011410130李亚锋路基路面课程设计

1、河南城建学院路基路面课程设计说明书 河南城建学院路基路面课程设计说明书课 程 名 称: 路基路面 题 目: 路基路面课程设计说明书专 业: 土木工程 学 生 姓 名: 李 亚 锋 学 号: 011410130 指 导 教 师: 张 会 远 李 辉 开 始 时 间: 2013 年 01 月 07 日完 成 时 间: 2013 年 01 月 13 日课程设计成绩：学习态度及平时成绩（30）技术水平与实际能力（20）创新（5）说明书撰写质量（45）总 分（100）等级指导教师签名： 年 月 日目录第一章高速公路沥青路面设计- 1 -1、基本资料- 1 -1.1自然地理条件- 1 -1.2土基回弹模量

2、- 1 -1.3近期交通量组成及交通量- 1 -2.沥青路面设计- 2 -2.1轴载分析- 2 -2.2结构组合与材料选取- 5 -2.3各层材料的抗压模量和劈裂强度- 5 -2.4设计指标的确定- 6 -2.5路面结构层厚度的确定- 7 -2.6沥青路面混凝土面层、半刚性基层、底基层层底拉应力验算- 8 -第二章 高速公路水泥混凝土路面设计- 9 -1、设计原始资料- 9 -2、水泥混凝土路面设计- 10 -2.1 交通分析- 10 -2.2 初拟路面结构- 12 -2.4 荷载疲劳应力- 15 -2.5温度疲劳应力- 17 -第一章高速公路沥青路面设计1、基本资料1.1自然地理条件新建高速

3、公路地处2区，当地多年平均最大冻深为1.0m；为双向六车道，沿线土质为高液限粘性土；雨季地表临时积水，属于中湿状态；沿线可采集到各种砂石材料，附近有矿渣、炉渣可利用；水泥、石灰、沥青等材料当地可供应。1.2土基回弹模量设计路段路基处于中湿状态，根据室内计算法确定土基回弹模量设计值为E=32.0MPa。1.3近期交通量组成及交通量近期交通量组成及交通量见下表，平均交通量年增长率为5%，设计年限为15年。表1 车型与交通量车型交通量解放CA10B160解放CA30A180东风EQ140210黄河JN150100黄河JN162100黄河JN36080长征XD160220交通SH141260交通量平均

4、年增长率5%2.沥青路面设计2.1轴载分析（1）路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。 当以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力为设计指标时，轴载换算采用如下的计算公式：式中：标准轴载的当量轴次，（次/日）； 被换算车辆的各级轴载作用次数，（次/日）； 标准轴载，（kN）; 被换算车辆的各级轴载，（kN），轴载小于25kN的轴载作用不计； 轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。 轴数系数，当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，当轴间距小于3m时，双轴或多轴时按下式计算轴数。当以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时，采用如下公式：式中：轮组系数，双轮组为1.0，单

5、轮组为6.4，四轮组为0.38； 轴数系数。当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，当轴间距小于3m时，双轴或多轴时按下式计算 轴数。设计年限累计当量标准轴载数公式：式中：设计年限内一个车道沿一个方向通过的累计标准当量轴次； 设计年限（年）； 路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/日）； 设计年限内交通平均增长率（%）； 与车道数有关的车辆横分布系数，简称车道系数；表2轴载换算结果表（弯沉）车型（）（次/日）解放CA10B后轴60.851116018.435解放CA30A前轴11180103.764 后轴236.752.21180东风EQ140前轴1121042.333后轴69.2011210

6、黄河JN150前轴49.0011100111.640 后轴101.6011100黄河JN162前轴59.5011100191.120后轴115.0011100黄河JN360前轴50.001180270.345后轴2110.02.2180长征XD160前轴42.6011220 246.509后轴285.202.21220交通SH141前轴1126019.453后轴55.1011260 1003.599注：轴载小于40的轴载作用不计；累计当量轴次：根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取15年，双向六车道的车道系数是0.300.40，取0.35。Ne = (1+r)rr-1 365N1 = 27

7、66582.723 次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如下：表3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单轮圆直径d（mm）21.20轮胎接地压强P(MPa)0.70 两轮中心距（cm）1.5d设计弯沉值公式： 式中： 设计弯沉值（0.01mm）； 设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数； 公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三四级公路为1.2； 面层类型系数，沥青砼面层为1.0，热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1，中低

8、级路面为1.2。 弯拉应力设计控制指标容许拉应力公式： 式中：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）； 路面结构材料的极限抗拉强度（MPa），由实验室按标准方法测得； 抗拉强度结构系数。根据结构层材料不同，按以下公式计算。 （沥青砼面层） （无机结合料稳定集料） （无机结合料稳定细粒土） （贫砼）2.2结构组合与材料选取 根据公路沥青路面设计规范，路面面层层选用沥青混凝土：细粒式沥青混凝土、中粒式沥青混凝土、粗粒式沥青混凝土；水泥稳定砂砾；水泥稳定矿渣。2.3各层材料的抗压模量和劈裂强度 公路等级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标准轴载 : BZ

