路基路面工程课程设计汇本说明书

1、巫和、汽车与交通学院课程设计说明书课 程名称:路基路面工程课程设计课程代码:题目：年级/专业/班:学生姓名:学号:开始时间:年5 月16 日完成时间:年5 月27 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（计算书、图纸、分析 报告）撰写质量（45）总分（100）指导教师签名： 年月日摘 要 -2 -1. 基本设计资料分析 -3 -2. 沥青路面设计 -4 -2.1轴载分析 -4 -2.2沥青路面结构 -7 -2.3各层材料的抗压模量和劈裂强度 -8 -2.4设计指标的确定 -8 -2.5路面结构层厚度的计算 -10-2.6沥青混凝土面层和半刚性基

2、层、底基层层底拉应力验算 -11 -3. 水泥混凝土路面设计 -13 -3.1轴载分析 -13 -3.2初拟路面结构 -15 -3.3路面材料确定 -16 -3.4载荷疲劳应力 -17 -3.5温度应力计算 -18 -3.6防冻厚度检验和接缝设计 -20 -4. 沥青和水泥路面设计示意图 -21 -结论 -22 -致谢 -23 -参考文献 -24 -本设计首先对所给资料进行交通分析，并利用轴载换算公式分别计算出沥青和水泥路面的累计当量轴次，然后根据所选材料的性能以及查阅规范先对沥青路面 的设计弯沉值以及容许弯拉应力进行求解， 并进一步得出沥青层的厚度并算出实际 弯沉值与实际弯拉应力从而与规范所

3、定值相比较，从而判定设计是否符合要求。最后，验算冰冻层厚度。收费站采用水泥路面设计，设计步骤同上，最终需要验算综 合疲劳应力和最大综合应力是否小于混凝土弯拉应力。关键词：沥青路面混泥土路面 设计1.基本设计资料分析道路按一级公路进行设计，年交通量增长率按6.5%，车道系数n =0.5，公路自然区划II 2区，路面宽度为B=24.5m行车道为四车道2X 7.5m,路基处于中湿路段， 采用水泥混凝土路面和沥青混凝土路面两种设计方案。路基土为粉质中液限土，潮 湿路段&=19Mpa中湿路段&=29Mpa干燥路段Eo=3OMpa沿线有砂石，且有碎石、 石灰、粉煤灰供应。表1-1 :交通组成及交通量表车型

4、名称日交诵量奔驰LPK709354五十铃NPR595G538切贝尔D350533太脱拉138S390长征CZ361693延安SX161508会客HK6670308贵州GZ661A624宇通 ZK6820G518解放 SP9134B189湘江HQP4078从设计资料可以看得出，本设计路段的交通体，车型多样，且交通量各有不同。路 面设计时需要将车辆作用在路面上的车轮荷载换算为标准的当量轴次，从而计算出沥青 路面和水泥路面设计时的累计当量轴次，进而判断出此路段处于何种交通状态，以便进 一步进行合理的厚度设计，使路面的设计弯沉值、弯拉应力等指标符合规范要求。本次 设计资料设计路段为一级公路，年交通量增

5、长率按6.5%, II 2东北中部山前平原中冻区2.沥青路面设计2.1轴载分析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2确定。表2-1 :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 （KN100单轮当量圆直径d （mm21.30轮胎接地压强p（ Mpa0.70两轮中心距（cm）1. 5d（1）当以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力验算时，各级轴载（包括车轮的前、后轴）？?的作用次数？?应按下式换算成标准轴载作用次数。? ? 435?=刀？1 ?2 ?（审）?= 1式中：？?一以设计弯沉值和沥青层层底

6、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）；P 标准轴载（kN ）；P 各种被换算车型的轴载（kN ）；C2轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轴组为0.38 ;C1轴数系数。K 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，按双轴或多轴进行计算按下面公式计算：G 1 1.2 m 1式中：m-轴数。车型P (kN )C1C2m (次/日)?，?1?2? (-?表2-2 :轴载换算结果,4 ）奔驰LPK709前轴22.00113540.49后轴44.00113549.95五十铃前轴23.50115380.99N

