路基路面工程课程设计1

目录1基本设计资料12沥青路面设计12.1轴载分析12.2结构组合与材料选取42.3各层材料的抗压模量和劈裂强度42.4设计指标的确定52.5路面结构层厚度的计算62.6高等级公路沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算72.7防冻层厚度检验83水泥混凝土路面设计83.1交通量分析93.2初拟路面结构103.3确定材料参数103.4计算荷载疲劳应力113.5计算温度疲劳应力113.6防冻厚度检验和接缝设计12参考文献131基本设计资料该路段设计年限20年，交通量年平均增长8.7%，车道系数η=0.5，该路段处于中国公路自然区划II2区，路面宽度为B=24.5m，行车道为四车道2×7.5m，此公路设有一个收费站，且处于中湿路段，设计任务书要求收费站采用水泥混凝土路面，其他路段采用沥青混凝土路面。路基土为粉质中液限土，潮湿路段E0=19Mpa，中湿路段E0=29Mpa，干燥路段E0=30Mpa，沿线有砂石，且有碎石、石灰、粉煤灰供应。表1-1交通组成及交通量表车型双向交通量跃进NJ230585解放CA10B905黄河JN150385长征XD250305依土姿TD501485菲亚特650E245太脱拉138472沥青路面设计2.1轴载分析我国沥青路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载，表示为BZZ-100。标准轴载的计算参数按表3-1确定。表3-1标准轴载计算参数标准轴载名称BZZ-100标准轴载名称BZZ-100标准轴载P（KN）100单轮当量圆直径d（mm）21.30轮胎接地压强P（Mpa）0.70两轮中心距（cm）1．5d﹙1﹚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的各级轴载的作用次数均换算成标准轴载的当量作用次数。式中：—以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数；—被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）；—标准轴载（）；—各种被换算车型的轴载（）；C1—轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轴组为0.38；C2—轴数系数。—被换算车型的轴载级别。当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：式中：m—轴数。表2-2轴载换算结果车型（）（次/日）跃进NJ230前轴23.7011585—后轴69.2011585117.93解放CA10B前轴19.4011905—后轴60.8511905104.28黄河JN150前轴49.001138517.29后轴101.6011385412.52长征XD250前轴37.80112954.29后轴2×72.60112951494.09依土姿TD50前轴42.2011148534.82后轴90.00111485939.03菲压特650E前轴33.00112451.97后轴72.001124558.69太脱拉138前轴51.4011472.60后轴2×80.0012.247798.81∑N3986.32则其设计年限内一个车道上的累计量轴次：式中—设计年限内一个车道的累计当量次数；t—设计年限，由材料知，t=20年；—设计端竣工后一年双向日平均当量轴次；—设计年限内的交通量平均增长率，由材料知，γ=0.087；—车道系数，由材料知η=0.5。则：次。﹙2﹚验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次时，凡轴载大于50KN的各级轴载的作用次数均按下式换算成标准轴载的当量作用次数。式中：—以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数；—被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）；—标准轴载（）；—各种被换算车型的轴载（）；—轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。—轴数系数；表2-3轴载换算结果车型（）（次/日）跃进NJ230前轴23.7011585—后轴69.201158530.76解放CA10B前轴19.4011905—后轴60.851190517.01黄河JN150前轴49.0011385—后轴101.6011385437.13长征XD250前轴37.8011295—后轴2×72.60112955828.48依士姿TD50前轴42.20111485—后轴90.00111485639.24菲压特650E前轴33.0011245—后轴72.001124517.69太脱拉138前轴51.4011470.23后轴2×80.0012.2474441.00∑N11411.54则其设计年限内一个车道上的累计量轴次为：次。2.2结构组合与材料选取根据《公路沥青路面设计规范》，并考虑公路沿途有砂石、碎石、石灰、粉煤灰供应，路面结构层采用沥青混凝土（190），基层采用水泥稳定碎石（厚度待定），底层采用二灰土（300），采用三层式沥青混凝土面层，表层采用细粒式密级配沥青混凝土（40），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（60），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（90）。2.3各层材料的抗压模量和劈裂强度土基回弹模量的确定可根据查表法查得。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2-4。表2-4结构组合参数层次材料名厚度(cm)抗压回弹模量强度劈裂（Mpa）15°C模量20°C模量①细粒式沥青混凝土4200014001.4②中粒式沥青混凝土6180012001.0③粗粒式沥青混凝土9120010000.8④水泥稳定碎石待定150015000.5⑤二灰土357507500.25⑥土基—3030—2.4设计指标的确定﹙1﹚设计弯沉值公路为一级，则公路等级系数取1.0；面层是沥青混凝土，则面层类型的系数取1.0；路面结构为半刚性基层沥青路面，则路面结构类型系数取1.0。