路基路面课程设计

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 1 1 重力式挡土墙设计 重力式挡土墙设计 2 2 边坡稳定性设计 边坡稳定性设计 3 3 沥青混凝土路面设计 沥青混凝土路面设计 4 4 水泥混凝土路面设计 水泥混凝土路面设计 目录目录 第第 1 1 题题 重力式挡土墙设计重力式挡土墙设计 1 1 1 1 设计资料 1 1 2 设计任务 1 1 3 设计参数 1 1 4 车辆荷载换算 2 1 5 主动土压力计算 2 1 6 挡土墙计算 5 第第 2 2 题题 边坡稳定性设计边坡稳定性设计 9 9 2 1 设计资料 9 2 2 汽车荷载换算 9 2 3 圆弧条分法 10 2 4 结果分析 15 第第 3 3 题题 沥青混凝土路面设计沥青混凝土路面设计 1717 3 1 设计资料 17 3 2 设计轴载与路面等级 17 3 3 确定土基回弹模量 19 3 4 路面结构组合设计 20 3 5 路面厚度计算 21 3 6 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 22 第第 4 4 题题 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计 2424 4 1设计资料 24 4 2交通分析 24 4 3 初拟路面结构 24 4 4 路面材料参数确定 24 4 5 荷载疲劳应力 25 4 6 温度疲劳应力 26 1 1 1 重力式挡土墙设计重力式挡土墙设计 1 11 1 设计资料设计资料 1 浆砌片石重力式仰斜路堤墙 墙顶填土边坡 1 1 5 墙身纵 向分段长度为 路基宽度 路肩宽度 m10m26m0 3 2 基底倾斜角 取汽车荷载边缘距路肩边缘190 0 tan 00 md5 0 3 设计车辆荷载标准值按公路 I 级汽车荷载采用 即相当于 汽车 超 20 级 挂车 120 验算荷载 4 墙后填料砂性土容重 填料与墙背的外摩擦角 3 18mkN 粘性土地基与浆砌片石基底的摩擦系数 地基容许 5 0 30 0 承载力 kPa250 0 5 墙身采用 2 5 号砂浆砌 25 号片石 圬工容重 3 22mkN k 容许压应力 容许剪应力 容许拉应力 aa kP 600 aj kP 100 aL kP 60 1 21 2 设计任务设计任务 1 车辆荷载换算 2 计算墙后主动土压力及其作用点位置 a E 3 设计挡土墙截面 墙顶宽度和基础埋置深度应符合规范要求 2 进行抗滑动稳定性验算及抗倾覆稳定性验算 4 基础稳定性验算与地基承载力验算 5 挡土墙正截面强度及抗剪强度验算 1 31 3 设计参数设计参数 1 3 1 几何参数 墙高 取基础埋深 墙身纵向分段长度 mH4 mD5 1 mL10 墙背仰斜坡度 1 0 2 墙底倾斜度 倾斜角 04 14 190 0 tan 0 墙顶填土高度 填土边坡坡度 76 10 0 ma5 1 1 1 5 汽车荷载边缘距路肩边缘 69 33 md5 0 1 3 2 力学参数 墙后砂性土填料内摩擦角 填料与墙背外摩擦角 36 5 0 填土容重 墙身采用 2 5 号砂浆砌 25 号片石 墙身砌体 3 18mkN 容重 砌体容许压应力 砌体容许剪应力 3 22mkN k kPa a 600 砌体容许拉应力 地基容许承载力kPa100 kPa L 60 kPa250 0 1 41 4 车辆荷载换算车辆荷载换算 查阅 公路路基设计手册 按车带宽均摊的方法 计算各级荷 载换算土柱高 并确定车辆荷载作用宽度 3 1 4 1 计算荷载 汽车 超 20 级 汽车 超 20 级对应的换算土层厚度 aH h 2577 0 0 13 00 200 0 内数值大于分段长度 取从而求得 车辆荷载作用 m10m10mh65 0 0 宽度 mb26 3 0 1 4 2 验算荷载 挂车 120 挂车 120 布置在路基全宽上 车辆荷载mh97 018 5 17 0 作用宽度 mb20 3 0 1 51 5 主动土压力计算主动土压力计算 1 5 1 计算荷载 汽车 超 20 级 1 计算破裂角 假设破裂面交于荷载中部 则 504 0 65 025 145 14 25 065 0 25 12445 0365 0 232 2 tan222 0 00 haHaH haHHdbhab A 96 381704 1436 885 0 tantancottantan A 0 51 41 4 堤顶破裂面至墙踵 maH87 4 tan 荷载内缘至墙踵 mdHb00 4tan 荷载外缘至墙踵 mbdHb26 7 26 3 00 4 tan 0 因 故破裂面交与荷载中部 假设正确 26 787 400 4 2 计算主动土压力 a E 139 025 0 885 0 96 3851 41sin 3651 41cos tantan sin cos K m ab h18 2 tantan tan 1 m d h84 0 25 0 848 0 5 0 tantan 2 mhhHh98 2 213 729 1 2 2 1 2 1 2 301 1 H hh H h H a K kNKKHEa99 92729 1 166 0 618 2 1 2 1 2 1 2 水平分量 kNEE ax 87 921704 14cos99 92cos 竖直分量 kNEE ay 80 4 1704 14sin99 92sin 3 主动土压力作用点位置 5 m KH HhhhhHaH