路基设计

1路基路面工程课程设计沥青路面结构设计任务书（一）高速公路沥青路面设计1、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。2、设计题目（1）设计题目武汉地区某高速公路，其中某段经调查路基为粉质中质中液限土，地下水位1.1米，路基填土高度0.5米。近期混合交通量为XXXXX辆/日交通组成，双向六车道，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8.5%。该路沿线可开采砂砾、碎石、粉煤灰、沥青供应。请设计合适的半刚性沥青路面结构。混合交通量为29100辆/日:土木道桥1班学号1到5号混合交通量为29200辆/日:土木道桥1班学号6到10号混合交通量为29300辆/日:土木道桥1班学号11到15号混合交通量为29400辆/日:土木道桥1班学号16到20号混合交通量为29500辆/日:土木道桥1班学号21到25号混合交通量为29600辆/日:土木道桥1班学号26到30号混合交通量为29700辆/日:土木道桥1班学号31到35号混合交通量为30100辆/日:土木道桥2班学号1到5号混合交通量为30200辆/日:土木道桥2班学号6到10号混合交通量为30300辆/日:土木道桥2班学号11到15号混合交通量为30400辆/日:土木道桥2班学号16到20号混合交通量为30500辆/日:土木道桥2班学号21到25号混合交通量为30600辆/日:土木道桥2班学号26到30号混合交通量为30700辆/日:土木道桥2班学号31到35号表1某路段混合交通组成2表2代表车型的技术参数（2）设计依据《路基路面工程》教材；《公路路基设计规范》（JTGD30-2004），人民交通出版社，2004年，北京；《公路路基设计手册》，人民交通出版社，1996年,北京；《公路沥青路面设计规范》（JTJD50-2006），人民交通出版社，2006年，北京；《公路路面设计手册》，人民交通出版社，1994年,北京。3、设计方法与设计内容（1）根据自然区划、路基土类型和地下水位高度，确定土基回弹模量值；（2）计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值；（3）根据设计资料，确定合适的面层类型（包括面层材料级配类型）；（4）拟2种可能的路面结构组合与厚度方案，确定各结构层材料的计算参数；（5）根据《公路沥青路面设计规范》验算拟定的路面结构；4、设计步骤：1）根据设计任务书的要求，确定路面等级和面层类型，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。2）按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段（在一般情况下路段长度不宜小于500m，若为大规模机械化施工，不宜小于1km），确定3各路段土基回弹模量值。3）根据已有经验和规范推荐的路面结构，拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。4）根据设计弯沉值计算路面厚度。对高速公路、一级公路、二级公路沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比，提高材料极限抗拉强度，再重新计算。对于季节性冰冻地区的高级和次高级路面，尚应验算防冻厚度是否满足要求。5、设计要求：（1）总体要求：根据设计资料，初步拟定2种路面方案，并对这2种方案进行经济技术比较（经济技术比较以初始修建费为依据，每种材料的单价见附录中表3所示）；（2）要求计算每种代表车型的轴载换算系数（共两种：一种以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时的轴载换算系数；另一种为进行半刚性基层层底拉应力验算时的轴载换算系数）。（3）拟定的路面结构方案，应明确标示出每种材料的名称、厚度和设计时使用的模量值，如附录中（2）所示。并列出路面结构验算过程。（4）要求采用查表法和程序电算两种方法6、附录（1）武汉地区2003年材料单价表表3武汉地区2003年材料单价表4路面结构方案图示路面结构方案示例（图1）图1路面结构示意图上述拟定路面结构参数表（2）材料设计参数参考沥青混合料设计参数5基层、底基层材料设计参数6路面结构设计计算书1、将混合交通量换算为BZZ-100的作用次数N11）根据柔性路面设计弯沉值作为设计指标时计算的当量交通量由相关规定可以得出下表，由4.35121()kiiipNCCnp得：（Pi≤25KN时，N=0）式中：N——标准轴载的当量轴次，次/d；ni——被换算车型的各级轴载作用次数，次/d；P——标准轴载，KN；Pi——被换算车型的各级轴载；C1——轴数系数，C1=1+1.2(m-1),m为轴数；C2——轮组系数，单轮组：6.4；双轮组：1；四轮组：0.38；表1当量轴次换算车型交通量前轴（单轮）后轴总换算系数当量轴次前轴重(KG)轴数系数轮组系数换算系数后轴重(KG)轴数系数轮组系数换算系数桑塔纳744510.516.410.516.40五十铃128172116.42116.4解放CA10B667819.416.40.00510660.85110.1152220.120328804黄河JN1-5027304916.40.28740101.6111.0714891.3588893710黄河JN-16257259.516.40.668850115111.8366892.5055391433交通SH-361546016.40.6936462x110.002.216.6605627.354208401∑63487由设计年限算出累计当量标准轴载数：151[(1)1]365[(18.5%)1]36563480.35228951568.5%terNNr次其中t=15,η=0.35,r=8.5%.2）以半刚性材料层底拉应力为指标进行当量标准轴载数换算，由8121()kiiipNCCnp得：（Pi≤50KN时，N1=0）式中各参数含义同上表2由设计年限算出累计当量标准轴载数：151[(1)1]365[(18.5%)1]36567410.35243125788.5%terNNr次其中t=15,η=0.35,r=8.5%.