《路基路面工程》课程设计计算书解析.doc

河南城建学院河南城建学院 路基路面工程路基路面工程 课程设计计算书课程设计计算书 课 程 名 称 路基路面工程 题 目 某高速公路路面结构设计 专 业 道路桥梁与渡河工程 学 生 姓 名 学 号 072410232 指 导 教 师 开 始 时 间 2013 年 6 月 8 日 完 成 时 间 2013 年 6 月 14 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 目 录 一设计任务 1 河南城建学院 路基路面工程 课程设计计算书 1 1 设计时间和地点 1 1 2 设计目的和要求 1 1 3 设计资料 1 1 4 设计依据 1 1 5 设计方法和步骤 1 1 5 设计成果的编制 2 1 6 评分标准及成绩评定 2 1 7 设计指导教师及分组情况 4 二设计资料 4 三 沥青路面设计 5 3 1 完成轴载当量换算 5 3 2 验算半刚性材料结构层底拉应力 7 3 3 结构组合与材料选取 8 3 4 隔层材料的抗压模量及劈裂强度 8 3 5 设计指标的确定 9 3 6 设计资料总结 9 3 7 确定水泥稳定碎石层厚度 10 四 水泥混凝土路面设计 13 4 1 换算标准轴载作用次数 13 4 2 初拟路面结构 15 4 3 路面材料参数的确定 15 4 4 荷载疲劳应力 16 4 5 温度疲劳应力 17 4 6 防冻厚度检验和接缝设计 18 五 设计小结 19 参考文献 20 附图一 21 附图二 22 河南城建学院 路基路面工程 课程设计计算书 一设计任务 1 1 设计时间和地点 1 时间 2012 2013 学年第二学期第 15 周 2 地点 10 B501 1 2 设计目的和要求 1 目的 路基路面工程 课程设计是交通工程专业教学的一个重要环节 通过本次设计 使学生对所学本课程专业知识进行一次全面的 系统的综合运 用 能进行道路路基 路面结构的设计和计算 进而对所学知识加深理解 巩 固和融会贯通 2 要求 在给定条件下 依据标准和规范合理进行路基 路面结构设计 写出计算书 并绘制相关图纸 1 3 设计资料 1 道路沿线地质情况 2 交通量及道路等级 3 以上资料进行了分组 见附表 设计资料分组表 请每位同学根据自 己的班级和学号选择对应的资料进行设计 1 4 设计依据 1 公路工程技术标准 JTG B01 2003 2 公路路基设计规范 JTG D30 2004 3 公路沥青路面设计规范 JTG D50 2006 4 公路水泥混凝土路面设计规范 JTG D40 2002 5 路基路面工程 教材 邓学钧主编 6 公路路基设计手册 人民交通出版社 1996 北京 7 公路设计手册 路面 人民交通出版社 1999 北京 1 5 设计方法和步骤 1 沥青路面设计 河南城建学院 路基路面工程 课程设计计算书 计算标准轴载的作用次数 确定道路的交通等级 选定设计年限及车 道系数 计算使用年限内累计当量轴次 确定设计弯沉值 Ld 确定各路段干湿 类型和路基与各层的回弹模量值 路面结构组合设计 按三层体系理论计算路 面厚度 确定采用方案 并验算防冻厚度 绘制路面结构图 2 水泥混凝土路面设计 水泥标准荷载的作用次数 确定交通量分级 选定设计年限及轮迹横 向分布系数 计算设计使用年限内累计当量轴次 初拟路面结构 包括结构层 次 类型和材料组成 各层的厚度 面板平面尺寸和接缝构造 确定材料参数 确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量 基层垫层和路基的回弹模量 基层顶 面的当量回弹模量和计算回弹模量 计算荷载疲劳应力 查应力计算图得最大 荷载应力 定接缝传荷系数 综合系数 计算荷载疲劳应力 计算温度应力 由自然区划选最大温度梯度 按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度时的 翘曲温度应力 最后计算温度疲劳应力 检验初拟路面结构 按 r pr tr fr 公式检验 如不满足 重拟路面结构 重新计算 直到 满足要求为止 计算厚度取整至厘米 画出最后选定的路面结构图 1 5 设计成果的编制 1 设计计算书 整理设计过程中的计算形成设计计算书 并辅以必要的文 字说明以及相关的示意图和表格 2 绘制结构图纸 路面结构布置图 1 6 评分标准及成绩评定 课程设计成绩根据平时考勤 设计成果质量按五级记分评定方法评定 凡 成绩不及格者 必须重修 平时考查主要检查学生的出勤情况 学习态度 是 否独立完成设计等几方面 设计成果的检查 着重检查设计图纸和计算书的完 整性和正确性 课程设计的成绩按优秀 良好 中等 及格和不及格五级评定 参考标准 如下 河南城建学院 