Zx 38 1 729 1 43 4298 2 398 2 65 0 99 2 42 3 4 3 23 3 2 2 1 2 330 2 1 因墙底倾斜 故取修正值 mbZZ xx 07 0 190 0 65 1 38 1 tan 011 mZbZ xy 67 1 25 0 07 0 65 1 tan 111 其中 挡土墙顶宽由 1 6 栏中的试算确定 mb65 1 1 1 5 2 验算荷载 挂车 120 计算方法和公式同计算荷载 在式中取 计算mh97 0 0 0 d 结果如下 1 计算破裂角 假设破裂面交于荷载中部 则 47 0 97 0 25 145 14 25 0 97 0 25 12440397 0 235 1 2 tan222 0 00 haHaH haHHdbhab A 96 381704 1436 863 0 tantancottantan A 0 79 40 6 堤顶破裂面至墙踵 maH75 4 tan 荷载内缘至墙踵 mdHb00 4tan 荷载外缘至墙踵 mbdHb20 7 20 3 00 4 tan 0 因 故破裂面交与荷载中部 假设正确 20 7 75 4 00 4 2 计算主动土压力 a E 167 0 25 0 863 0 96 3679 40sin 3679 40cos tantan sin cos K m ab h78 2 tantan tan 1 0 2 h mhhHh22 1 213 637 1 2 2 1 2 1 2 301 1 H hh H h H a K kNKKHEa37 39637 1 167 0 418 2 1 2 1 2 1 2 水平分量 kNEE ax 32 391704 14cos37 39cos 竖直分量 NEE ay 03 2 1704 14sin37 39sin 3 主动土压力作用点位置 7 m KH HhhhhHaH Zx 50 3 637 143 4222 1322 197 0 78 2 45 1 3 4 3 23 3 2 2 1 2 330 2 1 因墙底倾斜 故取修正值 mbZZ xx 19 3 190 0 65 1 50 3 tan 011 mZbZ xy 45 225 019 3 65 1tan 111 其中 挡土墙顶宽由 1 6 栏中的试算确定 mb65 1 1 1 61 6 挡土墙计算挡土墙计算 比较计算荷载与验算荷载 发现验算荷载的土压力较大 由于 基底摩擦系数较小 估计为滑动控制 故先采用验算荷载即挂车 120 的土压力计算 这里只对荷载组合 进行计算 经试算 取挡 土墙顶宽 mb65 1 1 8 图图 1 11 1 重力式挡土墙设计示例重力式挡土墙设计示例 1 6 1 墙身自重计算 墙身体积 3 0111 08 6190 0 65 1 465 1 tan mbHbV 3 0 2 12 26 0 tan5 0mbV 3 21 34 6 mVVV 墙身自重 kNVG k 76 1332208 6 11 NVG k 48 139 22 9 kNGGG24 273 21 1 6 2 抗滑稳定性与抗倾覆稳定性验算 作用于墙底 即基底 的竖向力 kNEGGN y 27 27503 2 24 273 21 抗滑稳定系数 满足抗滑要求 3 134 1 tan tan 0 0 NE EN K x x C 墙身自重力臂 mbbHZG54 1 25 0 tan 5 0 1011 mbZG13 1 tantan2 1 3 12 1 102 抗倾覆稳定系数 3 196 1 82 1 91 93 11 2 86 4 13 1 72 5 54 1 36 206 1 12211 0 xx yyGG ZE ZEZGZG K 满足抗倾覆要求 验算结果表明 断面尺寸由滑动控制 故不必采用汽车 超 20 级的土压力计算 1 6 4 基底应力及合力偏心距验算 竖向力至墙趾 A 的距离 N 10 m N ZEZEZGZG Z xxyyGG N 75 0 112211 墙底斜宽mbbB57 1tantan 011 基底合力偏心距 基底应力m B mZ B e N 26 0 6 035 0 2 0 满足要求 kPakPa B e B N 250 70 119 66 156 6 1 0 0 2 1 1 6 5 墙身截面强度验算 墙面 墙背相互平行 截面最大应力出现在接近基底处 偏心 距和基底应力经检验均满足要求 墙身截面应力也能满足墙身材料 要求 故可不做检验 综上可知 所拟截面符合要求 挡土墙顶宽 m65 1 11 2 2 边坡稳定性设计边坡稳定性设计 2 12 1 设计资料设计资料 路线经过区域路基填土为粘土 边坡为梯形边坡 分两级 土 力学的指标 塑限 14 液限 27 含水量 19 天然容重 12 18KN m3 粘聚力 19KPa 内摩擦角 27 公路按一级公路标准 双 向四车道 设计车速为 80Km h 路基宽度为 24 5m 荷载为车辆重 力标准值 550KN 中间护坡道取 2m 车道宽度 3 75m 硬路肩 2 5m 土路肩 0 75m 进行最不利布载时对左右各布 3 辆车 2 24 5 H1H2 i1 i2 75 1 125 1 185 2121 iimHmH 2 22 2 汽车荷载换算汽车荷载换算 在进行边坡稳定性分析时 需将车辆按最不利情况排列 去单 位长度路段 并将车辆的设计荷载换算成当量土柱高度 0 h 按 公路工程技术标准 规定 对于标准车辆荷载前后轮最大轴 距为 12 8m 取后轮轮距 为 1 8m 相邻两车后轮中心间距为 0 hb