路基路面工程课程设计

1、南华大学城市建设学院路基路面课程设计第二章 路面设计32.1. 道路横断面设计以及结构设计32.1.1. 初拟路面结构32.2. 确定路面结构层设计参数52.2.1. 结构层强度的确定52.2.2. 荷载疲劳应力计算62.2.3. 温度疲劳应力62.3. 接缝和配筋设计82.3.1. 纵缝的设计82.3.2. 横缝和胀缝的设计92.3.3. 边缘钢筋设计92.4. 各结构层的材料组成设计102.4.1. 基本要求102.4.2. 稳定土及砂粒垫层的设计102.4.3. 路面混凝土配合比设计102.5. 路面钢筋用量计算122.6. 水泥混凝土施工及质量控制12第二章 路面设计本路面采用就地摊铺

2、的素混泥土面层的水泥混凝土路面，设计依据为弹性地基板理论和有限元分析方法。设计过程为道路横断面设计，路面结构组合设计，接缝设计，结构层材料组成设计，以及混泥土路面建筑设计等。交通分析结果见第一章第一节。2.1. 道路横断面设计以及结构设计2.1.1. 初拟路面结构由所在地的自然区划（）和基床顶面距地下水位的平均高度为1.8m+2.7m=4.5m参照下表距地下水位路基临界高度参考值 表2.1.1-1公路自然区划砂性土粘性土粉性土H1H2H3H1H2H3H1H2H322.7-3.92.0-2.23.4-3.82.6-3.01.9-2.2得出路基为干燥路基。参考下表路基干湿状态的稠度分界表2.1.1

3、-2干湿类型各干湿状态的稠度临界值特征干燥土质砂 1.20粘质土 1.10粉质土 1.05土基干燥稳定，路面不受地下水货地表水的影响，路床顶面距地下水位或地表水位的高度大于路基临界高度本路段的土为粉质亚粘土，设计时按粘土计算既 1.10，稠度值取1.2。参照下表各自然区划不同土类的土基回弹模量参考值表2.1.1.-3区划稠度土组0.800.901.01.051.101.151.202粘质土粉质土19.018.522.022.525.027.026.529.028.031.529.533.531.0根据上表可以确定土基的回弹模量值。由交通分析结果得知该路面的交通情况属重交通，交通量大于100&#

4、215;10次为190×10.并考虑当地的材料供应条件。参照表2.1.1-4以及规范的最小防冻路面设计要求冻深在150-200cm时中湿路段粘性土的建议值为50-70cm。考虑到路面的防冻要求，初选路面结构由20cm天然沙粒、20cm水泥稳定沙粒基层和24cm水泥混凝土面层组成。普通混凝土路面结构标准断面（cm） 表2.1.1-4土基回弹模量E粒料垫层（）面26基20垫20H=66面24基15垫20H=59面22基15垫20H=57稳定土垫层（）面26基20垫15H=61面24基20垫20H=64面22基15垫15H=52基层顶面当量回弹模量Et的最低要求 表2.1.1-5交通等级特

5、重重中等轻设计车道标准轴载（100KN）日作用次数>1500201-15005-200<51201008060经核实以上初拟路面结构满足规范要求。面层板横缝采用传力杆企口缩缝，间距为5cm，纵缝为设拉力杆的平缝，板宽3.75m、板长5m。接缝的设计详见后面相关设计。道路的横断设计图以及路面的机构组成图如下图所示：确定路面结构层设计参数2.1.2. 结构层强度的确定水泥混凝土的设计弯拉强度选用5Mpa。混凝土的配合比设计强度按5×1.15=5.75Mpa确定。混凝土设计弯拉强度和弹性模量 表2-1交通等级特重重中等轻设计弯拉强度5.05.04.54.0普通混泥土弹性模量30

6、302827碾压混凝土弹性模量35-3333-3131-29由第一章计算的交通量以及上表可以确定混凝土的弹性模量值为。天然砂粒垫层的回弹模量取150MPa,水泥稳定土（水泥用量5.5%）的回弹模量选用1500MPa。利用教材212页计算Et的诺莫图由和h1=20cm，可查得。则垫层顶面的当量回弹模量为。再利用诺莫图，由和h2=20cm，可查得，则基层顶面的当量模量为。按下列公式计算模量修正系数： （公式2-1）计算的n=1.13。由此计算荷载应力时，基层顶面的计算回弹模量值。2.1.3. 荷载疲劳应力计算由和h=24cm查教材201页图9-10可以得到标准轴载作用下板边缘中部的最大荷载应力值为

