路基路面课程设计(沥青水泥溷凝土路面)

34/34路基路面工程课程设计任务书题目东青高速公路路面结构设计系（部）土木工程专业土木工程班级土木076同学姓名学号6月7日至6月12日共1周指导老师(签字)系主任(签字)名目：设计内容及要求：————————————————————————————P1—P6沥青混凝土路面设计：——————————————————————————P7—P181、轴载分析：——————————————————————————————P7—P82、路面结构组合设计———————————————————————————P83、各层材料的抗压模量与劈裂强度—————————————————————P8—P94、土基回弹模量的确定——————————————————————————P95、设计指标的确定————————————————————————————P9—P106、设计资料总结—————————————————————————————P107、确定石灰土层厚度———————————————————————————P108、计算机计算结果————————————————————————————P11—P149.沥青混凝土路面图纸———————————————————————————P14—P18水泥混凝土路面设计：——————————————————————————P19—P251、交通分析：——————————————————————————————P19—P201）、轴载换算：——————————————————————————————P19—P202）、标准荷载累计作用次数：————————————————————————P202、初拟路面结构：————————————————————————————P203、路面材料参数确定———————————————————————————P20—P214、荷载疲惫应力—————————————————————————————P215、温度疲惫应力—————————————————————————————P21—P226、计算机计算结果————————————————————————————P23—P247、沥青混凝土路面图纸——————————————————————————P24—P25一、设计内容及要求设计内容：依据所供应的各项资料及交通量，交通组成等确定合理的路面结构组成，选择适用的路面材料并进行材料组成设计，确定土基回弹横量值和路面材料设计参数，并计算确定路面结构计算层的厚度，进行必要的防冻层厚度验算。对沥青路面设计验算各层的层底拉应力，计算施工质量掌握的检测验收弯沉值，并进行必要的方案比选，绘制路面结构施工图。设计要求：运用相关资料完成各项计算内容，提交一个路面结构设计图（沥青路面和水泥路面）。设计原始资料：1、工程概况东青高速公路青州段，北起东营，南止青州，途经广饶、桓台等县市，是山东省高速公路干线网的重要组成部分，为构建山东中部地区大交通体系，发挥高速公路的经济带动作用，促进山东半岛内陆地区的经济进展，将产生重要影响。其中青州段桩号为84K+331.5~106K+856.5，全长22.525KM。该路段地处Ⅱ5区，属东部潮湿季冻区，鲁豫轻冰区，多年平均最大冻深为45cm，平均最低气温为-13℃，最高气温37.5℃，年平均降雨量为960mm，潮湿系数为0.5～1.00，地温地貌类型属冲积平原，地势平坦，土质为粘性土，据调查和设计要求，路床表面距地下水位平均为1.8m。沿线有碎石、水泥、石灰建筑材料，该地区靠近西部有博山有火力发电场，设计时若接受粉煤灰，供量充足。2、交通资料序号汽车车型载重KN自重KN前轴后轴1后轴2后轴3作用次数次／日1红岩CO30290180.0120.062.0119.0119.03502江淮HF150804245.1101.54203黄河SPP200200.0114.650.7113.376.7576.751004湘江HQP40140982.3.173.273.23205尼龙克2766170.090.067.0102.5102.5102.580交通调查资料为2005年，设计计算年限的起算年为2009年，交通量按交通量年增长率为10%考虑。对水泥混凝土全设计年限内均接受4.5%。3、其它设计参数可参照规范进行选用。另据商量资料表明，各设计模量比规范所供应的数值中值略偏低。4.建筑材料资料(1)现有的粗集料、细集料、矿粉三种矿质材料、筛分结果按分计筛余计，列于下表：筛孔尺寸(mm)粗集料(％)细集料(％)矿粉(％)(1)A(2)B(3)C(4)D(5)E(6)F(7)G(1)H(2)I(1)J(2)H31.526.54.119.03.25.016.02.63.74.026.113.279.31.238.141.95.16.19.51.880.719.228.240.763.24.7588.823.52.550.423.720.21.82.3610.80.82.92.539.814.05.21.180.91.523.425.54.80.616.619.013.70.315.338.50.1511.421.30.07510.816.54.017<0.07595.883№沥青混合料水稳定性试验结果沥青用量浸水残留稳定度OAC=6.08.37.692OAC′=?8.07.885沥青混合料抗车辙试验结果沥青用量试验温度T（℃）试验轮压P（MPa）试验条件动稳定度DS（次/㎜）OAC=6.0600.7不浸水1030OAC′=?600.7不浸水1360三、设计完成后提交的文件和图表1．