路基路面工程课程设计

1、路基路面工程课程设计36路基路面工程课程设计专业：七木工程（道路与桥梁）姓名：杨鉴波学号：1028003554指导教师：袁玉卿一、设计原始资料2二、水泥路面设计31、交通分析32、初拟路面结构53、路面材料参数确定74、荷载疲劳应力105、温度疲劳应力计算116、电算水泥混凝土路面设计13三、沥青路面设计161、初拟路面结构组合162、交通分析173、路面设计弯沉值214、各层材料的容许层底拉应力225、电算沥青路面设计23主要参考文献30一.设计资料公路自然区划IIi拟建一双车道二级公路，该地区为粘性土，稠度为1.0,山岭重丘区.沿线的工程地质及水文地质良好。山体附近有多处采石厂，砂石材料丰

2、富，其他材料均需外购。拟设计道路路基宽度10ml路面宽度7.5m,路肩宽度1.25m,其中硬路肩宽度0.75m,土路肩宽度0.5m。所经地区多处为粘性土。根据最新路网规划，预测使用初期年平均日交通量见下表，年均增长为5%车型双向父通重解放CA10B东风EQ-140日里予KB222黄河JN-150小汽车辆/d1620142070801450表一预测竣工后第一年的交通组成二、水泥路面设计1、交通分析查规范，二级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级。水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。不同轴-轮型和轴载的作用次数，按式(3.04-1)换算为标准轴载的作用次数。Nsi

3、1iNi16Pi100式中：NS100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数;P单轴-单轮、单轴-双轮组或三轴-双轮组轴型i级轴载的总重(KN;n轴型和轴载级位数;各类轴型i级轴载的作用次数;i轴-轮型系数由已知资料计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数见下表车型轴重8i交通组成当量轴次解放前轴19.40620.294916200.5724CA-10B后轴60.851东风EQ-140前轴23.70569.129614203.9264后轴69.201日野KB222前轴50.20412.145370137.7618后轴104.301黄河JN-150前轴49.00416.455680103.

4、4990后轴101.601小汽车前轴-556.2114500.0000后轴-1合计245.7596NS（解放）=620.2949*1620*0.19416+1*1620*0.608516=0.5724NS（东风）=569.1296*1420*0.23716+1*1420*=3.9264NS（日野）=412.1453*70*0.50216+1*70*1.043016=137.7618N（黄河）=416.4556*80*0.4916+1*80*1.01616=103.4990NS（小汽车）=0NS=Ns（解放）+NS（东风）+N（日里予）+NS（黄河）+Ns（小汽车）=0.5724+3.9264+

5、137.7618+103.4990+0=245.7596表二可靠度设计标准公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路安全等级一级二级三级四级设计基准期（a）30302020目标可靠度（）95908580目标可靠指标1.641.281.040.84变异水平等级低低中中中高表三车辆轮迹横向分布系数公路等级纵缝边缘处高速公路、一级公路、收费站0.170.22二级及二级以下公路行车道宽7m0.34O.39行车道宽w7mO.540.62注：车道或行车道宽或者交通量较大时，取高值；反之，取低值。由表二可知，二级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级。由表三可知，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0

6、.39。取交通量年平均增长率为5%。按下式计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为:NeNs 1 gr t 1gr36520_1 0.051 2457596 3650050.39 1.156*106 次式中：Ne标准轴载累计作用次数；T设计基准期；gr交通量年平均增长率；临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，按表三选用由于标准荷载累计作用次数：100VNe=115.6<2000由表四查得，属重交通。表四交通分级交通等级重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数Ne(104)>200010020003100<3表五水泥混凝土面层厚度的参考范围交通等级重公路等级高速一级二级高速一

7、级二级变异水平等级低中低中低中低中向层厚度(mm)>260>250>240270240260230250220交通等级中等轻公路等级二级三、四级三、四级三、四级变异水平等级高中高中高中向层厚度(mm)240210230200220200<230<2202、初拟路面结构由表二可知，相应于安全等级三级的变异水平等级为中级。根据二级公路、重交通等级和中级变异水平等级，查表五初拟普通混凝土面层厚度为0.25m,基层选用级配碎砾石(基层)，厚0.20m。垫层为级配碎砾石(垫层)，厚0.15m。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m,长4.5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆

