路基路面工程课程设计

1、成都学院课程名称：路基路面工程学 院：建筑与土木工程学院专业：土木工程学 号：201年级：2013 级学生姓名：朱兰宇指导教师：陈小平二O一六年六月目录1设计任务书 错误！未指定书签。1.1 路基部分 错误！未指定书签。1.1.1 设计资料 错误！未指定书签。1.1.2 设计任务 错误！未指定书签。1.2 路面部分 错误！未指定书签。1.2.1 设计资料 错误！未指定书签。1.2.2 设计任务 错误！未指定书签。2路基部分设计 错误！未指定书签。2.1 路堤横断面设计 错误！未指定书签。2.2 路堑横断面设计 错误！未指定书签。3路面部分设计 错误！未指定书签。3.1 沥青路面设计 错误！未指

2、定书签。3.1.1 轴载分析 错误！未指定书签。3.1.2 结构组合与材料选取 错误！未指定书签。3.1.3 各层材料的抗压模量和劈裂强度 错误！未指定书签。3.1.4 设计指标的确定 错误！未指定书签。3.1.5 路面结构层厚度的计算 错误！未指定书签。3.1.6 沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算错误!未指定书签。3.1.7 防冻层厚度检验 错误！未指定书签。3.2 水泥混凝土路面设计 错误！未指定书签。3.2.1 交通量分析 错误！未指定书签。3.2.2 初拟路面结构 错误！未指定书签。3.2.3 确定材料参数 错误！未指定书签。3.2.4 计算荷载疲劳应力 错误！未指定书

3、签。3.2.5 计算温度疲劳应力 错误！未指定书签。3.2.6 防冻厚度检验和接缝设计 错误！未指定书签。3.2.7 角隅钢筋设计 错误！未指定书签。参考文献 错误！未指定书签。附录 错误！未指定书签。1设计任务书1.1 路基部分1.1.1 设计资料(1)路堤横断面设计高程为 514ml地面高程为510m,地面横坡为12°(左身)。(2)路堑横断面设计高程为 825ml地面高程为830m,地面横坡为16°(右高)。(3)公路等级为高速，设计速度为 80km/h,车道数为6车道，原地面土质为胶结和密实的碎土石。1.1.2 设计任务根据上述资料，分别设计路堤和路堑的横断面，包括

4、横断面高度、宽度(行车道、中间带、路肩各部分的宽度)、边坡坡度，原地面如何处理、压实 度。在设计说明书中需详细说明设计的过程和确定依据。1.2 路面部分1.2.1 设计资料该路段设计年限20年，交通量年平均增长 6.5%,车道系数 刀=0.5 ,该 路段处于中国公路自然区划V3区，公路等级为高速，路面宽度为 B=24.5m,行车道为6道，此公路设有一个收费站，且处于中湿路段。路基土为粉质中 液限土，潮湿路段 E=23.5Mpa,中湿路段 Eo=31.7Mpa,干燥路段 E=35.5Mpa, 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 NJ230590解

5、放 CA10B899黄河 JN150385长征 XD250313依土姿 TD501501菲亚特650E249太脱拉138491.2.2 设计任务(1)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；(2)沥青混凝土路面设计主要内容包括：轴载分析、结构层组合设计、 材料参数确定、设计指标计算、路表弯沉和层底拉应力检算。(3)水泥混凝土路面设计包括：交通量分析、路面结构组合设计、材料参数确定、荷载疲劳应力计算、温度疲劳应力计算、防冻厚度计接缝设计、 角隅钢筋设计。2路基部分设计2.1 路堤横断面设计(1)路堤宽度：路堤宽度为行车道路面和两侧路肩宽度之和。由公 路工程技术标准(JTG B012

6、003)的规定设计，查表 2-1得到，高速公路, 设计速度80km/h的6车道公路，路堤宽度取 32 nl表21公路等级高速公路、一级公路设计速度(km/h)1201008060车道数864864644路基宽度(m)一值42.0034.5028.0041.0033.5026.0032.0024.5023.00最小值40.00一25.0038.50一23.50一21.5020.00其中每个车道宽度取3.5m,路肩宽度取3m,并铺筑硬质路肩，中间带宽度5m(2)路堤高度：我国公路路基设计规范(JTG-D30-2004)中规定:“新建公路的路基设计高程为路基的边缘高程。已知路堤横断面设计高程为514

