东南大学路基路面课程设计报告

东南大学路基路面工程课程设计1沥青路面厚度设计计算书学号：姓名：班级：成绩：日期：2014年9月东南大学路基路面工程课程设计2沥青路面厚度设计A、基本情况某地拟新建一条二级公路省道，路线总长21km，双向四车道，路面宽度为16m，该地属公路自然区划IV区，路基为低液限粘土土质，填方路基最大高度2.1m，路床顶距地下水位平均高度1.4m，属中湿状态，根据室内试验法确定土基回弹模量50MPa，年降雨量1200mm，最高气温39℃，最低气温-10℃。拟采用沥青混凝土路面，根据规范规定，查表得其设计使用期12年。B、交通荷载情况根据区域交通分析预测近期交通组成和交通量如表1所示，交通量年平均增长率为4%。表1近期交通组成与交通量车型分类代表车型数量（辆/d）小客车桑塔纳20002280中客车江淮AL6600220大客车黄海DD680450轻型货车北京BJ130260中型货车东风EQ140660重型货车黄河JN163868铰接挂车东风SP9250330要求：试根据交通荷载等级，选择相应的基层（和底基层）材料进行组合设计，并根据进行沥青路面厚度设计计算，编制计算书（计算书格式及编目示例附后）。东南大学路基路面工程课程设计3一、基本设计条件与参数依题意得，基本设计条件如下：新建二级公路，双向四车道，路面宽度16m，公路自然区划IV区，低液限粘土土质，填方路基最大高度2.1m，路床顶距地下水位平均高度1.4m，中湿状态，年降雨量1200mm，最高气温39℃，最低气温-10℃。基本参数如下：土基回弹模量50MPa，设计使用期12年，交通量年平均增长率为4%。二、交通量分析本设计的累计当量轴次的计算以双轮组单轴载100kN为标准轴载，以BZZ-100表示。1.当设计弯沉值为指标时，当量轴次计算公式及计算结果如下：4.35121kiiiPNCCnP汽车车型Pi(kN)C1C2ni(次/日)C1C2ni(Pi/P)4.35次/日黄海DD680前轴49.001145020.2100后轴91.5011450305.7696东风EQ140后轴69.2011660133.0471黄河JN163前轴58.61186884.8935后轴114.00118681534.8143东风SP9250前轴50.701133017.1909后轴113.303.413301931.4922（P=100kN）4027.418注：轴载小于25kN的轴载作用不计查《规范》得该公路车道系数为0.4，累计当量轴次计算如下：（次）61210835.84.0418.402704.0365104.0136511NrrNte属于中等交通。2.以半刚性基层层底拉应力为指标计算当量轴次4.35121kiiiPNCCnP东南大学路基路面工程课程设计4汽车车型Pi(kN)C1’C2’ni(次/日)C1’C2’ni(Pi/P)8次/日黄海DD680后轴91.5011450221.0962东风EQ140后轴69.201166034.7051黄河JN163前轴58.61186812.0698后轴114.00118682476.045东风SP9250前轴50.70113301.4407后轴113.30513304480.46648'''121kiiiPNCCnP（P=100kN）7225.823注：轴载小于50kN的轴载作用不计查《规范》得车道系数为0.4，累计当量轴次计算如下：（次）71210585.14.0823.722504.0365]1)04.01[(365]1)1[(NrrNte属于重交通。由1、2计算可得，该设计道路的累积轴载情况属于重交通级别。三、结构组合设计1.初拟结构组合和材料选取参照《规范》，本道路设计选用6层基本层位，路面结构面层采用沥青混凝土(18cm)，其中表面层采用细粒式密级配沥青混凝土(厚度4cm)，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土(厚度6cm)，下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土(厚度8cm)；基层采用水泥稳定碎石（厚度取20cm）；底基层采用石灰土（厚度待定），初拟厚度40cm。2.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回弹模量和劈裂强度。抗压回弹模量取20℃的模量，得到20℃的抗压回弹模量：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，水泥碎石为1500MPa，石灰土550MPa。弯拉回弹模量和弯拉强度沥青层取15℃的值，分别为2000MPa、1800MPa、1200MPa、3550MPa、1480MPa。东南大学路基路面工程课程设计5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，水泥碎石为0.5MPa，石灰土0.225MPa。3.土基回弹模量的确定依题意得土基回弹模量为50MPa。四、弯沉计算本公路为二级公路，公路等级系数取1.1，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于20cm，基层类型系数取1.0。该路面结构属于弹性层状体系，计算较复杂，因此借助计算机软件完成计算任务，计算结果如下：路面设计弯沉mmAAANlbsced269.06002.0五、层底拉应力计算通过电算程序计算得到，各层层底拉应力与容许拉应力计算结果如下：层位厚度（cm）类型层底拉应力（MPa）容许拉应力（MPa）14细粒式密级配沥青砼-0.23300.507126中粒式密级配沥青砼-0.03970.362238粗粒式密级配沥青砼-0.02040.2898420水泥稳定碎石0.25370.2537540石灰土0.08880.8888六、设计极限状态验证极限状态验证如下：格）（见层底拉应力计算表Rmdsmmlmml9.269.26路面厚度验证如下：东南大学路基路面工程课程设计6cmcmH45~40784020864因此方案一符合设计要求。