7、PR595G后轴44.001153815.13切贝尔D350前轴24.00114330.87后轴48.001143317.78太脱拉138S前轴45.401139012.57后轴2X 90.002.2139011064.27长征CZ361前轴47.601169327.44后轴2X 90.702.2169320334.25延安SX161前轴54.641150836.65后轴2X 91.252.2150815303.12会客HK6670前轴19.00113080.22后轴39.00113085.12贵州GZ661A前轴41.401162413.46后轴45.201162419.73宇通 ZK682

8、0G前轴30.00115182.75后轴55.001151838.45解放 SP9134B前轴24.80111890.44后轴72.601118946.94湘江HQP40前轴23.1011780.13后轴73.20117820.08刀?46970.82则其设计年限内一个车道上的累计量轴次 ？?:式中？?一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，沥青材料为t=15年;?1 设计端竣工后一年双向日平均当量轴次；? =99(1 + ?)-?叱？1? n?设计年限内的交通量平均增长率，由材料知丫=0.065车道系数，由材料知=0.5则:?=(1+?)?- 1?365?1(1 + 00

9、65)15- 1?3650065? 46970.82? 0.5 =8、宀2.07? 10 次利用公路路面设计程序系统可对上述计算的一个车道上的累计量轴次？?进行验算，实际计算和软件计算一致，检验通过。（2）以半刚性材料层的层底拉应力为指标的轴载换算方法为：各级轴载（包括车轮的前、后轴）？?的作用次数？?应按下式换算成标准轴载作用次数。? 8?=刀?1?2?（审）?= 1 式中：？?一以弯拉应力为指标的标准轴载的当量轴次（次 /日）;?被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）;P 标准轴载（kN）；Pi 各种被换算车型的轴载（kN）；?1 轴数系数；?2轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，

10、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此时轴数为m= 1;当轴间距离小于3m时，按双轴或多轴进行计算，轴数系数为：?1 = 1 + 2 ? (m - 1)根据上述公式，可得轴载换算结果:表 2-3 :轴载换算结果车型P (kN )C1C2m (次/日)?1?2?(厉奔驰LPK709前轴22.00113540.00后轴44.00113540.50五十铃前轴23.50115380.01NPR595G后轴44.00115380.76切贝尔D350前轴24.00114330.00后轴48.00114331.22太脱拉138S前轴45.40113900.70.8)后轴2X 90.0

11、031390128933.54长征CZ361前轴47.60116931.83后轴2X 90.7031693243754.56延安SX161前轴54.64115084.04后轴2X 91.2531508187537.41会客HK6670前轴19.00113080.00后轴39.00113080.16贵州GZ661A前轴41.40116240.54后轴45.20116241.09宇通 ZK6820G前轴30.00115180.03后轴55.00115184.34解放 SP9134B前轴24.80111890.00后轴72.601118914.59湘江HQP40前轴23.1011780.00后轴73

12、.2011786.43刀?560261.74则其设计年限内一个车道上的累计量轴次 ？?为:(1+?)?- 1?365 小小(1+0.065)15- 1?36510、宀?=一 厉 一 ?1 ? n =0 065 ? 560261.74? 0.5= 2.47? 10 次利用公路路面设计程序系统可对上述计算的一个车道上的累计量轴次？?进行验算,实际计算和软件计算一致，检验通过。综上可分别得出如下表所示的2种轴载换算次数，如下表所示：表2-4轴载换算次数相应指标累计当量轴次(次)弯沉值与应力2.07? 108半刚性基层2.47?10102.2沥青路面结构根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-200

13、6)并考虑公路沿途有砂石、碎石、石 灰、粉煤灰供应，基层采用水泥稳定碎石（厚度待定），底层采用二灰土（ 300mm ）,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（ 40mm），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（ 60mm），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（ 100mm ）。2.3各层材料的抗压模量和劈裂强度土基回弹模量的确定可根据查表法查得。各结构层材料的抗压模量及劈裂强度已参照规 范给出的推荐值确定。表2-5 :结构组合参数层次材料名厚度(cm)抗压回弹模量强度劈裂（Mpa15 C模量20 C模量细粒式沥青混凝土4200014001.4屮粒式沥冃混凝土6180012001