7、m,地面高程为510m,地面横坡为12° (左高)。则路堤的边缘高程为1344m则路堤横断面形式如图21(3)路堤边坡坡度：根据填料种类和边坡高度按表23确定。由设计高程和原地面高程可知边坡高度 <8m,则取边坡坡度为1:1.5 。表23填料类别边坡坡举上部高度(H0 8m)卜部身度(H0 12m)细粒土1:1.51:1.75粗粒土1:1.51:1.75巨粒土1:1.31:1.5(4)路基填料选择粗粒土，就地取材。由于路面横坡较小采用分层平铺的填筑方案，将粗砂铺筑在下层，砂石铺筑在上层，粗砂表面成双向横坡。查路基路面工程得知路堤土的压实效果与压实机械和土层厚度等有关。由于填料选

8、择为砂类土则压实机具宜选择振动式压路机，土层厚度每50.cm碾压23次。路堤的压实标准由压实度确定， 查公路工程技术标准(JTGB01 2003)即表22得到该路堤的压实度。路基压实度的试验方法采用环刀法。表22路基部位路床顶面以下深度(mD压实度(%高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路上路床00.3>96>95>94下路床轻、中及重交通荷载0.30.8>96>95>94等级特重、极重交通荷载等级0.31.2>96>95一上路堤轻、中及重交通荷载等级0.81.5>94>94>93特重、极重交通荷载等级1.21.9>94

9、>94一下路堤轻、中及重交通荷载等级>1.5>93>92>90特重、极重交通荷载等级>1.9(5)路基排水系统采用边沟的形式。设置在路堤的坡脚外侧，纵坡与路线纵坡一致，平坡路段采用0.5%的纵坡，截面形式采用梯形截面，材料采用浆砌片石，对于高速公路砂浆采用M7.5。2.2 路堑横断面设计(1)路堑宽度：路堑宽度为行车道路面和两侧路肩宽度之和。由公路工程技术标准(JTG B012003)的规定设计，查表 2-1得到，高速公路,设计速度80km/h的6车道公路，路堑宽度取 32 nl表21公路等级高速公路、一级公路设计速度(km/h)1201008060车道数8

10、64864644路基宽度(m)一>值42.0034.5028.0041.0033.5026.0032.0024.5023.00最小值40.00一25.0038.50一23.50一21.5020.00其中每个车道宽度取3.5m,路肩宽度取3m,并铺筑硬质路肩，中间带宽度5m(2)路堑深度：我国公路路基设计规范(JTG-D30-2004)中规定：“新建公路的路基设计高程为路基的边缘高程。则已知路堑横断面的设计高程为825m地面高程为830匹 地面横坡为16° (右高)。则路堑的边缘高程为825nl 则横断面形式如下图22。(3)路堑边坡坡度应根据边坡高度和开挖土质等因素确定。由设计

11、高程 和原地面高程可知开挖深度(边坡高度)<8m,综合表2-4取路堑的边坡坡度为 1:1.5 0表2 4土的类别边坡坡举黏土、粉质粘土、塑性指数大于 3的粉土1: 1中密以上的中砂、粗砂、砂砾1: 1.5卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土胶结和密实1: 0.75中密1:1(4)路基排水系统采用边沟的形式。设置在路堑的坡脚外侧，纵坡与路线纵坡一致，平坡路段采用0.5%的纵坡，截面形式采用梯形截面，材料采用浆砌片石，对于高速公路砂浆采用M7.5。3路面部分设计3.1 沥青路面设计3.1.1 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

12、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(mm21.30轮胎接地压强 p (Mpa0.70两轮中心距(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的作用次数小均换算成标准轴载P的当量作用次数N。式中：N以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数；口一被换算车型的各级轴载换算次数（次 /日）；P-标准轴载（kN ）;P 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;C 一轴数系