设计说明部分：路面结构设计计算说明书沥青路面和水泥混凝土路面各一份，若打印时，统一使用word文档，正文接受小4号宋体，A4纸，页边距均为20mm，行间距接受18磅，装订线留5mm。文中标题接受小三号宋体加粗。2．图纸部分：沥青路面结构设计图、水泥混凝土中路面结构设计图，水泥混凝土路面分块示意图，水泥混凝土路面接缝构造图。要求排版成A4纸输出。3．设计结构及要求（1）封面，包括题目、系（部）、班级、同学姓名、学号、指导老师准时间（年、月、日）等项。（2）摘要（仅对论文），摘要是论文内容的简短陈述。关键词应为反映论文主题内内容的通用技术词汇，一般为3--4个左右，肯定要在摘要中消失。（3）名目，要求层次清晰，给出标题及页次。其最后一项是无序号的"参考文献"。（4）正文，正文应依据名目所定的挨次依次撰写，要求计算精确，论述清晰、简练、通顺，插图清晰，书写整洁。文中图、表及公式应规范地绘制和书写。（5）参考文献，参考文献必须是同学在课程设计中真正阅读过和运用过的，文献依据在正文中的消失挨次排列。（6）课程设计资料的装订，课程设计按以下挨次装订成册：封面、课程设计任务书、成果评定表、名目、摘要、正文、设计体会及今后的改进意见、参考文献、图纸。四、进程支配序号项目时间(天)1.沥青路面设计（2.5天）（一）路面等级确定和结构组合设计1（二）路面材料选择和材料组成设计1（三）设计参数确定，厚度计算及拉应力验算0.52.水泥混凝土路面设计（1.5天）（四）交通等级确定及结构组合设计0.5（五）水泥混凝土路面结构厚度设计1（六）编写设计计算说明书0.5（七）施工图绘制及装订成册0.5五、主要参考资料1、《道路建筑材料》第三版严家伋编著2、《公路工程技术标准》(JTGB01—2003)3、《公路沥青路面设计规范》(JTGD60—2006)4、《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2002)5、《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034—2000)6、《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40—2004)7、《公路工程混合料协作比设计与试验技术手册》《路基路面工程》课程设计沥青路面设计交通调查与分析按沥青路面设计规范，按弯沉计算及沥青混凝土路面拉应力验算条件，进行标准轴载的换算。注意合理选定轴载数量及轴载类型。累计标准轴次计算合理选定车道系数，交通量增长率，计算累计标准轴载作用次数。注意设计计算年限及分段计算累计作用轴次方法。路面结构组合设计依据设计资料供应的地质、水文、气候、材料供应等条件，合理选择路面结构类型。按规范推举结构厚度范围，结合累计作用轴次情况，拟定各结构层厚度，并确定设计层位。各层材料的抗压模量与劈裂强度路基、路面材料回弹模量确定土基回弹模量值可按查表法确定。路面材料各层的回弹模量值及劈裂强度可参照规范合理选用，注意取用高限或低限的条件。计算设计弯沉值按设计弯沉值公式计算设计弯沉值。注意各个系数的选择。路面结构应力验算路面结构厚度设计结构层防冻验算方案比选如果有其它方案，还需要进行技术经济比较，确定最佳方案。确定其它各项指标，如路面、路肩宽度、路拱横坡度、路缘石，各结构层宽度，路基边坡坡度、边沟等。并绘制路基路面结构断面图。水泥混凝土路面设计调查资料整理与设计参数的确定按所给定交通量情况，，依据水泥混凝土路面设计规范所给定公式，进行轴载换算，注意区分轴载类型（双轴、三轴、单轴等情况）换算中所用轴载重量为轴型组的总重。进行交通量分级、确定设计计算基准期。确定水泥混凝土设计强度和弯拉弹性模量值结构层组合设计按路面结构组合设计原则，拟定路面结构层次。基层、垫层在选用时，应注意抗冲刷条件。按规范所推举基层、垫层，结合当地条件，合理选择基、垫层类型。确定水泥混凝土路面板的厚度范围，并结合交通量情况，初定厚度。计算基层顶面的当量回弹模量，当底基层和垫层同时存在时，可先将底基层和垫层换算成具有当量回弹模量和当量厚度的单层，然后再与基层一起进行计算。水泥混凝土路面板厚设计选取板的纵向边缘中部作为产生最大荷载和温度梯度综合疲惫损坏的临界荷位。计算标准轴载在临界荷位处的疲惫荷载应力。计算临界荷位处的温度疲惫应力。依据牢靠度系数，推断荷载疲惫应力与温度疲惫应力之和，是否在允许范围之内，否则需进行必要的调整。板的平面尺寸设计合理确定板的平面尺寸（板长及宽度）接缝及配筋设计按水泥混凝土路面设计规范第5节的内容进行接缝设计，按第6节的内容进行配筋设计。结构层防冻厚度验算在季节性冰冻地区，若路面的总厚度小于最小防冻厚度时，必需进行防冻厚度验算，可考虑加设计垫层补足。方案比选如果有其它方案，还需要进行技术经济比较，确定最佳方案。确定其它各项指标，如路面、路肩宽度、路拱横坡度、路缘石，各结构层宽度，路基边坡坡度、边沟等。并绘制路基路面结构断面图。沥青路面设计：1轴载分析：交通资料表序号汽车车型载重KN自重KN前轴后轴1后轴2后轴3作用次数次／日1红岩CO30290180.0120.062.0119.0119.05122江淮HF150804245.1101.56243黄河SPP200200.0114.650.7113.376.7576.751464湘江HQP40140982.3.173.273.24695尤尼克2766170.090.067.0102.5102.5102.5117以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，凡轴载大于25KN的各级轴载Pi的作用次数ni，均应按下式换算成标准轴载P的当量次数N。