《路基路面工程》课程设计计算书解析(共24页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业河南城建学院河南城建学院路基路面工程路基路面工程课程设计计算书课程设计计算书课 程 名 称: 路基路面工程 题 目: 某高速公路路面结构设计 专 业: 道路桥梁与渡河工程 学 生 姓 名: 学 号: 指 导 教 师: 开 始 时 间: 2013 年 6 月 8 日完 成 时 间: 2013 年 6 月 14 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 录精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业3.3、结构组合与材料选取五.设计小结 .19012精

2、选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业一设计任务1.1、设计时间和地点1时间：2012-2013 学年第二学期第 15 周2地点：10#B5011.2、设计目的和要求1目的：路基路面工程课程设计是交通工程专业教学的一个重要环节，通过本次设计，使学生对所学本课程专业知识进行一次全面的、系统的综合运用，能进行道路路基、路面结构的设计和计算。进而对所学知识加深理解、巩固和融会贯通。2要求：在给定条件下，依据标准和规范合理进行路基、路面结构设计，写出计算书，并绘制相关图纸。1.3、设计资料1、道路沿线地质情况；2、交通量及道路等级；3、以上资料进行了分组，见附表（设计资料分组表） ，请每位同学根据自

3、己的班级和学号选择对应的资料进行设计。1.4、设计依据1、 公路工程技术标准JTG B01-20032、 公路路基设计规范JTG D30-2004；3、 公路沥青路面设计规范JTG D50-2006；4、 公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-20025、 路基路面工程教材 邓学钧主编6、 公路路基设计手册 ，人民交通出版社， 1996. 北京 7、 公路设计手册 - 路面人民交通出版社， 1999. 北京。 1.5、设计方法和步骤1、沥青路面设计精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 计算标准轴载的作用次数；确定道路的交通等级，选定设计年限及车道系数；计算使用年限内累计当量轴次；确定

4、设计弯沉值 Ld；确定各路段干湿类型和路基与各层的回弹模量值；路面结构组合设计；按三层体系理论计算路面厚度，确定采用方案，并验算防冻厚度；绘制路面结构图。2、水泥混凝土路面设计 水泥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，基层垫层和路基的回弹模量，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（查应力计算图得最大荷载应力；定接缝传荷系数，综合系数；计算荷载疲劳应力；计算温度应力） ；由自然区划选最大

5、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r（pr+tr）fr 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。1.5、设计成果的编制1、设计计算书：整理设计过程中的计算形成设计计算书，并辅以必要的文字说明以及相关的示意图和表格。2、绘制结构图纸：路面结构布置图。1.6、评分标准及成绩评定课程设计成绩根据平时考勤、设计成果质量按五级记分评定方法评定。凡成绩不及格者，必须重修。平时考查主要检查学生的出勤情况、学习态度、是否独立完成设计等几方面。设计成果的检查，着重

6、检查设计图纸和计算书的完整性和正确性。课程设计的成绩按优秀、良好、中等、及格和不及格五级评定。参考标准如下：精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业考核单元名称考核内容考核方法考核标准计算部分路基路面结构设计计算书内容检查批改优秀：工程计算内容全面、正确，书写整洁无误，独立完成，符合设计规范要求。良好：基本达到上述要求中等：能够完成计算要求及内容。及格：基本完成计算要求及内容。不及格：未达到上述要求绘图部分标准横断面 图、路面结构图；构造详图检查批改优秀：设计方案合理， 图纸完整无误，图面整洁，独立完成，较好符合制图标准要求。良好：基本达到上述要求中等：能够完成绘图要求及内容。及格：基本完成

7、绘图要求及内容。不及格：未达到上述要求精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业1.7、设计指导教师及分组情况 1、张会远 班 2、尹振羽 李锐铎 班 3、夏英志 李辉 班二设计资料设计资料见下表气象资料公路地处IV2区；当地多年平均最大冻深 0.6 米水文情况地下水位大于 1.5 米，有翻浆地质状况粉质轻亚粘土道路等级高速公路沿线材料供应情况沿线可采集各种砂、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。 交通量表见下表车型交通量车型交通量解放 CA10B190黄河 JN1621150解放 CA30A200黄河 JN36060东风 EQ140110长征 XD160200黄河

8、 JN150170交通 SH141230综合部分对知识理解答辩优秀：基本概念清楚、设计思路清析、熟悉国家规程和规范。良好：基本达到上述要求中等：对概念、规范有所了解，一般了解设计过程。及格：在老师引导下基本达到上述要求不及格：概念模糊、不能掌握规范的相关内容精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业交通量平均年增长率前八年为 9% ， 八年后为 3%三、沥青路面设计3.1、完成轴载当量换算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