路基路面工程 课程设计计算书 考 核 单 元 名 称 考核内 容 考核方 法 考核标准 计 算 部 分 路基路 面结构 设计计 算书内 容 检查 批改 优秀 工程计算内容全面 正确 书写整 洁无误 独立完成 符合设计规范 要求 良好 基本达到上述要求 中等 能够完成计算要求及内容 及格 基本完成计算要求及内容 不及格 未达到上述要求 绘 图 部 分 标准横断面 图 路面结 构图 构造 详图 检查 批改 优秀 设计方案合理 图纸完整无误 图面整洁 独立完成 较好符合制 图标准要求 良好 基本达到上述要求 中等 能够完成绘图要求及内容 及格 基本完成绘图要求及内容 不及格 未达到上述要求 河南城建学院 路基路面工程 课程设计计算书 1 7 设计指导教师及分组情况 1 张会远0724101 班 2 尹振羽李锐铎0724102 班 3 夏英志李辉0724103 班 二设计资料 设计资料见下表 气象资料公路地处IV2区 当地多年平均最大冻深 0 6 米 水文情况地下水位大于 1 5 米 有翻浆 地质状况粉质轻亚粘土道路等级高速公路 沿线材料供应情况 沿线可采集各种砂 石料 附近有矿渣 炉渣可利用 水泥 石灰 沥青等材料当地可供应 交通量表见下表 车型交通量车型交通量 解放 CA10B 190 黄河 JN162 1150 解放 CA30A 200 黄河 JN360 60 东风 EQ140 110 长征 XD160 200 黄河 JN150 170 交通 SH141 230 综 合 部 分 对知识 理解 答辩 优秀 基本概念清楚 设计思路清析 熟 悉国家规程和规范 良好 基本达到上述要求 中等 对概念 规范有所了解 一般了解 设计过程 及格 在老师引导下基本达到上述要求 不及格 概念模糊 不能掌握规范的相关 内容 河南城建学院 路基路面工程 课程设计计算书 交通量平均年增长率 前八年为 9 八年后为 3 三 沥青路面设计 3 1 完成轴载当量换算 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 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单圆荷载当量圆直径 d cm 21 30 轮胎接地压强 p Mpa 0 70两轮中心距 cm 1 5d 当以设计弯沉值设计指标及沥青基层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 i P i nP 数 N 35 4 21 1 p p nCCN i i K i 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N 量次数 被换算车型的各级轴载换算次数 次 日 i n 标准轴载 PkN 各种被换算车型的轴载 i PkN 轴数系数 1 C 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 K 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 河南城建学院 路基路面工程 课程设计计算书 1 1 1 21Cm 式中 m 轴数 该公路为高速公路 设计年限为 t 15 年 定为双向六车道 所以车道系数 为 轴载的有效值为 0 35 25kN130kN 轴载当量换算表如下 轴载当量换算表 车型轴型 C1C2 Pi kN niP kN N C1C2ni Pi P 0 45 前轴 1 06 419 40 解放 CA10B 后轴 1 01 060 85 190100 21 89 前轴 1 06 429 506 32 解放 CA30A 后轴 2 21 02 36 75 200100 11 31 前轴 1 06 423 70 东风 EQ140 后轴 1 01 069 20 110100 22 17 前轴 1 06 449 0048 86 黄河 JN150 后轴 1 01 0101 60 170100 182 15 前轴 1 06 459 50100 33 黄河 JN162 后轴 1 01 0115 00 150100 275 50 前轴 1 06 450 0018 83 黄河 JN360 后轴 2 21 02 110 00 60100 399 63 前轴 1 06 442 6031 27 长征 XD160 后轴 2 21 02 85 20 200100 438 89 前轴 1 06 425 553 89 交通 SH141 后轴 1 01 055 10 230100 17 21 N 1571 78 次 日 因设计年限为 15 年 设计年限内交通量平均增长率为前八年为 9 八年 后为 3 车道系数为 所以标准轴载数为 0 35 前八年 次 