道路工程课程设计-1

1、道路工程课程设计-1河海大学文天学院课程设计报告课题名称：道路工程课程设计姓名：吕小峰学号：110740122专业班级： 交通工程一班指导教师：刘云2014-2-26道路工程课程设计任务书一、设计任务及内容：（一）设计任务：1. 沥青路面结构设计2. 旧路面补强设计3. 水泥混凝土路结构设计（二）设计内容：1. 车辆荷载换算；2. 初拟沥青路面结构（结构、材料、层厚）6. 确定计算参数（各层材料和土基的回弹模量）7. 用容许弯沉值验算路ikt整体强度；8. 验算沥青混凝土层和整体性材料结构层的弯拉应力；9. 计算旧路面的计算弯沉值、确定补强层结构、计算补强层厚度；10. 初拟水泥混凝土路面结构

2、（结构、材料、层厚、平面尺寸及接缝）；11. 确定各层回弹模量及当量回弹模量;12. 荷载及温度疲劳应力计算；13. 检验并确定水泥混凝土路面结构；14. 确定沥青路血与水泥混凝土路面的衔接方式。二、设计资料ii5区平原微丘区某二级公路，原有路面宽度9米，厚度为25 cm天然砂砾垫层，20cm石灰土基层，2.5cm沥青表面处治层。近年来由于大吨位车辆的增加，个别路段不能适应交通运输的需要，对下列路段的路而按一级路面改造，并作如下处理：k0+500k3+500段，改线需在新路基上铺沥青混凝土路面；k3+500k5+000段，旧路面强度不足，需进行补强设计；k5+000k6+300段，接近城镇为改

3、线路段，在新路基上铺水泥混凝土路面。三、路状调查资料1. 交通调查在不利季节调査的双向双车道平均日交通量见表1。2. 自然条件调查预计未来十年，交通量年平均增长率为6% , 10年后增长率为3%。 沿线土质为粉质亚粘土，液限wl=30% ,塑限wp二18%。当地多年平均最大冻深为1.1米。（气象部门调査的田野冻深）。k0+500kl+500段，路槽底距地下水位2.6米；kl+500k3+500段，路槽底距地下水位2.1米;k3+500k5+000段，测得路槽底以下80 cm分层含水量为：19.55%、19.90%、20.78%、21.10%、21.74%、21.10%、21.66%、21.90

4、%（080cm ,每 10cm 为一层）k5+000k6+300段，路基填土高度为0.8米，调查得地下水埋深为1.4米。对k3+500k5+000段，在冻前进行路面弯沉实测弯沉值为：28、40、50、31、 53、 40、 28、 46、 40、 29、 45、 40、 50、 25、 50、 39、 41、 30、35、37、24、52、31、39、49、31、33、33、20、49 （单位为 l/100mm ）。3. 材料调査沿线可采集各种砂、石料；附近有矿渣、炉渣可利用；水泥、石灰、沥青等材料当地可供应。四、设计方法、步骤（一）沥青路面结构设计1. 计算标准轴载的作用次数；2. 确定道路

5、的交通分级，选定设计年限及车道系数3.计算使用年限内累计当量轴次4.确定容许回弹弯沉值lr新建沥青路面设计：a. 确定各路段干湿类型和路基与各层的回弹模量值；b.进行路面结构组合设计；c. 按三层体系理论计算路妞厚度，确定采用方案，并验算防冻厚度。绘制路面结构图。（二）原有路面补强设计：a .确定路段干湿类型和计算弯沉值l0 ;b .路面补强方案拟定d. 采用双层或多层弹性层状体系计算路面补强厚度，确定采用方案;e. 绘制路面补强设计图。（三）新建混凝土路面设计?计算标准荷载的作用次数；?确定交通量分级，选定设计年限及轮迹横向分布系数；?计算设计使用年限内累计当量轴次；?初拟路面结构，包括结构

6、层次、类型和材料组成，各层的厚度、面板平面尺寸和接缝构造；确定材料参数，确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量，基层垫层和路基得回弹模量，基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量；?计算荷载疲劳应力：a. 查应力计算图得最大荷载应力；b. 定接缝传荷系数，疲劳应力系数，综合系数；c. 计算荷载疲劳应力；d. 计算温度应力。由自然区划选最大温度梯度；按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度时的翘曲温度应力，最后计算温度疲劳应力。检验初拟路面结构按0.95fcm o p+o t 1.03fcm公式检验，如不满足，重拟路面结构，重新计算，直到满足要求为止。计算厚度取整至厘米。画出最后选定的路面结构图。三、课程