8、假缝。1) 纵向接缝的布设应路面宽度和施工铺筑宽度而定：一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝，构造如图一所示；一次铺筑宽度大于4.5m时，应设置纵向缩缝，构造如图二所示。021 021W防锈涂料H拉杆图一纵向施工缝构造填料缝7i00图二纵向缩缝构造2）每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设置横向施工缝，其位置应尽可能选在缩缝或胀缝处，构造如图三所示。3）横向缩缝可等间距或变间距布置，采用假缝形式，因本设计为重等交通公路，所以采用设传力杆的假缝，构造如图四所示。.一8图三 横向施工缝构造图四横向缩缝构造3、路面材料参数确定表六混凝土弯拉强度标准值交通等级重中等轻水泥混凝土的弯拉强度标

9、准值（MPa）5.05.04.54.0钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（MPa）6.06.05.55.0表七中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围(MPa)土组公路自然区划nmIVVVI土质砂26424050395035605060粘质土25453040254530453045粉质土22463254305027433045表八垫层和基层材料回弹模量经验参考值范围材料类型回弹模量（MPa）材料类型回弹模量（MPa）中、粗砂80100石灰粉煤灰稳定粒料13001700天然砂砾150200水泥稳定粒料13001700未筛分碎石180220沥青碎石（粗粒式，20C）600800级配碎砾石（垫层）20025

10、0沥青混凝土（粗粒式，20C）8001200级配碎砾石（基层）250350沥青混凝土（中粒式，20C）10001400石灰土200700多孔隙水泥碎石（水泥剂量9.5%11%）13001700石灰粉煤灰土600900多孔隙沥青碎石（20C,沥青含量2.5%3.5%）600800查表六，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为fr=5.0MPa,相应弯拉弹性*II量标准值为31GPa查表七，路基回弹模量取30MPa查表八，石灰粉煤灰土垫层回弹模量取800MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量取1600MPa按下式计算基层顶面当量回弹模量如下:E1=300MpaE2=250MpaE0=30Mpah1=0.2m

11、h2=0.15mEc=31000MpaEx2一2一hiEih2E222%h23000.222500.152220.1520.202282(MPa)250 0.15312m)DxE1h13E2h23(h1h2)21113000.23Dx12124(EKE2h2)12_2(0.20叱-0.97704(MN43000.202500.153hx12dxEx3120.97704282S3464(m)2.7934a6.2211.51(Ex)0.452820456.2211.51()30Ex05528211.44()0.5511.44()Eo300.550.5801bEx、1/30.5801,s,282、1

12、/3EtahxE0（）2.79340.346430（）95.61796（MPa）Eo30式中：Et基层顶面的当量回弹模量（MPa）;Eo路床顶面的回弹模量（MPa）;Ex基层和底基层或垫层当量回弹模量（MPa）;Ei、E2基层和底基层或垫层的回弹模量（MPa）;hx基层和底基层或垫层的当量厚度（m）;DX基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度（MN-m）;hi、h2基层和底基层或垫层的厚度（m）;a、b与Ex/Eo有关的回归系数。普通混凝土面层的相对刚度半径按下式计算如下:r0.573h3EcE0.5730.253310000.984195.61796式中：r混凝土板的相对刚度半径（m）;H混凝土板

13、的厚度（m）;Ec水泥混凝土的弯拉弹性模量（MPa）;E基层顶面当量回弹模量（MPa）4、荷载疲劳应力按下式，标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为PS0.077“h20.0770.9841060.2521.2202（MPa）式中：bps标准轴载PS在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力（MPa）;r混凝土板的相对刚度半径（m）,按式（B.1.3-2）计算；h混凝土板的厚度（m）;因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数kr=O.87o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kfNen（0.94106）0.0572.190。根据公路等级，由表九，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损

14、坏影响的综合系数kc=1.20。表九综合系数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按式下式，荷载疲劳应力计算为prkrkfkcps0.872.1901.201.22022.7898（MPa）式中：bpr标准轴载Ps在临界荷位处产生白荷载疲劳应力（MPa）;（Tps标准轴载Ps在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力（MPa）;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时，kr=O.87O.92（刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值）；纵缝为不设拉杆的平缝或自由边时，kr=1.O；纵缝为设拉杆的企口缝时，kr=0.76O.84;kf考虑设