9、P（KN）100单圆荷载当量圆直径d（cm）21.30轮胎接地压强p（Mpa）0.70两轮中心距（cm）15d当以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力为设计指标时，凡前、后轴轴载大于 25kN 的各级轴载的作用次数均换算成标准轴载的当量作用次iPinP数。N35. 4211)(ppnCCNiiKi式中： 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N量次数； 被换算车型的各级轴载换算次数（次/日） ；in 标准轴载（） ；PkN 各种被换算车型的轴载（） ；iPkN 轴数系数;1C C2 轮组系数，单轮组为 6.4,双轮组为 1.0,四轴组为 0.38； 被换算车型的轴载级别。K当轴

10、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：精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业11 1.21Cm 式中：m轴数。 该公路为高速公路，设计年限为 t=15 年，定为双向六车道，所以车道系数为。轴载的有效值为。0.3525kN130kN轴载当量换算表如下轴载当量换算表车型轴型C1C2Pi（kN）niP(kN)N=C1C2ni（Pi/P）0.45前轴1.06.419.40解放CA10B后轴1.01.060.8519010021.89前轴1.06.429.506.32解放CA30A后轴2.21.0236.7520010011.31前

11、轴1.06.423.70东风EQ140后轴1.01.069.2011010022.17前轴1.06.449.0048.86黄河JN150后轴1.01.0101.60170100182.15前轴1.06.459.50100.33黄河JN162后轴1.01.0115.00150100275.50前轴1.06.450.0018.83黄河JN360后轴2.21.02110.0060100399.63前轴1.06.442.6031.27长征XD160后轴2.21.0285.20200100438.89前轴1.06.425.553.89交通SH141后轴1.01.055.1023010017.21N=15

12、71.78 次/日因设计年限为 15 年，设计年限内交通量平均增长率为前八年为 9% ，八年后为 3%，车道系数为，所以标准轴载数为：0.35前八年：次102 . 235. 078.157109. 0365 1)09. 01 ( 365 1)1 ( 688e8 . 1NNt后七年：次47.295903. 109. 178 . 17 . 1 NN 次 104 . 335. 047.295903. 0365 1)03. 01 ( 365 1)1 ( 677e7 . 1NNt则， 精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业687ee106 . 5eNNN故其交通状况为中等交通。3.2、验算半刚性材料

13、结构层底拉应力当以半刚性基层和底层底拉应力为设计指标时，凡轴载大于 25KN 的各级轴载的作用次数均按下式换算成标准轴载的当量作用次数。iPinPN8211)(ppnCCNiiKi式中： 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N数； 被换算车型的各级轴载换算次数（次/日） ；in 标准轴载（） ；PkN 各种被换算车型的轴载（） ；iPkN 轴数系数；1C 轮组系数，双轮组为 1.0，单轮组为 18.5，四轮组为 0.09。2C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：) 1(211mC式中：m轴数。轴载当量

14、换算见下表轴载换算表车型轴型C1C2Pi（kN）niP(kN)N=C1C2ni（Pi/P）8前轴1.018.519.40解放CA10B后轴1.01.060.851901003.57前轴1.018.529.500.21解放CA30A后轴3.01.0236.752001000.40前轴1.018.523.70东风EQ140后轴1.01.069.201101005.78前轴1.018.549.0010.45黄河JN150后轴1.01.0101.60170100193.02前轴1.018.559.5043.59黄河JN162后轴1.01.0115.00150100458.85前轴1.018.550.0

15、04.34黄河JN360后轴3.01.02110.0060100771.69精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业前轴1.018.542.604.01长征XD160后轴3.01.0285.20200100333.19前轴1.018.525.550.08交通SH141后轴1.01.055.102301001.95N=1831.13 次/日设计年限内累计当量轴数为前八年：次106 . 235. 013.183109. 0365 1)09. 01 ( 365 1)1 ( 688e8 . 1NNt后七年：次47.295903. 109. 178 . 17 . 1 NN则，6157e104 . 33

16、5. 047.295903. 0365 1)03. 01 ( 365 1)1 ( 7 . 1NNt次67ee8e100 . 6NNN3.3、结构组合与材料选取据公路沥青路面设计规范 ，并考虑沿途材料供应（碎石、砂砾石、粉煤灰、矿渣、炉渣、石灰、水泥等材料） ，路面结构层采用沥青混凝土（25cm）,基层用水泥稳定碎石（厚度待定） ，垫层用水泥石灰砂砾土（17cm） 。表面层用细粒式密集配沥青混凝土（6cm） ，中面层用中粒式密集配沥青混凝土（8cm） ，下面层用粗粒式密集配沥青混凝土（11cm） 。3.4、隔层材料的抗压模量及劈裂强度土基回弹模量的确定可据查表得，各结构层材料的抗压模量及劈裂强度

