华东交通大学路基路面课设报告.doc

华东交通大学课程设计用纸存档资料成绩： 课 程 设 计（论 文）所属课程名称 路基路面工程 题导教目 指导教师 指导教师 学导教院 软件学院 班导教级 软件+桥梁工程2班学导教生 张晓军 指导教师 杨成忠 辅导教师 2014 年 01月09 日课程设计（论文）任务书 软件学院 学院 软件工程+桥梁工程 专业 2 班级一、 课程设计（论文）题目 二、 课程设计（论文）工作自 2014 年 01 月 06 日起至 2014 年 01 月 12 日止。三、课程设计（论文）的内容要求：(1)根据所给资料,利用HPDS2011公路路面设计程序系统进行路面结构的设计(沥青路面、水泥路面至少各3种不同的路面结构设计，其中水泥路面结构手工完成一个方案的计算)。(2)编写设计说明书,包括水泥混凝土路面及沥青路面结构,厚度设计,水泥混凝土路面结构组合设计、板厚度设计、接缝设计等。(3)对所选定的路面结构方案,绘制路面结构图,包括沥青路面结构设计图,水泥混凝土路面结构设计图及其接缝设计图等.需用A3图纸打印。学生必须在教师指导下，独立、准时完成设计任务（同学之间不得抄袭），并努力提高设计质量。设计的每个阶段完成后，必须经指导教师审批后才能进行下一阶段的设计。设计图纸初步拟定后，图纸要用国家统一的制图标准，主次分明，图面规范、清晰、美观。 学生签名： 年 月 日课程设计（论文）评审意见 评阅人 职称 年 月 日华东交通大学课程设计（论文）任务书题目名称 路基路面工程课程设计 院 （系） 软件学院 专 业 软件工程+桥梁工程 班 级 20112 2014年 01 月 06日 至 2014 年 01 月 12 日 共 1 周设计说明书摘 要本设计为某省某地拟设计路面属某段高速公路（双向四车道），路段位于平原微丘区,公路自然区划为2区,地震烈度为六级,设计标高255.50m,地下水位距路床顶面为1.45m，土质为粘性土。主要进行沥青路面与水泥路面设计。其中沥青路面与水泥路面各设计三套方案，以备选用。设计路面为水泥混凝土刚性路面,主要包括路面结构组合设计、混凝土路面板尺寸设计、接缝设计以及施工设计.并对水泥混凝土路面面层的配合比进行了设计.虽然沥青路面具有修复快，乘坐舒服，对路基、地基变形或不均匀沉降的适应性强等一些特点。但水泥路面稳定性好平整度的保持期长，使用年限长的特点同样突出，在环境问题日益突出的今天，综合考虑，我认为选用水泥混凝土路面更优：最好选用水泥混凝土方案一，除此之外，也可考虑沥青方案二。课程设计是是一次检验，一次练兵，它检验了我所学的道路工程知识，检验了我对杨老师所讲指挥上的理解程度，让我认识到自己路基路面知识的不足，同时，它也锻炼了我的能力，检验了自己的专业知识，培养了专业素养。当涉及道路工程的设计时，该怎么去思考，我想这对我以后踏入工作岗位意义很大。目录1 设计资料31.1工程概况31.2设计资料31.2.1 确定材料参数41.2.2计算荷载疲劳应力41.3 设计任务与内容41.4交通量分析确认 52 沥青路面设计62.1 混凝土路面设计基准期62.1.1 自然地理条件62.1.2新建路基回弹模量的确定62.1.3交通分析62.1.4 设计轴载62.2基初拟路面结构92.2.1轴载换算资料92.2.2方案分析112.2.3计算依据183 水泥混凝土路面设计193.1 基本资料193.2 标准轴载及轴载当量换算193.3 初拟路面结构203.3.1初拟路面结构方案203.3.2轴载换算资料及厚度计算213.3.3方案分析233.3.4接缝设计304 参考文献315 方案比选326 总结体会331 设计资料1.1 工程概况拟设计路面属某段高速公路（双向四车道），路段位于平原微丘区,公路自然区划为2区,地震烈度为六级,设计标高255.50m,地下水位距路床顶面为1.45m。1.2 设计资料1.2.1 土质所经地区多处为粘性土。1.2.2 交通量及组成根据最新路网规划,预测使用初期2013年平均日交通量见下表： 表1-1车型交 通 量 （辆/昼夜）10小客车SH130922大客车SH141177跃进牌NJ130665东风牌EQ140326黄河牌JN150436日野KB22285太脱拉13897交通量年平均增长率（）7.23注：上表为双向交通量调查结果1.3 设计任务与内容(1)根据所给资料,利用HPDS2011公路路面设计程序系统进行路面结构的设计(沥青路面、水泥路面至少各2种不同的路面结构设计，其中水泥路面结构手工完成一个方案的计算)。(2)编写设计说明书,包括水泥混凝土路面及沥青路面结构,厚度设计,水泥混凝土路面结构组合设计、板厚度设计、接缝设计等。(3)对所选定的路面结构方案,绘制路面结构图,包括沥青路面结构设计图,水泥混凝土路面结构设计图及其接缝设计图等.需用A3图纸打印。1.4 交通量分析确认公路工程技术标准规定：四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量 25000 -55000 辆六车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量 45000 -80000 辆八车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量 60000 -100000 辆交通量及换算系数 表1-2车型小客车SH-130大客车SH-141跃进牌NJ-131东风牌EQ-140黄河牌JN-150日野KB222太拖拉138交通量（辆/日）9221776653264368587换算系数1.01.51.52.02.02.02.0换算交通量（pcu/d）922265.5997.5652872170174将上表折成小客车，对所给交通量进行换算：N= 922+（177+665）1.5+（326+436+85+97）2 =4073设计年限为30年时，N= Nd= N0(1+)n-1 即N= Nd= 4073(1+0.0723)30-1=30838远期交通量30838辆.故设计为四车道高速公路即可满足交通量要求。2沥青路面设计2.1基本资料2.1.1自然地理条件新建高速公路地处2区，东北中部山前平原重冻区,为双向四车道，采用沥青路面结构进行施工图设计，沿线土质为粘性土，地下水位距路床顶面为1.45m，新建路基干湿状态为中湿；年降水量为400600mm，最高气温35 ，最低气温-31，多年平均最大冻深120240cm,对于路段位于平原微丘区，采用沥青路面，道路等级为一级公路，路面类型为沥青混凝土。2.1.2 新建路基回弹模量的确定设计路段路基处于中湿状态，路基土为中液限粘性土，根据室内试验法确定新建路基回弹模量的设计值为40Mpa。2.1.3 交通分析根据最新路网规划,预测使用初期2014年平均日交通量见下表： 表2-1车型交 通 量 （辆/昼夜）10小客车SH130922大客车SH141177跃进牌NJ130665东风牌EQ140326黄河牌JN150436日野KB22285太脱拉13897交通量年平均增长率（）7.23注：上表为双向交通量调查结果预测交通量增长率前五年为7.23%，之后五年为7.23%，最后五年为7.23%。沥青路面累计标准轴载按15年计。2.1.4 设计轴载累计轴次计算结果见表2-2，属于中等交通。轴载换算与累计轴载 表2-2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（辆/D）1小客车SH13016.5023.00129222大客车SH14125.5550.10121773跃进牌NJ13020.2038.20126654东风牌EQ14023.7069.20123265黄河牌JN15049.00101.60124366日野KB22250.20104.3012857太脱拉13850.542*80.002213297换算方法弯沉及沥青层拉应力指标半刚性层拉应力指标累计交通轴次39240203033343具体计算：根据公路沥青路面设计规范规定。