路基路面工程

铜陵学院课程设计任务书课程名：路基路面工程班级：11土木二班学号：1111111154姓名：王龙里指导老师：谢中友老师1.1普通水泥混凝土路面设计资料：公路自然区划=3\*ROMANIII区新建一条二级公路，路基回弹模量根据以往经验取30Mpa，采用普通混凝土路面，路面宽16m(双向四车道），经交通调查与预测知设计车道使用初期标准轴载日作用次数为3200，交通量年增长率取5%，试设计该路面厚度。1.交通分析由课本479页表16-20知，二级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级。由课本459页表16-3知，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.39。已知交通量年平均增长率为5％。按下式可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=[(1+)t-1]=[(1+0.05)20-1]×0.39=15.06x106由表16-4可知属重交通等级。表A．2．2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0.17～0.22二级及二级以下公路行车道宽>7m0.34～0.39行车道宽≤7m0.54～0.622.初拟路面结构由表16-20（课本479页），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16-17（课本477页），初拟普通混凝土面层厚度为0.22m。基层选用水泥稳定粒料(水泥用量5％)，厚0.18m。垫层为0.15m低剂量无机结合料稳定土。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。3.路面材料参数确定按表16-23、16-25（课本480、481页），取普通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31GPa。混凝土弯拉强度标准值交通等级特重重中等轻水泥混凝土的弯拉强度标准值（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课题已知路基回弹模量取30MPa。查表16-27（课本482页），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。按式16-53（课本482页）计算基层顶面当量回弹模量如下：4．荷载疲劳应力按式16-52a（课本481页），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数kr=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，由表16-24，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数kc=1.20。按式（16-49），荷载疲劳应力计算为pr=KrKfKcps=0.87×2.565×1.20×1.259=3.37（MPa)5．温度疲劳应力由表16-28，Ⅱ区最大温度梯度取88(℃／m)。板长5m，=5／0.677=7.39，由图16-14可查普通混凝土板厚h=0.22m，Bx=0.71。按式16-56，最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为温度疲劳应力系数kt，按式16-57计算为再由式(B.2.1)(16-55)计算温度疲劳应力为查表16-20，二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85％。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表16-22，确定可靠度系数=1.13。按式因而，所选普通混凝土面层厚度(0.22m)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。沥青路面结构设计及计算一：设计目的通过本设计掌握高速公路沥青路面设计的基本过程和计算方法。二：设计题目某地区某高速公路，其中某段经调查路基为粉质中液限粘土，地下水位1.1m，路基填土高度0.5m。设计初期混合交通量为25000辆/日，交通组成和代表车型的技术参数分别如表1、表2所示，交通量年平均增长率7%。该路沿线可开采砂砾、碎石，并有石灰、水泥、粉煤灰、沥青供应。请设计合适的半刚性基层沥青路面结构。