课程方案路基路面工程

1、页眉内容路基路面工程课程设计驻马店市（W 2）某一级公路桩号 K23+152-K23+178系 院：建筑工程学院学生姓名：姚增峰学号：05专业：土木工程年级：09级完成日期：指导教师：王明路基路面工程课程设计任务书一、驻马店市（IV 2）某一级公路在桩号K23+152K23+178段。设计 资料：1、路基：填土为密实粘性土，容许承载力（r=250KPa, f=0.40。2、墙后填料：粘土， 0=23, 丫 =17.64 KN/m, C=18.72KPa3、挡土墙墙身材料：5号砂浆砌片石，丫 a=22.3KN/m, 5 = 0/2,6 =2450 KMpa。4、设计荷载：汽车-20级，挂车-10

2、0。5、路基宽度自拟，边坡坡度自拟。6、路梢地面距地下水位1.3m,地面地下水位为0.9m。二路状调查资料：1交通调查在不利季节调查的双向四车道平均日交通量:序号车型总重(KN )后轴重(KN )后轴数辆/日1解放CA-10 B80.2560.019002黄河JN-150150.60101.613603日野KB-211147.5510011234太脱拉138211.4016021745东风EQ-14090.069.3110306黄河JN362190.012711217跃进23048.533.311350预计未来使用期内，交通量年平均增长率为4-6% ,2材料调查沿线可采集各种砂、石料；附近有矿

3、渣、炉渣可利用；水泥、石 灰、沥青等材料当地可供应。三要求1所有参加课程设计的同学共分六组，每组排列序号；以上交通 量是第6号同学的基准交通量。其他同学，序号每增加或者减收 1, 相应的每种交通量增加或者减少值为 5。2交通年增长率自己拟定。3每个学生设计3个路面结构方案比选，选出各项指标最优者。(1)构层结类型厚度(cm)20抗压模量(Mp315抗压(Mp3劈裂强度(Mpa备注中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土沥青碎石二灰稳定碎石石灰土 (812%路基E0构层结类型厚度(cm)20抗压模量(Mp315抗压(Mp3劈裂强度(Mpa备注中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土沥青碎石二灰稳定碎石水泥土路基

4、E0(3)构层结类型厚度(cm)20抗压模量(Mp315抗压(Mp3劈裂强度(Mpa备注细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土水泥稳定砂粒石灰土 (812%级配碎砾石路基E0(4)构层结类型厚度(cm)20抗压模量(Mp315抗压(Mp3劈裂强度(Mpa备注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水泥土路基E0(5)构层结类型厚度(cm)20抗压模量(Mp315抗压(Mp3劈裂强度(Mpa备注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二灰土路基E0(6)构层结类型厚度(cm)20抗压模量(Mp315抗压(Mp3劈裂强度(Mpa备注细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土

5、粗粒式沥青混凝土石灰水泥稳定碎石石灰土 （812%路基E0以上路面类型所涉及的各个参数，每个人自己拟定，第一组选 （1）,第二组选（2）,以下类推。沥青混凝土 c=0.20.3Mpa,内摩擦 角为2035。四设计内容及步骤：（一）沥青混凝土路面1交通量计算；2设计弯沉值；3确定路面结构组合，选择计算层， 确定已知各个结构层适宜厚度；4确定土基回弹模量;5确定路面格结 构层的抗压强度、劈裂强度；6根据弯沉值，计算未知结构层厚度；7 根据确定的各个结构层，进行结构层的换算；8进行各个结构层的弯 拉应力计算与验算；9进行结构层的剪应力验算；10各项设计参数都 验算合格，进行设计参数汇总，确定设计方案

6、。（二）水泥混凝土路面1确定路面结构组合；2混凝土面板厚度设计（交通量分析计算；7页脚内容页眉内容路面结构材料模量确定；荷载疲劳应力计算；温度疲劳应力计算；面板厚度确定) ； 3 面板尺寸和接缝的设计； 4 路肩设计； 5 普通混凝土路面配筋设计； 6 各项设计参数都验算合格，进行设计参数汇总，确定设计方案。(三)图纸1用CAD画出沥青混凝土路面结构、水泥混凝土路面结构以及二者衔接处的结构图，要求比例合适，尺寸标注正确五 要求1 设计必须按时按要求完成；2 每位同学独立完成，不得抄袭雷同；3 遵守纪律，准时参加辅导课；六 推荐参考资料1 路基路面工程教材；2 公路路基设计规范 ( JTG D3

