[课程设计]路基路面工程课程设计计算书

1、.路基路面工程课程设计计算书指导老师 ：专业年级 ：班级，学号 ：学生姓名 ：完成时间 ：2010 年 6 月 24 日.专业专注.路面结构设计的计算基本资料 ：某地区规划修建一条四车道的一级公路，沿线筑路材料的情况：石料 ：本地区山丘均产花岗岩、流纹岩和凝灰熔岩；储量丰富 ，岩体完整 。 石料强度高 。 砂：海岛沿岸多处沙滩可供取砂，运输较方便 。 土料：沿线丘岗均有砖红色亚粘土和黄褐色砂砾质粘土可供路基用土。此公路的设计年限为20 年，拟采用沥青路面结构进行设计。一、轴载分析 。1、设计年限内交通量的平均增长率：12344由主要预测年交通量表可算得：2000年到 2005年的年增长率 ：

2、12266(11 )518293 ，可算得 ： 12005年到 2010年的年增长率 ： 18293(12 )526204 ，可算得 ： 22010年到 2015年的年增长率 ： 26204(13 )535207，可算得： 32015年到 2020年的年增长率 ： 35207(14 )555224，可算得： 4故12348.3%7.5%6.1%9.4%7.8%448.3%7.5%6.1%9.4%2、设计年限内一个车道的累计当量轴次的计算。路面设计采用双轮组单轴载100KN 为标准轴载 ，以 BZZ 100 表示 。1 ） 当以设计弯沉值为设计指标时，换算成标准轴载P 的当量作用次数N 的公式为

3、 ：kC1C 2ni ( Pi )4.35N=i 1P预测交通组成表.专业专注.车型前 轴 重前 轴 重后轴数后轴轮组数后 轴 距交通 量（ KN（ KN（m ）（辆 /）日）跃进 NJ13016.2038.301双轮组702解放 CA10B19.4060.851双轮组962黄河 JN15049.00101.601双轮组661对于跃进 NJ130 ：前轴 ： Pi =16.20KN<25KN，省略不算后轴 ： C1 =1, C2=1,Pi =38.30KN ， P=100KN,ni =702N C1C 2 ni( Pi ) 4.3 511702( 38.30 )4.3 5 10.8 次

4、/dP100对于解放 CA10B ：前轴 ： Pi =19.40KN<25KN,省略不算 。后轴 ： C1 =1, C2=1,Pi =60.85KN ， P=100KN,ni =962N C1C2 ni( Pi ) 4.3 511962( 60.85)4.3 5 110.8 次 /dP100对于黄河 JN150:前轴 ： C1 =1, C2=6.4,Pi =49.00KN，P=100KN,ni =661N C1C 2 ni( Pi ) 4.3 51 6.4661 (49.00)4. 3 5 190.0 次 /dP100后轴 ： C1 =1, C2=1,Pi =101.60KN， P=10

5、0KN,ni =661N C1C2 ni( Pi ) 4.3 511661(101.60 )4. 3 5 708.3 次 /dP100最终可汇成下表：轴载换算结果表（弯沉）.专业专注.设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次的计算：设计年限为t=20年，=7.8% ，双向四车道 ，故车道系数选为 0.4。 故Ne(1)t1 365N1(10.078) 20 13651019.0.4 6665106 次0.0782 ） 当进行半刚性基层层底拉应力验算时，换算成标准轴载P 的当量作用次数 N的公式kPi 8为：NC1C2 ni ( P )i 1车型Pi （ KN ）C1C2ni (次 /C1C2

6、 ni ( Pi ) 4.35P日 )前轴16.2016.47020跃进 NJ130后轴38.301170210.8前轴19.4016.49620解放 CA10B后轴60.8511962110.8前轴49.0016.4661190.0黄河 JN150后轴101.6011661708.3kNC1C2ni ( Pi )4.35i1P合计1019.9同理 ，计算结果可如下表所示：轴载换算结果 （半刚性基层层底拉应力）.专业专注.车型Pi （ KN）C1C2ni (次 / 日 )C1C2ni ( Pi ) 8P前轴16.2011.857020跃进 NJ130后轴38.30117020前轴19.4011

7、.859620解放 CA10B后轴60.851196218.1前轴49.0011.856610黄河 JN150后轴101.6011661750.5kC1C 2ni ( Pi )8Ni 1P合计768.6设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次的计算：(1 ) t1 365(1 0.078) 20 1 365768.6 0.4 5022846 次NeN10.078二、拟定路面结构组合方案及厚度。组合方案 ，拟定了两种 ，其简图如下所示：方案一 ：方案二 ：.专业专注.细粒式沥青混凝土h 1 =4cm细粒式沥青混凝土h 1 =4cm中粒式沥青混凝土h 2 =5cm中粒式沥青混凝土h 2 =6cm

8、粗粒式沥青混凝土h 3=6cm粗粒式沥青混凝土h 3 =8cm水泥稳定碎石h 4 =20cm水泥稳定碎石h 4 =？石灰土h 5=?二灰土h 5 =16cm级配碎、砾石h 6=12cm填隙碎石h 6 =10cm土基土基三、各层材料的抗压模量与劈裂强度、土基的回弹模量的确定。1 ） 确定各层材料的抗压模量与劈裂强度。查表可得下列设计参数，汇表如下 ：材料名称抗压回弹模量（ MPa ）15劈裂强度20 15 （ MPa ）细粒式沥青混凝土140020001.4中粒式沥青混凝土120014001.0粗粒式沥青混凝土100012000.8水泥稳定碎石15000.5石灰土5500.225二灰土7500.