15、计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数；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。5、温度疲劳应力计算由表十，n区最大温度梯度取88（C/m）。板长4.5m,l/r=4.5/0.9841=4.5727,由图B2.2.可查普通混凝土板厚h=0.25m,R=O.59。表十最大温度梯度标准值Tg公路自然区划n、vmIV、VIW最大温度梯度（C/m）8883909586929398注：海拔高时，取高值；湿度大时，取低值。最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为CEChTg1105310000.2588tmcBx0.592.0119(MPa)式中:btm最大温度梯度时混凝土板的温度翘

16、曲应力（MPa）;混凝土的线膨胀系数（1/C）,通常可取为1x10-5/C；最大温度梯度，查表十取用;Bx综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，可按l/r和h查用图B.2.2确定;l板长，即横缝间距（m）。图瓦2.2温度应力系数乱温度疲劳应力系数kt,按式(B.2.3)计算为ckt jL a btftmr5.02.01190.8281.3232.01195.00.0410.5152式中：a、b和c回归系数，按所在地区的公路自然区划查表十一确定表H一回归系数a、b和c系数公路自然区划IIIIIIVVVIV11a0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.04

17、10.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270再由下式计算温度疲劳应力为trkttm0.51522.01191.036(MPa)式中：门一一临界荷位处的温度疲劳应力(MPa);(T tm最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(MPa);kt考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。85%。查表二，二级公路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表十二，确定可靠度系数r=1.13o表十二可靠度系数r取值变异水平等级目标可靠度（）95908580低1.201.331.091.1

18、61.041.08一中1.331.501.161.231.081.131.041.07高一1.231.331.131.181.071.11注：变异系数在表3.0.2所示的变化范围的下限时，可靠度系数取低值；上限时取高值。按下式：rprtr1.13(2.78981.036)4.323fr5.0MPa因而，所选普通混凝土面层厚度（O.25m）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。6、电算水泥混凝土路面设计4%蜴+王t*毛不军遇*乩默5曲EI普遇健凝土面层钢筋戒蠕土面层媒压灌艇土面层原有数盛文恃禽入精科强温湖土面屋邃法配筋品弟土面层公路等£3p30S»3麦异水平等

19、5甲锡工J碑陈敢FIs受通分析车辆及空也给数铜A，最最上宦挖盗ft<MFt>俄士簟拉硬g<HF*>圈公跷日叶面层最大温度穗度。2加上U空区冬会暖酎.扇旧上窣就标推他乱里计作用泣数3«计«强朱A设中拉当黯二941的，降.水混辛船e土率t度制给心防辟度度晚算不辘苴G新便公路土营上修苴摹像）星某工壬层、拘捕层强整平层的爹敷院又一台面上整重看竺希孑兖伸名I懵文件名助水泥混凝土路面设计：设计内容：新建单层水泥混凝土路面设计公路等级：二级公路变异水平的等级：中级可靠度系数：1.13面层类型：普通混凝土面层表十三序号路面车辆行驶名称单轴单轮组的个数轴载总重(kN)

20、单轴双轮组的个数轴载总重(kN)双轴双轮组的个数轴载总重(kN)三轴双轮组的个数轴载总重(kN)父通量1单后轴客车119.4160.85000016202单后轴客车123.7169.2000014203单后轴客车150.21104.30000704单后轴客车1491101.60000805其他车12012000001450行驶方向分配系数1车道分配系数1轮迹横向分布系数0.39交通量年平均增长率5%混凝土弯拉强度:5MPa混凝土弯拉模量:31000MPa混凝土面层板长度:4.5m地区公路自然区划:n面层最大温度梯度:88C/m接缝应力折减系数:0.87基（垫）层类型-新建公路土基上修筑的基（垫

21、）层表十四层位基（垫）层材料名称厚度（mm）回弹模量（MPa）1级配碎砾石（基层）2003002级配碎砾石（垫层）1502503土基30基层顶面当量回弹模量Et=95.61796MPa=2.7898Pr=1.036trHB=250mmr=0.9841b=1.2202Bx=0.59>tml=2.0119Kt=0.5152设计车道使用初期标准轴载日作用次数：200次路面的设计基准期：20年设计基准期内标准轴载累计作用次数：1156000次路面承受的交通等级：重型交通等级基层顶面当量回弹模量：95.61796MPa混凝土面层设计厚度：250mm通过对设计层厚度取整，最后得到水泥路面结构设计结果

22、如下普通混凝土面层250mm级配碎砾石（基层）200mm级配碎砾石（垫层）150mm土基三、沥青路面设计1、初拟路面结构组合根据交通状况，结构层的最小施工厚度等因素综合考虑，初拟各结构层厚度如下：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）,基层采用水泥稳定碎石（厚度待定），底层采用二灰土（350mm）,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）。结构组合参数层次材料名厚度(cm)(Mpa)15°C模量