7、0-2004 )人民交通出版社，2004. 北京3 公路沥青路面设计规范 JTJ 014-97), 人民交通出版社，1997. 北京4 公路路基设计手册 ，人民交通出版社， 1996. 北京5 公路水泥混凝土路面设计规范 ( JTJ D40-2003 )人民交通出版社 2003. 北京。6 公路设计手册- 路面人民交通出版社， 1999. 北京。1基本设计资料在不利季节调查的双向四车道平均日交通量:序号车型总重(KN )后轴重(KN )后轴数辆/日1解放CA-10 B80.2560.019002黄河JN-150150.60101.613603日野KB-211147.5510011234太脱拉1

8、38211.4016021745东风EQ-14090.069.3110306黄河JN362190.012711217跃进23048.533.311350该路段为一级公路，沥青混凝土路面设计年限15年，水泥混凝土路面设计基准期为30年，交通量年平均增长 5%车道系数 刀=0.45,该路段处于中国公路自然区划IV2区，路面宽度设计为 B=18m行车道为四车道2X 7.5m。查表知，此公路处于中湿路段， 路基土为粉质中液限土，潮湿路段Eo=19Mpa中湿路段Eo=29Mpa 干燥路段Eo=30Mpa沿线有砂石，且有碎石、石灰、粉煤灰供应。2沥青混凝土路面设计2.1 轴载分析我国沥青路面设计以双轮组单

9、轴载100kN为标准轴载，表示为BZZ-100。（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，凡前、后轴轴载大于25kN的各级轴载P的作用次数n均换算成标准轴 载P的当量作用次数N。式中：N -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；j 一被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）；P一标准轴载（kN ）;Pi 各种被换算车型的轴载（kN）;C 2-轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轴组为0.38;C1 一轴数系数。当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当间距离小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：Ci=l+l.2（m-1）,m 一轴数。K

10、 一被换算车辆的类型数。轴载换算结果车型P ( kN )6 （次/日）解放CA10B刖轴20.2516.4895一后轴601189597.0黄河JN150刖轴49.016.4355102.0后轴101.611355380.4日野KB-211刖轴47.5516.411829.8后轴10011118118.0太脱拉138刖轴51.416.416959.8后轴1602.211692872.3东风EQ-140刖轴20.716.41025后轴69.3111025207.9黄河JN362刖轴63.016.411699.5后轴12711116328.1跃进230刖轴15.216.41345后轴33.3111

11、34511.3EN4306.1则其设计年限内一个车道上的累计量轴次此：=次（2）验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次时，凡轴载大于50KN的各级轴载P的作用次数Q均按下式换算成标准轴载P的当 量作用次数N。式中：N-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；ni-被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）；P 一标准轴载（kN ）;P 各种被换算车型的轴载（kN ）；C；一轴数系数；C2一轮组系数，双轮组为1.0,单轮组为18.5,四轮组为0.09;轴载换算结果车型Pi (kN)% （次/日）解放CA10B刖轴20.25118.5895一后轴60.01189515.0黄河JN1

12、50刖轴49.0118.5355一后轴101.611355403.1日野KB-211刖轴47.55118.5118一后轴10011118118太拖拉138刖轴51.4118.516915.2后轴1603116921775.5东风EQ-140刖轴20.7118.51025一后轴69.311102554.5黄河JN362刖轴63.0118.511653.3后轴12.711116-EN22434.6则其设计年限内一个车道上的累计量轴次Ne为:=次2.2 结构组合与材料选取根据公路沥青路面设计规范，并考虑公路沿途有砂石、碎石、 石灰、粉煤灰供应，路面结构层采用沥青混凝土（190mm）,基层采用水泥稳定

13、碎石（300mm）,底层采用二灰土（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（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（ 90mm）。2.3 各层材料的抗压模量和劈裂强度该路属于叼区，路基填土为密实粘性土，路梢底距地下水位高度 为1.3m,由表1-6路基临界高度参考值，知此高度介于 H/L6 - L7m和之间，属于中湿路基；由表1-4路基干湿 类型和表1-5各自然区划土基干湿分界稠度知，路基平均稠度介于 叫式。94)和h(L(B)之间，取3 =1.0,查表12-8二级自然区划各土 组土基回弹模量参考值知，=27

14、.0MPa.查表12-12沥青混合料设计参数参考值和表12-13基层材料设计参数 得，按设计弯沉计算厚度时采用20c抗压模量，验算面层弯拉应力时采用15c抗压模量为计算值。各结构层材料的抗压模量及劈裂强 度值如下图所示：结构组合参数次材料名(cm)抗压回弹模品15 C模品20 C模量劈裂强度(Mp3细粒式沥青混凝土4200014001.4中粒式沥青混凝土6180012001.0粗粒式沥青混凝土9140010000.8水泥稳定碎石30150015000.5二灰土待定7507500.25土基一3030一2.4 设计指标的确定（1）设计弯沉值ld公路为一级，则公路等级系数 Ac取1.0;面层是沥青混