计算结果如下表所示： 轴载换算结果表（弯沉）车型Pi/KNN红岩CO30290前轴62.016.4512409.6后轴119.02.215122400.6江淮HF150前轴45.116.4624125后轴101．511624665.8黄河SPP200前轴50.716.414648.7后轴1113.311146251.3后轴276.752.21146101.6湘江HQP40后轴73.221469241.4尤尼克2766前轴67．016.4117131.2后轴102.53.41117442.9累计4818.1计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次数拟建高速公路，沥青路面的设计年限为15年，四车道的车道系数是0.4~0.5，取η=0.45==25143882次400万次故应属于高级路面。该值可用于来计算路面设计弯沉及沥青层底拉应力。演算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次。当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于50KN的各级轴载的作用次数,均应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数。计算结果如下表所示轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）车型Pi/KNniN红岩CO30290前轴62.0118.5512206.8后轴119.0315126176.8江淮HF150前轴45.1118.562419.8后轴101．511624702.9黄河SPP200前轴50.7118.514611.8后轴1113.311146396.5后轴276.753114652.7湘江HQP40后轴73.22146977.3尤尼克2766前轴67．0118.511787.9后轴102.551117712.8累计8445.3累计当量轴次数==44072897次。该值可用来计算半刚性基层层底拉应力。2、路面结构组合设计路面结构面层接受沥青混凝土（17cm），基层接受石灰粉煤灰土（20cm）底基层接受石灰土（25cm），规范规定高速公路的面层由两层至三层组成，所以接受三层式沥青层面，表面层接受细粒式密级配沥青混凝土厚度分别为3cm），中面层接受中粒式密级配沥青混凝土（厚度为6cm），下面层接受粗粒式密级配沥青混凝土（厚度8cm）。各层材料的抗压模量与劈裂强度查表得到各层材料的抗压模量与劈裂强度。抗压模量取20℃的模量，各值均取规范给定范围的中值，因此得到20℃的抗压模量：细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa，中粒式密级配沥青混凝土为1200MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为1000MPa，二灰碎石为1500MPa，石灰土为550MPa.各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝土为1.4MPa，中粒式密级配沥青混凝土为1.0MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为0.8MPa，二灰碎石为0.65MPa，石灰土为0.225MPa.4、土基回弹模量的确定a、确定临界高度：由于路床表面至地下水位的高度为1.8m，又由于该路段位于鲁豫轻冻区，自然区划为区，土质为棕粘性土，查表得=2.5m，=2.0m，故得土基的干湿类型为潮湿状态。b、拟定土的平均稠：查表得=1.20，=1.03,=0.86。=0.962c、由路基土的平局稠度=0.962，查表，内插得土基回弹模量=35.4MPa由于该路段是高速公路，由沥青路面设计规范说明，接受重型击实试验时，土基回弹模量提高15%-30%，取15%。则土的回弹模量=35.4（1+15%）=40.7MPa。设计指标的确定对于高速公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力演算。1）、路面设计弯沉值对于高速公路，公路等级系数=1.0；：面层是沥青混凝土面层，面层类型系数取1.0：基层类型系数，对于半刚性基层为1.0：设计年限内一个车道上的累计当量轴次数为次。设计弯沉值为：==19.9（0.01mm）2）、各层材料的容许层底拉应力为：细粒式密级配沥青混凝土4.32=1.4/4.32=0.33MPa中粒式密级配沥青混凝土4.32=1.0/4.32=0.23MPa粗粒式密级配沥青混凝土4.76=0.8/4.76=0.17MPa二灰碎石2.43=0.65/2.43=0.27MPa石灰土3.12=0.225/3.12=0.07MPa设计资料总结设计弯沉值为19.9（0.01mm），相关设计资料汇总如下表。