23、20°C模量细粒式沥青混凝土4200014001.4中粒式沥青混凝土6180012001.0粗粒式沥青混凝土9120010000.8水泥稳定碎后待定150015000.5一灰土357507500.25土基一3030一2、交通分析根据表十三可知，二级公路沥青路面的设计年限为12年，交通年均增长为5%表：十三各级公路的沥青路面设计年限公路等级设计年限（年）公路等级设计年限（年）高速公路、一级公路15三级公路8二级公路12四级公路6P的当量作用（1）当以弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，各级轴载均应按如下公式换算成标准轴载次数N。准轴载的当量轴次N:4.35KP.NC1C2ni，=192.

24、5+299.3+91.22+81.54=664.56（次/d）ii100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轴次（次/d）：Ni被换算车型的各级轴载作用次数（次/d）;P-标准轴载；Pi被换算车型白各级轴载（KN；C1被换算车型的轴数系数；C2被换算车型的轮组系数，双轮组为1.0,单轮组为6.4,四轮组为0.38;K被换算车型的轴载级别。当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数为1;当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：C1=1+1.2（m-1）式中：m轴数。列表如下：车型轴重C1C2刀Y1交通组成当量轴次解放CA-10B前轴19.4

25、016.40.00510.12301620194.93后轴60.85110.1152东风EQ-140前轴23.7016.40.01220.12031420303.58后轴69.20110.2061日野KB222前轴50.2016.40.31931.520370106.42后轴104.30111.2010黄河JN-150前轴49.0016.40.28741.358980108.71后轴101.60111.0715小汽车前轴-16.40.00000.000014500.00后轴-110.0000合计713.64N（解放）=6.4*1*1620*0.1944.35+1*1*1620*0.60854.

26、35=194.93N（东风）=6.4*1*1420*0.2374.35+1*1*1420*0.6924.35=303.58N（日里予）=6.4*1*70*0.5024.35+1*1*70*1.04304.35=106.42N（黄河）=6.4*1*80*0.494.35+1*1*80*1.0164.35=108.71N（小汽车）=0N=N（解放）+N（东风）+N（日野）+N（黄河）+N（小汽车）=194.93+303.58+106.42+108.71+0=713.64设计年限内一个车道的累计当量标准轴次Ne,按下式计算：11365N6/%,一罟、Ne2.48710（次/车道）式中：z设计年限内一

27、个车道上的累计当量轴次（次/车道）；t设计年限（年），t=12;Ns路面竣工后第一年双向日平均标准轴载的当量轴次（次/日）；车道系数，无分隔带的双车道Y=0.60.7,此处取刀=0.6;丫一一设计年限内交通量年平均增长率，丫=0.05。（2）当以半刚性材料结构层的拉应力为设计指标时，各级轴载均应按如下公式换算成标准轴载P的当量作用次数No标准轴载的当量轴次N:N（解放）=18.5*1*1620*0.1948+1*1*1620*0.60858=30.511N（东风）=18.5*1*1420*0.2378+1*1*1420*0.6928=74.930N（日野）=18.5*1*70*0.5028+1

28、*1*70*1.04308=103.256N（黄河）=18.5*1*80*0.498+1*1*80*1.0168=95.751N（小汽车）=0N=N（解放）+N（东风）+N（日野）+N（黄河）+N（小汽车）=30.511+74.930+103.256+95.751=304.448（次/车道）式中：NK_ ， 一 ，C 1C 2口i 1Pi8100=304.448 （次/日）准轴载的当量轴次（次 /日）；n设计第一年被换算车型的各级轴载作用次数（次/日）；P被换算车型白各级轴载（KN）;C轴数系数，C12（m1）,式中m轴数；C轮组系数，单轴组为18.5,双轮组为1.0,四轮组为0.09。列表计

29、算如下：设计年限内一个车道的累计当量标准轴次Ne,按下式计算:表十四车道系数t一 11 365NNe _12 _1。051 365 304.4480.050.602.213 106车型轴重C1C2刀Y1交通组成当量轴次解放CA-10B前轴19.40118.50.00000.0188162030.511后轴60.85110.0188东风EQ-140前轴23.70118.50.00020.0528142074.930后轴69.20110.0526日野KB222前轴50.20118.50.07461.475170103.256后轴104.30111.4005黄河JN-150前轴49.00118.50