15、凝土，则 面层类型的系数As取1.0;路面结构为半刚性基层沥青路面，则路面 结构类型系数入取1.0。式中：ld一设计弯沉值Ne一设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数Ac-公路等级系数，一级公路为1.0As-面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0Ab-基层类型系数，半刚性基层为1.0所以 Id =600 Ne2 AcAsAb =600 （1.526 曲。2 1.0 1.0 1.0 = 21.95mm（2）各层材料按容许层底拉应力 入，按下列公式计算：式中：qr一路面结构材料的极限抗拉强度（Mpa；7 一路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限Ne次加载的疲劳弯拉应力（Mp3;ks-抗拉强

16、度结构系数。细粒式密级配沥青混凝土：ks =0.09Aa Ne0.22/ Ac=0.09 x 1.0 x 15262020式二/1.0=3.42j=1.4/3.42=0.409MPa ks中粒式密级配沥青混凝土:ks=0.09Aa Ne0.22/Ac=0.09 x 1.0 x 15262O2Ocr/1.0=3.42=1.0/3.42=0.292MPa ks粗粒式密级配沥青混凝土:ks=0.094Ne.22/Ac=0.09 X 1.1 X 15262020 喀/1.0=3.77二r =Ei=0.8/3.77=0.212MPa ks水泥碎石：ks=0.35 Ne0.11/Ac=0.35 X7951

17、4483W1.0=2.59二r =0.5/2.59=0.193MPaks二灰土：ks=0.45 Ne0.11/Ac=0.45 X795i4483ftll/1.0=3.33三二0.25/3.33=0.075MPa ks设计参数汇总表层次材料名厚度(cm)抗压回弹模品15 C模品20 C模量谷许拉应力(Mp3细粒式沥青混凝土4200014000.409中粒式沥青混凝土6180012000.292粗粒式沥青混凝土9140010000.212水泥稳定碎石30150015000.193二灰土待定7507500.075 土基一30302.4路面结构层厚度的计算各层体系弯沉等效换算公式h=.二 十 式265

18、 + 0立孔标准轴载BZ： 100,轮胎接地压强p=0.7MPa当量圆半径6= 10.65cm, 2P62X0.7X10.65八因为： .- 一 . 一，一 . C.E L 1400 L得到： 1查图得：K = L55 0c =6.2由表面弯沉系数：口 . = ,得电=0.221 2P 6KKz查图得：当电=0.22时H 47265+0,822%-=9.4510位得：.： 一 - - -；所以取石灰层的厚度为65cmi2.5验算各层层底拉应力1）计算方法：、对多层路面体系进行等效换算求第i层的层底拉应力，则：上层：Hi=hk4?n1 e下层：H2八hk0.9 k Ei、计算由公式：仃=pcrm

19、m2或仃=poR式中：p 一轮胎接地压强p仃、曰、m2、 n1、 n2 Eihi-Eih, EiH（ El*|tl一；：EmIhEa boEo多层体系等效换算图示求各层层底拉应力0.7MPq由查“三层连续体系上（中）层底面拉应力系数图”得到;2）计算、多层路面体系进行等效换算层位i多层体系等效二层体系每一层底弯拉应力每二层底弯拉应力每三层底弯拉应力每四层底弯拉应力每五层底弯拉应力MPacmMPacmMPacmMPacmMPacmMPacm11400414004120010.16100019.63150047.74150047.74212006120090.353100091000103.294

20、150030150060.0957506575065750656303030303030、计算各层层底的弯拉应力第一层底部弯拉应力：查图得：0 0 , m2 A0所以：第一层底部弯拉应力 o=pomim20 （符合）第二层底部弯拉应力：查图得：0 0, m2 A0所以：第二层底部弯拉应力 仃=p1mlm2 0（符合）第三层底部弯拉应力：查图得：0 0, m2 A0所以：第三层底部弯拉应力 仃=p1mlm2 M0（符合）第四层底部弯拉应力:查表得:0 = 0.085=146吗产0.42仃=p0rmim2=0.7 * 0.085 x 1.46 x 0.42=0.036MPa0.193MPa符合)第

21、四层底部弯拉应力：查表得:一二 0.028 1=1.06 启=0.34仃=porRni2 =0.7 * 0.028 X 1.06 x 0.34=0.007MPa0.075MPa符合）所以：上述设计结果满足设计要求。3、水泥硅路面设计3.1、交通量分析1）计算方法：水泥硅路面结构设计以100kN单轴双轮组荷载为标准轴载。凡前、后 轴载大于40KN （单轴）的轴数均应换算成标准轴数，不同轴一轮型 和轴载的作用次数，按下式换算为标准轴载的作用次数。式中：Ns100kN的单轴一双轮组标准轴载的通行次数；Pi 各类轴一轮型；及轴载的总重（kN）； n轴型和轴载的通行次数；Ni 各类轴一轮型i级轴载的通行