9、Z-100 层位结构层材料名称 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 计算信息 (20) (15) 1 细粒式沥青混凝土 1400 2000 计算应力 2 中粒式沥青混凝土 1200 1600 计算应力 3 粗粒式沥青混凝土 900 1200 计算应力 4 水泥稳定砂砾 1500 1500 计算应力 5 水泥稳定矿渣 550 550 计算应力 6 土基 公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 30.87 (0.01mm) 层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 细粒式沥青混凝土 1.4 0.54 2 中粒式沥青混凝土

10、1 0.38 3 粗粒式沥青混凝土 .8 0.28 4 水泥稳定砂砾 .6 0.32 5 水泥稳定矿渣 .25 0.13 2.4设计指标的确定 计算：该公路为高速公路，取；面层是沥青砼，取；、设计弯沉值：Ld =600Ne-0.2 AcAs=6002766582.723 -0.211= 30.87mm、各层材料的容许层底拉应力：细粒式密级配沥青砼： Ks= 0.09Ne0.2/Ac0.092766582.723 -0.2/11.75 中粒式密级配沥青砼： 粗粒式密级配沥青砼： 水泥稳定砂砾： 水泥稳定矿渣： 2.5路面结构层厚度的确定新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 ： 高速公路 新建路面

11、的层数 ： 5 标 准 轴 载 ： BZZ-100 路面设计弯沉值 ： 30.87(0.01mm) 路面设计层层位 ： 5 设计层最小厚度 ： 20 (cm) 层位 结构层材料名称 厚度(cm) 1 细粒式沥青混凝土 3 2 中粒式沥青混凝土 4 3 粗粒式沥青混凝土 6 4 水泥稳定砂砾 20 5 水泥稳定矿渣 28 6 土基 36 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 28.2 (0.01mm) H( 5 )= 25 cm LS= 29.7 (0.01mm) H( 5 )= 30 cm LS= 27.1 (0.01mm) H( 5 )= 27.9 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计

12、层厚度 : H( 5 )= 27.9 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 27.9 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 27.9 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 27.9 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 27.9 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 27.9 cm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 27.9 cm(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：40 cm（验算结果表明 ，路面总厚度满足防冻要求 ）。2.6沥青路面混凝土面层、半刚

13、性基层、底基层层底拉应力验算 通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 3 cm - 中粒式沥青混凝土 4 cm - 粗粒式沥青混凝土 6 cm - 水泥稳定砂砾 20 cm - 水泥稳定矿渣 28 cm - 土基 36cm竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 公 路 等 级 ： 高速公路 新建路面的层数 ： 5 标 准 轴 载 ： BZZ-100层位 结构层材料名称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 计算信息 (20) (15) 1 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 计算应力 2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1600 计算应力 3

14、 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 计算应力 4 水泥稳定砂砾 20 1500 1500 计算应力 5 水泥稳定矿渣 28 550 550 计算应力 6 土基 36 计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 28.1 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 30.5 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 33.9 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 39 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 97.3 (0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 3

15、22.9 (0.01mm)(根据“基层施工规范”公式) LS= 258.8 (0.01mm)(根据“测试规程”公式)计算新建路面各结构层底面最大拉应力 : 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-.274 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.119 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-.058 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .134 (MPa)第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= .085 (MPa)第二章 高速公路水泥混凝土路面设计1、设计原始资料公路自然区划2拟建一四车道高速公路,该地区为高液限粘性土, 当地多年平均最大冻深为 1.

16、0 米；沿线可采集到砂石材料；附近有矿渣、炉渣可利用。水泥、石灰等材料当地可供应。年平均日交通量见下表，年均增长为5%。表4 交通组成车型解放CA10B解放CA30A东风EQ140黄河JN150黄河JN162黄河JN360长征XD160交通SH141交通量160180210100100802202602、水泥混凝土路面设计2.1 交通分析 （1）标准轴载。我国公路水泥混凝土路面设计规范（JTJ D402002）规定：在水泥混凝土路面设计时，以双轮组单轴轴载100KN（BZZ-100）作为标准轴载。其他各级轴载均应换算成标准轴载。然后在进行混凝土路面设计。对于单轴荷载以其实际作用次数和轴重计，对

17、于双轴荷载，后轴经过一次可视为作用一次，轴重以双轴的总重计。 （2）轴载换算：式中 Ns100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数； Pi 各级轴载的单轴重或双轴总重（KN）； i轴载系数，单轴时，i=1；双轴时，i=2.22*103Pi-0.43。表5轴载换算结果表车型（）（次/日）解放CA10B后轴60.851116018.435解放CA30A前轴11180103.764 后轴236.752.21180东风EQ140前轴1121042.333后轴69.2011210黄河JN150前轴49.0011100111.640 后轴101.6011100黄河JN162前轴59.5011100191.

