课程设计三级公路路基路面课程设计

设计原始资料公路自然区划Ⅱ1区拟新建一条双车道三级公路，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，砂石材料丰富，其他材料均需外购。依据附录1：表1.1.1-1.1.3，拟定设计时速为40km/h，路基宽度为8.5m，车道宽度3.5m，土路肩0.75m，无硬路肩。路面宽度范围内交通调查得到交通组成见表一，在使用期内交通量的年平均增长率为5%。表一预测该路竣工后第一年的交通组成车型解放CA-10B东风EQ-140日野KB222黄河JN-150小汽车辆/日1500140030401000混凝土路面设计2.1交通分析2.1.1混凝土路面设计基准期：由下表，可靠度设计指标，三级公路混凝土路面设计基准期为20年；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（年年）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2.1.2标准轴载及轴载当量换算水泥混凝土路面结构设计以100KN单轴-双轮祖荷载为标准荷载。不同轴-轮型和轴载的作用次数，应按式中：由已知交通组成资料计算的各轴载当量换算次数如下表：车型轴重（KN）轮-轴型系数交通组成（辆/日）当量轴次解放CA-10B前轴19.40620.2915000.01后轴60.85115000.53东风EQ-140前轴23.70569.1314000.00后轴69.2114003.87日野KB222前轴50.20412.15300.20后轴104.3013058.84黄河JN-150前轴49.00416.46400.18后轴101.6014051.57小汽车前轴--556.2110000.00后轴--110000.00合计115.202.1.3标准轴载累计当量作用次数由附录2：表2.1.1可靠度设计标准得:该三级公路设计基准期20年,安全等级为四级。由表2.1.2，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.62。交通量年平均增长率为5%。所以设计基准期内混凝土面板临界荷位处所承受的标准轴载累计当量作用次数：2.1.4混凝土路面交通等级划分该设计车道标准轴载累计作用次数，依据附录2：表2.1.3得路面交通等级为中等。交通分析交通等级特重重中等轻设计车道标准轴轴载累计作作用次数（）>2000100～200003～100<32.2初拟路面结构2.2.1路面厚度及材料设计由表2.1.1可靠度设计标准可知,安全等级为四级的道路对应的变异水平等级为中～高级。根据三级公路中交通等级和中级变异水平等级，查表2.2.1得水泥混凝土面层厚度参考范围200～230mm，初拟面层厚度为220mm。根据中等交通等级查表2.2.2和表2.2.3，基层选用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚度180mm。垫层为150mm低剂量无机结合料稳定土，见图一。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m，长5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。图一：路面结构图图一：路面结构图2.2.2接缝设计：1、纵向接缝的布设应视路面宽度和施工铺筑宽度而定:（1）一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝。纵向施工缝采用平缝形式，上部应锯切槽口，深度为30-40mm，宽度为3-8mm,槽内灌塞填缝料，构造如图二a）所示;（2）一次铺筑宽度大于4.5m时，应设置纵向缩缝。纵向缩缝采用假缝形式，锯图二:纵缝构造(尺寸单位:mm)a)纵向施工缝;b)纵向缩缝图二:纵缝构造(尺寸单位:mm)a)纵向施工缝;b)纵向缩缝（3）纵缝应与路线中线平行。在路面等宽的路段内或路面变宽路段的等宽部分，纵缝的间距和形式应保持一致。路面变宽段的加宽部分与等宽部分之间，以纵向施工缝隔开。加宽板在变宽段起终点处的宽度不应小于1m。（4）拉杆应采用螺纹钢筋，设在板厚中央，并应对拉杆中部100mm范围内进行防锈处理。拉杆的直径、长度和间距，可参照附表2：表2.2.4取用14x700x600。施工布设时，拉杆间距应按横向接缝的实际位置予以调整，最外侧的拉杆距横向接缝的距离不得小于l00mm。（5）连续配筋混凝土面层的纵缝拉杆可由板内横向钢筋延伸穿过接缝代替。