22、次数；自轴一轮型系数。 单轴一双轮组：。=1.0,单轴一单轮 组： 露=2.22, 103.943 ,双轴一双轮组：露=1.07父10浮产22 , 三轴一双轮组： 2.24 10P2轴载换算结果车型P (kN)Ni （次 /日）解放CA10B刖轴20.25-895一后轴6018950.252黄河JN150刖轴49.0416.463551.633后轴101.61355457.644日野KB-211刖轴47.55421.871180.340后轴1001118118太拖拉138刖轴51.4407.981691.637后轴1600.35 X10-51691.091东风EQ-140刖轴20.7-1025

23、后轴69.3110252.900黄河JN362刖轴63.0373.8011626.702后轴12711165312.73跃进230刖轴15.2-1345后轴33.311345EN5922.9标准轴载累计当量作用次数Ne式中：Ne 标准轴载累计当量作用次数;r设计基准期（年），1级公路为30年；gr 交通量年平均增长率；取为 5% ；刈一一临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，查表14-4,本设计为一级公路，取 =0.2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 0.390.54 0.62行车道宽w 7mNs(1)t -1 365Ne .=9

24、329960 次3.2初拟路面结构因为交通量100X 104 932.996 X 104 2000X 104次,故可知交通属于重交通。由以上可知相应于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250mm基层选用水泥稳定粒料，厚度为220mm垫层为150mm勺低剂量无机结合稳定土。普通混凝土板的平 面尺寸为宽3.75m;长为5m纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的 假缝。3.3确定材料参数1）计算方法：新建公路的基层顶面当量回弹模量值：式中：E。一一路床顶面的回弹模量（MPa）,查表16-26的参考值；Ex 一 基层和底基层

25、或垫层的当量回弹模量（MPa）;匕、E2一一基层和底基层或垫层的回弹模量（MPa,查表16-27的 参考值；hx 一基层和底基层或垫层的当量厚度（力；Dx 一基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度（MNLm）；几、h2一一基层和底基层或垫层的厚度；a 、b一与Ex/E0有关的回归系数。硅板的相对刚度半径（m ;式中：h一硅板白厚度（m）；Ec 一一水泥硅的弯拉弹性模量（MPa,2）计算：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31Gpe路基回弓M模量为30Mpa低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量取600Mpa水泥稳定粒料基层回弹模量取 1300Mpa计算基层顶面当量回弹

26、模量如下:普通硅面层的相对刚度半径:3.4、 荷载疲劳应力1）计算方法标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按下式计算式中：Kr 考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆的平缝：Kr =0.87 0.92,纵缝为不设拉杆的平缝或自由边界： Kr =1.0 ,纵缝为设拉杆的企口缝：Kr =0.760.84；Kc 考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系 数；Kf 考虑设基准期内标准轴载荷载应力累计疲劳作用的疲 劳应力系数，按下式计算：Kf =N；式中：Ne设计基准期内标准轴载累计作用次数； v一与混合料有关的指数，普通硅取0.057;js 标准轴载R在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应

27、力（MPa,按下式计算：Ls=0.077r.6h，式中：r 硅板的相对半径（m）;h 硅板白厚度（m）;2）计算标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数心=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Kf =N；=：q靠犷片：二网6根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏的影响的综合系数K”1.25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荷载疲劳应力计算为Jr = KrKf Kc。ps=0.87 x 2.496 x 1.25 x 1.087=2.951MPa pi i c p

28、s3.5、 温度疲劳应力1）计算方法在临界荷位处的温度疲劳应力按下式计算：式中：一一最大温度梯度时硅板的温度翘曲应力（MPa,按下式计算：式中：c 一一硅的温度线膨月系数，通常可取1M10/oC；Tg 一一最大温度梯度，按表14-3取用；Bx 一综合温度翘曲应力和内应力作用的温度系数，查图 14-13;h 一硅板厚度（R）；Kt 一一考虑温度应力累计疲劳作用于的疲劳系数，按下式计算：式中：a,b,c 回归系数，按所在地区的公路自然区划查表14-10确定；2）计算由表14-3, IV区最大温度梯度取92 （C/m）。板长5m,l/r =5/0.812 =6.16 ,由图 14-13,可查普通硅板

29、厚 h=0.25m, Bx=0.60。最大温度梯度时硅板的温度翘曲应力计算为回归系数a, b和c系数公路自然区丑mIVVVIvna0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270温度疲劳应力系数 K查表可得，自然区划为IV区，式中a =0.841 , b =0.058, c = 1.323,温度疲劳应力为3.6、 板厚度确定水泥硅路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，极限状态方程式如下：r 可靠度系数，依据所选目标可靠度及变异水平等级按表14-12确定；fr 水泥硅弯拉强度标准值（MPa；查表14-7, 一级公路的安全等级为二级，相应于二级安全等级的变异水