三：设计资料表1某路段混合交通组成车型分类一类车二类车三类车四类车五类车六类车代表车型桑塔纳五十铃解放CA10B黄河JN150黄河JN162交通SH361比重（%）24.5742.3022.049.011.890.18表2代表车型的技术参数序号汽车型号总重（Kn）载重（Kn）前轴重（Kn）后轴重（Kn）后轴数轮组数轴距（cm）出产国1桑塔纳212五十铃423解放CA10B80.2540.0019.4060.851双中国4黄河JN150150.6082.6049.00101.601双中国5黄河JN162174.50100.0059.50115.001双中国6交通SH361280.00150.0060.002×1102双130中国表3武汉地区2010材料单价表材料名称单位材料单价（元）4cm中粒式沥青砼25.4605cm中粒式沥青砼28.5906cm粗粒式沥青砼32.2208cm粗粒式沥青砼42.95035cm二灰稳定碎石51.36230cm二灰土24.6035cm水泥稳定碎石51.29030cm碎石灰土27.00四：设计过程=1\*ROMANI）当以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力验算时，凡前后轴轴载大于25kn的各级轴载Pi的作用次数ni均换算成标准轴载p的当量作用次数N。（1）轴载换算计算公式：计算数据如下表1-1车型（）（次/日）解放CA10B前轴19.4016.46237.320后轴60.85116237.32718.6733819黄河JN150前轴49.0016.42549.83732.8990328后轴101.60112549.832732.1142475黄河JN162前轴59.5016.4534.87357.7478353后轴115.0011534.87982.3898014交通SH361前轴60.0016.450.9435.3343294后轴2*1102.2150.943458.55347465∑N=8128.713则设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次的计算：设计年限为t=15年，=10%，双向六车道，故车道系数选为0.35。故=2\*ROMANII).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（包括车辆的前后轴）的作用次数，均按如下公式换算成标准轴载的当量作用次数.计算结果如下表4所示：车型（）（次/日）解放CA10B前轴19.411.856237.320后轴60.85116237.32117.24185635黄河JN150前轴4911.852549.8315.67658982后轴101.60112549.832792.89595753黄河JN162前轴59.5011.85534.8715.54374611后轴115.0011534.871636.179558486交通SH361前轴60.0011.8551.31.594后轴2*1102151.3244.136∑N=4823.267=3\*ROMANIII）方案一：AC-165cmAC-205cmAC-258cm二灰稳定碎石35cm二灰土待求土基=3\*ROMANIII）土基回弹模量的确定该路段路基为粉质中质中液限土，地下水位1.1米，路基回填土高度0.5米。h1>1.6>h2所以可以确定该土基为中湿。查土基干湿状态的稠度建议值表得：该路段土路基的平均稠度，取=1.00根据=4\*ROMANIV3级自然区划各土组土基回弹模量参考值得：土基回弹模量E0=36MPa。=4\*ROMANIV）其余各结构层材料的抗压模量及劈裂强度已参照规范给出的推荐值确定。见表1-3土基及路面材料设计参数层位标号材料名称抗压弹性模量QUOTE错误!未找到引用源。劈裂强度1AC-16130019001.02AC-20120018001.03AC-25110013000.84二灰稳定碎石150015000.65二灰土8008000.26土基36.0-=5\*ROMANV）设计指标的确定（1）设计弯沉值公路为高速公路，则公路等级系数Ac取1.0；面层是沥青混凝土，则面层类型的系数As取1.0；路面结构为半刚性基层沥青路面，则路面类型系数Ab取1.0。根据，求理论弯沉系数αc：对于BZZ-100，取P=0.7MPa，δ=eq\f(21.3,2)=10.65cm，根据，利用式12-15，求理论弯沉系数: 对于BZZ-100，p=0.7MPa得（2）计算待求层厚度将该多层体系换算成当量三层体系如图2，其中中层厚度H由h2,h3,h4,h5组合而成,其计算方法如下：AC-16h1=5cmAC-20h2=5cm连续E1=1200MPah1AC-25h3=8cm二灰碎石h4=35cmH二灰土h5=？连续E2=800MPa土基土基E0=36MPa（a）实际路面结构（b）当量三层体系(3）计算H由=0.469,=0.923查图得=5.7，又=1.65,查表得=7.6故H=7.6×10.65=80.94cm由公式计算得所以=28.09cm故取=30cm。验算整体性材料底部的最大弯拉应力 (1）确定容许拉应力计算各层材料的容许底层拉应力公式为Rsp/Ks本式中：R指路面结构层材料的容许拉应力；sp指结构层材料的极限抗拉强度；Ks指抗拉强度结构系数，对AC-16对AC-20对AC-25对二灰稳定碎石对二灰土材料名称（MPa）（MPa）AC-161.04.160.24AC-201.04.160.24AC-250.83.780.21二灰稳定碎石0.62.380.25二灰土0.32.380.12 （2）确定中粒式沥青混凝土AC-16层底弯拉应力将多层结构换算为当量三层体系，如图1-7所示中粒式沥青混凝土AC-16h1=5cm中粒式沥青混凝土AC20h2=5cm连续E1=1800MPah1粗粒式沥青混凝土AC-25h3=8cm二灰碎石h4=35cmH二灰土h5=30cm连续E2=1400MPa土基土基E0=36MPa（a）实际路面结构（b）当量三层体系图1多层结构当量换算h=h1=5由查表得，表明该层层底承受弯曲压应力，自然满足要求。