m 1 3m 轮胎着地宽度为 0 6m 则d m8 0 18 8 12 9 17 5506 0 BL NQ h 其中 为横向分布车辆数 N 13 为一辆车的重力 Q 为横向分布车辆轮胎最外缘之间的总距 B m 9 176 03 1168 161 dmNNbB 2 32 3 圆弧条分法圆弧条分法 2 3 1 用 4 5H 法确定圆心辅助线 自坡脚点向下作垂线 垂线长 EEFmhHHH 8 13 021 自点向右作水平线 即圆心辅助线上一点 FFMHFM5 4 M 平均边坡 据此查表得 61 1 1 8 13 25 22 0 i 35 26 21 以点为中心 把逆时针旋转角至 以 点为中心 EES 1 EIS 把水平线顺时针旋转角至 即为圆心辅助线上另一点 2 SII 连接 并延长至 则即为圆心辅助线 结果如图所示 MIGMG 14 图图 2 12 1 4 5H4 5H 法确定危险圆心辅助线法确定危险圆心辅助线 2 3 2 假设滑动曲线通过路基中线 1 计算步骤 圆弧范围内土条分 10 段 每段宽 3 45m 计算曲线每一分段距圆心竖线之间的偏角 i R Xi i sin 其中 为各段中心横坐标 圆心竖线右侧为正 左侧为负 i X R 为滑动曲线半径 15 将土条底部曲线近似看做直线 计算个分段面积 其中包括 土柱部分面积 取路堤 1m 长 计算各分段重力 并计算其法向分量 ii AG 切向分量 iii GN cos iii GT sin 直接用 CAD 读出滑动曲线总长 L 计算稳定系数 K n i i n i i T cLNf K 1 1 其中 摩擦系数 粘聚力 51 0 27tan fkPac19 2 计算结果 通过 CAD 软件对土条 10 等分 取每段土条中位线深度作为土条 深度 并记下相关数据 16 图图 2 22 2 滑动曲线通过路基中线滑动曲线通过路基中线 具体数据如下表所示 表表 2 12 1 曲线通过路基中线的边坡稳定性分析曲线通过路基中线的边坡稳定性分析 分段 土条深度 m i H i i sin i cos 2 mAi i G kN m i N kN m i T kN m 11 85 24 22 0 410 916 38114 89104 77 47 13 25 08 15 50 0 270 9617 53315 47303 99 84 31 37 76 7 15 0 120 9926 77481 90478 15 59 98 49 931 040 021 0034 26616 65616 5511 19 510 739 250 160 9937 02666 33657 67107 11 612 3017 640 300 9542 44763 83727 91231 47 714 3426 440 450 9049 47890 51797 37396 51 812 2635 970 590 8142 30761 35616 18447 19 17 99 2446 830 730 6831 88573 80392 58418 49 104 5660 570 870 4915 73283 18139 14246 63 合计 4834 311667 17 注 土条宽注 土条宽 3 45m 3 45m 滑动曲线长滑动曲线长 L 41 92m L 41 92m 最后算得边坡稳定系数 96 1 1 K 2 3 3 滑动曲线通过距左边缘路基 1 4 路基宽度处 用类似的方法对土条 10 等分 仍取每段土条中位线深度作为土 条深度 结果如下 图图 2 32 3 滑动曲线通过距左边缘路基滑动曲线通过距左边缘路基 1 41 4 路基宽度处路基宽度处 具体数据如下表所示 表表 2 22 2 曲线通过距左边缘路基曲线通过距左边缘路基 1 41 4 路基宽度处的边坡稳定性分析路基宽度处的边坡稳定性分析 18 分段 土条深度 m i H i i sin i cos 2 mAi i G kN m i N kN m i T kN m 11 08 8 97 0 160 993 0755 2154 53 8 61 22 99 2 70 0 051 008 49152 85152 68 7 20 34 533 580 061 0012 87231 57231 1214 46 45 889 820 170 9916 70300 59296 1851 27 56 8416 220 280 9619 43349 66335 7497 67 66 5423 050 390 9218 57334 32307 63130 90 77 0929 800 500 8720 14362 44314 51180 12 87 4837 280 610 8021 24382 38304 25231 61 96 5545 610 710 7018 60334 84234 23239 27 103 1355 370 820 578 89160 0190 93131 66 合计 2321 821061 15 注 土条宽注 土条宽 2 84m 2 84m 滑动曲线长滑动曲线长 L 33 46m L 33 46m 最后算得边坡稳定系数 71 1 2 K 2 3 4 滑动曲线通过距右边缘路基 1 4 路基宽度处 用类似的方法对土条 12 等分 仍取每段土条中位线深度作为土 条深度 结果如下 19 图图 2 42 4 滑动曲线通过距右边缘路基滑动曲线通过距右边缘路基 1 41 4 路基宽度处路基宽度处 具体数据如下表所示 表表 2 32 3 