2、横向接缝设计（1）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。设在缩缝处的施工缝，应采用加传力杆的平缝形式，其构造如图三a)所示;设在胀缝处的施工缝，其构造与胀缝相同。遇有困难需设在缩缝之间时，施工缝采用设拉杆的企口缝形式，其构造如图三b)所示。图三：横向施工缝构造(尺寸单位mm)a)设传力杆平缝型；b)设拉杆企口缝型22（2）横向缩缝可等间距或变间距布置，采用假缝形式。本公路属非特重和重交通公路，故可采用不设传力杆假缝形式，其构造如图四所示。图三：横向施工缝构造(尺寸单位mm)a)设传力杆平缝型；b)设拉杆企口缝型22图四：横向缩缝构造（不设传力杆的假缝型）图四：横向缩缝构造（不设传力杆的假缝型）（3）横向缩缝顶部应锯切槽口，深度范围为44-55mm，取50mm，宽度为3-8mm，槽内填塞填缝料。图五：胀缝构造(尺寸单位:mm)（4）在邻近桥梁或其他固定构造物处或与其他道路相交处应设置横向胀缝。设置的胀缝条数，视膨胀量大小而定。低温浇筑混凝土面层或选用膨胀性高的集料时，宜酌情确定是否设置胀缝。胀缝宽20mm，缝内设置填缝板和可滑动的传力杆。胀缝的构造如图五所示。图五：胀缝构造(尺寸单位:mm)（5）传力杆应采用光面钢筋。其尺寸和间距可按附录2：表2.2.5选用28x400x300。最外侧传力杆距纵向接缝或自由边的距离为150-250mm。2.3路面材料参数确定2.3.1混凝土面层参数按下列附表，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为4.5MPa，相应弯拉弹性模量标准值为29GPa。混凝土弯拉强度标准值交通等级级特重重中等轻水泥砼的弯拉强强度标准值值（MPa）5.05.04.54.0钢纤维砼的弯拉拉强度标准准值（MPa）6.06.05.55.02.3.2土基参数按下表中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值，自然区划Ⅱ1区粘性土路基回弹模量取35MPa。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ⅡⅢⅣⅤⅥ土质砂26～4240～5039～5035～6050～60粘质土25～4530～4025～4530～4530～45粉质土22～4632～5430～5027～4330～452.3.3基层、垫层参数按表2.3.4垫层和基层材料回弹模量经验参考值范围，水泥稳定粒料基层回弹模量取1400MPa，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取650MPa。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（胁）材料类型回弹模量（m）中、粗砂80～100石灰粉煤灰稳定定粒料1300～17700天然砂砺150～2000水泥稳定粒料1300～17700未筛分碎石180～2200沥青碎石（粗粒粒式，20）600～8000级配碎砾石（垫垫层）200～2500沥青混凝土（粗粗粒式，20）800～12000级配碎砾石（基基层）250～3500沥青混凝土（中中粒式，20）1000～14400石灰土200～7000多孔隙水泥碎石石（水泥剂剂量9.5%～11%）1300～17700石灰粉煤灰土600～9000多孔隙沥青碎石石（20，沥青青含量2.5%～3.5%）600～80002.3.4基顶当量回弹模量确定(1)基层和垫层的当量回弹模量：(2)基层和垫层的当量弯曲刚度：(3)基层和垫层的当量厚度：(4)回归系数a、b：所以基层顶面的当量回弹模量：式中：—基层顶面的当量回弹模量（MPa）；—路床顶面的回弹模量（MPa）；—基层和底基层或垫层当量回弹模量（MPa）；、—基层和底基层或垫层的回弹模量（MPa）；—基层和底基层或垫层的当量厚度（m）；—基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度（MN·m）；、—基层和底基层或垫层的厚度（m）；、—与有关的回归系数。2.4荷载疲劳应力2.4.1荷载应力计算（1）普通混凝土板的相对刚度半径：式中：h—混凝土板的厚度（m）；Ec—水泥混凝土的弯拉弹性模量（MPa）；Et—基层顶面的当量回弹模量(MPa)。（2）标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力：式中：r—普通混凝土面层的相对刚度半径；h—混凝土板的厚度（m）。