13、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：nL轴数。表3-2轴载换算结果车型P (kN )ni （次/日）跃 进NJ230前轴23.70115901.002后轴69.2011590110.344解 放CA10B前轴19.4016.48993.697后轴60.8511899106.334黄河JN150前轴49.0016.4385121.378后轴101.6011385430.498长征前轴37.8016.431329.304XD250后轴72.602.21313138.390依土姿TD50前轴42.2

14、011150135.651后轴90.00111501987.931菲压特650E前轴33.00112492.977后轴72.001124969.3太脱拉138前轴51.4016.44919.259后轴80.002.214958.394EN2130则其设计年限内一个车道上的累计量轴次Ne :式中 Ne-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=20年；N1-设计端竣工后一年双向日平均当量轴次；一设计年限内的交通量平均增长率，由材料知，丫 =0.069;一车道系数，由材料知刀=0.5。t 20川.11 3651 0.0691 365Ne N1 2130 0.5 1656969

15、1 队。0.069（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P的作用次数口均按下式换算成标准轴载 P的当量作用次数N'o, , 一 一 、 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；ni-被换算车型的各级轴载换算次数（次 /日）；P-标准轴载（kN ）;P 各种被换算车型的轴载（kN ）；NeCi一轮组系数，双轮组为1.0,单轮组为18.5,四轮组为0.09车型R ( kN )ni （次/日）跃 进NJ230前轴23.70115900.006后轴69.201159032.785解 放CA10B前轴19.40118.5899

16、0.034后轴60.851189913.686黄 河JN150前轴49.00118.538525.883后轴101.6011385440.685长 征XD250前轴37.80118.53132.768后轴72.602.2131325.865依土姿TD50前轴42.201115011.597后轴90.00111501560.376菲压特650E前轴33.00112490.040后轴72.001124943.752太脱拉138前轴51.40118.5496.399后轴80.002.214916.843EN1140.09C2 一轴数系数；表3-3轴载换算结果则其设计年限内一个车道上的累计量轴次 陋为

17、:65 Ni1 0.069 20 1 365次° 11400.55493382 1人。0.0693.1.2 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（ 40mm）,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（90mm）,基层采用水泥稳定碎石（厚度待定），底层采用二灰土（ 350 mm）。不意图如图3 1图313.1.3 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

18、的推荐值确定。见表3-4。表3-4结构组合参数材料名厚度（cm）强度劈裂（Mpa）15° C模量20° C模量细粒式沥青混凝土4200014001.2中粒式沥青混凝土6180012001.0粗粒式沥青混凝土9120010000.8水泥稳定碎后待定150015000.6一灰土357507500.25土基一3030一3.1.4 设计指标的确定（1）设计弯沉值1d公路为高速，则公路等级系数 人取1.0 ;面层是沥青混凝土，则面层类型的系数A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 A取1.0。式中：1d 设计弯沉值此一设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数Ac

19、-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 1d 600 16569691 0.2 1.1 1.0 1.0 24(0.01mm)(2 )各层材料按容许层底拉应力R,按下列公式计算：式中：r-路面结构材料的极限抗拉强度(Mpa ；s-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(Mpa；ks一抗拉强度结构系数。对沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数：对水泥稳定碎石的抗拉强度结构系数：对二灰土的抗拉强度结构系数：表3-5结构层容许弯拉应力材料名称s (Mpar (Mpa细粒沥青混1.23.610.3

20、3凝土中粒沥青混1.03.610.28凝土粗粒沥青混0.83.610.22凝土水泥稳定碎0.62.210.27石二灰土0.252.850.093.1.5路面结构层厚度的计算理论弯沉系数的确定式中:6 一当量圆半径;F一弯沉综合修正系数,F 1.630.380.36EO/p 。因此:0.3824F 1.632000 10.650.36340.70.50X 10.65X0.7 X 0.50 尸4.5C LdE =24 X 1400/(2000 1000 2P F（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/ 6=4/10.65=0.376 E 2/E1=1200/1400