曲线通过距右边缘路基曲线通过距右边缘路基 1 41 4 路基宽度处的边坡稳定性分析路基宽度处的边坡稳定性分析 分段 土条深度 m i H i i sin i cos 2 mAi i G kN m i N kN m i T kN m 12 43 38 15 0 620 798 24148 28116 61 91 60 26 59 28 60 0 480 8822 34402 12353 06 192 49 310 05 19 13 0 330 9434 07613 25579 39 200 97 412 94 11 57 0 200 9843 87789 60773 55 158 37 514 60 3 49 0 061 0049 49890 89889 24 54 23 616 684 390 081 0056 551017 811014 8377 91 718 8912 510 220 9864 041152 671125 30249 68 818 8720 830 360 9363 971151 451076 19409 45 917 2729 650 490 8758 551053 82915 83521 32 20 1014 9539 320 630 7750 68912 25705 73578 05 1111 5750 600 770 6339 22706 00448 12545 55 126 1165 750 910 4120 71372 83153 13339 93 合计 8150 972024 24 注 土条宽注 土条宽 3 39m 3 39m 滑动曲线长滑动曲线长 L 51 98m L 51 98m 最后算得边坡稳定系数 54 2 3 K 由以上结果可知 第二条曲线 通过距左边缘路基 1 4 路基宽 度处 稳定系数最小 而且是最靠左边 故下面再计算通过路基左 边缘的滑动曲线的稳定系数 2 3 5 滑动曲线通过路基左边缘 对土条 7 等分 取每段土条中位线深度作为土条深度 结果如 下 21 图图 2 52 5 滑动曲线通过路基左边缘滑动曲线通过路基左边缘 具体数据如下表所示 表表 2 42 4 曲线通过距右边缘路基曲线通过距右边缘路基 1 41 4 路基宽度处的边坡稳定性分析路基宽度处的边坡稳定性分析 分段 土条深度 m i H i i sin i cos 2 mAi i G kN m i N kN m i T kN m 10 689 480 160 992 1638 9238 396 41 21 8015 300 260 965 72103 0399 3827 19 32 5721 280 360 938 17147 11137 0853 39 42 9427 520 460 899 35168 29149 2477 76 52 6934 130 560 838 55153 98127 4686 39 61 4241 310 660 754 5281 2861 0553 66 70 7449 400 760 652 3542 3627 5732 16 合计 640 17336 95 注 土条宽注 土条宽 3 18m 3 18m 滑动曲线长滑动曲线长 L 26 52m L 26 52m 最后算得边坡稳定系数 46 2 4 K 2 42 4 结果分析结果分析 由以上结果可知 第二条曲线 通过距左边缘路基 1 4 路基宽 度处 为极限滑动面 其稳定系数满足范围 1 25 1 50 要求 因此所给边坡满足边坡稳定性要求 22 23 3 3 沥青混凝土路面设计沥青混凝土路面设计 3 13 1 设计资料设计资料 广州郊区 IV 区 某新建双向 2 车道二级公路 拟采用沥青混 7 凝土路面 行车道中央划双线分隔 路基土为高液限粘土 地下水 位为 1 05m 路基填土高度 0 5m 预计通车初年的交通组成及交 通量如下表所示 表表 3 13 1 预测交通组成及交通量预测交通组成及交通量 车型前轴重 kN 后轴重 kN 后轴数后轴轮组数后轴距 m 交通量 辆 d 黄河 JN163 58 6114 0120380 江淮 AL6600 17 026 5120440 东风 EQ140 23 669 3120185 东风 SP9250 50 7113 3324200 北京 BJ130 13 427 4120200 交通量年平均增长率 7 沿线可开采碎石 砂砾 并有粉煤 灰 石灰 水泥等材料供应 3 23 2 设计轴载与路面等级设计轴载与路面等级 路面设计以双轮组单轴载 100kN 为标准轴载 24 3 2 1 以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标 1 轴载换算 采用公式 35 4 1 21 k i i i P P nCCN 其中 为标准轴载的当量轴次 次 日 N 为轴数系数 1 C 为轮组系数 双轮组为 1 0 单论组为 6 4 2 C 为各种被换算车辆的作用次数 次 日 i n 为各种被换算车辆的轴型 kN i P 为标准轴载 kN P 当轴间距大于 3m 时 按单独的一个轴计算 此时轴数系数为 1 当轴间距小于 3m 时 双轮或多轮的轴系数按公式 计算 式中为轴数 12 11 1 mCm 轴载换算结果见下表 表表 3 23 2 以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标的轴载换算以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标的轴载换算 