路基路面工程

1、页眉内容东北大学课程名称：路基路面工程学 院：专 业： 土木工程学 号：年 级：学生姓名：指导教师：2014 年3月13页脚内容2沥青路面设计（D新建沥青路面设计资料1）交通量资料：据调查，起始年交通组成及数量见表；公路等级为高速公路，双向4车道；预计交通量增长率前5年为6%,之后5年为为7%,最后5年 为5%;2）自然地理条件：高速公路地处II4区，设计段土质为粘质土，填方路基高2m,地下水位距路床3m,多年最大冻深为100mm。沿线有小型石灰长和采石厂。交通组成及其他资料车型分类代表车型数量（辆/天）小客车桑塔娜20002630中客车江淮AL6600520大客车黄海DD680345轻型货车

2、北京BJ130525中型货车东风EQ140930重型货车太脱拉111535钱接挂车东风SP92502502.1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 （KN100单轮当量圆直径d（mmi21.30轮胎接地压强P （ Mp30.70两轮中心距（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P的作用次数n均换算成标准轴载P的当量作用次数N。 式中：N -以设计弯沉值和沥

3、青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数；ni一被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）；P 一标准轴载（kN ）;Pi 各种被换算车型的轴载（kN ）；Ci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。K一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一轴数。表2-2轴载换算结果车型P (kN)ni （次/日）桑塔娜2000前轴23.70112840一后轴69.20112840586.76江淮AL6600前轴19.4011500一后轴60.851150057.61黄海DD6

4、80前轴49.001135018.86后轴101.6011350435.79北京BJ130前轴37.80115007.27后轴2X72.60115002532.36东风EQ140前轴42.201190021.10后轴90.0011900569.10太脱拉111前轴33.00115807.62后轴72.0011580139.46东风SP9250前轴51.401123012.45后轴2X80.0012.22303279.64万N7668.32则其设计年限内一个车道上的累计量轴次Ne:式中 N e 一设计年限内一个车道的累计当量次数；t 一设计年限，由材料知，t=15年；Ni-设计端竣工后一年双向日

5、平均当量轴次；了一设计年限内的交通量平均增长率，由材料知，丫 =0.059;”一车道系数，由材料知7 =0.5 ot15则：Ne =（ * - 父_ x Nil =（1 +0.059 - 父_ / 766832M 0.5 = 3. 4600M 1d次。0. 059（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R的作用次数叫均按下式换算成标准轴载P的当量作用次数No式中：N-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；R一被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）；P 一标准轴载（kN ）;P-各种被换算车型的轴载（kN ）;Ci一轮组系数，双轮组为1

6、.0,单轮组为18.5,四轮组为0.09。 一，、 一，C2 一轴数系数；表2-3轴载换算结果车型P (kN)n (次/日)桑塔娜2000前轴23.70112840一后轴69.20112840148.46江淮AL6600前轴19.4011500一后轴60.85115009.40黄海DD680前轴49.0011350一后轴101.6011350443.56北京BJ130前轴37.8011500一后轴2X 72.60115009878.78东风EQ140前轴42.2011900一后轴90.0011900387.53太脱拉111前轴33.0011580一后轴72.001158042.72东风SP92

7、50前轴51.40112300.68后轴2X 80.0012.223018757.64万N29668.25则其设计年限内一个车道上的累计量轴次 Ne为:t15_ _（1 ） -1 365（1 0 059 -1 3658 、八N = ）父 NM = 110059 父 2966825M 0. 5 = 1.378M 1c8 次。0. 0592.2 结构组合与材料选取方案一：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（180mm）,基层采用水泥稳定碎石（厚度待定）,底层米用一灰土（ 200mm）,米用二层式沥青混凝土面层，表层米用细粒式密 级配沥青

8、混凝土（ 30mm）,中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（ 60mm）,下面 层采用粗粒式密级配沥青混凝土（ 90 mm）。万案一：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（180mm）,基层采用水泥稳定碎石（厚度待定）,底层米用一灰土（ 200mm）,米用二层式沥青混凝土面层，表层米用细粒式密 级配沥青混凝土（ 40mm）,中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（ 50mm）,下面 层采用粗粒式密级配沥青混凝土（ 90 mm）。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

9、出的推荐值确定。见表 2-4o表2-4结构组合参数力某一：层次材料名厚度(cm)抗压回弹模量15 C模量20。C模量强度劈裂（Mpa）细粒式沥青混凝土3195013000.9中粒式沥青混凝土6180012000.8粗粒式沥青混凝土9120010000.6水泥稳定碎石待定150015000.3二灰土207507500.25土基一3030一方案二：层材料名厚度抗压回弹模量强度劈裂次(cm)15 C模量20 C模量(Mpa)细粒式沥青混凝土4200014001.0中粒式沥青混凝土5170011000.8粗粒式沥青混凝土9120010000.7水泥稳定碎石待定150015000.3二灰土2075075