14、.0粗粒式沥青混凝土10140010000.8水泥稳定碎石待定150015000.6水泥粉煤灰碎石35150015000.4十基30302.4设计指标的确定（1）设计弯沉值ld公路为一级公路，则公路等级系数？?取1.0 ;面层是沥青混凝土，则面层类型的系 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？?取1.0。? = 600?y2?式中：？?一设计弯沉值?设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数?公路等级系数，一级公路为1.0?面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0?基层类型系数，半刚性基层为1.0，柔性基层沥青路面为1.6，若基层由半刚性基层与柔性基层组合而成，通过线性内

15、插确定。8-02所 以? = 600?夕2? = 600?( 2.07 ?10 )? 1.0 ? 10 ? 1.0 =13.03?(2)各层材料按容许层底拉应力？?，按下列公式计算:? =-?式中：？?一路面结构材料的极限抗拉强度(Mpa ；?路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限？?次加载的疲弯拉应力(Mpa ；?抗拉强度结构系数。对沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数:=6.07=2878 0.22 小小0.09?0?2(2.07?108)? = = 0 09 ?1.0对无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数：8 0.11 “0.35?0-?1(2.07?108)? = - = 35

16、 ?1.0对无机结合料稳定细土类的抗拉强度结构系数：“0.45?1=3.698 0.11(2.07?10 )材料名称? ( Mpa?( Mpa细粒沥青混凝土1.46.070.23中粒沥青混凝土1.06.070.16粗粒沥青混凝土0.86.070.13水泥稳定碎石0.62.870.17水泥粉煤灰碎石0.43.690.111.0表2-6 :结构层容许弯拉应力2.5路面结构层厚度的计算(1)理论弯沉系数的确定？?2?= 1000青？? =?1 _ ?1 2000? = ?(?2,?,?- 1?2 ?3? ; ?7 ,?2 | 2式中：当量圆半径；F弯沉综合修正系数，F?0.38 ?1-63(2000

17、?)(嶋)036人0.380.36令? = ?, J则 F=1.63*13.07/(2000*10.65)( 30/0.70)=0.38?1? = 2000?；?=13.07 X 1400/(2000 X 10.65 X 0.70 X 0.38)=3.23(2)确定设计层厚度采用三层体系表面弯沉系数，由诺谟图算设计层厚度h/ S =4/10.65=0.376 E2/E1=1200/1400=0.857;由三层体系弯沉系数诺谟图查得：=6.22。h/ S =4/10.65=0.376 E/ E2=30/1200=0.025 ;由三层体系弯沉系数诺谟图查得 K1=1.460。又因为？?2 =?=

18、3.01/( 6.22? 1460) = 0.33 ,諾=0.025 , y = 0.376，由上查图 5 (诺谟图)得：H/ S =7.8 , H= 10.65 X 7.8=83。1.UIJ!hl4出图2-1 :相关诺莫图由 H h2hk2.4 Ek 可知：k 3卞2H= 6+ 1O2y?12oo+ h42V1500?1200+ 352500?1200 = 52.75+ 1.1h4因为 H=83cn,可知 h4=27.5cm，故取 h4=28cm如图所示：h2=6cmE2=1600MPaha=10cmE3=1200MPaZ H= ? cmE 2=1800MPah4=28cmE4=3600MP

19、ahs=35cmE5=2400MPaE 0=30 MPaE0=30MPa图 2-2 :各层层厚与回弹模量hi=4cm E i=2OOOMPah=4cm Ei=2OOOMpa2.6沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算（1）沥青混凝土面层层底拉应力验算（模量采用15 C时的抗压回弹模量）h1 =4cmE1=2000MPah2=6cmE2=1800MPaha=10cmE3=1200MPah4=28cmE4=3600MPahs=35cmE5=2400MPaE 0=30 MPa图 2-3 :hiEk=刀hk岸 k=1日ih=22.5cmEi=14OOMpaH=50.3cm E2=1OOOMP

20、aO=3OMPa各层层厚与回弹模量2OOO 18OO 12OO=4 12oo+ 612oo+ 1O1200= 22.5H=刀 hk0vEEL = 28 36OO+353400 = 5O.3E +136003600k=i + 122.5=2-11，E23600Ei12000，故？?？ ? = 0.28?,所查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图，知 以满足要求。h=hk J-El =40.99cm , hn 1K i 1=35cm（2）水泥稳定碎石层层底拉应力验算h1 =4cmE 1=2000MPah=40.99 cm E1=3600Mpah2=6cmE 2=1800MPaha=10cmE 3=