7、设计文件装订 完成设计项目后，将设计任务书、说明书、计算书、设计图纸装订成册。一.沥青混凝土路面结构设计1.1以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，换算为标准轴p的当量轴次n （路面设计以双轮组单轴载100kn为标准轴载，以bzz-100表示）小于25kn的轴载不计。 解放ca-10b?pl?n?clc2nl?p?i?lk4.354.35?60?1?1?900?100? 黄河n-150?97.54次?pl?n?clc2nl?p?i?lk4.35?49?=1?6.4?360?4.35?101.6?1?1?360?4.35?103.47?385.74?489.21 次?100?100? 円野

8、kb-211k4.35n?c?p1?lc2nl?i?l?p?4.354.35?1?6.4?123?47.55?100?1?1?123?100?100?31.02?123?154.02 次 太脱拉138由于后轴距 3，故轴数系数为cl?l?1.2?m?l?2.2 k4.35n?cn?pl?1c21?i?l?p?4.354.?1?6.4?74?51.4?35?100?2.2?1?74?80?100?26.19?61.67?87.86 次 湘江hqp40由于后轴距3,故cl?m?2kn?c?p4.351?lc2nl?i?l?p?2?l?1030?73.2?4.35?100?530.26 次 黄河jn

9、162k4.35n?cn?pl?1c21?4.354,?1?6.4?21?63?35?100?1?1?21?127?100?18.01?59.40?77.41 次 跃进230k4.35n?c?p1?lc2nl?i?l?p?1?1?350?33.3?4.35?100?2.93 次n 总？97.54?489.21?154.02?87.86?530.26?77.41?2.93?1439.23 次1.2进行半刚性基层层底拉应力验算时，换算为标准轴p的当量轴次n'（小于50kn的轴载不计）。解放ca-10b8?p?n?ccn?l? ?p?i?l 1 21k?60?1?1?900?15.1

10、2 次?100? 黄河jn-1508?p? n ?c1 c2nl?l? ?p?i?l?101.6?l?l?360?408.74 次 100? 日野kb-2118k8?p?n?ccn?l? ?p?i?l 1 21k8?100?1?1?123?次?123?100? 太脱拉138由于后轴距3,故轴数系数为cl?l?2?m?l?388?p? n ?c1 c2nl?l? ?p?i?l?51.4?80?；l?18.5?74?3?l?74?6.67?37.25?43.92 次 100100? 湘江hqp40由于后轴距3，故cl?m?2k888k?p? n ?c1 c2nl?l? ?p?i?l?73.2?l?

11、2?1030?169.81 次?100? 黄河jn1628?p?n ?c1 c2nl?l? ?p?i?lk8?63?127?1?18.5?21?1?1?21?9.64?142.12?151.76次?100?100? 跃进23088?p?n?ccn?l? ?p?i?l 1 21k8?/n 总？15.12?408.74?123?43.92?169.81?151.76?912.35 次1.3设计年限内一个车道上的累计当量轴次数拟建公路为一级公路，路面的设计年限为10年，使用期内交通量的平均增长率为6%，按双向两车道设计，车道系数取n =0.5。a.以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，设计年限

12、内一个车道上的累计当量轴次数:ne?365nl?l?lt?365?l?6%?l?1439.23?0.5?3462060.68?3.50?106 6%10?b.当进行半刚性基层层底拉应力验算时，设计年限内一个车道上的累计当量轴次数：365(l?r)t?ln?e?nl?r?365(1?6%)10?1?912.35?0.5?2194653.43?2.20?106 次 6%?1.4确定路面等级、交通等级和面层类型根据设计任务书的要求及交通量设计年限内累计标准轴次ne?3462060.68,由沥青路面设计规范表3.1.8交通等级及路面类型选择。累计当量轴次100400万次/车道，交通等级为轻交通，应属于

13、高级路面，面层类型为沥青混凝土。1.5确定容许回弹弯沉值lrlr?720n?0.2?ac?as?3462060.68?0.2?l?l?720?35.44(0.01mm)2.1各路段干湿类型和路基与各层的回弹模量值该地区属于11 5区，由自然条件调查可知，在k0?500kl?500段其路槽底距地下水位的高度h=2.6m,查表可得ii 5区粉性土路基的临界高度再根据路基干湿类型表，该路段属于中湿类型。hl?2.42.9m,h2?1.82.3m。在kl?500k3?500段其路槽底距地下水位高度h=2.1m，查表可知该路段属于屮湿类型。在k5?500k6?500段，路基填土高度为0.8米，调査得地下