10 2 235 078 1571 09 0 365 1 09 0 1 365 1 1 6 8 8e8 1 NN t 后七年 次47 295903 109 1 7 8 17 1 NN 次 10 4 335 047 2959 03 0 365 1 03 0 1 365 1 1 6 7 7e7 1 NN t 则 河南城建学院 路基路面工程 课程设计计算书 6 87ee 106 5 e NNN 故其交通状况为中等交通 3 2 验算半刚性材料结构层底拉应力 当以半刚性基层和底层底拉应力为设计指标时 凡轴载大于 25KN 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 i P i nP N 8 2 1 1 p p nCCN i i K i 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 N 数 被换算车型的各级轴载换算次数 次 日 i n 标准轴载 PkN 各种被换算车型的轴载 i PkN 轴数系数 1 C 轮组系数 双轮组为 1 0 单轮组为 18 5 四轮组为 0 09 2 C 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 1 21 1 mC 式中 m 轴数 轴载当量换算见下表 轴载换算表 车型轴型 C1 C2 Pi kN niP kN N C1 C2 ni Pi P 8 前轴 1 018 519 40 解放 CA10B 后轴 1 01 060 85 190100 3 57 前轴 1 018 529 500 21 解放 CA30A 后轴 3 01 02 36 75 200100 0 40 前轴 1 018 523 70 东风 EQ140 后轴 1 01 069 20 110100 5 78 前轴 1 018 549 0010 45 黄河 JN150 后轴 1 01 0101 60 170100 193 02 前轴 1 018 559 5043 59 黄河 JN162 后轴 1 01 0115 00 150100 458 85 前轴 1 018 550 004 34 黄河 JN360 后轴 3 01 02 110 00 60100 771 69 河南城建学院 路基路面工程 课程设计计算书 前轴 1 018 542 604 01 长征 XD160 后轴 3 01 02 85 20 200100 333 19 前轴 1 018 525 550 08 交通 SH141 后轴 1 01 055 10 230100 1 95 N 1831 13 次 日 设计年限内累计当量轴数为 前八年 次 10 6 235 013 1831 09 0 365 1 09 0 1 365 1 1 6 8 8e8 1 NN t 后七年 次47 295903 109 1 7 8 1 7 1 NN 则 6 15 7e 104 335 0 47 2959 03 0 365 1 03 0 1 365 1 1 7 1 NN t 次 6 7ee8e 100 6 NNN 3 3 结构组合与材料选取 据 公路沥青路面设计规范 并考虑沿途材料供应 碎石 砂砾石 粉煤 灰 矿渣 炉渣 石灰 水泥等材料 路面结构层采用沥青混凝土 25cm 基层用水泥稳定碎石 厚度待定 垫层用水泥石灰砂砾土 17cm 表面层用 细粒式密集配沥青混凝土 6cm 中面层用中粒式密集配沥青混凝土 8cm 下面层用粗粒式密集配沥青混凝土 11cm 3 4 隔层材料的抗压模量及劈裂强度 土基回弹模量的确定可据查表得 各结构层材料的抗压模量及劈裂强度见下表 回弹模量表 抗压回弹模量 MPa 层次材料名称 厚度 cm 15 模量20 模量 劈裂强度 MPa 细粒式沥青混凝土 6200014001 4 中粒式沥青混凝土 8180012001 0 面层 粗粒式沥青混凝土 11120010000 8 基层 水泥稳定碎石待定 150015000 5 垫层 水泥石灰砂砾土35 河南城建学院 路基路面工程 课程设计计算书 土基回弹模量 42 5 其中由土基的回弹模量的确定 该去为IV2区 假定其为中湿状态 其平 均稠度为 则土基回弹模量为 42 5MPa 1 00 c 3 5 设计指标的确定 1 设计弯沉值的确定 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 c A 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 s A 取 1 0 b A 0 2 600 decsb lNA A A 式中 设计弯沉值 d l 设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数 