式中：—设计弯沉值—设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数—公路等级系数，一级公路为1.0—面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0—基层类型系数，半刚性基层为1.0所以﹙2﹚各层材料按容许层底拉应力，按下列公式计算：式中：—路面结构材料的极限抗拉强度（Mpa）；—路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限次加载的疲劳弯拉应力（Mpa）；—抗拉强度结构系数。对沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数：对无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数：对无机结合料稳定细土类的抗拉强度结构系数：表2-5结构层容许弯拉应力材料名称（Mpa）（Mpa）细粒沥青混凝土1.45.210.27中粒沥青混凝土1.05.210.19粗粒沥青混凝土0.85.210.15水泥稳定碎石0.52.660.19二灰土0.253.430.072.4路面结构层厚度的计算﹙1﹚理论弯沉系数的确定式中：δ—当量圆半径；F—弯沉综合修正系数，。因此：F=1.63×[14.98/2000/10.65]0.38(30/0.70)0.36=0.400=14.98×1400/(2000×10.65×0.7×0.4)=3.516﹙2﹚确定设计层厚度采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度。h/δ=4/10.65=0.376E2/E1=1200/1400=0.857；由三层体系弯沉系数诺莫图查得：=6.22。h/δ=4/10.65=0.376=30/1200=0.025；由三层体系弯沉系数诺莫图查得K1=1.460。又因为K2=/(K1）=3.516/（6.22×1.460）=0.387，，，由上查表得：H/δ=7.8，H=10.65×7.8=83。由可知：，因为H=83cm，可知h4=36.3cm，故取h4=37cm。如图所示：____________________________________________h1=4cmE1=2000MPah=4cmE1=2000Mpah2=6cmE2=1800MPah3=9cmE3=1200MPaH=？cmE2=1800MPah4=37cmE4=3600MPah5=35cmE5=2400MPaE0=30MPaE0=30MPa2.5沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算﹙1﹚沥青混凝土面层层底拉应力验算____________________________________________h1=4cmE1=2000MPah=21.5cmE1=1400Mpah2=6cmE2=1800MPah3=9cmE3=1200MPaH=56.8cmE2=1000MPah4=37cmE4=3600MPah5=35cmE5=2400MPaE0=30MPaE0=30MPa；，。查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图，知，故满足要求。﹙2﹚水泥稳定碎石层层底拉应力验算____________________________________________h1=4cmE1=2000MPah=49.4cmE1=3600Mpah2=6cmE2=1800MPah3=9cmE3=1200MPaH=35cmE2=2400MPah4=37cmE4=3600MPah5=35cmE5=2400MPaE0=30MPaE0=30MPah==49.4cm，=35cm由H/=35/10.65=3.286385,=30/2400=0.0125,查表得=0.05MpaH/=3.286385,E2/E1=2400/3600=0.67,查表得n1=2.1H/=3.286385,h/=51.84/10.65=4.8676,查表得n2=0.50由公式m=Pn1n2得m=0.7×0.05×2.1×0.50=0.037MpaR=0.19Mpa满足要求。﹙3﹚二灰土土层层底拉应力验算_____________________________________________h1=4cmE1=2000MPah=56.4cmE1=3600Mpah2=6cmE2=1800MPah3=9cmE3=1200MPaH=35cmE2=2400MPah4=37cmE4=3600MPah5=35cmE5=2400MPaE0=30MPaE0=30MPa=56.4cm由，，可知；由，，可知；由，，，可知。由公式，故满足要求。2.6防冻层厚度检验根据规范知：在季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段，路面设计应进行防冻厚度的检验，如小于规范定的最小防冻厚度时，应增设或加垫层使路面总厚度达到要求。路面结构层总厚度h=4+6+9+35+37=91cm，大于最大冰冻深度80cm，所以不考虑冻层深度。3水泥混凝土路面设计3.1交通量分析由于路面有一个收费站，各种油类对沥青会有不同程度的污染且宜有车辙，其要求采用水泥混凝土路面。所以，进行普通水泥混凝土路面设计。﹙1﹚标准轴载与轴载换算我国公路水泥混凝土路面设计规范以汽车轴重为100kN的单轴荷载作为设计标准轴载，表示为BZZ—100。凡前、后轴载大于40KN（单轴）的轴数均应换算成标准轴数，换算公式为：式中：—100KN的单轴—双轮组标准轴数的通行次数；—各类轴—轮型；级轴载的总重（KN）；—轴型和轴载级位数；—各类轴—轮型i级轴载的通行次数；—轴—轮型系数。表3-1轴载换算结果车型（kN）（次/日）跃进NJ230前轴23.701585—后轴69.2015851.62解放CA10B前轴19.401905—后轴60.8519050.32黄河JN150前轴49.0013850.01后轴101.601385496.32长征XD250前轴37.801295—后轴2×72.603.6×10-62950.42依士姿TD50前轴42.20114850.01后轴90.0011485275.17菲压特650E前轴33.001245—后轴72.0012451.28太脱拉138前轴51.401470.01后轴2×80.003.5×10-6470.30∑N775.46则设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数:式中：—标准轴载累计当量作用次数；t—设计基准年限；γ—交通量年平均增长率，由材料知，γ=0.087；η—临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，如下表3-2。表3-2混凝土路面临界荷位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