车型 i P kN 1 C 2 C i n 次 日 次 日 35 4 21 P P nCC i i 黄河 JN163前轴 58 616 4380237 86 25 后轴 11411380671 92 前轴 1716 44401 26 江淮 AL6600 后轴 26 5114401 36 前轴 23 716 41852 26 东风 EQ140 后轴 69 21118537 29 前轴 50 716 420066 68 东风 SP9250 后轴 113 3116001032 88 前轴 13 5516 42000 21 北京 BJ130 后轴 27 2112000 69 合计 35 4 1 21 k i i i P P nCCN 2052 43 2 累计当量轴次 沥青路面二级公路设计年限以 12 年计 双向两车道车道系数 则累计当量轴次 65 0 次 871058565 0 43 2052 07 0 365107 0136511 12 1 NN t e 属于中等交通 3 2 2 以半刚性材料层的拉应力为设计指标 1 轴载换算 26 采用公式 8 1 21 k i i i P P nCCN 其中 为轴数系数 1 C 为轮组系数 双轮组为 1 0 单轮组为 18 5 2 C 其余符号意义同前 单轴 双轮或多轮的轴系数按公式1 1 C 计算 式中为轴数 121 1 mCm 轴载换算结果见下表 表表 3 33 3 以半刚性材料层的拉应力为设计指标的轴载换算以半刚性材料层的拉应力为设计指标的轴载换算 车型 i P kN 1 C 2 C i n 次 日 次 日 8 21 P P nCC i i 前轴 58 6118 538097 75 黄河 JN163 后轴 114113801083 98 前轴 17118 54400 01 江淮 AL6600 后轴 26 5114400 01 前轴 23 7118 51850 03 东风 EQ140 后轴 69 2111859 73 前轴 50 7118 520016 15 东风 SP9250 后轴 113 3116001629 26 前轴 13 55118 52000 00 北京 BJ130 后轴 27 2112000 01 27 合计 8 1 21 k i i i P P nCCN 2836 94 2 累计当量轴次 沥青路面二级公路设计年限以 12 年计 双向两车道车道系数 则累计当量轴次 65 0 次 1204007365 0 94 2836 07 0 365107 0 136511 12 1 NN t e 3 33 3 确定土基回弹模量确定土基回弹模量 3 3 1确定临界高度 广州郊区 IV 区 路基土为高液限粘土 查表取路基临界高 7 度 mHmHmH1 14 17 1 321 3 3 2拟定土的平均稠度 地下水位为 1 05m 路基填土高度 0 5m 故土基属中湿路基 查表取平均稠度 102 5 005 1 HHH 00 1 c w 3 3 3预估路基回弹模量 再根据土类和自然区划以及平均稠度 并考虑到采用重型击实 标准时 路基回弹模量可较表列数值提高 20 35 取土基回弹模 28 量设计值为 MPa45 3 43 4 路面结构组合设计路面结构组合设计 3 4 1 拟定路面结构组合方案 二级公路中等交通路面宜采用双层结构 面层类型选择沥青混 凝土 其中 表面层采用细粒式密集配沥青混凝土 下面层采用粗 粒式密集配沥青混凝土 由于沿线可开采碎石 砂砾 并有粉煤灰 石灰 水泥等材料供应 故基层和底基层分别采用石灰粉煤灰碎石 基层和石灰土稳定碎石 拟定方案 3cm 细粒式密集配沥青混凝土 7cm 粗粒式密集配沥 青混凝土 20cm 石灰粉煤灰碎石基层 石灰土稳定碎石 以石灰土稳 定碎石为设计层 3 4 2 各层材料设计参数 查表 确定各层材料的抗压回弹模量 当以路表弯沉值为设计 验算指标时 取标准试验温度为 20 当以层底拉应力为设计验算 指标时 取标准试验温度为 15 然后查表确定各层材料劈裂强度 并借助 HPDS2003A 软件计算各层材料容许拉应力 容许拉应力计算 公式为 抗拉强度结构系数按结构材料类型选择相应 sspR K s K 公式计算 软件计算结果如下表 表表 3 43 4 各层材料设计参数各层材料设计参数 29 抗压模量 MPa 层位结构层材料名称厚度 cm 20 15 劈裂强度 MPa 容许拉应 力 MPa 1 细粒式沥青混凝土 3140020001 40 51 2 粗粒式沥青混凝土 7100015000 80 26 3 石灰粉煤灰碎石 20130013000 70 37 4 石灰土稳定碎石 9009000 350 18 3 53 5 路面厚度计算路面厚度计算 3 5 1 设计弯沉 二级公路等级系数 沥青混凝土面层系数 半刚1 1 c A0 1 s A 性基层沥青路面结构类型系数 故设计弯沉 0 1 b A mmAAANL bsced 01 270 10 11 18710585600600 2 02 0 3 5 2 路面结构厚度计算 同样借助 HPDS2003A 软件计算 首先 确定设计层最小厚度为 15cm 路面最小防冻厚度 50cm 然后输入抗压模量 容许应力 设计 弯沉 厚度等参数 进行厚度计算 1 按设计弯沉值计算设计层厚度 LD 27 01 0 01mm H 4 20cm LS 29 3 0 01mm 30 H 4 25cm LS 26 1 0 01mm H 4 23 6cm 仅考虑弯沉 2 按容许拉应力验算设计层厚度 