（3）确定中粒式沥青混凝土AC-20层底弯啦应力中粒式沥青混凝土AC-16h1=5cm中粒式沥青混凝土AC20h2=5cm连续E1=1400MPah1粗粒式沥青混凝土AC-25h3=8cm二灰碎石h4=35cmH二灰土h5=30cm连续E2=1200MPa土基土基E0=36MPa（a）实际路面结构（b）当量三层体系图2多层结构当量换算由=1.084，，，由图12-18，查得，表明该底层层底承受弯曲压应力，自然满足要求。（4）确定中粒式沥青混凝土AC-25层底弯拉应力中粒式沥青混凝土AC-16h1=5cm中粒式沥青混凝土AC20h2=5cm连续E1=1200MPah1粗粒式沥青混凝土AC-25h3=8cm二灰碎石h4=35cmH二灰土h5=30cm连续E2=1500MPa土基土基E0=36MPa（a）实际路面结构（b）当量三层体系图3多层结构当量换算由=2.015，，，由图12-18，查得，表明该底层层底承受弯曲压应力，自然满足要求。（5）确定二灰碎石层底弯拉应力中粒式沥青混凝土AC-16h1=5cm中粒式沥青混凝土AC20h2=5cm连续E1=1500MPah1粗粒式沥青混凝土AC-25h3=8cm二灰碎石h4=35cmH二灰土h5=30cm连续E2=900MPa土基土基E0=36MPa（a）实际路面结构（b）当量三层体系图4多层结构当量换算由=4.885，，，由图12-18，查得，=1.47,=2.8,得=0.75所以=p=0.7×0.12×1.47×0.75=0.09MPa<,满足要求。（6）确定二灰碎石层底弯拉应力中粒式沥青混凝土AC-16h1=5cm中粒式沥青混凝土AC20h2=5cm连续E1=1500MPah1粗粒式沥青混凝土AC-25h3=8cm二灰碎石h4=35cmH二灰土h5=30cm连续E2=900MPa土基土基E0=36MPa（a）实际路面结构（b）当量三层体系图5多层结构当量换算由=4.885，，查得=1.15,=0.45所以=p=0.7×0.31×1.15×0.45=0.11MPa<,满足通过计算可以确定本方案所拟定路面结构符合要求，即如图6中粒式沥青混凝土AC-16h1=5cm中粒式沥青混凝土AC20h2=5cm粗粒式沥青混凝土AC-25h3=8cm二灰碎石h4=35cm二灰土h5=30cm图6结构组合方案方案二：(1）确定路面结构方案中粒式沥青混凝土AC-16h1=5cm中粒式沥青混凝土AC20h2=5cm粗粒式沥青混凝土AC-25h3=6cm水泥碎石h4=35cm碎石灰土？2）确定路面设计弯沉值eq\o\ac(○,1)计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次。由式12-31：由题意，取η=0.35图7eq\o\ac(○,2)确定路面设计弯沉值查表得，，eq\o\ac(○,3)确定土基回弹模量值查表可得土基的回弹模量=36.0MPa(3)计算待求层厚度土基及路面材料的回弹模量及各强度值列于下表5 表5土基及路面材料设计参数层位标号材料名称抗压弹性模量QUOTE错误!未找到引用源。劈裂强度1AC-16120018001.02AC-2080014001.03AC-25100012000.84水泥碎石150015000.55水泥石灰土8008000.36土基36.0-=1\*GB3①根据，利用式12-15，求理论弯沉系数: 对于BZZ-100，p=0.7MPa,得=2\*GB3②计算待求层厚度将该多层体系换算成当量三层体系如图8，其中中层厚度H由h2,h3,h4,h5组合而成,其计算方法如下：中粒式沥青混凝土AC-16h1=5cm中粒式沥青混凝土AC20h2=5cm连续E1=1500MPah1粗粒式沥青混凝土AC-25h3=6cm水泥碎石h4=35cmH碎石灰土h5=？cm连续E2=900MPa土基土基E0=36MPa（a）实际路面结构（b）当量三层体系图7多层结构当量换算计算H由=0.469,=0.667查图得=8.2，又=1.42,查表得=8.1故H=8.1×10.65=86.27cm由公式计算得所以=29.11cm故取=30cm。(4)验算整体性材料底部的最大弯拉应力 =1\*GB3①确定容许拉应力计算各层材料的容许层底拉应力对AC-16对AC-20对AC-25对水泥碎石对碎石灰土材料名称（MPa）（MPa）AC-161.04.160.24AC-201.04.160.24AC-250.83.780.21水泥碎石0.52.380.21碎石灰土0.33.060.10=2\*GB3②确定AC-16层底拉应力中粒式沥青混凝土AC-16h1=5cm中粒式沥青混凝土AC20h2=5cm连续E1=1800MPah1粗粒式沥青混凝土AC-25h3=6cm水泥碎石h4=35cmH碎石灰土h5=30cm连续E2=1400MPa土基土基E0=36MPa（a）实际路面结构（b）当量三层体系图8多层结构当量换算h==5.0cm，由=0.48，，，由图12-18，查得，表明该底层层底承受弯曲压应力，自然满足要求。