21、=0.857 ;由三层体系弯沉系数诺莫图查得：=6.22 oh/ 6=4/10.65=0.376 E0 / E2 =34/1200=0.028 ;由三层体系弯沉系数诺莫图查得K1=1.46 0又因为 K= c/( K1) =4.5/ (6.22 X1.46 ) =0.49h/ 6=4/10.65=0.376 E0 / E2 =34/1200=0.028由上查诺莫图得：H/ 6 =7.8 , H= 10.65 X 7.8=83 。n 1由 H h2hkk 32橹可知:H 6 9即00%200 hW50%200 352*5%200431h4，因为H=83cm 可知 h=36.3cm,故取 h=37

22、cmi如图所示:h1=4cm E =2000MPah2=6cm E =1800MPah3=9cm E =1200MPa h4=37cm E ,=3600MPa h5=35cm E g=2400MPaE 0 =34 MPah=4cm E=2000Mpa11> H= ? cm E 2=1800MPaE0=34MPa3.1.6沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算(1)对于细粒式沥青混凝土层层底拉应力验算 h = h1 =E1三层体系如右图：_H=?查诺谟图得0故一m 0, m 0 则m R符合要求(2)对于中粒式沥青混凝土层层底拉应力验算 H=?E =三层体系如右图所不：E = 3

23、4MPaE2E£34MPa =Eh1忙 h24则诺谟图得020004610. 11mm1800故一m J m 0 则mR符合要求(3)对于中粒式沥青混凝土层层底拉应力验算hi=4cm E i=2000MPah=21.5cm Ei=1200Mpah2=6cm E 2=1800MPa二' H=54.3cm E2=3600MPah3=9cm E 3=1200MPa h4=37cm E 4=3600MPah5=35cm E 5=2400MPa21.5cm;0=34MPaI H=35cm E2=2400MPaE0=34MPah=k 1hkj|k=51.4cm , hn 1K i 1=3

24、5cm查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图，知0,故m R0. 22Mp藕足要求。（4）水泥稳定碎石层层底拉应力验算h1=4cm E 尸2000MPah=51.4cm E=3600Mpah2=6cm E z=1800MPah3=9cm E 3=1200MPah4=37cm E o=3600MPah5=35cm E 2=2400MPaE 0 =34 MPa由 H/ =35/10.65=3.3, E0/E2=34/2400=0.014,查表得 =0.05MpaH/ =3.3, E 2/E1=2400/3600=0.67,查表得 rn=2.1H/ =3.3, h/ =51.4/10.65=4.9,

25、 查表得 n 2=0.5由公式 m=P nin2得 m=0.7 X 0.05 X 2.1 X 0.5=0.037Mpa< R=0.27Mpa满足要求。(5)二灰土土层层底拉应力验算hl=4cm E =2000MPah=51.4cm E i=3600Mpah2=6cm E z=1800MPah3=9cm E 3=1200MPafH=35cm E2=2400MPah4=37cm E ,=3600MPah5=35cm E 5=2400MPaE 0 =34 MPaE0=34MPah h)3510.65h2h33.29h4 =56.4cmE°E23424000.014,可知-0. 1 ;

26、0.67 ,可知 n1 1.14 ;,H 35E22400由 一 3.29 ,-10.65E13600由旦至3.29,且 10.65E124003600h 514一，0.67, 4.84,可知1 0.45。10.65由公式 m=0.7 X 0.1 X 1.14 X0.45=0.036Mpa< R=0.09Mpa,故满足要求。3.1.7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.

27、2水泥混凝土路面设计3.2.1 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 BZ2H1000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：Ns 100KN的单轴一双轮组标准轴数的通行次数；p一各类轴一轮型；级轴载的总重（KN）;n一轴型和轴载级位数；N一各类轴一轮型i级轴载的通行次数；表3-6轴载换算结果车型P (kN)Ni （次/日）跃进NJ230前轴23.