设计资料汇总表材料名称h/cm15℃模量20℃模量劈裂强度/MPa容许拉应力/MPa细粒式密级配沥青混凝土3200014001.40.33中粒式密级配沥青混凝土6180012001.00.23粗粒式密级配沥青混凝土8140010000.80.17二灰碎石2015000.650.27石灰土255500.2250.07土基317、确定石灰土层厚度通过计算机设计计算得到，石灰土的厚度为25cm，实际路面结构的路表实测弯沉值为53.4（0.01mm），沥青面层的层底均受压应力，二灰碎石层底的最大拉应力为0.104MPa，石灰土层底最大拉应力为0.046MPa。以上设计结果满足设计要求。计算机计算结果：***************************新建路面设计成果文件汇总***************************轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算序号车型名称前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(m)交通量1红岩CQ30290621192双轮组<35122江淮HF15045.1101.51双轮组6243其他车50.7113.31双轮组1464其他车76.752双轮组<31465湘江HQP4023.173.22双轮组>34696尤尼克276667102.53双轮组<3117设计年限15车道系数.45交通量平均年增长率10％当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时:路面竣工后第一年日平均当量轴次:4823设计年限内一个车道上累计当量轴次:2.516945E+07当进行半刚性基层层底拉应力验算时:路面竣工后第一年日平均当量轴次:8445设计年限内一个车道上累计当量轴次:4.407133E+07公路等级高速公路公路等级系数1面层类型系数1基层类型系数1路面设计弯沉值:19.9(0.01mm)层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土1.4.372中粒式沥青混凝土1.263粗粒式沥青混凝土.8.194石灰粉煤灰碎石.65.275石灰土.225.076天然砂砾新建路面结构厚度计算公路等级:高速公路新建路面的层数:6标准轴载:BZZ-100路面设计弯沉值:19.9(0.01mm)路面设计层层位:6设计层最小厚度:15(cm)层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)抗压模量(MPa)容许应力(MPa)(20℃)(15℃)1细粒式沥青混凝土314002000.372中粒式沥青混凝土612001800.263粗粒式沥青混凝土810001400.194石灰粉煤灰碎石2015001500.275石灰土25550550.076天然砂砾?1501507土基31按设计弯沉值计算设计层厚度:LD=19.9(0.01mm)H(6)=50cmLS=20.5(0.01mm)H(6)=55cmLS=19.9(0.01mm)H(6)=55cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度:H(6)=55cm(第1层底面拉应力验算满足要求)H(6)=55cm(第2层底面拉应力验算满足要求)H(6)=55cm(第3层底面拉应力验算满足要求)H(6)=55cm(第4层底面拉应力验算满足要求)H(6)=55cm(第5层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度:H(6)=55cm(仅考虑弯沉)H(6)=55cm(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45cm验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.通过对设计层厚度取整,最后得到路面结构设计结果如下:细粒式沥青混凝土3cm中粒式沥青混凝土6cm粗粒式沥青混凝土8cm石灰粉煤灰碎石20cm石灰土25cm天然砂砾55cm土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算公路等级:高速公路新建路面的层数:6标准轴载:BZZ-100层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)抗压模量(MPa)计算信息(20℃)(15℃)1细粒式沥青混凝土314002000计算应力2中粒式沥青混凝土612001800计算应力3粗粒式沥青混凝土810001400计算应力4石灰粉煤灰碎石2015001500计算应力5石灰土25550550计算应力6天然砂砾55150150不算应力7土基31计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值:第1层路面顶面竣工验收弯沉值LS=19.9(0.01mm)第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=21.1(0.01mm)第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=23.6(0.01mm)第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=27.