H 4 23 6cm 第 1 层底面拉应力验算满足要求 H 4 23 6cm 第 2 层底面拉应力验算满足要求 H 4 23 6cm 第 3 层底面拉应力验算满足要求 H 4 23 6cm 第 4 层底面拉应力验算满足要求 路面设计层厚度 H 4 23 6cm 仅考虑弯沉 H 4 23 6cm 同时考虑弯沉和拉应力 3 验算路面防冻厚度 路面最小防冻厚度 50cm 验算结果表明 路面总厚度满足防冻 要求 3 5 3 各结构层厚度 对设计层厚度取整 得到各结构层厚度最终结果 细粒式密集配沥青混凝土 3cm 粗粒式密集配沥青混凝 7cm 31 石灰粉煤灰碎石基层 20cm 石灰土稳定碎石 24cm 3 63 6 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 仍然利用 HPDS2003A 软件 输入抗压模量 厚度等参数 进行 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 1 计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS 26 6 0 01mm 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS 29 1 0 01mm 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS 34 6 0 01mm 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS 82 0 01mm 土基顶面竣工验收弯沉值 LS 261 9 0 01mm 根据 基层施工规范 第 88 页公式 LS 207 0 01mm 根据 测试规程 第 56 页公式 2 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 第 1 层底面最大拉应力 1 273 MPa 第 2 层底面最大拉应力 2 068 MPa 第 3 层底面最大拉应力 3 069 MPa 32 第 4 层底面最大拉应力 4 134 MPa 可见 各结构层底面最大拉应力均小于各自的容许拉应力 故 满足应力要求 4 路面设计 4 1 水泥混凝土路面设计 交通组成表 车型名称 单轴 单轮 组的 个数 轴重 KN 单轴 双轮 组个 数 轴重 KN 双轴 单轮 组的 个数 轴重 KN 三轴 单轮 组的 个数 轴重 KN 交通 量 33 黄海 DD64013217000001561 解放 CA108119 4160 8500001600 黄河 JN36015000122000510 五十铃 EXR181160110012000069 4 1 14 1 1 轴载分析轴载分析 水泥混凝土路面结构设计以 100KN 单轴 双轮组荷载为标准轴载 以设计弯沉值为指标及验算面层层底拉力中的累计当量轴次 轴载换算 16 1 100 n i i iis P NN 式中 100KN 的单轴 双轮组标准轴载的作用次数 s N 单轴 单轮 单轴 双轮组 双轴 双轮组或三轴 双 i P 轮组轴型 i 级轴载的总重 KN 各类轴型 i 级轴载的作用次数 i N 轴型和轴载级位数 n 轴 轮型系数 单轴 双轮组时 1 单轴 单轮时 i i 按式计算 双轴 双轮组时 按式 43 0 3 1022 2 ii P 三轴 双轮组时 按式计 22 0 5 1007 1 ii P 22 0 8 1024 2 ii P 算 34 轴载换算结果如表所示 车型名称 i P i i N 16 100 i ii P N 前轴32 00 2 22 103 32 00 0 43 1561 黄海 DD640 后轴70 00115615 188 前轴19 40 2 22 103 19 40 0 43 1600 解放 CA108 后轴60 85116000 526 前轴50 00 2 22 103 50 00 0 43 510 3 52 10 0 8 黄河 JN360 后轴220 00 1 07 10 5 220 00 0 22 510501 63 前轴60 00 2 22 103 60 00 0 43 697 430 五十铃 EXR181 后轴300 002 24 10 8 100 00 0 226924 157 16 1 P P NN i ii n i 531 508 注 轴载小于 40KN 的轴载作用不计 计算累计当量轴次 根据表设计规范 二级公路的设计基准期为 20 年 安全等级为二级 轮迹 横向分布系数是 0 34 0 39 取 0 39 gr 0 086 则 769 106197539 0 365 086 0 1 086 0 1 508 5313651 1 20 次 r t rs e g gN N 35 其交通量在中 故属重交通等级 44 102000 10100 4 1 24 1 2 初拟路面结构初拟路面结构 根据二级公路 重交通等级和低级变异水平等级 查表 4 4 6 初拟两种方 案 如下 方案一 方案一 普通混凝土面层厚度为 22cm 基层采用水泥稳定粒料 水泥用量 5 厚 15cm 垫层为 15cm 天然砂砾材料 普通混凝土板的平面尺寸为宽 3 5m 长 5 0m 纵缝为设拉杆平缝 横缝为设传力杆的假缝 方案二 方案二 普通混凝土面层厚度为 22cm 基层采用水泥稳定粒料 水泥用量 5 厚 15cm 垫层为 15cm 