河南城建学院路基路面课程设计.doc

*课程设计说明书河南城建学院路基路面课程设计说明书课 程 名 称: 路基路面 题 目: 专 业: 道路桥梁与渡河工程 学 生 姓 名: 学 号: 072410128 指 导 教 师: 尹振羽张会远 夏英志 李辉 李锐铎 设 计 教 室: 10#B502 开 始 时 间: 年 月 日完 成 时 间: 年 月 日课程设计成绩：学习态度及平时成绩（30）技术水平与实际能力（20）创新（5）说明书撰写质量（45）总 分（100）等级指导教师签名： 年 月 日河南城建学院路基路面课程设计说明书目 录1 基本设计资料12.沥青路面设计22.1 沥青路面设计的内容22.2标准轴载及轴载当量换算22.3 结构组合与材料选取52.4 各层材料的抗压模量和劈裂强度52.5设计指标的确定52.6 路面结构层厚度的计算62.7 沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算72.8 防冻层厚度检验93.水泥混凝土路面设计103.1水泥混凝土路面设计的内容103.2交通量分析103.3初拟路面结构113.4确定材料参数113.5计算荷载疲劳应力123.6计算温度疲劳应力133.7防冻厚度验算及接缝设计14参考文献15151 基本设计资料道路等级：高速公路气象资料：该公路地处V区；当地多年平均最大冻深为 0.5 米，水文情况：地下水位大于5米，地表无积水；地质资料：粉质轻亚粘土筑路材料及供应状况：沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。交通量平均年增长率：6.5%车道数：双向四车道车道系数：=0.45汽车交通量组合：表1-1 交通组成及交通量表车型交通量（辆/日）解放CA10B145解放CA30A240东风EQ140160黄河JN150130黄河JN162160黄河JN360200长征XD160170交通SH1411002.沥青路面设计2.1 沥青路面设计的内容沥青路面设计包括原材料的调查与选择、沥青混合料配合比以及基层材料配合比设计、各项设计参数的测试与选定、路面结构组合设计、路面结构层厚度验算以及个路面结构方案的比选。2.2标准轴载及轴载当量换算表2-1 标准轴载BZZ-100各项参数标准轴载名称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）21.3轮胎接地压强P（Mpa）0.7两轮中心距（cm）15dP3781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 轴数系数。C2 轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轴组为0.38； 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。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，=0.065； 车道系数，由材料知=0.45。表2-2 轴载换算结果车型PiC1C2nN解放CA10B前轴19.40 1.00 6.40 145.00 后轴60.85 1.00 1.00 145.00 16.71 解放CA30A前轴29.50 2.20 6.40 240.00 16.69 后轴36.75 2.20 1.00 240.00 6.78 东风EQ140前轴23.70 1.00 6.40 160.00 后轴69.20 1.00 1.00 160.00 32.25 交通SH141前轴25.55 1.00 6.40 100.00 1.69 后轴55.10 1.00 1.00 100.00 7.48 黄河JN162前轴59.50 1.00 6.40 160.00 107.02 后轴115.00 1.00 1.00 160.00 293.87 黄河JN360前轴50.00 2.20 6.40 200.00 138.09 后轴110.00 2.20 1.00 200.00 666.06 黄河JN150前轴49.00 1.00 6.40 130.00 37.37 后轴101.60 1.00 1.00 130.00 139.29 长征XD160前轴42.60 2.20 6.40 170.00 58.48 后轴85.20 2.20 1.00 170.00 186.33 N1708.11 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，=0.065； 车道系数，由材料知=0.45。则：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PiC1C2nN解放CA10B前轴19.40 1.00 18.50 145.00 0.01 后轴60.85 1.00 1.00 145.00 2.73 解放CA30A前轴29.50 3.00 18.50 240.00 0.76 后轴36.75 3.00 1.00 240.00 0.24 东风EQ140前轴23.70 1.00 18.50 160.00 0.03 后轴69.20 1.00 1.00 160.00 8.41 交通SH141前轴25.55 1.00 18.50 100.00 0.03 后轴55.10 1.00 1.00 100.00 0.85 黄河JN162前轴59.50 1.00 18.50 160.00 46.50 后轴115.00 1.00 1.00 160.00 489.44 黄河JN360前轴50.00 3.00 18.50 200.00 43.36 后轴110.00 3.00 1.00 200.00 1286.15 黄河JN150前轴49.00 1.00 18.50 130.00 7.99 后轴101.60 1.00 1.00 130.00 147.60 长征XD160前轴42.60 3.00 18.50 170.00 10.23 后轴85.20 3.00 1.00 170.00 141.61 N2185.95 表2-4沥青路面交通等级交通等级BZZ-100累计标准轴次Ne（次/车道）大客车及中型以上各种货车交通量Nn（辆/d/车道）轻交通310E+62.510E+73000则其设计年限内一个车道上的累计量轴次为： 次。根据表2-4可知，交通等级均为中等交通。2.3 结构组合与材料选取根据公路沥青路面设计规范，并考虑公路沿途有碎石、砂砾、并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应，路面结构层采用沥青混凝土（180），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（80）。2.4 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2-5。表2-5 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中粒式沥青混凝土4620001800140012001.41.0粗粒式沥青混凝土8120010000.8 水泥稳定碎石待定150015000.5二灰土307507500.25土基30302.5设计指标的确定（1设计弯沉值公路为高速公路，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2-6 结构层容许弯拉应力材料名称（Mpa）（Mpa）细粒沥青混凝土1.43.100.45中粒沥青混凝土1.03.100.32粗粒沥青混凝土0.83.100.26水泥稳定碎石0.52.050.24二灰土0.252.640.092.6 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： =2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=20.10cm，故取h4=21cm。如图所示： _ _h1=4cm E1=2000MPa h=4cm E1=2000Mpa h2=6cm E2=1800MPa h3=8cm E3=1200MPa H=？cm E2=1800MPah4=21cm E4=1500MPa h5=30cm E5=750MPa E0 =30 MPa E0=30MPa 2.7 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=8cm E3=1200MPa H=56.8cm E2=1000MPah4=21cm E4=3600MPa h5=30cm 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=8cm E3=1200MPa H=35cm E2=2400MPah4=21cm E4=3600MPa h5=30cm 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混凝土交通等级分类，根据表3-4确定交通量等级，为重型交通等级。表3-4 公路混凝土路面交通分级交通等级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数Ne（10E+4）2000100-20003-10033.3初拟路面结构因为交通量属于重交通。可知相应于安全等级为一级的变异水平等级为中级，根据高速公路、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；基层选用水泥稳定碎石，厚为200mm；垫层为150mm的石灰粉煤灰稳定砂砾。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m；长为4.5m。3.4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30Gpa；路基回弹模量为30Mpa；石灰粉煤灰稳定砂砾垫层回弹模量去1300Mpa；水泥稳定碎石基层回弹模量取1500Mpa。基层顶面当量的回弹模量值计算如下： = = =0.395m =4.57 = =普通混凝土面层的相对刚度半径为：3.5计算荷载疲劳应力根据高速公路、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3-5；表3-5 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）。 = ，=2.51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：=2.510.871.300.978=2.78MPa 3.6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=4.5/0.680=6.62；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 3-6。表3-6 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，高速公路的安全等级为一级，相应于一级的安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为95。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。3.7防冻厚度验算及接缝设计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