2.4.2荷载疲劳应力因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数Kr=0.89。普通混凝土路面面设计基准准期内荷载载应力累计计疲劳应力力系数根据公路等级三三级，查综综合系数表表，考虑偏偏载和动载载等因素对对路面疲劳劳损坏影响响的综合系系数Kc=11.1。所以荷载疲劳应应力综合系数Kc公路等级高速一级二级三、四级Kc1.301.251.201.102.5温度疲劳劳应力2.5.1温度度翘曲应力力计算由下表最大温度度梯度标准准值得，Ⅱ区最大温温度梯度取取88℃/m。公路自然区划分分Ⅱ、ⅤⅢⅣ、ⅥⅦ最大温度梯度（℃/m）83～8890～9586～9293～98注：海拔高时，取取高值；湿湿度大时，取取低值。板长5m，l/r=55/0.6634==7.8886,混凝土板板厚h=0..22m，查图六六得Bx=00.7055。图六：温度应力系数Bx图六：温度应力系数Bx所以最大温度梯梯度时混凝凝土板的温温度翘曲应应力式中：—混凝土的线膨胀胀系数（1/℃），通常常可取为//℃；Ec—水泥泥混凝土的的弯拉弹性性模量（MPa）；h—混凝凝土板面层层厚度（m）；Tg—最大大温度梯度度（℃/m）；Bx—综合合温度翘曲曲应力和内内应力作用用的温度应应力系数。2.5.2温度度疲劳应力力查回归系数表得得Ⅱ区a=0..828，b=0..041，c=1..323，所以温温度疲劳应应力系数式中：—混凝土弯拉强度度标准值（MPa）；—最大温度梯度时时混凝土板板的温度翘翘曲应力；；a、b、c—与自然区划相关关的回归系系数。因此，温度疲劳劳应力回归系数数表系数公路自然区划分分ⅡⅢⅣⅤⅥⅦa0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.2702.6初拟路面面结构检验验查下表可靠度设设计标准三三级公路的的安全等级级为四级，相相应的变异异等级为中中级，目标标可靠度为为80%。根据目目标可靠度度和变异系系数查下表表可靠度系系数表，确确定可靠度度系数=11.07。可靠度系数变异水平等级目标可靠度（%%）95908580低1.20～1..331.09～1..161.04～1..08—中1.33～1..501.16～1..231.08～1..131.04～1..07高—1.23～1..331.13～1..181.07～1..11注：变异系数在在表16-221范围的下下限时，可可靠度系数数取低值；；上限时取取高值。因而，所所选普通混混凝土面层层厚度（0.222m）可以承承受设计基基准期内荷荷载应力和和温度应力力的综合疲疲劳应力作作用。2.7验算水泥泥混凝土路路面设计2.7.1水泥泥混凝土路路面基本参参数输入2.7.2水泥泥混凝土路路面验算2.7.3水泥泥混凝土路路面结果输输出水泥混凝土路面面设计设计内容:新建单层层水泥混凝凝土路面设设计公路等级:三级公路路变异水平平的等级:中级可靠度系数:11.07面层类型:普通混凝凝土面层序路面行驶单轴单轮轴载载单轴双轮轴载双轴双轮轴载三轴双轮轴载交通量号车辆名称组的个数总重重组的个数总重组的个数总重组的个数总重(kN))((kN)(kkN)(kNN)1解放放CA-110B1119.441660.8550000150002东风风EQ-11401123.771669.20000140003日野野KB22221150.2211104.330000304黄河河JN-1150114911101.66000040行驶方向分配系系数1车道分配配系数1轮迹横向分布系系数0..62交通量年年平均增长长率5％混凝土弯拉强度度4..5MPPa混凝土弯弯拉模量299000MPa混凝土面层板长长度5m地区公路路自然区划划Ⅱ面层最大温度梯梯度888℃/m接缝应力力折减系数数0..89基(垫)层类型-----新建公路路土基上修修筑的基(垫)层层位基（垫垫）层材料料名称厚度(mm))回弹模量(MPa))1水泥稳定定粒料1880140002石灰粉煤煤灰土15506503土基35基层顶面当量回回弹模量ET==1887.2MPaHB=2200rr=0..635SPSS=1..21SSPR=2.588BX=0..71STM==1.999KTT=0..54STR==1.008SCR=3..66GGSCR==3.992RE==-12..89%%设计车道使用初初期标准轴轴载日作用用次数:1115路面的设计基准准期:220年设计基准期内标标准轴载累累计作用次次数:8605525路面承受的交通通等级:中等交通通等级基层顶面当量回回弹模量:1187.22MPaa混凝土面层设计计厚度:220mm验算路面防冻厚厚度:路面最小防冻厚厚度5000mmm新建基(垫)层层总厚度3330mmm验算结果表明,,路面总厚厚度满足路路面防冻要要求.