道路课程设计.doc

路基路面工程黑龙江大学课程名称：路基路面工程 学 院：建筑工程学院 专 业：土木工程 学 号：20064021 年 级：2006级 学生姓名：周水兵 指导教师：王正均 目录第1章 设计资料第2章 沥青路面设计 2.1交通量分析 2.2轴载换算 2.3结构组合与材料选取 2.4设计标准的确定 2.5计算待求层厚度 2.6验算各层层底拉应力 2.7验算道路防冻层厚度第3章 普通水泥混凝土路面设计 3.1交通量分析 3.2轴载换算 3.3结构组合与材料选取 3.4计算基层顶面当量回弹模量 3.5计算荷载疲劳应力 3.6计算温度疲劳 3.7验算路面结构 3.8路面厚度防冻验算 19第一章 设计资料设计一段一级公路，该路段设计使用年限为20年，交通量年平均增长率为8.7%，车道系数为=0.5，该路段处于中国公路自然区划2区，路面宽度为B=24.5m,行车道为四车道27.5m，此公路设有一收费站，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。如表1-1新建一级公路交通量车型双向交通量（次/日）解放CA10B405黄河JN150225长征XD250125依土兹TD50695菲亚特650E895太脱拉138575 第二章 沥青混凝土路面设计2.1交通量分析 根据设计资料所给的交通量，查表分析各种车辆载重数据，汇总如表2-1车型前轴重后轴重后轴数后轴轮组数后轴距交通量解放CA10B19.4060.851双405黄河JN15049.00101.601双225长征XD25037.80145.202双125依土兹TD5042.2090.001双695菲亚特650E33.0072.001双895太脱拉13851.40160002双5752.2轴载换算 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,如表2-2标准轴载BZZ-100标准轴载BZZ-100标准轴压P(KN)100单轮传压面圆半径d(mm)21.3轮胎接地压强P(MPa)0.7两轮中心距（cm）1.5d2.2.1以弯沉值作为设计指标把各级轴载的作用次数按照公式换算成标准轴载的当量作用次数 公式2.1式中：N-以设计弯沉值和沥青层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数（次/d） ni-被换算车型的各级轴载作用次数（次/d） P-标准轴载（KN） Pi-被换算车型的各级轴载（KN） C1-被换算车型的轴数系数，当轴间距大于3m时,按单独的一个轴载计算，当轴间距小于3m时，轴数系数C1=1+1.2(m-1)，m是轴数，。 C2-被换算车型的轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38 K-被换算车型的轴载级别按照公式2.1，将设计资料中所给的交通量都换算成标准轴载的作用次数，如表2-3车型PI(KN)C1C2niNi解放CA10B前轴19.40114050.32后轴60.851140546.66黄河JN150前轴49.001122510.10后轴101.6011225241.08长征XD250前轴37.80111251.82后轴145.202211251392.80依土兹TD50前轴42.201169516.30后轴90.0011695439.48菲亚特650E前轴33.00118957.20后轴72.0011895214.40太脱拉138前轴51.401157531.79后轴160.002.215759772.65总计12714.6设计年限内一个车道上的累计当量轴次数Ne 公式2.2Ne-设计年限内一个车道的累计当量轴次（次/车道）t-设计使用年限，有设计资料可知t=20年N1-运营第一年双向日平均当量次数（次/d）-设计年限内的交通量平均增长率，由设计资料可知-=8.7%-车道系数，由设计知道可知=0.5累计当量轴次数为2.2.2以半刚性基层层底拉应力作为设计指标把各级轴载的作用次数按照公式换算成标准轴载的当量作用次数 公式2.3N-以半刚性材料层的拉应力为设计指标时的标准轴载的当量轴次（次/d） C1-被换算车型的轴数系数，当轴间距离大于3m时,按单独的一个轴载计算，C1=1+2(m-1)，m是轴数，当轴间距离小于3m时，应该考虑轴数系数。 C2-轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09按照公式2.3，将设计资料中所给的交通量都换算成标准轴载的作用次数。计算结果如表2-4车型PI(KN)C1C2niNi解放CA10B前轴19.40114050.000813后轴60.85114057.61黄河JN150前轴49.00112250.75后轴101.6011225255.47长征XD250前轴37.80111250.052后轴145.20311257409.08依土兹TD50前轴42.20116950.70后轴90.0011695299.17菲亚特650E前轴33.00118950.13后轴72.001189564.64太脱拉138前轴51.40115752.80后轴160.003157574088.19总计82128.60累计当量轴次数为2.3 结构组合与材料选取在设计年限内一个车道上的累计当量标准轴次约为7.41108，属于特重交通。