e N 公路等级系数 一级公路为 1 0 c A 面层类型系数 沥青混凝土面层为 1 0 s A 基层类型系数 半刚性基层为 1 0 b A a 当以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力为设计指标时 01 0 82 260 10 10 1 1056 0 600600 7 2 02 0 mmAAAL B sc e dN 单位 b 当以半刚性基层和底层底拉应力为设计指标时 01 0 45 260 10 10 1 1060 0 600600 7 2 02 0 mmAAAL B sc e dN 单位 2 各层材料层底容许拉应力 按下列公式计算 s R s k 式中 路面结构材料的极限抗拉强度 Mpa s 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 R e N 载的疲劳弯拉应力 Mpa 抗拉强度结构系数 s k 对沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数 75 2 09 0 22 0 Ac Ne Ks 对无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数 95 1 35 0 11 0 Ac Ne Ks 表 2 5 结构层容许弯拉应力 河南城建学院 路基路面工程 课程设计计算书 材料名称 Mpa s s k Mpa R 细粒沥青混凝土1 42 750 51 中粒沥青混凝土1 02 750 36 粗粒沥青混凝土0 82 750 29 水泥稳定碎石0 51 950 26 水泥石灰砂砾土0 351 950 18 3 6 设计资料总结 设计弯沉值为 相关资料见下表 单位 mm82 26Ld 相关资料表 抗压模量 Ei MPa 材料名称H cm 15 20 容许拉应力 MPa 细粒式沥青混凝土 6200014000 51 中粒式沥青混凝土 8180012000 40 粗历史沥青混凝土 11120010000 31 水泥稳定碎石待定 150015000 29 水泥石灰砂砾土22 3 7 确定水泥稳定碎石层厚度 多层体系换算图示见下图 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 r A E1 1400MPa A p 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定碎石 E2 1200MPa E3 1000MPa E4 1500MPa 水泥石灰砂砾土E5 1300MPa E0 42 5MPa 路表弯沉值计算图式 河南城建学院 路基路面工程 课程设计计算书 标 准 轴 载 BZZ 100 路面设计弯沉值 26 82 0 01mm 路面设计层层位 5 设计层最小厚度 15 cm 抗压回弹模量 MPa 层次材料名称 厚度 cm 15 模量20 模量 劈裂强度 MPa 细粒式沥青混凝土 6200014001 4 中粒式沥青混凝土 8180012001 0 面层 粗粒式沥青混凝土 11120010000 8 基层 水泥稳定碎石 25150015000 5 垫层 水泥石灰砂砾土35 土基回弹模量 42 5 按设计弯沉值计算设计层厚度 LD 26 82 0 01mm H 4 15 cm LS 23 2 0 01mm 由于设计层厚度 H 4 Hmin 时 LS7m 二级及二级以下公路 行车道宽 7m 0 34 0 39 0 54 0 62 前八年 365 1 1 8 8e t s N N 河南城建学院 路基路面工程 课程设计计算书 次 1085 131 09 0 2 0365 1 09 01 74 1637 4 8 后 22 年 次 67 308303 1 09 1 7 8s22s NN 365 1 1 22 22e t s N N 次 1041 687 03 0 2 0365 1 03 01 67 3083 4 8 次 4 22e8ee 1026 823 NNN 因为交通量 100 104次 823 26 104次 2000 104次 故可知交通属于重交 通 双向六车道车道分布系数为 0 60 4 2 初拟路面结构 由表可知相应安全等级为一级的变异水平等级为低级 根据高速公路 重 交通等级和低级变异水平等级 由表可知初拟普通混凝土面层厚度为 250mm 水泥稳定粒料基层 200mm 无机及合料稳定土垫层厚度为 150mm 水泥混凝土上 面层板平面尺寸长为 4m 宽从中央分隔带至路肩为 4m 4m 3 75m 纵缝设水平拉 杆 横缝设传力杆的假缝 水泥混凝土设假缝 间距为 4m 4 3 