通过对设计层厚厚度取整以以及设计人人员对路面面厚度进一一步的修改改,最后得到路面结结构设计结结果如下:------------------------------------------------普通混凝凝土面层2220mmm------------------------------------------------水泥稳定定粒料1800mm------------------------------------------------石灰粉煤煤灰土1500mm------------------------------------------------土基沥青路面设计3.1交通分析析3.1.1路面面设计年限限根据公路等级，查查下表得各各级公路沥沥青路面设设计年限，三三级公路设设计年限为为8年。公路等级设计年限（年）公路等级设计年限（年）高速、一级公路路15三级公路8二级公路12四级公路63.1.2累计计标准轴载载当量轴次次计算我国路面设计以以双轮组单单轴载100KKN为标准轴轴载。以BZZ--100表示。（1）采用弯沉值和和沥青层的的层底拉应应力为设计计指标1）各级轴载按下下式换算成成标准轴载载P的当量轴轴次N式中：—标准轴载当量轴轴次（次/日）；—各种被换算车辆辆的作用次次数（次/日）；—各种被换算车型型的轴载（kN）；—轴数系数；—轮组系数，双轮轮组为1，单轮组组为6.4，四轮组组为0.38。当轴间距大于33m时，轴数数系数等于于轴数m；当轴间距小于33m时，双轴轴或多轴的的轴数系数数。由已知交通组成成资料计算算的各轴载载当量换算算次数如下下表：车型轴载（kN）轴数轮组数轴数系数轮组系数交通量当量轴次（次/日）解放CA-10B前轴19.401单16.415007.66后轴60.851双111500172.83东风EQ-140前轴23.701单16.4140017.08后轴69.21双111400282.22日野KB222前轴50.201单16.4309.58后轴104.301双113036.03黄河JN-150前轴49.001单16.44011.50后轴101.601双114042.86合计579.76注：小汽车和轴轴载小于40KN的特轻轴轴重对结构构影响忽略略不计，不不纳入当量量换算。2）设计年限内累累计当量标标准轴载数数已知设计年限tt为8年，设计计年限内交交通量平均均增长率r为5%，查车道道系数表，对对双向两车车道取车道道系数=00.68。车道系数表车道特征η车道特征η双向单车道1.0双向六车道0.3～0.44双向两车道0.6～0.77双向八车道0.25～0..35双向四车道0.4～0.55所以设计年限内内一个车道道通过的累累计当量标标准轴次采用半刚性材料料结构层的的层底拉应应力为设计计指标1）各级轴载按下下式换算成成标标准轴轴载P的当量轴轴次N式中：—标准轴载当量轴轴次（次/日）；—各种被换算车辆辆的作用次次数（次/日）；—各种被换算车型型的轴载（kN）；—轴数系数；—轮组系数，双轮轮组为1，单轮组组为18.5，四轮组组为0.09。当轴间距大于33m时，轴数数系数等于于轴数m；当轴间距小于33m时，双轴轴或多轴的的轴数系数数。由已知交通组成成资料计算算的各轴载载当量换算算次数如下下表：车型轴载（kN）轴数轮组数轴数系数轮组系数交通量当量轴次（次/日）解放CA-10B前轴19.401单118.515000.06后轴60.851双11150028.20东风EQ-140前轴23.701单118.514000.26后轴69.21双11140073.62日野KB222前轴50.201单118.5302.24后轴104.301双113042.01黄河JN-150前轴49.001单118.5402.46后轴101.601双114045.42合计194.27注：小汽车和轴轴载小于40KN的特轻轴轴重对结构构影响忽略略不计，不不纳入当量量换算。2）设计年限内累累计当量标标准轴载数数已知设计年限tt为8年，设计计年限内交交通量平均均增长率r为5%，查道系系数表，对对双向两车车道取车道道系数=00.68。所以设计年限内内一个车道道通过的累累计当量标标准轴次3.1.2交通通等级两种设计指标计计算出的累累计标准轴轴次最大值值，查下表表沥青路面面交通等级级得本沥青青路面交通通等级为轻轻交通。