21、1200MPaH=35cm E2=2400MPah4=28cmE 4=3600MPahs=35cmE 5=2400MPaE0=30 MPaE0=30MPa图 2-4 :各层层厚与回弹模量h1 =4cmE1=2000MPah2=6cmE2=1800MPaha=10cmE3=1200MPah4=28cmE4=3600MPahs=35cmE5=2400MPa（3）水泥粉煤灰碎石层层底拉应力验算由 H/ =35/10.65=3.286385,E0 / E2=30/2400=0.0125,查表得 =0.05MpaH/ =3.286385, E 21=2400/3600=0.67,查表得 m=2.1H/

22、=3.286385, h/ =40.99/10.65=3.8488,查表得 n 2=0.62故半刚性基层 底面最大拉应力，由公式m=P门化 得 m=0.7x 0.05 x 2.1 x0.62=0.046Mpa R=0.19MpR满足要求。h=44.0j=3600MpaIH=35cm E2=2400MPaE 0 =30 MPao=3OMPa图2-5 :各层层厚与回弹模量hhE1E4h2百h4 =44.09cmE3E4H353.29，E。3010.65E22400H353.29，E2240010.65E13600H353.29，E2240010.65E136000.67，可知由由由0.0125，可

23、知 0.16 ;h0.67 ,-n仁 1.1444.09=4.13，可知 n2=0.5610.65故半刚性基层底面的最大拉应力，由公式：n=P nm2=0.7 x 0.16 x 0.54 x 1.14=0.069vVD温度梯度?( C /?)83-8890-9586-9293-98表3-5水泥混凝土膨胀系数经验参考值粗集料类型石英岩砂岩页岩花岗岩玄武岩石灰岩水泥混凝土线膨胀系数（10-6/C）1212111097计算得到最大温度应力：?7?10-6? 29000 ? 025 ?88? 0.42?,? = = = 0.93?2则可以确定温度疲劳应力系数？?,计算公式如下： ? ? ? = ? (

24、) - ? ? ! -? ? ?可得？?？= ?(?)? ? 450 93 1 323-?=阪0.828(芮)-0.041 = 0.3式中：？?、？?、?回归系数,按所在地区的公路自然区划查表4-6?混凝土弯拉强度设计值,可查表 4-7 ! 表3-6:回归系数a，b和c系数公路自然区nIVVVD?0.8280.8550.8410.8710.8370.834?1.3231.3551.3231.2871.3821.270?0.0410.0410.0580.0710.0380.052表3-7:混凝土弯拉强度标准值交通等级极重、特重、重中等轻轻水泥混凝土的弯拉强度标准值（?）=5.04.54.04.0

25、温度疲劳应力系数求得后，可运用温度疲劳应力计算公式:?=:?.?计算得？? ? = ?,?= 0.3 ? 0.93 = 0.279 ?最后，进行设计状态的验证。一级公路的目标可靠度为90%则查表4-8可得可靠度系数? = 1.25表3-8:可靠度系数？?变异水平等级目标可靠度(%95908580低1.20-1.331.09-1.161.04-1.08中1.33-1.501.16-1.231.08-1.131.04-1.07高1.23-1.331.13-1.181.07-1.11所验极限状态如下:?(?+ ?) = 1.23?(1.93+ 0.279) = 2.71? ? = 45? ?(?,?

26、 + ?,?) = 1.23 ? (2.22 + 0.93) = 3.87? ? = 4.5?足要求。尽管上述已满足要求，但疲劳极限状态的综合疲劳应力为 2.71 ?,与材料的弯 拉强度标准值相差较大，所以结构厚度需要进一步进行优化。将面层厚度减小为230mm, 通过上述各公式，再计算：?(? + ?) = 1.23? (2.90 + 0.56) = 4.26? ? = 45?(?,? + ?,?) = 1.23?(2.15+ 1.25) = 4.2? ? = 4.5?， 满足要求。通过此次的计算可知计算值和材料弯拉强度相差很小，满足要求。利用公路路面设计程 序系统可对上述计算的各结构层再进行

27、相应的验算。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(JTG D40-2011)知，路面防冻厚度为 0.50m, 而设计路面总厚度为0.60m,由于0.500.6，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，这段路为极 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：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。 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