杨鉴波1028003554路基路面工程课程设计

路基路面工程课程设计1路基路面工程课程设计专业：土木工程（道路与桥梁）姓名：杨鉴波学号：1028003554指导教师：袁玉卿路基路面工程课程设计2目录一、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路基路面工程课程设计3一.设计资料公路自然区划II1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，砂石材料丰富,其他材料均需外购。拟设计道路路基宽度10m，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%。表一预测竣工后第一年的交通组成车型双向交通量解放CA10B东风EQ-140日野KB222黄河JN-150小汽车辆/d1620142070801450二、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。161100nisiiiPNN式中：Ns——100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；Pi——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；iN——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δi交通组成当量轴次解放CA-10B前轴19.40620.294916200.5724后轴60.851路基路面工程课程设计4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49.00416.455680103.4990后轴101.601小汽车前轴--556.2114500.0000后轴--1合计245.7596Ns（解放）=620.2949*1620*+1*1620*=0.5724Ns（东风）=569.1296*1420*+1*1420*=3.9264Ns（日野）=412.1453*70*+1*70*=137.7618Ns（黄河）=416.4556*80*+1*80*=103.4990Ns（小汽车）=0Ns=Ns（解放）+Ns（东风）+Ns（日野）+Ns（黄河）+Ns（小汽车）=0.5724+3.9264+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0.17～0.22二级及二级以下公路行车道宽7m0.34～O．39行车道宽≤7mO．54～0.62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路基路面工程课程设计5分布系数取0.39。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：次10620*156.139.005.03657596.245105.0136511rtrSeggNN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；η——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：100Ne=115.62000由表四查得，属重交通。表四交通分级交通等级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数Ne（104）＞2000100～20003～100＜3表五水泥混凝土面层厚度的参考范围交通等级特重重公路等级高速一级二级高速一级二级变异水平等级低中低中低中低中面层厚度（mm）≥260≥250≥240270～240260～230250～220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面层厚度（mm）240～210230～200220～200≤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O.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，横缝为设传力杆假缝。1)纵向接缝的布设应路面宽度和施工铺筑宽度而定：路基路面工程课程设计6一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。图一纵向施工缝构造防锈涂料填料缝拉杆81201207001440147001201208拉杆填料缝防锈涂料图二纵向缩缝构造802)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。路基路面工程课程设计7图四横向缩缝构造填料缝传力杆填料缝涂沥青图三横向施工缝构造812012040050812012050涂沥青传力杆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表七中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围(MPa)路基路面工程课程设计8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22～4632～5430～5027～4330～45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80～100石灰粉煤灰稳定粒料1300～1700天然砂砾150～200水泥稳定粒料1300～1700未筛分碎石180～220沥青碎石(粗粒式，20℃)600～800级配碎砾石(垫层)200～250沥青混凝土(粗粒式，20℃)800～1200级配碎砾石(基层)250～350沥青混凝土(中粒式，20℃)1000～1400石灰土200～700多孔隙水泥碎石(水泥剂量9.5％～11％)1300～1700石灰粉煤灰土600～900多孔隙沥青碎石(20℃，沥青含量2.5％～3.5％)600～800查表六，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。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=0.2mh2=0.15mEc=31000Mpa)(28220.015.015.02502.030022222221222121MPahhEhEhEx路基路面工程课程设计9)(97704.0)15.0250120.03001(4)15.020.0(1215.0250122.0300)11(4)(1212123312211221322311mMNhEhEhhhEhEDx)(3464.028297704.0121233mEDhxxx7934.2)30282(51.1122.6)(51.1122.645.045.00EEax5801.0)30282(44.11)(44.1155.055.00EEbx)(61796.95)30282(303464.07934.2)(3/15801.03/100MPaEEEahExbxt式中：Et——基层顶面的当量回弹模量(MPa)；E0——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)；E1、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)；h1、h2——基层和底基层或垫层的厚度(m)；a、b——与Ex／E0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：9841.061796.953100025.0573.0573.033tcEEhr式中：r——混凝土板的相对刚度半径(m)；H——混凝土板的厚度(m)；Ec——水泥混凝土的弯拉弹性模量(MPa)；路基路面工程课程设计10Et——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)(2202.125.09841.0077.0077.026.026.0MPahPS式中：σps——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.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190.2)1094.0(057.06nefNk。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)(7898.22202.120.1190.287.0MPakkkpscfrpr式中：σpr——标准轴载PS在临界荷位处产生的荷载疲劳应力(MPa)；σps——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.87～O.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=0.76～O.84；kf——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；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。路基路面工程课程设计115、温度疲劳应力计算由表十，Ⅱ区最大温度梯度取88(℃／m)。板长4.5m，rl/=4.5／0.9841=4.5727，由图B2.2.可查普通混凝土板厚h=0.25m，Bx=O.59。表十最大温度梯度标准值Tg公路自然区划Ⅱ、ⅤⅢⅣ、ⅥⅦ最大温度梯度(℃/m