级配碎砾石 普通混凝土板的平面尺寸为宽 3 5m 长 5 0m 纵缝为设拉杆平缝 横缝为设传力杆的假缝 4 1 34 1 3 路面计算 方案一 路面计算 方案一 4 1 3 14 1 3 1 路面材料参数确定路面材料参数确定 确定基层顶面当量回弹模量 tcs EE 查 路基路面工程 第三版 表 16 26 和表 16 27 取土基抗压回弹模量 Eo 35MPa 水泥稳定粒料基层回弹模量取 E1 1500MPa 天然砂砾回弹模量取 E2 200MPa 取值与设计值一样 按表 16 23 和表 16 25 混凝土面层设计弯拉强度 fr 5 0MPa 相应弯 拉弹性模量为 Ec 31 104MPa 计算基层顶面当量回弹模量如下 ax MP hh EhEh E850 15 0 15 0 20015 0 150015 0 22 22 2 2 2 1 2 2 21 2 1 1 2211 2 21 3 22 3 11 11 4 1212 hEhE hhhEhE Dx 36 1 233 15 0 200 1 15 0 1500 1 4 15 0 15 0 12 15 0 200 12 15 0 1500 1 0737MN m m E D h x x x 2475 0 850 0737 1 12 12 3 1 3 1 9846 3 35 850 51 1 122 6 51 1 122 6 45 0 45 0 0 E E a x 7509 0 35 850 44 1 1 44 1 1 55 0 55 0 0 E E b x a xb xt MP E E EahE318 121 35 850 302475 0 9846 3 3 1 7509 0 3 1 0 0 式中 Et 基层顶面的当量回弹模量 MPa E0 路床顶面的回弹模量 Ex 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回弹模量 21 E E 基层和底基层或垫层的当量厚度 x h 基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度 x D 基层和底基层或垫层的厚度 21 h h 与 Ex E0有关的回归系数 ba 普通混凝土面层的相对刚度半径按式 16 52b 计算为 37 m E E hr t c 7497 0 318 121 31000 22 0 537 0 537 0 3 1 3 1 4 1 3 24 1 3 2 计算荷载疲劳应力计算荷载疲劳应力 按式 16 52b 标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为 aps MPhr3384 1 22 0 7497 0077 0 077 0 26 026 0 因纵缝为设拉杆平缝 接缝传荷能力的应力折减系数 Kr 0 87 考虑设计基 准期内荷应力累计疲劳作用的疲劳应力系数464 2 769 1061975 065 0 v ef NK v 与混合料性质有关的指数 普通混凝土 钢筋混凝土 连续配筋混凝 土 0 057 碾压混凝土和贫混凝土 0 065 钢纤维混凝土 按 计算 f f f d l v 017 0 053 0 根据公路等级 由表 16 24 考虑偏载和动载等因素 对路面疲劳损失影响 的综合系数 Kc 1 20 按式 16 49 荷载疲劳应力计算为 apscfrpr MPKKK4428 3 3384 1 20 1464 2 87 0 4 1 3 34 1 3 3 温度疲劳应力温度疲劳应力 由表 16 28 区最大温度梯度取 88 m 板长 5m 由图 16 14 可查普通混凝土板厚 7522 6 7405 0 5 r l 5432 0 22 0 x Bmh 按式 16 56 最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为 ax gcc tm MPB hTEa 63 1 5432 0 2 8822 0 31000101 2 5 温度疲劳应力系数 Kt 按式 B 2 3 计算为 4076 0 058 0 0 5 63 1 841 0 63 1 0 5 323 1 b f a f K c r tm tm r t 式中 a b c 回归系数 按所在地区的公路自然区划查表 B 2 3 确定 p 38 再由式 16 55 计算温度疲劳应力为 atmttr MPK6644 0 63 1 4076 0 查表 16 20 二级公路的安全等级为三级 相应于三级安全等级的变异水平 为中级 目标可靠度为 85 再据查得的目标可靠度和变异水平等级 查表 16 22 确定可靠度系数 按式 16 48 aratrprr MPfMPr0 5518 4 6644 0 4428 3 10 1 因而 所选混凝土面层厚度 0 22m 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 各计算步骤以及公式都参照方案一来计算 得出结果如下 设 计 内 容 新建单层水泥混凝土路面设计 公 路 等 级 二级公路 变异水平的等级 中 级 可 靠 度 系 数 1 10 面 层 类 型 普通混凝土面层 车型名称 单轴 单轮 组的 个数 轴重 KN 单轴 双轮 组个 数 轴重 KN 双轴 单轮 组的 个数 轴重 KN 三轴 单轮 组的 个数 轴重 KN 交通 量 黄海 DD64013217000001561 解放 CA108119 4160 8500001600 