5(0.01mm)第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=53.4(0.01mm)第6层路面顶面竣工验收弯沉值LS=114(0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值LS=371.5(0.01mm)(依据“基层施工规范”第88页公式)LS=300.5(0.01mm)(依据“测试规程”第56页公式)计算新建路面各结构层底面最大拉应力:第1层底面最大拉应力σ(1)=-.232(MPa)第2层底面最大拉应力σ(2)=-.069(MPa)第3层底面最大拉应力σ(3)=-.019(MPa)第4层底面最大拉应力σ(4)=.104(MPa)第5层底面最大拉应力σ(5)=.046(MPa)水泥混凝土路面设计1、交通分析序号汽车车型载重KN自重KN前轴后轴1后轴2后轴3作用次数次／日1红岩CO30290180.0120.062.0119.0119.04172江淮HF150804245.1101.55083黄河SPP200200.0114.650.7113.3119黄河SPP200200.076.7576.751194湘江HQP40140982.3.173.273.23825尤尼克2766170.090.067.0102.5102.5102.595交通调查资料为2005年，设计计算年限的起算年为2009年，对水泥混凝土全设计年限内均接受4.5%。（1）轴载换算红岩CO30290：=+=1493.6次江淮HF150：=+=645.3次黄河SPP200：=+=878.4次黄河SPP200：=0+=0.4次湘江HQP40：=+=0.6次尤尼克2766：=+=95.6次=3113.9次（2）标准荷载累计作用次数水泥混凝土路面所承受的轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为4级，即特重交通、重交通、中等交通和轻交通四个等级。简略分级如下表。交通分级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数/2000100~20003~100＜3由高速公路的设计基准期为30年，平安等级为一级。取临界荷载处的车辆轮迹横向分布系数取0.2，交通量年平均增长率4.5%。则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：==13.9次由于400万＜13.9次＜2000万次，故属于重交通等级。2、初拟路面结构由相应于平安等级一级的变异水公平级为低级。依据高速公路、重交通等级和低级变异水公平级，查表得初拟一般混凝土面层厚度为0.25m。基层选用水泥稳定材料，厚0.20m，垫层为0.16m低剂量无机结合料稳定土。一般混凝土板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。3、路面材料参数确定取一般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30GPa。路基回弹模量取40MPa，低剂量无机结合料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模量如下：=MPa=1027MPa+=+=3.34MNm==0.339m——基层和垫层的当量厚度（m）有关的回归系数。a、b——与有关的回归系数。a=6.22[1-1.51()]=6.22[1-1.51()]=4.04b=1-1.44=1-1.44=0.758基层顶面的当量回弹模量E==4.04=210MPa>100MPa一般混凝土面层的相对刚度半径为：r=0.537h=0.5370.25=0.702m4、荷载疲惫应力标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：=0996MPa因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷载的应力折减系数k=0.87.考虑设计基准期内荷载应力累计疲惫作用的疲惫应力系数=2.553。依据公路等级，由下表所示，考虑偏载和动载等因素对路面疲惫损坏影响的综合系数=1.35。交通条件特重重中等轻综合影响系数当量回弹模量/MPa1.451201.351001.20801.1060荷载疲惫应力计算为5、温度疲惫应力II区最大温度梯度取88（℃/m）。板长5m,5/0.702=7.12,由图可查一般混凝土板厚h=0.25m，Bx=0.63。最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为==2.079MPa温度疲惫应力系数k计算温度疲惫应力为应力验算高速公路的平安等级为一级，相应于一级平安等级的变异水公平级为低级，目标牢靠度为95%。再据查得的目标牢靠度和变异水公平级，查表确定牢靠度系数。=1.21*（2.99+1.091）=4.94MPa=5.MPa因而，所选一般混凝土面层厚度（为0.25m）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲惫作用。计算机计算结果：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:高速公路变异水平的等级:低级可靠度系数:1.