河南理工大学路基路面课程设计

1、路基路面课程设计Rode Subgrade and Pavement Course Design作 者 姓 名： 专业、班级 ： 土木本1301班 学 号 ： 指 导 教 师： 设 计 时 间： 2015.1.22 河 南 理 工 大 学Henan Polytechnic University目录路基设计1 1.设计资料：1 2.破裂棱体位置计算1 3.荷载当量土柱高度计算2 4.土压力作用点位置计算3 5.稳定性验算3 6.基地应力和合力偏心矩验算4 7.截面内力计算5 8.设计图纸及工程量5沥青路面设计6 1.基本设计资料6 2.沥青路面设计7 2.1.轴载分析7 2.2结构组合与材料选取

2、8 2.3计算设计弯沉值和容许弯拉应力9 2.4路面结构层厚度确定9 2.5验算防冻厚度10水泥混凝土路面设计11 1 .交通分析11 2 .初拟路面结构12 3 .路面材料参数确定12 4 .荷载疲劳应力12 5. 温度疲劳应力13参考文献14I河南理工大学路基路面工程课程设计说明书路基设计1.设计资料：某新建公路K9+985K10+025路段采用浆砌片石重力式路堤墙，具体设计资料列于下： （1）路线技术标准，山岭重丘区一般二级公路，路基宽12m，路面宽7.5m。（2）车辆荷载，公路I级。（3）挡墙某处横断面布置及挡墙型式如图（4）填料为砂性土，其密度18KN/m3，计算内摩擦角=32，填料

3、与墙背间的摩擦角=。（5）地基为整体性较好的石灰岩，其允许承载力=480Kpa，基底摩擦系数为=0.50。（6）墙身材料采用5号砂浆砌30号片石，砌体=22KN/m3，砌体容许压应力为kPa，容许剪应力为=110Kpa，容许拉应力为=65 kPa。2.破裂棱体位置计算（1）破裂角的计算：假设破裂面交于荷载范围内，则有1（墙背仰斜1:0.25，故）因为,根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部时破裂角的计算公式：（2） 验算破裂面是否交于荷载范围内破裂契体长度：车辆荷载分布宽度：所以，即破裂面交于荷载范围内，符合假设。3.荷载当量土柱高度计算墙高6.5米，按墙高确定附加荷载强度进行计算。按照线性内插法，

4、计算附加荷载强度，土压力计算根据路堤挡土墙破裂面交于荷载内部土压力计算公式14.土压力作用点位置计算:土压力作用点到墙踵的垂直距离土压力对墙趾力臂计算基地倾斜，土压力对墙趾力臂：5.稳定性验算 （1）墙体重量及其作用点位置计算挡墙按单位长度计算，为方便计算从墙趾处沿水平方向把挡土墙分为两部分，上部分为四边形，下部分为三角形： （2）抗滑稳定性验算：（基底1:5，）所以抗滑稳定性满足要求。 （3）抗倾覆稳定性验算所以倾覆稳定性不足，应采取改进措施以增强抗倾覆稳定性。重新拟定b11.2m 倾斜基地，土压力对墙址力臂：3所以倾覆稳定性满足要求。6.基地应力和合力偏心矩验算（1）合力偏心距验算 上式中

5、弯矩为作用与基底形心的弯矩，所以计算时先要计算对形心的力臂：根据前面计算过的对墙趾的力臂，可以计算对形心的力臂：所以基底合力偏心矩满足规范的规定。（1）基地应力验算所以基底应力满足要求。17.截面内力计算 墙面墙背平行，截面最大应力出现在接近基地处，由基地应力验算可知偏心矩及基地应力满足地基承载力，墙身应力也满足，验算内力通过，墙顶顶宽1.2m，墙高6.5m。8.设计图纸及工程量（1）挡土墙的平面、立面与横断面图见附图（2）挡土墙工程数量如下墙高（m）断面尺寸（m）30号浆砌片石() 6.51.086.30.21.21 10.1路肩墙墙体间隔20 米设置沉降缝一道，缝内用沥青麻絮嵌塞；泄水孔尺

6、寸10×10cm，2-3米布置一个，泄水孔应高出地面不小于30 厘米；墙背均应设置50 厘米砂砾透水层，并做土工布封层。13沥青路面设计1.基本设计资料（1）自然地理条件 新建高速公路一级，双向四车道，采用沥青路面结构。土质为粉质土，填方路基高度2m，中湿状态，年降雨量620mm，最高气温，最低气温。多年最大道路冻深120cm,平均冻结指数，最大冻结指数。（2）土基回弹模量取36。（3）确定交通组成和交通量，见表1。交通量年增长率：前五年：；中间五年：；后五年：。沥青路面累计标准轴次按15年计。表1：交通组成黄河JN150前轴492.21350后轴101.62.21350黄海DD69

7、0前轴5611400后轴10411400东风CS938前轴2411300后轴7011300成都CD130前轴13.62.21200后轴27.22.21200奔驰LPK709前轴222.21300后轴442.21300黄河QD352前轴45.82.21600后轴95.82.21600江淮HF140A前轴18.92.21200后轴41.82.21200标准轴载BZZ-100各项参数标准轴载名称BZZ-100标准轴载名称BZZ-100标准轴载P（KN）100两轮中心距（cm）1.5d轮胎接地压强P(MPa)0.7单轮当量圆直径d(cm)21.32.沥青路面设计 2.1.轴载分析(1) 我国沥青路面设