10、00.25土基一3030一（1）设计弯沉值ld公路为高速公路，则公路等级系数 Ac取1.0;面层是沥青混凝土，则面层类型的系数As取1.0;路面结构为半刚性基层沥青品&面，则路面结构类型系数4取1.0。式中：ld-设计弯沉值Ne一设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数Ac-公路等级系数，一级公路为1.0As-面层类型系数，沥青混凝土面层为 1.0Ab-基层类型系数，半刚性基层为1.0所以 Id =600 Ne92AcAsAb =60。（1.257 108产 1.0 1.0 1.0 = 14.40mm（2 ）各层材料按容许层底拉应力 仃r,按下列公式计算：式中：Or路面结构材料的极限抗拉强度（M

11、p3；A一路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限Ne次加载的疲劳 弯拉应力（Mp3 ;ks-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：Ks =0.09Ne0.22/Ac = 3.84对无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数：Ks =0.35Ne0.11/Ac = 2.72对无机结合料稳定细土类的抗拉强度结构系数：Ks = 0.45 Ne11/Ac = 3.50材料名称CTs (Mp3Ur (Mpa力某一：表2-5结构层容许弯拉应力材料名称仃s (Mpa% (Mp3细粒沥青混凝土0.93.840.23中粒沥青混凝土0.83.840.21粗粒沥青混凝土0.63.840.16水

12、泥稳定碎石0.32.720.11二灰土0.253.500.07细粒沥青混凝土1.03.840.26中粒沥青混凝土0.83.840.23粗粒沥青混凝土0.73.840.18水泥稳定碎石0.32.720.18二灰土0.253.500.07方案二:(1)理论弯沉系数的确定 4式中：当量圆半径；F一弯沉综合修正系数，F =1.63 Ld/(200068匹0/ p炉因此：万案一：F=1.63 X 14.40/2000/10.650.38( 30/0.70) 0.36 =0.394% =LdE=14.40X1300/(2000 X 10.65 X 0.7 X 0.394)=3.187 1000 2P F万

13、案一：F=1.63 X 14.40/2000/10.650.38( 30/0.70) 0.36 =0.394% =LdE=14.40X 1400/(2000 X 10.65 X 0.7 X 0.394)=3.431 1000 2P F(2)确定设计层厚度万案一：采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度。h/ /3/10.65=0.282 E2/E1=1200/1300=0.923;由三层体系弯沉系数诺莫图查得： =6.15。h/ /3/10.65=0.282 E0 / E2 =30/1200=0.025;由三层体系弯沉系数诺莫图查得 K=1.450。又因为 &= ac/(a Ki) =3

14、.187/ (6.15 X 1.450) =0.357, 整 =0.025, h/6 =3/10.65=0.282, 由上查表得：H/ /7.6, H= 10.65X 7.6=80.94。 由 H =h2 + hk2.4i且可知：kS/2,因为 H=80.94cm)可知 h4=45.67cm,故取 h4=46cm如图所示：页眉内容hl=3cmEi=1300MPah=3cmEi=1300Mpah2=6cmE=1200MPah3=9cmE3=1000MPa1H=? cmE2=1200MPah4=46cmE4=1500MPah5=20cmE5=700MPaE0 =30 MPaE0=30MPa由公式

15、a = pon1n2 =0.7父0.156 父0.45 父1.14 = 0.056MPa oR = 0.06MPa ,故满足要求。万案一：采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度h/4/10.65=0.376 E”E1=1100/1400=0.786;由三层体系弯沉系数诺莫图查得：a =6.20。h/ /4/10.65=0.376 E0 / E2 =30/1100=0.027;由三层体系弯沉系数诺莫图查得 K=1.350。又因为 &= ac/(a K1) =3.431/ (6.20 X 1.350) =0.410, E0/E2 = 0.027,h/6 =4/10.65=0.376,由上查

16、表得：H/3=7.8, H= 10.65X7.8=83.07。由H =h2 +S hk2.4且可知： kJ E2H = 5 + 9241000/1100 + h423500/1100 + 2024750/1100 = 30.7 + 1.14h4 ,因为 H=83.07cn)可知 h4=45.9cm,故取 h4=46cm如图所示：h1=4cmE=1400MPah=4cmE1=1400Mpah2=5cmE2=1100MPah3=9cmE3=1000MPa1H=? cmE2=1100MPah4=46cmE4=1500MPah5=20cmE5=750MPaE0- =30 MPaE0=30MPa由公式

