路基路面课设

1、路基路面课程设计任务书设计题目 （1.）路基设计 （2.）沥青路面设计 （3.）水泥混凝土路面设计 学院(部) 公 路 学 院 专 业 道路桥梁与渡河工程（公路工程） 班 级 公路一班（2012210101） 学生姓名 倪 旭 学 号 （201221010120） 1 月 9 日至 1 月 15 日 共 1 周2015年1月15日设计说明书路基路面课程设计分为三大部分内容：一是路基设计；二是沥青路面设计；三是水泥混凝土路面设计。其中，路基设计只是简单的绘制土压力分布图，而沥青路面设计和水泥混凝土路面设计则是重中之重。沥青路面设计主要内容包括基本资料、标准轴载和累计交通量的计算、初步拟定路面结构

2、、确定路面层厚度和防冻层验算，以及最后的交工验算等，主要依靠软件HPDS；而水泥混凝土路面设计包括基本参数与资料、标准轴载累计作用次数的计算、初凝水泥混凝土路面结构、材料参数计算、荷载与温度疲劳应力计算，以及最后的结构极限状态校核，主要依靠手算。具体计算过程详见计算说明说中。 计算说明书目录 计算说明说1一、 公路等级1二、 路基设计1（一） 设计要求1（二） 设计图示2三、 沥青路面设计3（一） 基本资料3（二） 标准轴载和设计交通量3（三） 初步拟定路面结构6（四） 确定路面层厚度，防冻验算6（五） 交工验算9四、 水泥混凝土路面设计10（一） 基本参数与资料10（二） 标准轴载累计作用次

3、数的计算11（三） 初拟水泥混凝土路面结构12（四） 材料参数计算12（五） 荷载疲劳应力计算13（六） 温度疲劳应力计算14（七） 结构极限状态校核16五、 参考资料16计算说明说1、 公路等级根据给定的交通量，以及拟建公路所在地区为江苏扬州镇江，现拟定公路等级为一级公路。2、 路基设计（1） 设计要求路基采用重力式挡土墙，并为路堤墙，墙背俯斜，在土压力和均布荷载q的作用下保持平衡，要求绘制出挡土墙的土压力分布图。（2） 设计图示（重力式挡土墙在土压力荷载作用下的土压力分布图如图所示）墙背上各特征点的应力值为：(ka为主动土压力系数) 1=(H-h0-a)ka 2=aka 3=h0ka 求得

4、图形的面积A和该面积对墙踵的面积钜M0则土压力Ea=A, 作用点Zx=M0/Ea ZY=B-ZXtan 重力式挡土墙在土压力和荷载作用下，应进行稳定性验算（抗滑稳定性和抗倾覆稳定性验算）、基底应力和合力偏心距验算，以及截面断裂验算。3、 沥青路面设计（1） 基本资料1) 自然地理条件：新建一级公路位于江苏省扬州至镇江，自然区划属于1区，拟采用沥青路面结构，沿线土质为黏土，查表得H1=1.8m，H2=1.25m,H3=0.85m，假定地下水位距路床表面平均距离为1.0米，则路基处于潮湿状态，采取砂垫层、换填、竖向排水的方法排水是路床处于干燥。7月平均最高气温35，年平均最低气温-10，98%保证

5、率下的温度范围（-1437），冻结指数多年平均15，极大值35。2) 土基回弹模量的确定：（查表法确定)由自然区划1，临界高度1.0m，并采取路基处理措施后，使路基处于干燥。则在公路沥青路面设计规范附录F中由粘质土回弹模量E0=40.5MPa，以此模量为该一级公路设计模量。（2） 标准轴载和设计交通量该公路拟建时间是2011-7-1号，拟建成时间是2015年，则在增长率0.051之下，到2015年时的交通量计算如下：（不计入小汽车的影响）江苏省扬州镇江新建公路设计车型解放CA10B东风EQ140黄河JN162日野KB222小汽车增长率拟建时间比例尺2011年交通量130018001600110

6、05000.0512011-7-11:20002015年交通量（取整）1590220019501340各种车辆按不同轴载换算到标准轴载BBZ-100标准轴载的当量轴次如下：（参考公路沥青路面设计规范 JTG D50-2006）1) 以设计弯沉值和沥青面层层低拉应力为指标时，按标准轴载作用次数，如下表车型前轴重后轴重后轴数后轴轮组数C1C2前轮轴载作用次数后轮轴载作用次数前后前后解放CA10B19.4060.8512116.418183东风EQ14023.7069.2012116.4127443黄河JN16259.50115.0012116.4113043582日野KB22250.20104.3