8、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。以弯沉值和沥青层的底层拉应力为设计指标，按照下面的式子进行轴载当量换算： 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 标准轴载（ kN ）；Pi 各种被换算车型的轴载（ kN ）；C1 轮组系数，单轮组为 6.4,双轮组为 1.0,四轴组为 0.38；C2 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，双轴或 多轴的轴数系数按下面公式计算式中：-轴数表3：轴载换算结果黄

9、河JN150前轴492.2135034.58后轴101.62.21350825.05黄海DD690前轴561140032.11后轴10411400474.41东风CS938前轴24113000.6后轴701130063.58成都CD130前轴13.62.212000.07后轴27.22.212001.53奔驰LPK709前轴222.213000.9后轴442.2130018.56黄河QD352前轴45.82.2160044.19后轴95.82.216001095.26江淮HF140A前轴18.92.212000.3后轴41.82.212009.892601.03(2) 设计年限内一个车道通过的

10、累计当量标准轴次数按下式计算：式中： 设计年限内一个车道的累计当量数； 设计年限，由材料知，t=15年； 设计端竣工后一年双向日平均当量轴次； 设计年限内的交通量平均增长率，由材料知，=0.087； 车道系数，由材料知=0.5。根据路面交通等级：本设计路面交通等级为重交通。 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，采用如下方案：30mm细粒式沥青混凝土+50mm中粒式沥青混凝土+60mm粗粒式沥青混凝土+200mm石灰粉煤灰碎石+200mm石灰土。 2.3计算设计弯沉值和容许弯拉应力（结构层底拉应力应用通用软件计算） （1）设计弯沉值

11、根据我国公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）规定的公式计算：:设计弯沉值（0.01mm）；:设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数: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；:路面结构类型系数，沥青路面为1。(1) 我国公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）规定，沥青面层和基层层底拉应力作为沥青路面结构设计的第二项设计控制指标。公式如下：路面结构材料的极限抗拉强度（MPa），由实验室按标准试验测定；：路面结构材料的容许拉应力（MPa）；：抗拉强度结构系数。沥青混凝土面层按照计算，混凝土层按照计算，表4：路面结构容许弯拉应力材料名称细粒式

12、沥青混凝土1.43.340.44中粒式沥青混凝土1.03.340.30粗粒式沥青混凝土0.83.340.24水泥稳定砂砾0.52.130.23级配碎石-2.13- 2.4路面结构层厚度确定根据设计配合比，选取工程原材料，测定规定温度和期龄的材料劈裂强度。按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程与公路工程无机结合料稳定材料试验规程中规定的方法进行测定。该结构为半刚性基层，基层类型系数为1，设计弯沉值计算为22.43mm，利用设计程序计算路面结构层厚度。计算结果见下表。表5：结构厚度计算结果层位结构材料名称劈裂强度MPa20抗压模量（MPa）15抗压模量（MPa）厚度（mm）层底拉应力（MPa）容许拉

13、应力MPa1细粒式沥青混凝土1.21400200030-0.2940.442中粒式沥青混凝土1.01200160050-0.1060.303粗粒式沥青混凝土0.8900120060-0.0510.244水泥稳定砂砾0.5150015002000.1610.235级配碎石-550550200-6土基-36 - 2.5验算防冻厚度 按设计弯沉值计算设计层厚度 :LD= 23.2 (0.01mm)H( 5 )= 35 cm LS= 24.4 (0.01mm)H( 5 )= 40 cm LS= 22.6 (0.01mm)H( 5 )= 38.3 cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度 :H( 5

14、 )= 38.3 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)H( 5 )= 38.3 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)H( 5 )= 38.3 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)H( 5 )= 38.3 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)H( 5 )= 38.3 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度 :H( 5 )= 38.3 cm(仅考虑弯沉)H( 5 )= 38.3 cm(同时考虑弯沉和拉应力)验算路面防冻厚度 :路面最小防冻厚度50 cm验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求。水泥混凝土路面设计1 .交通分析一级公路设计基准期为30年，交通分析及轴载同

15、沥青路面。设计车道使用初期标准轴载日作用次数为2601，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.2，交通量年平均增长率为8%，由公式计算设计基准期内设计车道标准荷载立即作用次数：车型黄河JN150前轴49350100-后轴101.6350100451.19黄海DD690前轴56400100-后轴104400100749.19东风CS938前轴24300100-后轴703001000.99成都CD130前轴13.6200100-后轴27.2200100-奔驰LPK709前轴22300100-后轴44300100-黄河QD352前轴45.8600100-后轴95.8600100302江淮HF140A

16、前轴18.9200100-后轴41.82001009.891513.26轴载换算结果根据交通荷载分级，1513.26介于100和2000之间，故属于重交通等级。属于重交通等级。2 .初拟路面结构根据一级公路、重交通和中级变异水平等级查表，初步拟定普通混凝土面层厚度为240mm。基层选用水泥稳定粒料，厚度0.2m。垫层0.15m低剂量无机结合料稳定土。混凝土面板尺寸为宽4m，长5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。3 .路面材料参数确定根据混凝土弯拉强度标准值和弹性模量标准值，取混凝土面层弯拉强度标准值为5MPa，相应弯拉弹性模量标准值为31GPa。路基回弹模量为36MPa，低剂量无机结

17、合料稳定土结合垫层回弹模量为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模量：普通混凝土面层相对刚度半径计算：4 .荷载疲劳应力标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：因为纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力折减系数为=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。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合系数=1.3.荷载疲劳应力计算：5. 温度疲劳应力区最大温度梯度取92().拟定板长5m，=5/0.740=6.757,查得混凝土板厚=0.26m，=0.55，最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：根据自然分区为区，查表得回归系数a=0.841,b=0.058,c=1.323,温度疲劳应力系数按照下式计