9、25级配碎 、砾石225.专业专注.填隙碎石2502 ） 确定土基的回弹模量。该路段处于IV 7 区，为黏质土 ，且稠度为1.00。查公路沥青路面设计规范可得土基回弹模量为34.5 MPa四、设计指标的确定。对于一级公路 ，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构底层拉应力验算 。1、设计弯沉值的计算 :L d600N e0.2 Ac As Ab该公路为一级公路 ，故公路等级系数Ac =1.0 ，且是沥青混凝土面层，故面层类型系数As =1.0 。方案一 ：半刚性基层上设置40mm+50mm+60mm=150mm<160mml沥青混合料结构层 ， Ab =1.0 。故 L d 600

10、N e0.2 Ac As Ab 6006665106 0.21.01.0 1.025.91mm方案二 ：半刚性基层上设置40mm+60mm+80mm=180mm,介于 160mm和 260mm之间的沥青混合料结构层 ，故由线性内插可求得 Ab =1.12 。故 L d 600N e0.2 Ac AsAb 6006665106 0.21.01.0 1.1229.01mm2、各层材料的容许层底拉应力的计算。sp容许拉应力RK s.专业专注.细粒式沥青混凝土： K s0.09Aa Ne0.220.09 1.0 50228460.221.02.68AcRsp1.40.5224 MPaK s2.68中粒

11、式沥青混凝土： K s0.09Aa Ne0.220.09 1.050228460.22Ac1.0Rsp1.00.3731 MPaK s2.68粗粒式沥青混凝土： K s0.09Aa Ne0.220.09 1.150228460.22Ac1.0Rsp0.80.2712 MPaK s2.95水泥稳定碎石 ： K s 0.35Ne0.110.3550228460.111.01.91AcRsp0.50.2618 MPaK s1.91石灰土 ： K s0.45Ne0.11Ac0.4550228460.111.02.46Rsp0.2250.0915 MPaK s2.46二灰土 ： K s0.45Ne0.1

12、1Ac0.4550228460.111.02.46Rsp0.250.1016 MPaK s2.46计算结果列于下表：2.682.95各层材料的容许拉应力材料名称sp （ MPa ）KR （ MPa ）细粒式沥青混凝土1.42.680.5224中粒式沥青混凝土1.02.680.3731.专业专注.粗粒式沥青混凝土0.82.950.2712水泥稳定碎石0.51.910.2618石灰土0.2252.460.0915二灰土0.252.460.1016五、确定设计层的厚度。1 、方案一计算 :(采用三层体系为计算体系)1 ）令实际弯沉l sl d ，则弯沉综合修正系数F 1.63(ls )0.38 (

13、E0 )0.362000p1.63 (25.91)0.38 (34.5) 0.360.52200010.650.7弹性三层体系的实际弯沉ls1000 2 pl FE1lsE125.911400故理论弯沉系数lF2000 0.74.682000 p10.65 0.522 ）将多层体系照弯沉等效的原则换算为按三层体系，如下图所示 ：.专业专注.E 1h 1E 1h1E 2h 2E 2HE 3h 3E 4h 4E 0E 5h 5E 6h 6E 0则中层厚度的换算公式为：6EkE3E4E5E6Hh2hkh2h3 2.4h4h62.4E2E22.4h5 2.42.4k 3E2E2E2562.4 1000

14、202.4 1500h52.4 550122.42251200120012001200(38.50.7h5 )cm3 ） hh140.38E034.50.0310.65E21200查三层体系表面弯沉系数诺谟图可得K1 =1.44E212000.9 ，查诺谟图可得 =5.8E11400由三层体系表面弯沉系数诺谟图上的计算理论弯沉的公式可得： lK1 K 2故 K 2l4.680.56K1 5.8 1.44再查诺谟图可得 H4.8故 H 4.8 10.65 51.1cm故 H38.50.7h5 =51.1由此可解得 ： h518cm2、方案二计算 ： (采用三层体系为计算体系)1）令实际弯沉l s

15、ld ，则弯沉综合修正系数.专业专注.F 1.63(l s)0.38 ( E0 )0.362000p1.63 (29.01)0.38 (34.5) 0.360.54200010.650.7弹性三层体系的实际弯沉ls1000 2 pl FE1l sE129.011400故理论弯沉系数lF2000 0.75.042000 p10.65 0.542 ）将多层体系照弯沉等效的原则换算为按三层体系，如下图所示 ：E 1h 1E 1h1E 2h 2E 2HE 3h 3E 4h 4E 0E 5h 5E 6h 6E 0则中层厚度的换算公式为：.专业专注.6EkE3E4E5E6Hh2hk 2.4h2h3h4h6