七、设计成果优化由于设计道路等级仅为二级公路，出于节省沥青用料的目的，新的方案从减少沥青层厚度的角度考虑，同时加厚水泥稳定碎石基层厚度，在保证路面承载能力和满足最小防冻厚度的要求，底基层厚度也可得到一定的缩减。设计方案如下：1.初拟结构组合和材料选取路面结构面层采用沥青混凝土(15cm)，其中表面层采用细粒式密级配沥青混凝土(厚度4cm)，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土(厚度5cm)，下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土(厚度6cm)；基层采用水泥稳定碎石（厚度取30cm）；底基层采用石灰土（厚度待定），初拟厚度30cm。2.各层材料的抗压模量与劈裂强度与设计弯沉计算同方案一。路面设计弯沉五、层底拉应力计算通过电算程序计算得到，各层层底拉应力与容许拉应力计算结果如下：层位厚度（cm）类型层底拉应力（MPa）容许拉应力（MPa）14细粒式密级配沥青砼-0.23310.507126中粒式密级配沥青砼-0.06890.362238粗粒式密级配沥青砼-0.04330.2898420水泥稳定碎石0.25370.2537540石灰土0.08880.8888六、设计极限状态验证mmAAANlbsced269.06002.0东南大学路基路面工程课程设计7极限状态验证如下：路面厚度验证如下：因此方案二符合设计要求。综上，方案二和方案一都能满足强度和弯沉指标的要求，但方案二中路面结构层总厚度和沥青面层厚度降低，造价更加低廉，因此，在道路要求不高的条件下，可选择方案二。格）（见层底拉应力计算表Rmdsmmlmml9.269.26cmcmH45~40753030654东南大学路基路面工程课程设计8普通水泥混凝土路面板厚设计计算书学号：姓名：班级：成绩：日期：2014年9月东南大学路基路面工程课程设计9普通水泥混凝土路面板厚设计A、基本情况某地拟新建一条二级公路省道，路线总长21km，双向四车道，路面宽度为16m，该地属公路自然区划IV区，路基为低液限粘土，路床顶距地下水位平均高度1.4m，本地石料以砂岩为主。拟采用普通水泥混凝土路面，根据规范规定，查表得其设计基准期20年，目标可靠度85%。综合以往工程情况，结合施工企业一般技术、设备和工艺水平，确定其变异水平等级为“中”。B、交通荷载情况根据区域交通分析确定：设计车道初始年平均日标准轴载作用次数Ns为3775，交通量年平均增长率为4%；设计荷载选定为单轴双轮100kN，单次极限荷载经调研选定为单轴双轮170kN。C、其他已知情况选定平面尺寸：5m长，4m宽。接缝：缩缝为设传力杆的假缝，纵缝为带拉杆的平头真缝。路肩：基层材料与路面相同，面层采用与面层同厚度水泥混凝土，与路面板间设拉杆连接。要求：试根据交通荷载等级，选择相应的基层（和底基层）材料进行组合设计，并根据初估板厚进行板厚设计计算，编制计算书（计算书格式及编目示例附后）。东南大学路基路面工程课程设计10一、基本设计条件与参数依题意得：设计道路为二级公路，路面宽度16m，属公路自然区划IV区，路基为低液限粘土，路床顶距地下水位平均高度1.4m，设计基准期20年，目标可靠度85%，变异水平等级为“中”；设计车道初始年平均日标准轴载作用次数Ns为3775，交通量年平均增长率为4%；设计荷载选定为单轴双轮100kN，单次极限荷载经调研选定为单轴双轮170kN。二、交通量分析由题意可知年交通量平均增长率为4%，由《规范》得临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数为0.39。计算设计基准期内设计车道标准轴载累计作用次数如下：次720106.139.004.0365104.01375536511rtrseggNN查表得设计道路交通量等级属于重交通。三、结构组合设计参照《规范》，根据二级公路、重交通和中级变异水平，查表得初拟定路面结构组合如下：面层选用普通混凝土，厚度为0.25m；基层选用水泥稳定碎石，厚度为0.20m，底基层选用水泥稳定碎石，厚度为0.20m。普通混凝土板的尺寸选定为长5m，宽4m。四、路基参数计算1.参数选择查表得取重交通荷载等级要求路基综合回弹模量该值为80MPa。查表得水泥混凝土弯拉强度标准值5.0MPa，相应弯拉模量31GPa，泊松比取0.15，线胀系数为1.010-5/℃。查表得取水泥稳定碎石基层回弹模量为2500MPa，水泥稳定碎石底基层为1500MPa，7d浸水抗压强度分别为5.5MPa和2.5MPa，上层的泊松比取为0.20。2.综合回弹模量计算因双层水泥稳定碎石基层，故选择分离式双层板模型。因除路基外只有单层基层，所以：东南大学路基路面工程课程设计11,.xxEMPahm1500020442.061.126.086.020.0ln26.086.0五、荷载应力计算1.上层板在设计荷载作用下的荷载应力计算上层板弯曲刚度：..()(.)ccccEhDMNmv3322310000254129121121015下层板弯曲刚度：mMNhEDbbbb74.1)20.01(1220.02500)1(122323双层板总的刚度半径：mEDDrtbcg639.025.29274.129.4121.121.13131标准轴载在临界荷位处产生的的荷载应力按下式计算：MPaPhrDDscgcbps262.110025.0639.029.4174.111045.111045.194.0265.0394.0265.03下层板材料为水稳碎石，无需计算其荷载应力。2.计算荷载疲劳应力查《规范》得应力折减系数kr=0.87；二级公路kc=1.05；荷载疲劳应力系数kf：.2.574fekN005716002000荷载疲劳应力：MPakkkpsfcrpr9