14、水埋深为1.4米，其路槽底距地下水位高度h=2.2m,则该路段也 属于潮湿类型。在k0?500kl?500和kl?500k3?500段(铺沥青混凝土路面)，查得分界稠度为：wcl?1.05,wc2?0.9。因h值偏近hl值，估计该路段路基上层80cm范围内的平均稠度约为1.00左右。査表二级自然区划各土组土基回弹模量参考值可得e0?42.5mpa。2.2确定路面结构层次、初拟各结构层厚度查沥青路面设计规范表a.2.2-1、表a.2.2-2中各参数值，初步拟定方案如下表2-1:1初拟结构层以及其厚度2.2.1计算确定路面设计弯沉值id ld?600ne?0.2acasab，其中ac?l.l,as

15、?1.0,ab?1.0?0.2.68 由此计算 ld?600?34620602.2.2计算待求层厚度?l.l?l?l?32.48(0.01mm)根据ls?ld，求理 论弯沉系数ac由f?1.63(代入数据，即 lse2p?0.38(0)0.36、ls?acf2000?pelf = 1.63?(ac?32.4842.50.36)0.38()?0.61 2000?10.650.7lse10.03248?1400?4.992p?f2?10.65?0.7?f计算基层高度h5把此多层体系换算成三层体系，如下图2,计算方法如下：图2换算当量三层体系图ac?aklk2h?310.65?0.282;e2ye?

16、1000?0.714 査图得 a?7.51yl400heo?0.282;e?42.5?0.0425 査图得 kl?1.152yl000k2?acak?4.995?1.15?0.58;17.由 ke02?0.58e?0.0425;h?0.282,查表得 h?4.22y?h?4.2?10.65?44.73cm； h?he32?h3?2.?he4e4?2.2e244.73?8?20?2.4600?h435010004?2.1000?h4?31.85?32cm因此其厚度满足施工。2.2.3验算整体性材料层底部的最大弯拉应力确定各土层底部的容许拉应力因有?r?spk，则sa、细粒式浙青混凝土的容许拉应力

17、0.22k0.09aanel.0?3.50?106?0.22s?a?0.09?cl.l?2.25?4?1.1rl?l.0.09?1.0?3.50?1060.22?0.62mpa b、粗粒式沥青混凝土的容许拉应力0.k0.09a22ane?0.09?l.l?3.50?106?0.22s?acl.l?2.48?0.8?1.1r20.09?l.l?(3.50?106)0.22?0.32mpa c、6%水泥稳定石粉k0.35n0.ile'35?2.20?106?0.11s?a?0.cl.l?1.59,?r3?0.6?l.l0.35?2.20?1060.11?0.38mpad、4%水泥稳

18、定石粉0.35ne'0.110.35?2.20?106ks?acl.l?0.11?1.59?r4?0.4?l.l0.35?2.20?1060.11?0.25mpa 确定各层层底拉应力（说明：计算层层底以上层的回弹模量e取巧拉回弹模量，而因为细粒式沥青混凝土同粗粒式沥青混凝土的弯拉回弹模量无给出，则选15?c的抗压回弹模量，如计算层层底以下各层的回弹模量e取抗压回弹模量）。a、确定细粒式沥青混凝土层层底的弯拉应力?ml将多层体系换算成当量三层体系，如下图；h?h2?h30h?0.282;e2yelye3e600350?h404?8?20?0?32?0.?22.66cme2e214

19、001400?0.778;?e042.5?0.030,查表得?0，表明该层层底受弯e2yl400曲压应力，？ml自然满足要求。b、确定粗粒式浙青混凝土层层底的弯拉应力?m2h?h2?hlel?8?3?11.19cme21400 h?h3?h40e4350?20?32?0.?26.86cme31400将多层体系换算成当量三层体系，如下图：e2y600e0y42.5hll.l9?1.051;?0.429;?0.071;查图 得：?0.25,ml?1.15?10.65elyl400e2y600e2y600eh26.8642.5?2.522;?0.429;0?0.071;查图得：m2?0.68?10.

20、65elyl400e2y600?m?0.7mlm2?0.7?0.25?1.15?0.68?0.137mpa?r2?0.32mpa 故满足验算要求。c、确定6%水泥石粉层底的弯拉应力?m3将多层体系换算成当量三层体系，如下图：h?h3?h2e2e14001800?hll?20?8?3?29.41cm e3e328002800e2y350e042.5h29.41?2.76;?0.125;?0.121;查图 得：？?0.46,ml?1.2?10.65ely2800e2y350e2yeh3242.5?3.00;?0.125;0?0.121;查图得:m2?0.95?10.65elye2y350 ?m?0

21、.7?mlm2?0.7?0.46?1.2?0.95?0.34mpa?r?0.38mpa 故满足验算要求。确定4%水泥石粉层底的弯拉应力?m4:h?h3?h2e2e14001800?hll?20?8?3?29.41cm e3e328002800将多层体系换算成当量三层体系，如下图e2yl500eh3242.5?3.00;?0.536;0?0.028;查图 得：？0.13,ml?1.61?10.65ely2800e2yl500e2ye042.5h32?3.00;?0.536;?0.028;査图得：m2?0.7?10.65elye2yl500 ?m?0.7?mlm2?0.7?0.13?1.61?0.