黄河 JN36015000122000510 五十铃 EXR181160110012000069 10 1 r r 39 行驶方向分配系数 1 车道分配系数 1 轮迹横向分布系数 39 交通量年平均增长率 6 8 混凝土弯拉强度 5 MPa 混凝土弯拉模量 31000 MPa 混凝土面层板长度 5 m 地区公路自然区划 面层最大温度梯度 88 m 接缝应力折减系数 87 基 垫 层类型 新建公路土基上修筑的基 垫 层 层位 基 垫 层材料名称 厚度 mm 回弹模量 MPa 1 水泥稳定粒料 150 1500 2 天然砂砾 150 200 3 土基 35 基层顶面当量回弹模量 ET 141 5 MPa HB 220 r 713 SPS 1 3 SPR 3 2 BX 7 STM 2 1 KT 5 STR 1 04 SCR 4 24 GSCR 4 66 RE 6 8 设计车道使用初期标准轴载日作用次数 602 路面的设计基准期 20 年 设计基准期内标准轴载累计作用次数 3437320 路面承受的交通等级 重交通等级 基层顶面当量回弹模量 141 5 MPa 40 混凝土面层设计厚度 220 mm 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 普通混凝土面层 220 mm 水泥稳定粒料 150 mm 天然砂砾 150 mm 土基 4 1 44 1 4 方案二计算方案二计算 4 1 4 14 1 4 1 路面材料参数确定路面材料参数确定 确定基层顶面当量回弹模量 tcs EE 查 路基路面工程 第三版 表 16 26 和表 16 27 取土基抗压回弹模量 Eo 35MPa 水泥稳定粒料基层回弹模量取 E1 1500MPa 级配碎砾石回弹模量取 E2 300MPa 取值与设计值一样 按表 16 23 和表 16 25 混凝土面层设计弯拉强度 fr 5 0MPa 相应弯 拉弹性模量为 Ec 31 104MPa 计算基层顶面当量回弹模量如下 ax MP hh EhEh E900 15 0 15 0 30015 0 150015 0 22 22 2 2 2 1 2 2 21 2 1 41 1 2211 2 21 3 22 3 11 11 4 1212 hEhE hhhEhE Dx 1 233 15 0 300 1 15 0 1500 1 4 15 0 15 0 12 15 0 300 12 15 0 1500 1 35MN m m E D h x x x 2621 0 900 35 1 12 12 3 1 3 1 0413 4 35 900 51 1 122 6 51 1122 6 45 045 0 0 E E a x 7586 0 35 900 44 1 1 44 1 1 55 0 55 0 0 E E b x a xb xt MP E E EahE583 129 35 900 302621 0 0413 4 3 1 7586 0 3 1 0 0 式中 Et 基层顶面的当量回弹模量 MPa E0 路床顶面的回弹模量 Ex 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回弹模量 21 E E 基层和底基层或垫层的当量厚度 x h 基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度 x D 基层和底基层或垫层的厚度 21 h h 与 Ex E0有关的回归系数 ba 42 普通混凝土面层的相对刚度半径按式 16 52b 计算为 m E E hr t c 7334 0 583 129 31000 22 0 537 0 537 0 3 1 3 1 4 1 4 24 1 4 2 计算荷载疲劳应力计算荷载疲劳应力 按式 16 52b 标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为 aps MPhr321 1 22 0 7334 0 077 0 077 0 26 026 0 因纵缝为设拉杆平缝 接缝传荷能力的应力折减系数 Kr 0 87 考虑设计基 准期内荷应力累计疲劳作用的疲劳应力系数464 2 769 1061975 065 0 v ef NK v 与混合料性质有关的指数 普通混凝土 钢筋混凝土 连续配筋混凝 土 0 057 碾压混凝土和贫混凝土 0 065 钢纤维混凝土 按 计算 f f f d l v 017 0 053 0 根据公路等级 由表 16 24 考虑偏载和动载等因素 对路面疲劳损失影响 的综合系数 Kc 1 20 按式 16 49 荷载疲劳应力计算为 apscfrpr MPKKK398 3 321 1 20 1 464 2 87 0 4 1 4 34 1 4 3 温度疲劳应力温度疲劳应力 由表 16 28 区最大温度梯度取 88 m 板长 5m 由图 16 14 可查普通混凝土板厚 9570 6 7187 0 5 r l 5144 0 22 0 x Bmh 按式 16 56 最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为 ax gcc tm MPB hTEa 5436 1 5144 0 2 8822 0 31000101 2 5 温度疲劳应力系数 Kt 按式 B 2 3 计算为 3875 0 058 0 0 5 5436 1 841 0 5436 1 0 5 323 1 b f a f K c r t