车型交通量前轴（单轮）后轴总换算系数当量轴次前轴重(KG)轴数系数轮组系数换算系数后轴重(KG)轴数系数轮组系数换算系数桑塔纳744510.516.410.5110五十铃128172116.421110解放CA10B667819.416.40.00001360.85110.0187970.018811256黄河JN1-5027304916.40.021269101.6111.1354021.1566713158黄河JN-16257259.516.40.100535115113.0590233.1595581807交通SH-361546016.40.1074952x110.002.219.4317919.539286520∑674182、确定路面设计弯沉值ld因为该公路为高速公路，由书表12-1确定面层类型为沥青混凝土,且基层类型为半刚性基层查书表12-9，12-10，12-11得Ac=1.0,As=1.0,Ab=1.00.20.2600600228951561.01.01.020.23(0.01)deCSblNAAAmm3、确定土基回弹模量Eo值对于粉质类干燥土组，其分界稠度为：ωc≥1.05。现取ωc=1.05参照书表12-12，对于Ⅵ3粉质土组路段，取Eo=39.0ΜPa。4、确定路面结构方案（两种）1）（1）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表3材料名称抗压回弹模量Ey(MPa)劈裂强度15℃（MPa）抗弯拉强度S（MPa）弯拉回弹模量Es(MPa)20℃15℃细粒式沥青砼120018001.21.51500中粒式沥青砼100016000.81.51500粗粒式沥青砼90012000.61.51500二灰土8000.2水泥稳定碎石15000.5土基39.09①、根据sdll，求理论弯沉系数ca由0.380.360121.63()(),2000ssclEpFlaFpE对于BZZ-100，P=0.7MPa,21.310.652cm代入数据，即：0.380.36120.23391.63()()0.492,200010.650.70.0202312003.312210.650.70.492scFlEapF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，其中中层厚度H由h2,h3,h4和h5组合而成，其计算方法如下：12caakk21210000.188;0.833,10.651200yyEhE查书12-10图得，a=712hcm11200EMPa细粒式密级配沥青混凝土24hcm21000EMPa中粒式密级配沥青混凝土36hcm3900EMPa粗粒式密级配沥青混凝土420hcm4800EMPa二灰土5?h51500EMPa水泥稳定碎石Eo=39MPa12hcm11200yEMPa细粒式密级配沥青混凝土H未知21000yEMPa中粒式密级配沥青混凝土E=39MPa图2换算当量三层体系图1002390.188;0.039,1000yEhE1查图得，k=1.1913.300.39671.19caak2k02390.3960.0390.188;71000yEhE2H由k，；查表得710.6574.55Hcm3542.42.42.4235222EEEHhhhhEEE2.42.42.45900800150074.554620100010001000h540hcm其厚度满足施工要求。(2)、验算整体性材料层底部的最大弯拉应力①确定各土层底部的容许拉应力SPRSK因为，则：a，细粒式密级配沥青混凝土的容许拉应力0.2210.220.091.21.0;0.320.09(23562390)geRcANASKb，中粒式密级配沥青混凝土的容许拉应力0.2220.220.090.81.0;0.210.09(23562390)geRcANASKc，粗粒式密级配沥青混凝土的容许拉应力0.2230.220.090.61.0;0.160.09(23562390)geRcANASKd，二灰土的容许拉应力0.1140.110.450.21.0;0.0680.45(24312578)geRcANASK11e，水泥稳定碎石的容许拉应力0.1110.110.350.51.0;0.220.35(24312578)eRcNASK②确定各土层底拉应力a，确定细粒式密级配沥青混凝土层层底的弯拉应力1m0.90.90.9900800150046204087.71100010001000Hcm201221000390.188;0.56,0.039,12180,10.6518001000yyyEEhEE书图得，1m表明该层层底受弯曲压应力，自然满足要求。b，确定中粒式密级配沥青混凝土层层底的弯拉应力2m12hcm11800EMPa细粒式密级配沥青混凝土24hcm21000EMPa中粒式密级配沥青混凝土36hcm3900EMPa粗粒式密级配沥青混凝土420hcm4800EMPa二灰土540hcm51500EMPa水泥稳定碎石E=39MPa12hcm11800EMPa细粒式密级配沥青混凝土H未知21000EMPaE=39MPa图3将多层体系换算当量三层体系图12hcm11800EMPa细粒式密级配沥青混凝土H=87.06cm21000EMPaE39MPa12540.90.90.90.93453380015006204094.11900900EEHhhhcmEE1442121800426.061600Ehh