7、012116.414281609累计轴载作用次数7585则设计年限内一个车道的当量标准轴载累计作用次数，按公式=2.708658*107 属特重交通路面2) 同理可得以半刚性材料层层低拉应力为设计指标时，标准轴载作用次数按如下公式计算车型前轴重后轴重后轴数后轴轮组数C1C2前轮轴载作用次数后轮轴载作用次数前后前后解放CA10B19.4060.85121118.51030东风EQ14023.7069.20121118.510116黄河JN16259.50115.00121118.515675965日野KB22250.20104.30121118.511001877累计轴载作用次数8654则设计年

8、限内一个车道的当量标准轴载累计作用次数，按公式=3.090406*107 属特重交通沥青路面按HPDS路面计算软件结算结果相同，如下（3） 初步拟定路面结构1) 路面结构：该公路属一级特重交通道路，故采用高级沥青路面，且处于高温地区，则上面层采用4cm沥青玛蹄脂（SMA），中面层采用6cm中粒式沥青混凝土，下面层采用？粗粒式沥青混凝土；基层采用35cm（5%）水泥稳定碎石基层+19cm石灰土，以石灰土为设计层。2) 各结构层设计参数的确定：（如下表）材料名称抗压回弹模量（MPa）劈裂强度（MPa）2015沥青玛蹄脂140018001.65中粒式沥青混凝土120018001.0粗粒式沥青混凝土1

9、00012000.8水泥稳定碎石15000.5石灰土5500.23（4） 确定路面层厚度，防冻验算1) 设计弯沉值的计算：AC-公路等级系数，一级公路为1.0，AS面层结构类型参数，沥青混凝土面层为1.0，Ab路面结构类型参数，半刚性基层沥青路面为1.0，Ne为设计年限一个车道当量标准轴载作用次数。 则设计弯沉 =600*（2.708658*107)-0.2*1*1*1=19.57(0.1mm)2) 容许拉应力的计算：R为路面结构层材料的容许拉应力， s沥青混凝土或半刚性材料的极限劈裂强度，KS为抗拉强度结构系数。a. 对沥青混凝土层的抗拉结构强度系数 KS=0.09/=3.89按公式计算 S

10、MA上面层 R=1.65/3.89=0.424MPa中粒式沥青混凝土 R=1.0/3.89=0.257MPa粗粒式沥青混凝土 R=0.8/3.89=0.206MPab. 对无机结合料稳定类材料抗拉强度系数 KS=0.35/=2.30水泥稳定碎石 R=0.5/2.30=0.217MPa对无机结合料稳定细粒土类抗拉强度结构系数 KS=0.45/=2.96 则石灰土R=0.23/2.96=0.08MPa 结构参数汇总如下表 材料名称抗压回弹模量（MPa）劈裂强度（MPa）层厚（cm）容许拉应力（MPa）2015沥青玛蹄脂140018001.6540.424中粒式沥青混凝土120018001.060.

11、257粗粒式沥青混凝土100012000.8?0.206水泥稳定碎石15000.5350.217石灰土5500.23190.08将数据输入HPDS软件中计算结构如图所示：则粗粒式沥青混凝土的设计厚度为150mm（15cm）则设计结果如下：材料名称抗压回弹模量（MPa）劈裂强度（MPa）层厚（cm）容许拉应力（MPa）2015沥青玛蹄脂140018001.6540.424中粒式沥青混凝土120018001.060.257粗粒式沥青混凝土100012000.8150.206水泥稳定碎石15000.5350.217石灰土5500.23190.08验算防冻厚度：路面厚度=790mm>最小防冻厚度

12、500mm，满足要求。（5） 交工验算（HPDS软件计算结果如下）由上述结果，各结构层的弯沉值满足要求，各结构层的层低最大拉应力均小于容许应力，故路面结构满足要求。即上面层采用4cm沥青玛蹄脂（SMA），中面层采用6cm中粒式沥青混凝土，下面层采用15cm粗粒式沥青混凝土；基层采用35cm（5%）水泥稳定碎石基层+19cm石灰土。4、 水泥混凝土路面设计（1） 基本参数与资料新建一级公路位于江苏省扬州镇江，单向双车道，路基为黏土，采用水泥混凝土路面结构，采用普通混凝土面层，碾压混凝土基层，水泥稳定碎石底基层，集料为玄武岩。设计轴载为100KN,最重轴载为250KN。基本参数如下表：公里等级安全