16、E22.42.4h5 2.42.4k 3E2E2E2E2682.4 1000h42.4 1500162.4750102.42501200120012001200(31.81.1h4 )cm3 ） hh140.38E034.50.0310.65E21200查三层体系表面弯沉系数诺谟图可得K1 =1.44E212000.9 ，查诺谟图可得=5.8E11400由三层体系表面弯沉系数诺谟图上的计算理论弯沉的公式可得： lK1 K 2l5.04故 K 25.80.60K11.44再查诺谟图可得 H4.3故 H 4.3 10.65 45.8cm故 H31.81.1h445.8由此可解得 ： h413cm六

17、、层底弯拉应力验算。公路为一级公路，故对沥青混凝土面层、半刚性基层、底基层都应进行拉应力的验算。1、方案一的层底拉应力的验算。（采用三层体系验算多层路面的结构层底部拉应力）1） 验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力。将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示 ：.专业专注.E 1h 1E 2h 2E 3h 3E 4h 4E 5h 5E 6h 6E 03EkE1E2E3hhkh1E3E3h2E3h3k1E341400512006100010001000100016.2 cm6EkHhk 0.9E4k4h4 0.9E4h5 0.9E5h60.9E6E4E4E4200.91500180

18、.9550120.922515001500150027.4cm由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得，pm1m2h16.21.5E2E415001.510.65E1E31000E0E034.50.02E2E41500查诺谟图可得 ： m11.09，0. 13又因为 H27.410.652.6查诺谟图可得 ： m20.78故沥青混凝土面层底面的最大拉应力E 3hE 4HE 0.专业专注.pm1m20.70.131.090.780.0774MPa容许拉应力0.2712MPa2 ）验算半刚性基层底面的弯拉应力。将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示 ：E 1h 1E 4

19、hE 2h 2E 5HE 3h 3E 4h 4E 0E 5h 5E 6h 6E 04EkE1E2E3E4hk 1 hkh1h2h3h4E4EEE4E444414005120061000201500150015001500150033.2cm6EkE5E6Hhk 0.9h5h6E50.90.9k5E5E5180.9550120.9225550 55022.4 cm由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得，pm1m2h33.23.1E2E55500.410.65E1E41500E0E034.55500.06EE25查诺谟图可得 ： m1 1.3，0.14.专业专注.又因为 H22.410.6

20、52.1查诺谟图可得 ： m2 0.93故半刚性基层底面的最大拉应力pm1m20.70.141.30.930.1185MPa容许拉应力0.2618MPa3）验算底基层底面的弯拉应力。将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示 ：E 1h 1E 5hE 2h 2E 6h 6E 3h 3E 4h 4E 0E 5h 5E 6h 6E 05EkE1E2E3E4E5k 1 hkhE5h1 E5h2E5h3E5h4E5h5E54140051200610002015001855055055055055055072.9 cm由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得，pm1m2h72.9

21、6.8E2E62250.410.65E1E5550E0E034.50.15E2E6225查诺谟图可得 ： m1 1.08，0.08又因为 Hh6121.1查诺谟图可得 ： m2 1.1810.65.专业专注.故半刚性基层底面的最大拉应力pm1 m20.70.081.1 1.180.0727 MPa容许拉应力0.0915MPa2 方案二的层底拉应力的验算。（ 采用三层体系验算多层路面的结构层底部拉应力）1)验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力。将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系E 1h1E 2h 2E 3h 3E 4h 4E 5h 5E 6h 6E 03EkE1E2E3k 1 hkhE

22、3h1 E3h2E3h3E341400612008100010001000100019.3cm，如下图所示 ：E 3hE 4HE 0.专业专注.6EkE4E5E6Hhk 0.9h6E4h4 0.9h5 0.90.9k4E4E4E4130.9 1500160.9750100.925015001500150021.8cm由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得，pm1m2h19.31.8E2E415001.510.65E1E31000E0E0E34.50.02E241500查诺谟图可得： m11.27，0. 11又因为 H21.810.652.0查诺谟图可得 ： m21.0故沥青混凝土面层底

23、面的最大拉应力pm1 m20.70.11 1.271.00.0978 MPa容许拉应力0.2712MPa2）验算半刚性基层底面的弯拉应力。将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示 ：E 1h 1E 4hE 2h 2E 5HE 3h 3E 4h 4E 0E 5h 5E 6h 6E 0.专业专注.4EkE1E2E3E4k 1 hkhE4h1 E4h2E4h3E4h4E4140061200100015004813150015001500150028.8 cm6EkE5E6Hhk 0.9h6E5h5 0.90.9k5E5E5160.9750100.9250750 75019.0cm由三层体系上层底面