eq\o\ac(○,3)确定AC-20层底拉应力将多层结构换算为当量三层体系，如图9中粒式沥青混凝土AC-16h1=5cm中粒式沥青混凝土AC-20h2=5cm连续E1=1400MPah1粗粒式沥青混凝土AC-25h3=6cm水泥碎石h4=35cmH碎石灰土h5=30cm连续E2=1200MPa土基土基E0=36MPa（a）实际路面结构（b）当量三层体系图9多层结构当量换算由=1.13，，，由图12-18，查得，表明该底层层底承受弯曲压应力，自然满足要求。eq\o\ac(○,4)确定AC-25层底拉应力中粒式沥青混凝土AC-16h1=5cm中粒式沥青混凝土AC20h2=5cm连续E1=1200MPah1粗粒式沥青混凝土AC-25h3=6cm水泥碎石h4=35cmH碎石灰土h5=30cm连续E2=1500MPa土基土基E0=36MPa（a）实际路面结构（b）当量三层体系图10多层结构当量换算由=1.81，，，由图12-18，查得，表明该底层层底承受弯曲压应力，自然满足要求。=5\*GB3⑤确定水泥碎石层底拉应力中粒式沥青混凝土AC-16h1=5cm中粒式沥青混凝土AC20h2=5cm连续E1=1500MPah1粗粒式沥青混凝土AC-25h3=6cm水泥碎石h4=35cmH碎石灰土h5=30cm连续E2=800MPa土基土基E0=36MPa（a）实际路面结构（b）当量三层体系图11多层结构当量换算由=4.66，，，由图12-18，查得，=1.46,=2.8,得=0.9所以=p=0.7×0.13×1.46×0.9=0.12MPa<,满足=6\*GB3⑥确定石灰土碎石土层底拉应力将多层结构换算为当量三层体系，如图12中粒式沥青混凝土AC-16h1=5cm中粒式沥青混凝土AC20h2=5cm连续E1=1500MPah1粗粒式沥青混凝土AC-25h3=6cm水泥碎石h4=35cmH碎石灰土h5=30cm连续E2=800MPa土基土基E0=36MPa（a）实际路面结构（b）当量三层体系图12多层结构当量换算由=4.66，14，，=2.8，得，=1.22,=0.5所以=p=0.7×1.22×0.5×0.12=0.05MPa<,满足通过计算可以确定本方案所拟定路面结中粒式沥青混凝土AC-16h1=5cm中粒式沥青混凝土AC20h2=5cm粗粒式沥青混凝土AC-25h3=6cm水泥碎石h4=35cm碎石灰土h5=30cm解法二由沥青路面设计电算程序计算。方案一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:5标准轴载:BZZ-100路面设计弯沉值:18.32(0.01mm)路面设计层层位:5设计层最小厚度:10(mm)层位结构层材料名称厚度20℃平均抗压标准差15℃平均抗压标准差容许应力(mm)模量(MPa)(MPa)模量(MPa)(MPa)(MPa)1中粒式沥青混凝土50130001900012中粒式沥青混凝土50120001800013粗粒式沥青混凝土801100013000.84水泥稳定碎石3501500015000.65石灰粉煤灰土?80008000.26新建路基36按设计弯沉值计算设计层厚度:LD=18.32(0.01mm)H(5)=210mmLS=18.8(0.01mm)H(5)=260mmLS=17.5(0.01mm)H(5)=228mm(仅考虑弯沉)按容许拉应力计算设计层厚度:H(5)=228mm(第1层底面拉应力计算满足要求)H(5)=228mm(第2层底面拉应力计算满足要求)H(5)=228mm(第3层底面拉应力计算满足要求)H(5)=228mm(第4层底面拉应力计算满足要求)H(5)=228mm(第5层底面拉应力计算满足要求)路面设计层厚度:H(5)=228mm(仅考虑弯沉)H(5)=228mm(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500mm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:----------------------------------------中粒式沥青混凝土50mm----------------------------------------中粒式沥青混凝土50mm----------------------------------------粗粒式沥青混凝土80mm----------------------------------------水泥稳定碎石350mm----------------------------------------石灰粉煤灰土230mm----------------------------------------新建路基方案二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:5标准轴载:BZZ-100路面设计弯沉值:18.32(0.01mm)路面设计层层位:5设计层最小厚度:10(mm)层位结构层材料名称厚度20℃平均抗压标准差15℃平均抗压标准差容许应力(mm)模量(MPa)(MPa)模量(MPa)(MPa)(MPa)1中粒式沥青混凝土50120001800012中粒式沥青混凝土5080001400013粗粒式沥青混凝土601000012000.84水泥碎石土3501500015000.55碎石灰土