根据公路沥青路面设计规范，并考虑到公路沿途有砂石，碎石，石灰，粉煤灰供应，路面结构层采用沥青混凝土，基层采用水泥粉煤灰碎石，底层采用水泥石灰沙砾石，采用三层沥青混凝土面层，表层为沥青混凝土玛蹄脂碎石，中面层采用中粒式沥青混凝土，下面层采用粗粒式沥青混凝土。路面结构如表2-5结构层材料厚度抗压回弹模量劈裂强度200C150C面层表面层SMA-134cm1500MPa2000MPa1.8 MPa中面层AC-166cm1400MPa1800MPa1.4 MPa地面层AC-258cn1000MPa1300MPa0.8 MPa基层上基层水泥粉煤灰碎石?弯沉 1500MPa0.5 MPa拉应力 2600MPa下基层水泥石灰砂石土30cm弯沉 1500MPa0.48 MPa拉应力 2600MPa土层E0=30MPa2.4设计标准的确定路面设计弯沉值表征路面整体刚度大小的指标，是路面设计计算的主要标准。2.4.1设计弯沉值 公路为一级公路，其等级系数取值为1.0，面层是沥青混凝土，面层类型的系数取值为1.0，面层整体类型系数也取值1.0，半刚性基层总厚度大于20cm，基层类型系数取值为1.0。由公式计算设计弯沉值。 公式2.4式中：ld-设计弯沉值（0.01mm）Ne-设计年限内一个车道累计当量轴次（次/车道）Ac-公路等级系数，高速公路，一级公路为面层类型系数，沥青混凝土面层为.面层结构类型系数，半刚性基层沥青路面为.代入数值计算得.计算各层层底容许拉应力沥青混凝土层，半刚性材料基层和底层以拉应力为设计或验算指标时，材料的容许拉应力的计算公式为公式.式中：路面结构层材料的容许拉应力（）沥青混凝土或半刚性材料的极限劈裂强度（）抗拉强度结构系数（）对于路面面层的上表面层：SMA-13抗拉强度结构系数为：该层容许弯拉应力为： （2）对于路面面层的中面层：AC-16抗拉强度结构系数为：该层容许弯拉应力为： （3）对于路面面层的底面层：AC-25抗拉强度结构系数为：该层容许弯拉应力为： （4）对于路面基层的上基层：水泥粉煤灰碎石层抗拉强度结构系数为：该层容许弯拉应力为：（5）对于路面基层的下基层：水泥石灰砂砾土层抗拉强度结构系数为：该层容许弯拉应力为：沥青路面各层材料参数如表2-6结构层厚度抗压回弹模量劈裂强度容许拉应力200C150C面层上表面4cm1500 MPa2000 MPa1.8 MPa0.34 MPa中面层6cm1400 MPa1800 MPa1.4 MPa0.26 MPa底面层8cm1000 MPa1300 MPa0.8 MPa0.15 MPa基层上基层？弯沉 1500MPa0.5 MPa0.15 MPa拉应力 2600MPa下基层30cm弯沉 1000MPa0.48 MPa0.113 MPa拉应力 1500MPa土层30 MPa2.5计算待求层厚度（1） 根据ls=ld,理论弯沉系数ac,由 代入数据求得：(2)计算基层厚度SMA-13 h1=4cm E1=1500MPaAC-16 h2=6cm E2=1400MPa土层 E0=30MPaSMA-13 h1=4cm E1=1500MPa AC-16 h2=6cm E2=1400MPaAC-25 h3=8cm E3=1000MPa水泥粉煤灰碎石 h4=? E4=1500MPa水泥石灰砂砾土 h5=30cm E5=1000MPa土层 E0=30MPa采用三层体系表面沉弯系数诺谟图确定计算厚度 ac=ak1k2 查诺谟图得：a=5.3 查诺谟图得 ：k1=1.9由可k2=0.366， 查诺谟图得：故：H=7.5=7.510.65=79.875cm由 2.6验算各层层底拉应力2.6.1 验算SMA-13层层底的弯拉应力SMA-13 h1=4cm E1=2000MPah1=4cm E1=2000MPaH=96.27cm E2=1800MPaE0=30MPah1=4cm E1=2000MPaH=? E2=1800MPaE0=30MPaAC-16 h2=6cm E2=1800MPaAC-25 h3=8cm E3=1300MPa水泥粉煤灰碎h4=40cm E4=2600MPa水泥石灰砂砾h5=30cm E5=1500MPa土层 E0=30MPa 查诺谟图得该层受层底弯曲压应力，满足要求2.6.2验算AC-16层层底弯拉应力SMA-13 h1=4cm E1=2000MPah1=10.11cm E1y=1800MPaH=129.57cm E2y=1300MPaE0=30MPah1=？ E1y=2000MPaH=? E2y=1800MPaE0=30MPaAC-16 h2=6cm E2=1800MPaAC-25 h3=8cm E3=1300MPa水泥粉煤灰碎h4=40cm E4=2600MPa水泥石灰砂砾h5=30cm E5=1500MPa E0=30MPa 查诺谟图得该层受层底弯曲压应力，满足要求2.6.3验算AC-25层层底弯拉应力SMA-13 h1=4cm E1=2000MPah1=18.96cm E1y=1300MPaH=56.28cm E2y=2600MPaE0=30MPah1=？ E1y=1300MPaH=? E2y=2600MPaE0=30MPaAC-16 h2=6cm E2=1800MPaAC-25 h3=8cm E3=1300MPa水泥粉煤灰碎h4=40cm E4=2600MPa水泥石灰砂砾h5=30cm E5=1500MPa土层 E0=30MPa 查诺谟图得该层受层底弯曲压应力，满足要求2.6.4验算水泥粉煤灰层层底弯拉应力SMA-13 h1=4cm E1=2000MPah=？ E1y=2000MPaH=30cm E2y=1800MPaE0=30MPah=55.95cm E1y=2600MPaH=30cm E2y=1500MPaE0=30MPaAC-16 h2=6cm E2=1800MPaAC-25 h3=8cm E3=1300MPa水泥粉煤灰碎h4=40cm E4=2600MPa水泥石灰砂砾h5=30cm E5=1500MPa土层 E0=30MPa 查诺谟图得 查诺谟图得水泥粉煤灰碎石层层底拉应力符合要求2.6.5验算水泥石灰砂砾土层底弯拉应力SMA-13 h1=4cm E1=2000MPah=55.95cm E1y=2600MPaH=30cm E2y=1800MPaE0=30MPah=？ E1y=2600MPaH=30 E2y=1500MPaE0=30MPaAC-16 h2=6cm E2=1800MPaAC-25 h3=8cm E3=1300MPa水泥粉煤灰碎h4=40cm E4=2600MPa水泥石灰砂砾h5=30cm E5=1500MPa 查诺谟图得 查诺谟图得水泥粉煤灰碎石层层底拉应力符合要求2.7路基防冻层厚度验算该段公路处于中国公路自然区划2区，属于季节性冻土处，参考资料可知该处道路冻深为（50-60）cm（50-60）cm路面厚度满足防冻厚度第三章 普通水泥混凝土路面设计该一级公路要求设计一座收费站，采用水泥混凝土路面，进行普通水泥混凝土路面设计。3.1交通量分析根据设计资料所给的交通量，查表分析各种车辆载重数据，汇总如表3-1车型前轴重后轴重后轴数后轴轮组数后轴距交通量解放CA10B19.4060.851双405黄河JN15049.00101.601双225长征XD25037.80145.202双125依土兹TD5042.2090.001双695菲亚特650E33.0072.001双895太脱拉13851.40160002双5753.2轴载换算我国公路水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。不同轴-轮型和轴载的作用次数，按公式3-1换算为标准轴载的作用次数。 公式3-1式中：Ns-100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数 Pi-单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-双轮组或三轴-双轮组轴型I级轴载的总重（KN） n-轴型和轴载级位数 Ni-各级轴型I级轴载的作用次数 i-轴-轮型系数，单轴-双轮组时，i=1，单轴-单轮组时，；双轴-双轮组时，；三轴-双轮组时，；轴载换算结果汇总如表3-2车型PI(KN)iNiNs解放CA10B前轴19.4014051.6310-9后轴60.8514050.141黄河JN150前轴49.0012250.00248后轴101.601225290.056长征XD250前轴37.8011252.14210-5后轴145.200.000003581250.177依土兹TD50前轴42.2016957.0310-5后轴90.001695128.785菲亚特650E前轴33.0018951.77010-5后轴72.0018954.668太脱拉138前轴51.4015750.0136后轴160.000.000003505753.172总计427.552设计使用年限内设计车道的标准轴载累计作用次数Ne 公式3-2式中：Ne-标准轴载累计当量作用次数 t-设计基准年限 -交通量年平均增长率，=8.7% -临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，取=0.2，如表3-3 混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分布系数公路等级纵缝边缘处高速公路、一级公路、收费站0.17-0.22二级及二级以下公路行车道宽7m0.34-0.39行车道宽7m0.54-0.62一个车道的累计当量轴载作用次数为：3.3结构组合设计及材料选取面层：由规范查得推荐厚度25cm，其长度5.0m，宽为4.0m。基层：采用石灰粉煤灰稳定材料20cm。垫层：采用石灰土15cm。面板 普通水泥混凝土 h=25cm 基层 石灰粉煤灰稳定粒料 h1=20cm E1=1500MPa垫层 石灰土 h2=15cm E2=500MPa土层 粉质土 E0=30MPa水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值弯拉强度 MPa 5.0抗压强度