7、。按照规范规定选取应力折减系数。交通分级和综合影响系数参照下表选取：交通分级和综合影响系数 表2-2交通等级特重重中等轻设计使用年限30302020使用初期设计车道标准轴载次数>15001500-201200-65综合影响系数1.451.351.201.05由交通分析属于重型交通取=1.35。由使用期内标准轴载累计作用次数N，应用以下公式计算荷载疲劳应力系数： （公式2-2）计算得=2.11 （公式2-3）将相关计算数据代入以上公式得2.1.4. 温度疲劳应力辽河平原属于区，参照下表：公路自然区划路面最大温度梯度推荐值表2-3自然区划、0.83-0.880.90-0.950.86-0.9

8、20.93-0.98选取梯度值为，由公式 （公式2-4）计算得板的顶底面最大温差为20.4混泥土路面结构的相对刚度半径为： （公式2-5）将地基的当量模量=216.6MPa代入计算式得（cm）则，由以下计算公式得纵边中点的温度应力系数： （公式2-6）计算得由公式则板边缘中点在最大温度梯度时的温度应力（）： （公式2-7）计算2.448（MPa）由查下表;各自然区划的温度疲劳应力系数kt值 表2.-40.200.3500.3580.2870.2730.3380.3540.250.4270.4390.3780.3740.4150.4360.300.4850.5020.4470.4490.4760

9、.4970.350.5330.5540.5020.5080.5270.5460.400.5740.5980.5480.5560.5700.5870.450.6090.6370.5880.5980.6080.6210.500.6410.6720.6220.6340.6430.6520.550.6690.7030.6540.6650.67140.6790.600.6950.7320.6820.6940.7040.7030.650.7190.7580.7080.7200.7310.7260.700.7410.7830.7320.7440.7560.746由表中值线性内插求的由公式： （公式2-8）计

10、算得检验初拟板的尺寸<1.13=5.75因而，所选路面结构可以承受荷载应力和温度应力的综合疲劳作用，由于路基属于干燥路基类型，故可以不验算防冻厚度。2.2. 接缝和配筋设计混凝土路面板由于湿度和温度、以及硬化时的收缩等原因，会产生胀缩合翘曲。本设计用的接缝形式为面层板横缝采用传力杆企口缩缝，间距为5cm，纵缝为设拉力杆的平缝。胀缝采用规范标定的标准缝设计。2.2.1. 纵缝的设计1.拉杆的根数和布置当一次铺筑宽度小于路面宽度时，应沿着施工纵向分仓边缘设置施工缝。本设计才用纵向施工平缝。每延米纵缝所需拉杆钢筋的面积按下式计算： （公式2-9）摩擦系数f=1.35，拉杆采用螺纹钢筋，B=3.

11、75m，h=0.24，混凝土容重。代入计算得=0.01825。计算得直径为14mm的螺纹钢筋截面积为0.000154，既每一块板应设置119根拉杆，拉杆间距为42cm。2.拉杆的长度拉杆的长度由下式确定： （公式2-10）钢筋混凝土的容许应力，计算 67.2cm。拉杆的尺寸及间距可参照下表：拉杆尺寸及间距 表2-5板厚h（cm）直径ds（mm）最小长度（cm）下列板宽B（m）时的最大间距（cm）3.003.253.754.52012609080706021-2514709080706026-30168090807060参照上表及计算可以拟定拉杆的详细构造，拉杆间距取42cm，拉杆长度取76cm

12、。纵缝拉杆的详细构造图如下：2.2.2. 横缝和胀缝的设计横缝设计过程参照纵缝的设计，其详细过程不一一阐述。横缝一般采用等间距并垂直于纵缝，传力杆设置于路中线平行。详细构造图如下：2.2.3. 边缘钢筋设计沿混凝土板纵横向自由边配两根直径为16mm的螺纹钢筋，布置在板的下部，两端向上弯起，如下图所示2.3. 各结构层的材料组成设计2.3.1. 基本要求水泥混凝土混合料根据公路交通量及公路的使用任务、性质，并结合气候、水文、土质、材料、实践经验以及施工和养护条件等，通过技术经济比较。获得符合使用要求与环境条件相适应的路面。混凝土混合料由水泥、粗集料、细集料、水与外加剂等原材料组成。各种材料的基本

13、技术要求应满足相应的技术规范。基本性能包括抗折强度、抗折疲劳强度、抗压强度、变形性能和耐久性等性能也应满足要求。2.3.2. 稳定土及砂粒垫层的设计稳定土结构层材料设计国内采用无侧限抗压强度为指标的实验设计方法，本设计（为课程设计，故无实验条件）稳定土的水泥用量参照规范及经验配合比采用5.5%的水泥用量。粒料级配参照规范要求进行设计。砂粒垫层的粒料级配参照相关规范。2.3.3. 路面混凝土配合比设计设配置52.5级普通水泥碎石混凝土1.配置抗折强度设配置滑模摊铺的水泥混凝土，高速公路水泥混凝土路面设计抗折强度5MPa，强度施工保证系数K=1.15。则配置抗折强度由下式确定：则有，2.计算水灰比