17、见下表回弹模量表抗压回弹模量（MPa）层次材料名称厚度（cm）15模量20模量劈裂强度（MPa）细粒式沥青混凝土6200014001.4中粒式沥青混凝土8180012001.0面层粗粒式沥青混凝土11120010000.8基层水泥稳定碎石待定150015000.5垫层 水泥石灰砂砾35精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业土基回弹模量42.5 其中由土基的回弹模量的确定，该去为IV2区，假定其为中湿状态，其平均稠度为，则土基回弹模量为 42.5MPa。1.00c3.5、设计指标的确定1、设计弯沉值的确定公路为高速公路，则公路等级系数取 1.0；面层是沥青混凝土，则

18、面层cA类型的系数取 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sA取 1.0。bA0.2600decsblNA A A式中： 设计弯沉值dl 设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数eN 公路等级系数，一级公路为 1.0cA 面层类型系数，沥青混凝土面层为 1.0sA 基层类型系数，半刚性基层为 1.0bA a、当以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力为设计指标时)01. 0(82.260 . 10 . 10 . 1)1056. 0(60060072 . 02 . 0mmAAALBscedN单位： b、当以半刚性基层和底层底拉应力为设计指标时)01. 0(45.260 . 10

19、 . 10 . 1)1060. 0(60060072 . 02 . 0mmAAALBscedN单位： 2、各层材料层底容许拉应力，按下列公式计算： sRsk式中 ： 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次加ReN载的疲劳弯拉应力（Mpa） ； 抗拉强度结构系数。sk 对沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数： 75. 2/09. 022. 0AcNeKs 对无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数： 95. 1/35. 011. 0AcNeKs 表 2-5 结构层容许弯拉应力精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业材料名称（Mpa）ssk（Mp

20、a）R细粒沥青混凝土1.42.750.51中粒沥青混凝土1.02.750.36粗粒沥青混凝土0.82.750.29水泥稳定碎石0.51.950.26水泥石灰砂砾土0.351.950.183.6、设计资料总结设计弯沉值为，相关资料见下表）（单位：mm82.26Ld相关资料表抗压模量Ei（MPa）材料名称H（cm）1520容许拉应力（MPa）细粒式沥青混凝土6200014000.51中粒式沥青混凝土8180012000.40粗历史沥青混凝土11120010000.31水泥稳定碎石待定150015000.29 水泥石灰砂砾223.7、确定水泥稳定碎石层厚度多层体系换算图示见

21、下图 新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 rAE1=1400MPaAp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碎石E2=1200MPaE3=1000MPa E4=1500MPa水泥石灰砂砾土E5=1300MPaE0=42.5MPa路表弯沉值计算图式精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 26.82 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 15 (cm)抗压回弹模量（MPa）层次材料名称厚度（cm）15模量20模量劈裂强度（MPa）细粒式沥青混凝土620001

22、4001.4中粒式沥青混凝土8180012001.0面层粗粒式沥青混凝土11120010000.8基层水泥稳定碎石25150015000.5垫层水泥石灰砂砾35土基回弹模量42.5 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 26.82 (0.01mm) H( 4 )= 15 cm LS= 23.2 (0.01mm) 由于设计层厚度 H( 4 )=Hmin 时 LS7m二级及二级以下公路行车道宽7m0.340.390.540.62前八年：365 1)1(88etsNN精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 次）(1085.13109. 02 . 0365 1)09.

23、01(74.163748后 22 年：（次）67.308303. 109. 178s22s NN 365 1)1(2222etsNN 次）(1041.68703. 02 . 0365 1)03. 01(67.308348（次）422e8ee1026.823NNN因为交通量 100104次823.26104次2000104次，故可知交通属于重交通。双向六车道车道分布系数为 0.60。4.2、初拟路面结构由表可知相应安全等级为一级的变异水平等级为低级，根据高速公路、重交通等级和低级变异水平等级，由表可知初拟普通混凝土面层厚度为 250mm，水泥稳定粒料基层 200mm，无机及合料稳定土垫层厚度为

