设计年限内一个车道上的累计量轴次为： 次。2.2 结构组合与材料选取根据公路沥青路面设计规范，并考虑公路沿途有砂石、碎石、石灰、粉煤灰供应，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（300），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357507500.25土基30302.4 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所以 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的疲劳 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1.45.210.27中粒沥青混凝土1.05.210.19粗粒沥青混凝土0.85.210.15水泥稳定碎石0.52.660.19二灰土0.253.430.072.4 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=1.6314.98/2000/10.650.38(30/0.70) 0.36=0.400 =14.981400/(200010.650.70.4)=3.5162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 =30/1200=0.025；由三层体系弯沉系数诺莫图查得K1=1.460。又因为K2= /(K1）=3.516/（6.221.460）=0.387，由上查表得：H/=7.8，H= 10.657.8=83。由可知：，因为H=83cm，可知h4=36.3cm，故取h4=37cm。如图所示： _ _h1=4cm E1=2000MPa h=4cm E1=2000Mpa h2=6cm E2=1800MPa h3=9cm E3=1200MPa H=？cm E2=1800MPah4=37cm E4=3600MPa h5=35cm E5=2400MPa E0 =30 MPa E0=30MPa 2.5 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=1400Mpa h2=6cm E2=1800MPa h3=9cm E3=1200MPa H=56.8cm E2=1000MPah4=37cm E4=3600MPa h5=35cm E5=2400MPa E0 =30 MPa E0=30MPa ；，。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=49.4cm E1=3600Mpa h2=6cm E2=1800MPa h3=9cm E3=1200MPa H=35cm E2=2400MPah4=37cm E4=3600MPa h5=35cm E5=2400MPa E0 =30 MPa E0=30MPa h=49.4cm ， =35cm由H/=35/10.65=3.286385, =30/2400=0.0125,查表得=0.05MpaH/=3.286385, E2/E1=2400/3600=0.67,查表得n1=2.1H/=3.286385, h/=51.84/10.65=4.8676,查表得 n2=0.50由公式m=Pn1n2得m=0.70.052.10.50=0.037Mpa7m0.340.390.540.62行车道宽7m =2800397.633次。3.2 初拟路面结构 因为交通量100104280.041042000104次，故可知交通属于重交通。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，根据一级公路、重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250mm；基层选用水泥稳定粒料，厚为200mm；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3.75m；长为4.5m。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5.0Mpa，相应弯拉弹性模量标准值为31Gpa；路基回弹模量为29Mpa；低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量去600Mpa；水泥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： = = =0.328m =4.35 = =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）。 = ，=2.33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：=2.330.871.251.045=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4.5m，L/r=4.5/0.760=5.92；已知混凝土板厚0.25m，Bx=0.63。 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，一级公路的安全等级为三级，相应于三级的安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为85。再根据查得的目标可靠度和变异水平等级，确定可靠度系数。，故满足要求。 3.6防冻厚度检验和接缝设计1防冻厚度检验由公路水泥混凝土路面设计规范知，路面防冻厚度为0.5m，而设计路面总厚度为0.60m，由于0.50.60，故满足设计要求。2接缝设计 为避免由温度产生的应力破坏，所以，在混凝土板中设置横缝与纵缝，这段路为重交通，缝中设拉杆，拉杆长0.5m，直径22mm，每隔40cm设置一个。 横向胀缝缝隙宽20mm，缝隙上部5cm深度内浇填缝料拉杆的半段固定在混凝土内，另一半涂以沥青，套上长约10cm的塑料套筒，筒底与杆端之间留有3cm空隙，用木屑与弹性材料填充。 横向缩缝缩缝采用假缝，缝隙宽5mm，深度为5cm. 施工缝施工缝采用平头缝或企口缝的构造形式，缝上深5cm，宽为5mm的沟槽，内浇填缝料。 横缝的布置缩缝