13、等级设计基准期（a）目标可靠度（%）目标可靠度指标一级公路一级30901.28（2） 标准轴载累计作用次数的计算该公路拟建时间是2011-7-1号，拟建成时间是2015年，则在增长率0.051之下，到2015年时的交通量计算如下：（不计入小汽车的影响）江苏省扬州镇江新建公路设计车型解放CA10B东风EQ140黄河JN162日野KB222小汽车增长率拟建时间比例尺2011年交通量13001800160011005000.0512011-7-11:20002015年交通量（取整）1590220019501340水泥混凝土设计采用100KN单轴-双轮组作为设计轴载，各级轴载作用次数Ni按进行换算，如

14、下表：车型前轴重后轴重2015交通量后轴数后轴轮组数前轮轴载作用次数后轮轴载作用次数解放CA10B19.4060.8515901201东风EQ14023.7069.2022001206黄河JN16259.50115.00195012018247日野KB22250.20104.3013401202628标准轴载累计作用20882则设计年限内一个车道的当量标准轴载累计作用次数，按公式=10.3038308*107 属特重交通。（3） 初拟水泥混凝土路面结构施工质量变异水平选择低级，且根据一级公路、特重交通荷载等级查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为260mm，碾压混凝土基层180mm,面层基层之间

15、设40mm的夹层，集配碎石底基层200mm。水泥混凝土上面板的平面尺寸：长5m，宽从中间的分割带至路肩依次是4m,4m,3,75m。纵缝为设拉杆的平缝，横缝为设传力杆的假缝，碾压混凝土设纵缝一条，横缝间距5m。硬路肩宽3.5m,与行车道等厚的混凝土并与设拉杆的与行车道的行车道板相连。（4） 材料参数计算查表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量和泊松比为31GPa,0.15;碾压混凝土弯拉强度标准值为4MPa，相应的弯拉弹性模量和泊松比为27GPa,0.15;粗集料为玄武岩的混凝土的膨胀系数为9*10-6/查表E.0.1-1,低液限黏土的

16、回弹模量为75MPa。E.0.1-2,假定路床顶距地下水位2.0m,取路基回弹模量湿度调整系数为0.80，由此得到路床顶的综合回弹回弹模量为75*0.8=60MPa。查附录E.0.2，集配碎石底基层回弹模量取250MPa,则板底地基综合当量回弹模量计算如下：EX=（hi2Ei）/hi2 =250MPa hx=hi=0.20m=0.26ln（hx）+0.86=0.26*ln(0.20)+0.86=0.442板底地基综合当量回弹模量: Et=（250/75）0.442*75=127.69MPa混凝土面层板的弯曲刚度Dc,半刚性基层的弯曲刚度Db,路面结构的总相对刚度半径rg 计算如下：Dc=(31

17、000*0.263)/12(1-0.153)=45.57Db=(27000*0.183)/12(1-0.153)=13.17Rg=1.21（45.57+13.17）/127.691/3=0.934（5） 荷载疲劳应力计算计算标准轴载和最重荷载在上层板临界荷位处产生的荷载应力：设计轴载：=(1.45*10-3)/(1+13.17/45.57)*(0.9340.65)*(0.26-2)*1000.94=1.208MPa最重轴载：=(1.45*10-3)/(1+13.17/45.57)*(0.9340.65)*(0.26-2)*2500.94=2.858MPa计算设计轴载在碾压混凝土基层的荷载应力：

18、设计荷载：=(1.45*10-3)/(1+45.47/13.17)*(0.9340.65)*(0.26-2)*1000.94= 0.350MPa1) 面层的荷载疲劳应力，其中为考虑接缝传荷能力的应力折减系数，取0.88，为考虑设计基准期内荷载应力累计作用的疲劳应力系数=(1.03*108)0.057=2.86, 考虑理论与实际差异及动载等因素影响的综合系数，取1.10. =0.88*2.86*1.10*1.208=3.344MPa2) 面层的最大荷载应力 =0.88*1.10*2.858=2.767MPa3) 基层的荷载疲劳应力(其中基层的疲劳应力系数=(1.03*108)0.065 =3.32*1.10*0.350=1.277MPa（6） 温度疲劳应力计算查表3.0.10，最大温度梯度取89/m,面层基层之间设夹层，此时的竖向接触刚度kn为3000MPa/m,则计算中和温度翘曲应力和内应