24、150mm；水泥混凝土上面层板平面尺寸长为 4m，宽从中央分隔带至路肩为 4m,4m,3.75m,纵缝设水平拉杆，横缝设传力杆的假缝，水泥混凝土设假缝，间距为 4m。4.3、路面材料参数的确定由表知普通混凝土面层弯拉强度标准值为，相应弯拉弹性模量5.0rfMPa标准值为；由表知路基回弹模量为，无机结合料稳定土垫层31cEGPa40MPa回弹模量为 600Mpa，水泥稳定粒料基层回弹模量为，土基回弹模量为1300MPa。033.5EMPa计算基层顶面当量回弹模量 12211221232131)1(4)(12hEhEhhEhEhDx222211222222120.156000.2130010480

25、.150.2xh Eh EEMPaMPahh精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 =33211300 0.2600 0.15(0.20.15)11()1241300 0.2600 0.15 =3.08MN m =0.328m 31)12(XxxEDh 1312 3.08()1048 32. 4)301048(51. 1122. 6)(51. 11 22. 645. 045. 00EEax80. 0)301048(44. 11)(44. 1155. 055. 00EEbx MpaEEEahExbxt174)301048(30328. 032. 4)(80. 031004.4、荷载疲劳应力普

26、通混凝土面层的相对刚度半径为： 755. 01743100025. 0537. 0537. 03131tcEEh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： 3537. 0tcEE26 . 0077. 0hps pscrfpkkk057. 0efNk 式中 混凝土板的相对刚度半径（m） ； H 混凝土板的厚度（m） ； Ec 水泥混凝土的弯沉弹性模量（Mpa） ； p 标准轴载 Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（Mpa） ； kr 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=0.87 0.92，纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界kr

27、=1.0，纵缝为设杆拉的企口缝，kr=0.76 0.84， ； 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；精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业表 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kc1.301.251.201.10ps 标准轴载 Ps在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力（Mpa） 。 ，Mpahps041. 125. 0755. 0077. 0077. 0226 . 048. 2057. 0efNk 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则荷载疲劳应力为：30. 1cK=2.48 0.87

28、1.30 1.041=2.92Mpa pscrfpkkk4.5、温度疲劳应力查表知IV2区的最大温度梯度取 89/m，板长为 4m，则L/r=4.0/0.755=5.30，由普通混凝土板厚 h=0.25m，查温度应力系数图知Bx=0.68，最大温度梯度式混凝土板的温度翘曲应力为 =Mpa2xgcctmBhTE29. 2268. 08725. 031000100 . 15温度疲劳应力系数 Kt，查表知IV2区 a=0.841，b=0.058，c=1.323，则53. 0)(bfafkcrtmtmrt 温度疲劳应力为, 。Mpaktmtt21. 129. 253. 0由表知高速公路安全等级为一级，

29、相应安全等级为一级的变异水平等级为低级，目标可靠度为 95%，再据目标可靠度及变异水平知可靠度系数为。20. 1r，满足条件，故普通混MpafMpartrprr0 . 596. 4)21. 192. 2(20. 1凝土面层厚度为 0.25m，可承受设计基准期内荷载应力及温度应力综合疲劳作用。水泥混凝土路面结构图见附图 2.精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 水泥混凝土路面结构图 24.6 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 0.6m，而设计路面总厚度为 0.76m，由于 0.6m0.76m，故满足设计要求。2接缝设计 为避免由温度产生的应

30、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，缝中设拉杆，拉杆长 0.7m，直径 14mm，每隔 70cm 设置一个。横向胀缝缝隙宽 20mm，缝隙上部 5cm 深度内浇填缝料拉杆的半段固定在混凝土内，另一半涂以沥青，套上长约 10cm 的塑料套筒，筒底与杆端之间留有 3cm 空隙，用木屑与弹性材料填充。横向缩缝缩缝采用假缝，缝隙宽 5mm，深度为 5cm.施工缝施工缝采用平头缝或企口缝的构造形式，缝上深 5cm，宽为 5mm 的沟槽，内浇填缝料。横缝的布置缩缝间距一般为 5m，混凝土路面设置胀缝。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业纵缝的设置在平行于混凝土路面行车方向设置纵缝，缝间距 3.75cm，设置为假缝带拉杆形式，缝的上部留有 5cm 的缝隙，内浇注填缝料，缝与横缝一般做成垂直正交，使混凝土具有 90的角隅。五五. .设计小结设计小结 通过这次设计对路基路面的设计有了初步的认识，要根据具体相关规定得到相应的设计。通过这次的设计使我认识到工程的严谨与认真，这次的设计也让我对小桥涵个各个构造有了进一步的理解， ，一条道路路面的设计既要考虑到地形的问题也要考虑到地貌、地物的相关规范。从整体的方面得到合理的规定，设计是对施工的预算考虑。要想合理的快速的