交通等级BZZ-1000累计标准准轴次（次/车道）大客车及中型以以上各种货货车交通量量（辆/d/车道）轻交通＜3×＜600中等交通3×～1.2××600～15000重交通1.2×～2..5×1500～30000特重交通＞2.5×＞30003.2初拟路面面结构根据结构层最小小施工厚度度、材料、水水文、交通通量以及施施工机具的的功能等因因素，查表表3.2..1、3.2..2，初步确确定路面结结构与各层层厚度如下下：1.5ccm沥青表面面处治+2.55cm沥青表面面处治+35ccm石灰稳定定碎石基层层+20ccm级配砂砾砾垫层，以以石灰稳定定碎石为设设计层。3.3路面设计计弯沉值根据公路沥青路路面设计规规范8.0..3规定，高高速公路、一一级公路、二二级公路的的路面结构构，以路表表面回弹弯弯沉至、沥沥青混凝土土层的层底底拉应力及及半刚性材材料层的层层底拉应力力为设计指指标。三级级公路、四四级公路的的路面结构构以路表面面设计弯沉沉值为设计计指标。有有条件，对对重载交通通路面宜检检验沥青混混合料的抗抗剪切强度度。本工程属轻交通通量的三级级公路，故故只需以路路表面设计计弯沉值为为设计指标标。路面设计弯沉值值是表征路路面整体刚刚度大小的的指标，是是路面厚度度计算的主主要依据，是是路面厚度度的主要依依据。路面面设计弯沉沉值应依据据公路等级级、在设计计年限内累累计标准轴轴次、面层层和基层类类型综合确确定。路面设计弯沉值值：式中：—公路等级系数，高高速公路、一一级公路为为1.0，二级公公路为1.1，三、四级级公路为1.2；—面层类型系数，沥沥青混凝土土面层为1.0，热拌沥沥青碎石、冷冷拌沥青碎碎石、上拌拌下贯或贯贯入式路面面、沥青表表面处治为为1.1；—路面结构类型系系数，刚性性基层、半半刚性基层层、沥青路路面为1.0，柔性基基层沥青路路面为1.6，若基层层由半刚性性材料层与与柔性材料料层组合而而成，则介介于两者之之间通过线线性内插决决定。3.4路面结构构厚度设计计参数路面结构厚度的的确定应满满足结构整整体刚度（即即承载力）与与沥青层或或半刚性基基层、底基基层抗疲劳劳开裂的要要求。对轻交通量三级级公路，要要求轮隙中中心处路表表计算弯沉沉值应小于于或等于设设计弯沉值值，即。路表计算弯沉值值计算：其中：式中：—标标准车型的的轮胎接地地压强（MPa)和当量圆圆半径（cm）；—理论弯沉系数；；—土基抗压回弹模模量值（MPa）；—各层层材料抗压压回弹模量量（MPa）；—各结构层厚度（cm）。沥青表面处治层层抗压模量量参考沥青青贯入式，查查表3.3..1沥青混合合料设计参参数，取沥沥青表面处处治20℃抗压模量量为400MMPa。石灰稳定碎石基基层取石灰灰碎石土，查查表3.3..2基层、底底基层材料料设计参数数，取石灰灰土碎石抗抗压模量为为10000MPa。级配砂砾垫层抗抗压模量查查表3.2..2，取200MMPa。土基抗压模量查查公路沥青青路面设计计规范表F.0..3二级自然然区划各土土组土基回回弹模量参参考值，由由公路自然然区划Ⅱ1区、粘性性土、稠度度1.0得土基抗抗压模量为为25MPPa。3.5验算沥青青路面设计计3.5.1沥青青路面设计计参数3.5.2沥青青路面验算算3.5.2沥青青路面验算算轴载换算及设计计弯沉值计计算序号车型名称前轴重(kN))后轴重(kN))后轴数后轴轮组组数后轴距(m)交通量1解放CA100B199.4600.851双轮组150002东风EQ1440233.7699.21双轮组140003日野KB2222500.21004.31双轮组304黄河J61双轮组40设计年限8车道系数00.68交通量平平均年增长长率55％路面竣工后第一一年日平均均当量轴次次:580设计年限内一个个车道上累累计当量轴轴次:13744652公路等级高高速公路公路等级系数1面层类型型系数1..1基层类型型系数1路面设计弯沉值值:39.11(0..01mmm)新建路面结构厚厚度计算公路等级:三级公路路新建路面面的层数:4标准轴载:BZZ--100路面设计计弯沉值:46.889(00.01mmm)路面设计计层层位:4设计层最最小厚度:15((cm)层位结构层材料名称厚度(cm))抗压模量(MPa))1沥青表面面处治1.5544002沥青表面面处治2.5544053石灰碎石石土35100004级配砂砾?2005土基36按设计弯弯沉值计算算设计层厚厚度:LD=46.889(00.01mmm)H(44)=15ccmLLS=441.6(0.001mm))由于设计计层厚度H(4)==Hminn时LS<<=LD,,故弯沉计计算已满足足要求.路面设计计层厚度:H((4))=155cm((仅考虑弯弯沉)验算路面面防冻厚度度:路面最小小防冻厚度度500cm验算结果果表明,路面总厚厚度满足防防冻要求.通过对设计层厚厚度取整,最后得到到路面