30、.06151.19698095.751后轴101.60111.1354小汽车前轴-118.50.00000.000014500.000后轴-110.0000合计304.448式中：Ne设计年限内一个车道上的累计当量轴次（次/车道）；t设计年限（12年）；Ns路面竣工后第一年双向日平均标准轴载的当量轴次（次/日）；设计年限内交通量的平均增长率（5%;车道系数，无分隔带的双车道刀=0.60.7,此处取车道特征刀车道特征双向单车道1.0双向六车道0.30.4双向两车道0.60.7双向八车道0.250.35双向四车道0.40.53、路面设计弯沉值路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，是路面厚度计

31、算的主要依据。路面设计弯沉值应根据公路等级、在设计年限内累计标准当量轴次、面层和基层类型按下式计算确定：1d600Ne0.2AcAsAb600(2.487106)0.21.11.01.034.71cm式中：1d路面设计弯沉值；Ne设计年限内一个车道的累计当量标准轴载通行次数；Ac公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0,二级公路为1.1,三、四级公路为1.2;As面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0;热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、上拌下惯或贯入式路面为1.1;沥青表面处治为1.2;中、低级路面为1.3;Ab基层类型系数，对半刚性基层、底基层总厚度大于或等于20cm时为1.0;若面层与半刚性基层结

32、构时可取1.0;柔性基层、底基层为1.6,当柔性基层厚度大于15cm底基层为半刚性下卧层时可取1.6.。表十五基层、底基层材料设计参数材料名称配合比或规格要求抗压模量E(mp9弯沉计算用抗压*II量e(MPa拉应力计算用劈裂强度6(MPa水泥砂粒4%6%11001500300042000.40.6水泥碎石4%6%13001700300042000.40.6灰砂粒7:13:8011001500300042000.60.8一灰碎石8:17:8013001700300042000.50.8石灰水泥粉煤灰砂粒6:3:16:7512001600270037000.40.55水泥粉煤灰碎后4:16:801

33、3001700240030000.40.55石灰土伸后粒料60%7001100160024000.30.4碎石灰土粒料40%50%600900120018000.250.35水泥石灰砂粒土4:3:25:688001200150022000.30.4一灰土10:30:60600900200028000.20.3石灰土8%12%400700120018000.20.25石灰土处理路基4%7%200350级配碎后基层连续级配型300350基层骨架密实型300500底基层、垫层200250表十六沥青混合材料设计参数材料名称抗压*II量e(MPa劈裂强度15C(MPa备注20C15C细粒式沥青混凝土密集

34、配12001600180022001.21.6AC-10,AC-13开级配7001000100014000.61.0OGFC沥青马蹄脂碎石12001600160020001.41.9SMA中粒式沥青混凝土10001400160020000.81.2AC-16,AC-20密集配粗粒式沥青混凝土8001200100014000.60.8AC-25沥青碎石算包密集配10001400120016000.61.0ATB-25,ATB-35半开级配600800AM-25,AM-40沥青贯入式400600查表十五，表十六，得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。抗压模量取20 c的模量，各值均取规范给定的中值如下

35、表:材料名称抗压*II量e(MPa劈裂强度15C(MPa备注20C15C中粒式沥青混凝土130019001.1AC-16,AC-20密集配粗粒式沥青混凝土110013000.8AC-25材料名称配合比或规格要求抗压模量e（mpa劈裂强度15c（MPa弯沉计算用拉应力计算用二灰稳定砂砾8:17:80140039000.70一灰土10:30:6080025000.25土基回弹模量的确定：该地区属于道路ni区，为粘性土，稠度为1.0,山岭重丘区，查表二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa,查得土基回弹模量为30Mpa4、各层材料的容许层底拉应力各层材料按容许层底拉应力r ,按下列公式计算Ne次加载的疲劳式中：r一路面结构材料的极限抗拉强度（Mpa）;s-路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限弯拉应力（Mpa；ks-抗拉强度结构系数。Ks 0.09Ne"22/Ac 2.089Ks 0.35Ne'0.11/Ac 1.608Ks 0.45Ne'0.11/Ac 2.067对沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数：对无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数:对无机结合料稳定细土类的抗拉强度结构系数:表17结构层容许弯拉应力材料名称s(Mpa)ksr(Mpa)细粒沥青混