28、70590一后轴69.205901.78解放CA10B前轴19.40899一后轴60.858990.32黄河JN150前轴49.00385-后轴101.60385495.72长征XD250前轴37.80313一后轴72.603132.14依士姿TD50前轴42.201501-后轴90.00150142.982菲压特650E前轴33.00249一后轴72.002491.47太脱拉138前轴51.4049-后轴80.00492.00汇N538则设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数 式中：Ne一标准轴载累计当量作用次数;t一设计基准年限;gr 一交通量年平均增长率，由材料知，丫 =0.069；“

29、一临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，如下表 3-7表3-7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 0.22二级及二级以下公路行车道宽7m行车道宽w 7m0.34 0.390.54 0.62 2 _=538 (1 0.069 )1 365 0.2 =15729620.069N 电(1)t13653.2.2 初拟路面结构因为交通量100X 104C251 X 104V2000X 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、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 250

30、mm基层选用水泥稳定粒料，厚为200mm垫层为150mm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。示意图如图3 2。图3 23.2.3 确定材料参数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31Gpa；路基回弓M模量为29Mpq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1500Mpa基层顶面当量的回弹模量值计算如下：式中：E。一路基顶面的综合回弹模量（MPa；一与地基内除路基以外各层的总厚度 hx有关的回归系数；Et 地基顶面当量回弹模量（MPa；hx 地基内除路基以外各层的总厚度（mj）;n一弹性地

31、基分层数（不包括路基半空间体）；Ei、hi 第i结构层的回弹模量（MPa和厚度（mj）0则以上公式计算得到：3.2.4 计算荷载疲劳应力根据一级公路、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：pr 一设计轴载在面层板临界荷位处产生的荷载疲劳应力（MPa ;ps 一设计轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力（MP3；kr 一考虑接缝传荷能力的应力折减系数，混凝土路肩时， kr=0.870.92 （路肩面层与路面面层等厚时取低值，减 薄时取高值），柔性路肩或土路肩时，kr =1okf 一考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数;kc 一考虑计

32、算理论与实际差异以及动载等因素影响的综合系数，按公路等级确定，一级公路取1.1;PS 一设计轴载的单轴重（kN）a、巳、c一混凝土路面板的厚度（M）、弯拉弹性模量（MPa和泊松比；丫 一混凝土板的相对刚度半径（m）;Dc混凝土面层板的截面弯曲刚度（MN- m）;一材料疲劳指数，普通混凝土取 0.057 ;匚一地基顶面当量回弹模量（MP4。则由以上公式计算荷载疲劳应力：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：3.2.5 计算温度疲劳应力由路基路面工程知， 区最大温度梯度取88 （ C /m ）。最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力tm按下

33、式计算：其中 BL1. 77e 4.48hcCL 0. 1311 CL）式中：BL综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数；ac混凝土的温度线膨胀系数 ；Tg 一 最大温度梯度，Tg=88° c/m；CL 混凝土面层板的温度翘曲应力系数；L一面层板的横缝间距，即板长 4.5m；r一面层板的相对刚度半径。则计算得到:t=4.5/0.66=6.82Cl =0.997Bl =0.58则tmcEchJgBL1.0 10-5 31000 0.25 88 0.58 1 97Mpa温度疲劳系数ktf二a(tmtmfr)b c,式中a, b和c为回归系数，按所在地区公路自然区划查下表3-8表3-8回归

34、系数a, b和c系数公路自然区nmWVVIvna0.8280.8550.8410.8710.8370.834b1.3231.3551.3231.2871.3821.270c0.0410.0410.0580.0710.0380.052则温度疲劳应力：tr kt tm 0.48 1.97 0.95MPa设计极限状态验证：综合，高速公路的安全等级为三级，相应于三级的安全等级的变异水平 等级为中级，目标可靠度为85%。再根据查得的目标可靠度和变异水平等级, 确定可靠度系数 1.13。r( prtr) 1.13 (3.2 0.95) 4.69MPa fr 5.0MPa ,故满足要求。3.2.6 防冻厚度检验和接缝设计(1)防冻厚度检验由公路水泥混凝土路面设计规范知，路面防冻厚度为0.5m,而设计路面总厚度为0.60m,由于0.5<0.60 ,故满足设计要求。(2)接缝设计为避免由温度产生的应力破坏，所以，在混凝土板中设置横缝与纵 缝，这段路为重交通，纵缝中