路面设计以双轮组单轴载 100KN为标准轴载。标准轴载的计算参数按表2-3确定 标准轴载计算参数 表2-3-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）15d（1）轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力分析）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。已知参数：设计年限 15 年 车道系数 = 0.45 交通量平均年增长率 = 7.23 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。（2） 设计年限累计当量标准轴载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，=0.0723； 车道系数，由材料知=0.45。则：（3） 轴载换算（半刚性层弯拉应力分析）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；（4） 设计年限累计当量标准轴载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，=0.0723； 车道系数，由材料知=0.45。则其设计年限内一个车道上的累计量轴次为： 2.2初拟路面结构 根据本地区的路用材料，结合已有的工程经验与典型结构，拟定了三个结构组合方案。按计算法确定方案一、方案二、案三的路面厚度。根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具的功能等因素，初步确定路面结构组合与各层厚度如下：方案一 表2-4层位结 构 层 材 料 名 称厚度(cm)1细粒式沥青混凝土32中粒式沥青混凝土43粗粒式沥青混凝土64水泥稳定碎石基层305水泥石灰砂砾土层 ？以水泥石灰砂砾土层为设计层方案二 表2-5层位结 构 层 材 料 名 称厚度(cm)1细粒式沥青混凝土32中粒式沥青混凝土63密集配沥青碎石124水泥稳定砂砾?5级配砂砾15以水泥稳定砂砾为设计层 方案三 表2-6层位结 构 层 材 料 名 称厚度(cm)1细粒式沥青混凝土52中粒式沥青混凝土43水泥稳定碎石204石灰土205粗砂？以水泥石灰稳定碎石为设计层 新建路基及路面材料的回弹模量及各强度值列于下表中材料名称抗压回弹模（MPa）劈裂强度（MPa）2015细粒试沥青混泥土140020001.2中粒试沥青混泥土120018001粗粒试沥青混泥土100014000.8密集配沥青碎石120017000.6 水泥稳定碎石32000.6水泥稳定砂砾26000.5水泥石灰砂砾土16000.4新建路基402.2.1轴载换算资料软件计算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 SH-130 16.5 23 1 双轮组 922 2 交通SH-141 25.55 50.1 1 双轮组 177 3 跃进NJ131 20.2 38.2 1 双轮组 665 4 东风EQ140 23.7 69.2 1 双轮组 326 5 黄河JN150 49 101.6 1 双轮组 436 6 日野KB222 50.2 104.3 1 双轮组 85 7 太脱拉138 50.54 80 2 双轮组 3 97 设计年限 15 车道系数 .45 序号 分段时间(年) 交通量年增长率 1 5 7.23 2 5 7.23 3 5 7.23 一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量 Nh= 504 ,属轻交通等级 当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时 : 路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 934 设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 3924020 属中等交通等级 当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时 : 路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 722 设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 3033343 属中等交通等级路面设计交通等级为中等交通等级2.2.2方案分析方案一 公路等级 高速公路 公路等级系数 1 面层类型系数 1 路面结构类型系数 1 路面设计弯沉值 : 28.8 (0.01mm) 层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 细粒式沥青混凝土 1.2 .47 2 中粒式沥青混凝土 1 .39 3 粗粒式沥青混凝土 .8 .31 4 水泥稳定碎石 .5 .28 5 水泥石灰砂砾土 .4 .17 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 : 28.9 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 200 (mm) 层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度 20平均抗压 标准差 15平均抗压 标准差 容许应力 (mm) 模量(MPa) (MPa) 模量(MPa) (MPa) (MPa) 1 细粒式沥青混凝土 30 1991 201 2680 344 .47 2 中粒式沥青混凝土 40 1425 105 2175 187 .39 3 粗粒式沥青混凝土 60 978 55 1320 60 .31 4 水泥稳定碎石 300 3188 782 3188 782 .28 5 水泥石灰砂砾土 ? 1591 250 1591 250 .17 6 新建路基 40 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 28.9 (0.01mm) H( 5 )= 200 mm LS= 20.7 (0.01mm) 由于设计层厚度 H( 5 )=Hmin时 LS=LD, 故弯沉计算已满足要求 . H( 5 )= 200 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 5 )= 200 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 200 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 200 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 200 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 200 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 200 mm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 200 mm(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 500 mm 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以及设计人员对路面厚度进一步的修改,最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 