路基路面说明书.doc

河南城建学院路基路面工程课程设计计算书目 录1 基本设计资料12 沥青路面设计12.1 轴载当量转换12.2 设计年限累计当量标准轴载数22.3 初拟路面结构32.4 路面材料配合比设计与设计参数的确定42.5 设计指标的确定42.6 路面结构层厚度确定52.7新建沥青路面方案的电算结果63 水泥混凝土路面设计123.1交通分析123.2初拟路面结构133.3路面材料的参数确定133.4荷载疲劳应力163.5温度疲劳应力163.6 防冻厚度检验和接缝设计183.7 新建混泥土层面结构图19参考文献20I1 基本设计资料 （1）自然地理条件 新建一级公路地处II区，为双向四车道；沿线土质为粉质亚粘土，地下水位大于5米，地表无积水，属干燥状态；当地多年平均最大冻深为0.5米；沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、矿渣、炉渣、石灰、水泥等材料供应。 （2）土基回弹模量的确定 设计路段路基处于干燥状态，路基土为粉质亚粘土，根据室内试验法确定土基回弹模量设计值为35MPa。 路段所在地区近期交通组成与交通量，见表1-1所示。预测交通平均增长率为8%。沥青路面累计标准轴次按15年计。表1-1 交通组成及交通量表车型双向交通量解放CA10B190解放CA30A205东风EQ140120黄河JN150150黄河JN162160黄河JN36070长征XD160200交通SH1412302 沥青路面设计2.1 轴载当量转换公路行驶车辆的型号多种多样，而路面设计采用统一的标准轴载表示，各种车型应按规定的法则做当量换算，得到当量的标准轴载次数。当以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时，轴载小于25kN的特轻轴重对结构的影响可以忽略不计；当以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时，轴载小于50kN的轴重对结构的影响可以忽略不计，所以不纳入当量换算。由于不同力学参数的疲劳等效效应不同，我国规范规定，当量轴载换算分以下情况进行。（1）当以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时，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2-1）式中：标准轴载的当量次数（次/日）； 各种被换算车辆的作用次数（次/日）； 标准轴载（kN）； 各种被换算车型的轴载（kN）； C1轴数系数； C2轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38； 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2-2）式中：m轴数。2以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时，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2-3）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（kN）； 各种被换算车型的轴载（kN）； 轴数系数； 轮组系数,双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。 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的双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算： （式2-4）2.2 设计年限累计当量标准轴载数设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次数：按式2-5计算： （式2-5）式中：设计年限内一个车道通过的累计标准当量轴次； t设计年限（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（%）； 与车道数有关的车辆横向分布系数，简称车道系数，见表2-1。表2-1 车道系数车道特征车道系数（）车道特征车道系数（）双向单车道1.00双向六车道0.30.040双向两车道0.600.70双向八车道0.250.35双向四车道0.400.50累计轴载计算结果见表2-2，属于中等交通。表2-2 轴载换算累计轴载车型前轴重（kN）后轴重（kN）后轴数后轴轮组数日交通量（辆/d）解放CA10B19.40 60.85 1.00 2.00 190解放CA30A26.50 236.702.00 2.00 205东风EQ14023.70 69.20 1.00 2.00 120黄河JN15049.00 101.60 1.00 2.00 150黄河JN16259.50 115.00 1.00 2.00 160黄河JN36050.00 2110.002.00 2.00 70长征XD16042.60 285.202.00 2.00 200交通SH14125.55 55.10 1.00 2.00 230换算方法弯沉值和沥青层的层底拉应力指标半刚性材料结构层的层底拉应力指标当量轴载1148.1054 1134.3126累计交通轴载512.0246万次505.8733万次（1）当以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时，设计年限累计当量标准轴载次数为： 2以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时，设计年限累计当量标准轴载次数为：2.3 初拟路面结构 根据本地区的路用材料（沿途有碎石、砂砾，并有粉煤灰、矿渣、炉渣、石灰、水泥等材料供应），结合已有的工程经验与典型结构，拟定了结构组合方案。通过输入软件，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，初步确定方案的路面结构组合与各层厚度如下：路面结构层采用沥青混凝土（180），基层采用水泥稳定碎石（30），底层采用水泥石灰沙砾土（厚度待定），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 路面材料配合比设计与设计参数的确定 （1）试验材料的确定 半刚性基层所用集料取自沿线料场，结合料沥青选用A级90号，上面层采用SBS改性沥青，技术标准均符合公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）相关规定。 （2）路面材料配合比设计（略） （3）路面材料抗压回弹模量的确定按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 052-2000）中规定的方法测定沥青混合料的抗压回弹模量，测定20C、15C的抗压回弹模量，各种材料的试验结果数见表2-3。表2-3 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）20C模量15C模量细粒式沥青混凝土4140020001.4中粒式沥青混凝土6120018001.0粗粒式沥青混凝土8100012000.8 水泥稳定碎石30140014000.5水泥石灰沙砾土待定100010000.4土基35352.5 设计指标的确定1设计弯沉值 (式2-6)式中：设计弯沉值（0.01）设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数；公路等级系数，高速公路和一级公路为1.0，二级公路为1.1，三四级公路为1.2；面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌沥青碎石、冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1：1；路面结构类型系数，刚性基层、半刚性基层 沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6。所以 2各层材料按容许层底拉应力，按下列公式计算： (式2-7) 式中：路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限次的疲劳 弯拉应力（MPa）； 路面结构材料的极限抗拉强度（MPa），由实验室按标准试验方法测 得； 抗拉强度结构系数。根据结构层材料的不同，按以下公式计算值。 （沥青混凝土面层） （无机结合料稳定集料） （式2-8） （无机结合料稳定细粒土）2.6 路面结构层厚度确定1理论弯沉系数的确定 （式2-9）式中：、标准车轴载轮胎接地压力（MPa）和当量圆半径（）；F弯沉综合修正系数，按式2-10计算： （式2-10）2确定设计层厚度该结构层为半刚性基层，沥青路面的基层类型系数为1.0，设计弯沉值为27.1（0.01）。利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥石灰沙砾土层厚度为15；满足层底拉应力要求的水泥石灰沙砾土层厚度为15。设计厚度取水泥石灰沙砾土层为15。路表计算弯沉为22.9（0.01）。各结构层的验算结果见表2-4.表2-4 结构厚度计算结果序号结构层材料名称20C抗压模量（MPa）15C抗压模量（MPa）劈裂强度（MPa）厚度(cm)层底拉应力（MPa）容许拉应力（MPa）1细粒式沥青混凝土140020001.24-0.2060.492中粒式沥青混凝土120018001.06-0.0250.353粗粒式沥青混凝土100012000.88-0.0280.264 水泥稳定碎石140014000.5300.860.255水泥石灰沙砾土100010000.4150.1120.166土基3535（4）验算防冻层沥青面层厚度18，总厚度为63。根据表2-5规定，最小防冻厚度为40。表2-5 路面最小防冻厚度（cm）路基类型土质粘性土、细亚砂土粉质土道路冻深（cm）基层、垫层类型砂石类稳定土类工业废料类砂石类稳定土类工业废料类中湿50100404535403035455040453040100150455040453540506045504045150200506045554050607050604550200607055655055707560705065潮湿501004555405035455660455540501001505565505545506070556550601502006570556550557080657060652007080657555708010070906580注：1.对潮湿系数小于0.5的地区，II、III、IV等干旱地区防厚度应比表中值减少15%20%。 2.对II砂性土路基防冻厚度应相应减少5%10%。2.7新建沥青路面方案的电算结果（1）交通量年增长分段数据输入（2）沥青路面车辆与交通量参数输入（3）沥青路面材料参数输入（4）沥青路面设计弯沉指标和容许拉应力计算程序（5）沥青路面设计程序（6）沥青路面结构参数调整输入（7）竣工验收弯沉值和层底拉应力计算程序2.8 新建沥青路面方案的电算结果汇总公路等级 一级公路公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 27.1 (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 1.4 .52 2 中粒式沥青混凝土 1 .37 3 粗粒式沥青混凝土 .8 .27 4 水泥稳定碎石 .5 .26 5 水泥石灰砂砾土 .4 .16 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 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 27.1 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 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) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa) (20) (15) 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 .52 2 中粒式沥青混凝土 6 1200 1800 .37 3 粗粒式沥青混凝土 8 1000 1200 .27 4 水泥稳定碎石 30 1400 1400 .26 5 水泥石灰砂砾土 ? 