14、W/C实测28d抗折强度平均值取8.40MPa。参照下列两个经验公式计算：带入数据则有，W/C=0.3642 或 W/C=0.544上述两个公式计算的水灰比，一个偏小，一个偏大，取两个公式的计算结果的平均值W/C=0.454较合适。3.计算单位用水量W0 取细度模数为2.6，参考表2.20得Sp=32%；砂的细度模数与最优砂率关系表2-6砂细度模数2.22.52.52.82.83.13.13.43.43.7砂率（%）碎石30343236343836403842砾石28323034323634383640塌落度h=5cm，由下列经验公式可计算：代入数据得，Sp=162.15kg/m3>16

15、0kg/m3用水量过大，需使用减水剂。4.外加剂用量使用外加剂，应采用引气缓凝减水剂用量1.5，最优减水率7% 。减水量计算如下：7%×162.15=11.35kg/m3，162.12-11.35=120.8kg/m3，符合砾石混凝土最大控制单位用水量155kg/m3的要求。外加剂用量Y0=359×0.0015=0.5385 kg/m3。5.计算单位水泥用量C0C0=W0（C/W）=150.8×2.2026=332.15 kg/m3考虑到施工的波动，增加水泥用量C=7.85 。取C0=340 kg/m3，水灰比为150.8/340=0.044 。对比耐久性的要求，

16、高速公路水泥混凝土路面的水灰比不大于0.44，基本符合要求，单位用水量不小于300 kg/m3，满足耐久性要求。6.计算砂石材料用量使用假定密度法计算，假定砾石混凝土密度2450 kg/m3。由细度模数FM=2.625查表2.20，的砂率Sp=32%。由下式可计算：代入上式得，（8）计算结果汇总上述计算结果见表。 施工配合比表2-7材料名称水水泥砂碎石外加剂（kg/m3）15134062713320.52比例0.44611.213.251.52.4. 路面钢筋用量计算由2.5接缝设计可归纳得路面用拉杆及传力杆所用钢筋的直径、长度和间距等参数，汇总得下表 路面用钢筋参数（mm）表2-8接缝纵缝横

17、缝直径1414长度L760760间距S4242路面混凝土板长度为5m，宽度依据行车道宽度及硬路肩宽度分别为3.75m和3.25m。依据路线长度和混凝土面板的平面尺寸，计算可得纵每块板横缝和横缝所分别消耗的钢筋数量。横向钢筋根数为35000/42=833根纵向钢筋根数为5*119=595根查阅相关资料可得钢筋单位质量如表2.23所示。钢筋单位质量表表2-9接缝纵缝横缝种类螺纹钢筋螺纹钢筋直径(m)0.00140.0014单根面积(m2)0.0001540.000154单位质量(kg/m)1.211.21则可计算得到所用钢筋的质量：算得每个横断面5m板所用钢筋重量为（833+595）*0.76*1

18、.21=1313.5kg2.5. 水泥混凝土施工及质量控制本设计水泥混凝土路面施工采用滑模施工技术。主要参考公路水泥混凝土路面滑模施工技术规范。本设计采用螺旋布料器布料、多根振动棒振动密实、振捣器上下振捣压入粗骨料、成型模板挤压成型和抹光等工序，确保水泥混凝土路面密度，特别是路面的平整度有了明显的提高，能满足高速公路的高标准质量要求。施工要求：1.施工前的准备：根据质量要求验收基层标高与平整度，避免因基层的标高或平整度的不良而影响水泥混凝土面层。在合格的基层顶面用经纬仪和水准仪测量出道路中心线和标高，然后，放出摊铺机一侧的基准线，放线时每5m（弯道段）或10m（直线段）测设一个点，确保标高准确

19、，线形平顺。摊铺机履带行走部位的地基，应稍整平并有能承载履带接地压力的承载力。2.混凝土制备拌制符合质量标准且质量稳定的拌和料，其坍落度宜为3050mm，砂率直为40。加强搅拌站材料的计划性，原材料必须有足够的贮存量，满足每天的摊铺量。在满足摊铺量的同时，必须按运输到现场的时间和车辆吨位大小等情况，配备运输车辆，确保摊铺机持续均匀地进行摊铺。3.全自动铺筑摊铺机定位后，安装自动找平传感装置并检查其完好性及操作灵活性，它将直接影响到铺筑路面的质量。根据施工情况，调整摊铺速度以及振动棒位置与振动频率。4.整修摊铺机自动铺筑路面成型后，为了使路面两侧的边角达到要求的平整度，可备有3m轻型直尺进行整修。每天摊铺机在开始和结束铺筑时，两端都采用人工立模板和铺筑。两端平整度必须与机械摊铺整个面层保持一致，上述两端处的人工修边必须认真精修。5