30 mm - 中粒式沥青混凝土 60 mm - 粗粒式沥青混凝土 60 mm - 水泥稳定碎石 300 mm - 水泥石灰砂砾土 200mm - 新建路基交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 20平均抗压 标准差 15平均抗压 标准差 综合影响系数 (mm) 模量(MPa) (MPa) 模量(MPa) (MPa) 1 细粒式沥青混凝土 30 1991 201 2680 344 1 2 中粒式沥青混凝土 40 1425 105 2175 187 1 3 粗粒式沥青混凝土 60 978 55 1320 60 1 4 水泥稳定碎石 200 3188 782 3188 782 1 5 水泥石灰砂砾土 250 1591 250 1591 250 1 6 新建路基 40 1 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= 23.5 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 25.5 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 28 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 31.6 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 76.1 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值 LS= 232.9 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算) LS= 292.5 (0.01mm)( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算) 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 )=-.32 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.014 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-.039 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .251 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= .155 (MPa)方案二 公路等级 高速公路 公路等级系数 1 面层类型系数 1 路面结构类型系数 1 路面设计弯沉值 : 28.8 (0.01mm) 层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 细粒式沥青混凝土 1.2 .47 2 中粒式沥青混凝土 1 .39 3 密级配沥青碎石 .6 .24 4 水泥稳定砂砾 .5 .28 5 级配砂砾 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 : 28.8 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 200 (mm) 层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度 20平均抗压 标准差 15平均抗压 标准差 容许应力 (mm) 模量(MPa) (MPa) 模量(MPa) (MPa) (MPa) 1 细粒式沥青混凝土 30 1991 201 2680 344 .47 2 中粒式沥青混凝土 60 1425 105 2175 187 .39 3 密级配沥青碎石 120 1248 116 1715 156 .24 4 水泥稳定砂砾 ? 2617 234 2617 234 .28 5 级配砂砾 150 250 0 0 0 6 新建路基 40 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 28.8 (0.01mm) H( 4 )= 200 mm LS= 28.7 (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 )= 200 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 4 )= 200 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 200 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 200 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 200 mm ( 4 )= .3 MPa H( 4 )= 250 mm ( 4 )= .251 MPa H( 4 )= 221 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 200 mm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 221 mm(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 500 mm 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以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 30 mm - 中粒式沥青混凝土 60 mm - 密级配沥青碎石 120 mm - 水泥稳定砂砾 230 mm - 级配砂砾 150 mm - 新建路基交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 20平均抗压 标准差 15平均抗压 标准差 综合影响系数 (mm) 模量(MPa) (MPa) 模量(MPa) (MPa) 1 细粒式沥青混凝土 30 1991 201 2680 344 1 2 中粒式沥青混凝土 60 1425 105 2175 187 1 3 密级配沥青碎石 120 1248 116 1715 156 1 4 水泥稳定砂砾 230 2617 234 2617 234 1 5 级配砂砾 150 250 0 250 0 1 6 新建路基 40 1 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= 26.2 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 28.9 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 34.2 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 48.3 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 231.2 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值 LS= 232.9 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算) LS= 292.5 (0.01mm)( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :(未考虑综合影