22、7?0.103mpa?r?0.25mpa 故满足验算耍求。二.新建水泥路面设计1. 交通荷载分析及荷载换算水泥混凝土路面荷载应力计算时，以bzz-100 （双轮组单轴轴载载重100kn）作为标准轴载。讲不同的轴轮型和轴载的作用次数，换算为标准轴载的作用次数。 解放ca-10b?p?ns?ini?i?100?i?lnl6?20.25?20.25?1?900?1?900?0?100?100? 黄河jn-150?p?ns?ini?i? ?100?i?lnl61616?49?101.6?=?1?360?1?360?0.0039?464.09?464.094 次100100? 日野kb-211?p?ns

23、?ini?i? ?100?i?lnl61616?47.55?100?1?123?次?1?123?123?100?100? 太脱拉138?p?ns?ini?i? ?100?i?lnl61616由于后轴为双轴，所以?i?1.46?10?5pi16?0.3767 16?51.4?160?5?0.3767?1?74?74?次？1.46?10?160?0.0018?0.295?0.295?100?100? 湘江hqp40?p?ns?ini?i?100?i?lnl6由于后轴为双轴，所以？i?1.46?10?5pi16?0.376716?23?73.2?5?0.3767?1?1030?1030?1.46?1

24、0?73.2?0 100100? 黄河jn162?p?ns?ini?i?100?i?lnl6?63?127?1?21?1?21?0.013?961.79?961.80?100?100? 跃进230?p?ns?ini?i? ?100?i?lnl61616?15.2?33.3?1?350?1?350?0?100?100?n 总？464.094?123?0.295?961.8?1549.19 次累计轴载为：ns?1549.19次，交通等级为特重交通标准轴载累计当量作用次数：由表3.03,公路等级为一级公路，设计基准期t=30年，安全等级为一级，临界荷位的车辆车辆轮迹横向分布系数一级公路?取0.22,

25、交通量年平均增长率为6% 1616ne?365?(l?r)t?lr365?(l?6%)30?l?ns?1594.19?0.22?10120511.72 次 6%2. 初拟路面结构由公路水泥混凝土路面设计规范jtgd40-2011，得相应于安全等级一级的变异水平取低级。根据一级公路、特重交通等级和低级变异水平等级，查规范tg d40-2011中表4-3,初拟普通水泥混凝土面层厚度为240mm。碾压混凝土基层选用0.18m厚水泥稳定粒料，底基层选用0.20m多孔隙水泥稳定碎石，普通混凝土板的平面尺寸为长5.0m,宽4.0m。纵缝为设拉 杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。碾压混凝土设纵缝一条横缝间距5m

26、， 硬路肩3.50m,采用与行车道等厚混凝土并设拉杆与行车道板相连。3. 路面材料参数确定根据公路水泥混凝土路面设计规范査表3.0.8和附录e.0.3,取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5mpa,相应的弯拉弹性模量为ec?30?103mpa,水泥稳定粒料基层回弹模量el?1500mpa，多空隙水泥稳定碎石回弹模量e2?1400mpa。用查表法确定该路段土基弹性模量e0?42.5mpa,基层顶面当量回弹模量et:2hl2el?h2e20.182?1500?0.202?1400ex?1444.75mpa2222hl?h20.18?0.203hl3elh2e2(hl?h2)211?ldx?)1212

27、4elhle2h20.183?15000.203?1400(0.18?0.20)211?)?l?6.63mn?ml21241500?0.1814 00?0.20hx?dxex?6.75?0.38ma?6.22l?1.51(ex?0.451444.75?0.45)?6.22?l?1.51()?4.289e042.5b?l?1.44(ex?0.551444.75?0.55)?l?1.44?()?0.793e042.5exl444.753)?4.289?0.380.793?42.5?()?274.146mpa e042.5bet?ahxe0(4. 计算荷载应力普通混凝土面层的相对刚度半径r:r?0.537h(ec30000)?0.537?0.24?()?0.616m et274.146hec0.824?300000.8)?10?2.64?0.75?()et274 计算荷载应力时的模量修正系数：n?10?2.64?c(?0.935地基的计算回弹模量：建