路面材料参数的确定 由表知普通混凝土面层弯拉强度标准值为 相应弯拉弹性模量5 0 r fMPa 标准值为 由表知路基回弹模量为 无机结合料稳定土垫层31 c EGPa 40MPa 回弹模量为 600Mpa 水泥稳定粒料基层回弹模量为 土基回弹模量为1300MPa 0 33 5EMPa 计算基层顶面当量回弹模量 1 2211 2 212 3 21 3 1 1 4 12 hEhE hhEhEh Dx 2222 1122 2222 12 0 156000 21300 1048 0 150 2 x h Eh E EMPaMPa hh 河南城建学院 路基路面工程 课程设计计算书 332 1 1300 0 2600 0 15 0 20 15 11 1241300 0 2600 0 15 3 08MN mA 0 328m 3 1 12 X x x E D h 1 3 12 3 08 1048 32 4 30 1048 51 1 122 6 51 1 1 22 6 45 0 45 0 0 E E a x 80 0 30 1048 44 11 44 1 1 55 0 55 0 0 E E b x Mpa E E EahE xb xt 174 30 1048 30328 0 32 4 80 0 3 1 0 0 4 4 荷载疲劳应力 普通混凝土面层的相对刚度半径为 755 0 174 31000 25 0 537 0 537 0 3 1 3 1 t c E E h 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 3 537 0 tc EE 26 0 077 0 h ps pscrfp kkk 057 0 ef Nk 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 河南城建学院 路基路面工程 课程设计计算书 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 10 ps 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 Mpah ps 041 125 0 755 0 077 0077 0 226 0 48 2 057 0 ef Nk 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 30 1 c K 2 48 0 87 1 30 1 041 2 92Mpa pscrfp kkk 4 5 温度疲劳应力 查表知IV2区的最大温度梯度取 89 m 板长为 4m 则 L r 4 0 0 755 5 30 由普通混凝土板厚 h 0 25m 查温度应力系数图知 Bx 0 68 最大温度梯度式混凝土板的温度翘曲应力为 Mpa 2 xgcc tm BhTE 29 2 2 68 0 8725 0 31000100 1 5 温度疲劳应力系数 Kt 查表知IV2区 a 0 841 b 0 058 c 1 323 则 53 0 b f a f k c r tm tm r t 温度疲劳应力为 Mpak tmtt 21 1 29 2 53 0 由表知高速公路安全等级为一级 相应安全等级为一级的变异水平等级为 低级 目标可靠度为 95 再据目标可靠度及变异水平知可靠度系数为 20 1 r 满足条件 故普通混 MpafMpa rtrprr 0 596 4 21 1 92 2 20 1 凝土面层厚度为 0 25m 可承受设计基准期内荷载应力及温度应力综合疲劳作 用 水泥混凝土路面结构图见附图 2 河南城建学院 路基路面工程 课程设计计算书 水泥混凝土路面结构图 2 4 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 6m 而设计路 面总厚度为 0 76m 由于 0 6m 0 76m 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 7m 直径 14mm 每隔 70cm 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 缩缝间距一般为 5m 混凝土路面设置胀缝 河南城建学院 路基路面工程 课程设计计算书 纵缝的设置 在平行于混凝土路面行车方向设置纵缝 缝间距 3 75cm 设置为假缝带拉 杆形式 缝的上部留有 5cm 的缝隙 内浇注填缝料 缝与横缝一般做成垂直正交 使混凝土具有 90 的角隅 五五 设计小结设计小结 通过这次设计对路基路面的设计有了初步的认识 要根据具体相关规定得 到相应的设计 通过这次的设计使我认识到工程的严谨与认真 这次的设计也 让我对小桥涵个各个构造有了进一步