1000 1000 .16 6 土基 35 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 27.1 (0.01mm) H( 5 )= 15 cm LS= 22.9 (0.01mm) 由于设计层厚度 H( 5 )=Hmin时 LS7m0.340.390.540.62行车道宽7m表3-3 交通分级交通等级特重重中等轻设计车道标准轴载作用次数20001002000310033.2初拟路面结构由表3-1可知，安全等级为二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0.24m；基层选用水泥稳定粒料，厚为0.18mm；垫层为0.15mm的低剂量无机结合稳定土。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m；长为5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。3.3路面材料的参数确定按表3-4和表3-5，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30MPa；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。表3-4 混凝土弯拉强度标准值交通等级特重重中等轻水泥混凝土的弯拉强度标准值（MPa）5.05.04.54.0钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（MPa）6.06.05.55.0表3-5 水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值弯拉强度（MPa）1.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5抗压强度（MPa）5.07.711.014.919.324.229.735.841.848.4弯拉弹性模量（GPa）10151821232527293133由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)得基层顶面回弹模量的计算公式如下： (3-3) (3-4) (3-5) (3-6) (3-7) (3-8)式中：路床顶面的回弹模量（），查用表3-6的参考值；基层和底基层或垫层的当量回弹模量（）；、基层和底基层或垫层的当量回弹模量（），查用表3-7的参考值；基层和底基层或垫层的当量厚度（m）；基层和底基层或垫层的当量弯曲厚度（m）；、基层和底基层或垫层的厚度（m）；、与有关的回归系数。表3-6 中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围（MPa）土组公路自然区划土质砂26424050395035605060粘质土25453040254530453045粉质土22463254305027433045表3-7 垫层和基层回弹模量经验参考值范围材料类型回弹模量（MPa）材料类型回弹模量（MPa）中、粗砂80100石灰粉煤灰稳定粒料13001700天然砂砾150200水泥稳定粒料13001700未筛分碎石180220沥青碎石（粗粒式，20）600800级配碎砾石（垫层）200250沥青混凝土（粗粒式，20）8001200级配碎砾石（基层）250350沥青混凝土（中粒式，20）10001400石灰土200700多空隙水泥碎石（水泥剂量9.5%11%）13001700石灰粉煤灰土600900多空隙沥青碎石（20，沥青含量2.5%3.5%）600800 按式(3-3)(3-8)计算基层顶面当量回弹模量如下：=0.312（m）=4.293=0.792=165 普通混凝土面层的相对刚度半径为：=0.73853.4荷载疲劳应力 标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：=0.9872因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数=0.87。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，由表3-8，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏的综合影响系数。荷载疲劳应力计算为：=表3-8 综合系数公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路1.301.251.201.103.5温度疲劳应力表3-9，区最大温度梯度取88（C/m）。板长5.0m，L/r=5.0/0.7385=6.7705；由图3-1可查混凝土板厚0.24m，Bx=0.65。按照式3-9计算最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力。查表3-7可得自然区划为区的参数值a、b、c，由式3-10计算温度疲劳系数。再由式3-11计算温度疲劳应力。 （式3-9） （式3-10） （式3-11）式中：混凝土的温度线膨胀系数取为/C；最大温度梯度，=88C/m；综合温度翘区应力和内应力的温度应力系数；最大温度梯度时土板的温度翘取应力（MPa）。、b、c回归系数，按所在地区公路自然区划查下表3-10。计算疲劳应力如下：=表 3-9 最大温度梯度计算值公路自然区划，0.830.880.900.950.860.920.930.98表3-10 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综合，一级公路的安全等级为二级，相应于二级的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。 因而，所选普通混凝土面层厚度（0.24m）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。图3-1 温度应力系数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0.81m，由于0.50.81，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：采用假缝，缝隙宽5mm，深度为5cm. 施工缝：采用平头缝或企口缝的构造形式，缝上深