17、仃=pomn2 =0.7义0.184义0.42X1.1 =0.059MPa 7m行车道宽0 7m0.34 0.390.54 0.62Jsiih365 =1456098.113次3.2 初拟路面结构万案一：因为交通量100X 104 280.04 X 104 2000X 104次，故可知交通属于重交通。 由以上可知相应于安全等级为三级的变异水平等级为中级，根据一级公路、重交通等级和中级变异水平等级。查规范知：初拟普通混凝土面层厚为250mm基层选用水泥稳定粒料， 厚为200mm垫层为150mm的低剂量无机结合稳定土。普通混凝土板的平面尺寸为宽 3.75m；长为 4.5m。方案二：初拟普通话混凝土

18、面层厚 200mm基层选用水泥稳定粒料，厚为 220mm 层为180mm勺低剂量无机结合稳定土。普通混凝土板的平面尺寸为宽 3.75m；长为4.5m。3.3 确定材料参数万案一：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31Gpq路基回弓M模量为29Mpa，低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量去 600Mpq水泥 稳定粒料基层回弹模量取1300Mp基层顶面当量的回弹模量值计算如下：= 1048MPah；Ei h；E2_ 1300 0.22 600 0.152h12h；0.22 0.15233: 1300 0.2600 0.1512_2(0.2 0.15) (1.1)4

19、1300 0.2 600 0.15= 3.08MNLm1 一 一一 1,12Dx、3 12 3.08、3hx =(x)3 = ()3 =0.328mEX1048a =6.221-1.51(且)35 = 6.22 1-1.51 (理严5 =4.35 Eo29b =1 -1.44(Ex) q55 = 1 _ 1.44(1048)取5 =0.80 Eo29一 11u E1048 -Et=ah；E0(T3 = 4.35 0.32829 (-0-8)3 171MPaEo29普通混凝土面层的相对刚度半径为：万案一：3.4计算荷载疲劳应力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

20、准值为31Gpq路基回弓M模量为29Mpa低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量去 600Mpa，水泥稳定粒料基层回弹模量取 1300Mpa基层顶面当量的回弹模量值计算如下：Exh12E2号巳=1300 0.220.22600 0.180.18 二1MPah12h；0.220.220.18 0.183321300 0.2600 0.15(0.2 0.15)11 i124(1300 0.2 600 0.15)33_1300 0.22600 0.18一12(0.22 .018)/11- ( -41300 0.22 600 0.18=3.45MNm1_1-/12Dx3 , 12 3.45. 3hx =(-

21、)3 = ()3 = 0.34mEX1048a =6.221 一1.51(邑)35=4.42E。-55=0.80Ex b =1 一1.44(二)E0hE.二Et -ahE0()3=183.7E0普通混凝土面层的相对刚度半径为：Y =0.275根据一级公路、重交通，由路基路面工程查得初拟普通混凝土面层厚度为 0.25m。 由下列公式求得：式中 丫一混凝土板的相对刚度半径（项；H 一混凝土板的厚度（项；Ec-水泥混凝土的弯沉弹性模量（Mp3 ;（TP标准轴载Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（Mp3；k r- 考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设杆拉的平缝，kr=0.870.92,纵缝为不设杆

22、拉的平缝或自由边界k=1.0,纵缝为设杆拉的企口缝，k=0.760.84,;kc-考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数，按公路等级查下表3-3 ;表3-3 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kc1.301.251.201.10O-ps标准轴载Ps在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力（Mp3_ 0.620.057；-ps =0.077 h =0.877MPa , kf = Ne =1.452根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综和系数kc =1.20,则荷载疲劳应力为：p=kfkrkc。ps=1.38MPa3.5 计算温度疲劳应力由路基路面工程知

23、，V3区最大温度梯度取88 ( C /m )。板长4.5m, L/r=4.5/0.760=5.92;已知混凝土板厚 0.25m, Bx=0.63。则可知最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力:tm cEchTgBx2式中：ac混凝土的温度线膨胀系数 ；T g 一 最大温度梯度，Tg=88 c/m；B x-综合温度翘区应力和内应力的温度应力系数；(Ttm-最大温度梯度时土板的温度翘取应力(Mp3二 cEchTgBx 1.0 1031000 0.25 88 0.63二 tm = = 2.15MPa22温度疲劳系数kt =La(2m)c-b,式中a, b和c为回归系数，按所在地区公路二 tm fr自然区划查下表3-4表3-4回归系数a, b和c系数公路自然区nmIVVVIWa0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270则温度疲劳应力c-t =kutm =0.519 2.15=1.12综合，一级公