18、120后轴115.0011100黄河JN360前轴50.001180270.345后轴2110.02.2180长征XD160前轴42.6011220 246.509后轴285.202.21220交通SH141前轴1126019.453后轴55.1011260 1003.599注：轴载小于40的轴载作用不计； （3）交通分级：混凝土路面承受的交通，按使用初期（道路竣工通车后第一年）设计车道每日通过的标准轴载次数Ns（次/d），可分为特重、重、中等及轻四级，以便相应提出不同的技术要求。表6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）2000100200031003 (4)

19、累计作用次数。设计使用年限内标准轴载（在所求荷位处）的累计作用次数Ne。可按照下式计算确定：Ne=Ns (1+)t-1365=4.87106t设计使用年限；交通量的平均年增长率；车轮轮迹横向分布系数。表7轮迹横向分布系数交通组织纵缝边缘处横缝处最大值分向分车道行驶0.170.220.400.55不分车道混合行驶行车道宽大于7m0.340.390.500.60行车道宽不大于7m0.540.620.600.70表8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

20、.84变异水平等级低低中中中高 由以上计算和表格知，该水泥混凝土路面拟设计为双向四车道高速公路，安全等级属于一级，设计基准期为30年，交通量年均增长5%，轨迹横向分布系数取为0.20。各级标准荷载换算成标准轴载后，设计车道每日累计作用次数为1003.599次/d，设计使用年限内标准轴载累计作用次数为4.87106。2.2 初拟路面结构 由2.1节内容知，高速公路变异水平等级为低，交通等级为重，所以根据表六初拟路面面层240mm，基层采用水泥稳定碎石厚度为160mm,底基层采用水泥稳定粒料厚度为180mm，垫层采用石灰稳定土厚度为150mm。表9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

21、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）260250240270240260230250220普通混凝土板的平面尺寸为宽从分隔带到路肩依次为4 m 、4 m、 3.75 m，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：一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝。一次铺筑宽度大于4.5m时，应设置纵向缩缝。 （2）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。（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。2.3 路面

22、材料参数确定 水泥混凝土路面弯拉强度标准值取为5.0Mpa，相应弯拉弹性模量为31Gpa。碾压混凝土弯拉强度标准值为4.0Mpa，相应弯拉弹性模量标准值为27 Gpa。按照表八知，路基土回弹模量=30Mpa，。按照表九知，水泥稳定粒料基层的回弹模量取为=1300Mpa，低剂量无机结合料稳定土垫层的回弹模量取为=600Mpa。设计基准期内设计车道标准轴载累计作用次数为4.87106。表10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表11中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围(MPa)土 组公路自然区划土质砂2642405039503560

23、5060粘质土25453040254530453045粉质土22463254305027433045表12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(胁)材料类型回弹模量(m)中、粗砂80100石灰粉煤灰稳定粒料13001700天然砂砾150200水泥稳定粒料13001700未筛分碎石180220沥青碎石(粗粒式，20)600800级配碎砾石(垫层)200250沥青混凝土(粗粒式，20)8001200级配碎砾石(基层)250350沥青混凝土(中粒式，20)10001400石灰土200700多孔隙水泥碎石(水泥剂量9.511)13001700石灰粉煤灰土600900多孔隙沥青碎石(20

24、，沥青含量2.53.5)600800 下面计算公路的基层顶面当量回弹模量： 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；h1、h2基层和底基层或垫层的厚度(m)； a、b与ExE0有关的回归系数。2.4 荷载疲劳应力 由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)，采用水泥稳定砂或贫混凝土做基层时，宜将基层与混凝土面层视作分离式双层板进行应力分析。复合式混凝土面层的截面总刚

25、度 式中，层间结合系数。分离式，取=0 则有， 复合式混凝土面层的相对刚度半径 则有， 标准轴载在普通混凝土面层临界荷位处产生的荷载应力计算为， 则有， 则有， 由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)，标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按下式计算： 普通混凝土面层，因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数=0.87；水泥稳定砂基层不设纵缝，不考虑接缝传荷能力的应力折减系数。设计基准期内的荷载疲劳应力系数。 式中： kf设计基准期内的荷载疲劳应力系数； Ne设计基准期内标准轴载累计作用次数； 与混合料性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土，=0.057，普通混凝土水泥稳定砂和贫混凝土，=0.065；对普通混凝土面层， 。对于水泥稳定砂基层， 。考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。 表13 综合系数公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路1.301.251.201.10由于本公路为高速公路，取=1.30 普通混凝土面层的荷载疲劳应力计算为水泥稳定砂基层的荷载疲劳应力计算为2.5温度疲劳应力 水泥混凝土面层的最大温度梯度标准值Tg ，可按照公路所在地的公路自然区划按表14选用。表14 最大