河南城建学院路基路面课程设计报告书

1、河南城建学院路基路面课程设计说明书课程名称：路基路首题目:专业：道路桥梁与渡河工程学生姓名:学号：072410128指导教师:尹振羽张会远夏英志李辉李锐铎设计教室:10#B502开始时间:年月日完成时间:年月日课程设计成绩: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)等级年月曰指导教帅签名：1基本设计资料2.沥青路面设计2.1沥青路面设计的内容2.2标准轴载及轴载当量换算2.3结构组合与材料选取2.4各层材料的抗压模量和劈裂强度6.2.5设计指标的确定7.2.6路面结构层厚度的计算2.7沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算2.8

2、防冻层厚度检验.1.13.水泥混凝土路面设计123.1水泥混凝土路面设计的内容123.2交通量分析1.23.3初拟路面结构1.43.4确定材料参数1.43.5计算荷载疲劳应力.15,3.6计算温度疲劳应力.16.3.7防冻厚度验算及接缝设计17参考文献191基本设计资料道路等级：高速公路气象资料：该公路地处V2区；当地多年平均最大冻深为0.5米，水文情况：地下水位大丁5米，地表无积水；地质资料：粉质轻业粘土筑路材料及供应状况：沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。交通量平均年增长率：6.5%车道数：双向四车道车道系数："0.45汽车交通量组合：表1-1交通组成及交通

3、量表车型交通量（辆/日）解放CA10B145解放CA30A240东风EQ140160黄河JN150130黄河JN162160黄河JN360200长征XD160170交通SH1411002.沥青路面设计2.1内宵路面设计的内容沥宵路面设计包括原材料的调查与选择、沥宵混合料配合比以及基层材料配合比设计、各项设计参数的测试与选定、路面结构组合设计、路面结构层厚度验算以及个路面结构方案的比选。2.2标准轴载及轴载当量换算表2-1标准轴载BZZ-100各项参数标准轴载名称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（mm）21.3轮胎接地压强P0.7两轮中心距（cm）

4、1.5d(Mpa)P378（1）当以设计弯沉值设计指标及沥宵基层层底拉应力验算时，凡前、后轴轴载大丁25kN的各级轴载R的作用次数叶均换算成标准轴载P的当量作用次数N。KpN.g顷5式中：N以设计弯沉值和沥宵层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数Hi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轴数系数。C2轮组系数,单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轴组为0.38;K被换算车型的轴载级别。当轴间距离大丁3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小丁3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：Cl11.2m1式中：m一轴数则其设计年限内一个

5、车道上的累计量轴次Ne：Ne(1)1365N1式中Ne设计年限内一个车道的累计当量次数；t设计年限,由材料知,t=15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,广0.065;一车道系数，由材料知护0.45。表2-2轴载换算结果车型PiC1C2nN解放前轴19.401.006.40145.00CA10B后轴60.851.001.00145.0016.71解放前轴29.502.206.40240.0016.69CA30A后轴36.752.201.00240.006.78东风前轴23.701.006.40160.00EQ140后轴69.201.001.0

6、0160.0032.25父通前轴25.551.006.40100.001.69SH141后轴55.101.001.00100.007.48黄河前轴59.501.006.40160.00107.02JN162后轴115.001.001.00160.00293.87黄河前轴50.002.206.40200.00138.09JN360后轴110.002.201.00200.00666.06黄河前轴49.001.006.40130.0037.37JN150后轴101.601.001.00130.00139.29长征前轴42.602.206.40170.0058.48XD160后轴85.202.201.

7、00170.00186.33月N1708.11则其设计年限内一个车道上的累计量轴次&：Ne(1)1365N式中Ne设计年限内一个车道的累计当量次数；t设计年限,由材料知,t=15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,广0.065;一车道系数，由材料知护0.45。则：t15Ne（1）1365N1（1°.065）13651708.110.456.784G0.065（2）验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次时，凡轴载大丁50KN的各级轴.'载Pi的作用次数几均按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N。'K*P8NCQ

8、n）i1P式中：n'-以设计弯沉值和沥宵层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数；几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）；C1轮组系数，双轮组为1.0,单轮组为18.5,四轮组为0.09。C2一轴数系数；表2-3轴载换算结果车型PiC1C2nN解放前轴19.401.0018.50145.000.01CA10B后轴60.851.001.00145.002.73解放前轴29.503.0018.50240.000.76CA30A后轴36.753.001.00240.000.24东风前轴23.701.0018.50160.000.03

9、EQ140后轴69.201.001.00160.008.41父通前轴25.551.0018.50100.000.03SH141后轴55.101.001.00100.000.85黄河前轴59.501.0018.50160.0046.50JN162后轴115.001.001.00160.00489.44黄河前轴50.003.0018.50200.0043.36JN360后轴110.003.001.00200.001286.15黄河前轴49.001.0018.50130.007.99JN150后轴101.601.001.00130.00147.60长征前轴42.603.0018.50170.0010

10、.23XD160后轴85.203.001.00170.00141.61月N2185.95表2-4沥青路面交通等级交通等BZZ-100累计标准轴次大客车及中型以上各种级Ne（次/车道）货车交通量Nn（辆/d/车道）轻交通<3X10E+6<600中等交3X10E+6-1.2X10E+7600-1500通重交通1.2X10E+72.5X10E+71500-3000特重交>2.5X10E+7>3000通则其设计年限内一个车道上的累计量轴次Ne为:Kl（1/1365z（10.065）1513656NeN12185.950.59.64710次。0.065根据表2-4可知，交通等级均

11、为中等交通。2.3结构组合与材料选取根据公路沥宵路面设计规范，并考虑公路沿途有碎石、砂砾、并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应，路面结构层采用沥宵混凝土（180mm）,基层采用水泥稳定碎石（厚度待定），底层采用二灰土（300mm）,采用三层式沥宵混凝土面层，表层采用细粒式密级配沥宵混凝土（40mm）,中面层采用中粒式密级配沥宵混凝土（60mm）,下面层采用粗粒式密级配沥宵混凝土（80mm）。2.4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的推荐值确定。见表2-5。表2-5结构组合参数层厚度抗压回弹模量强度劈裂材料名次（cm）15&

12、#176;C模量20C模量（Mpa）细混凝土4200014001.4中混凝土6180012001.0粗混凝土8120010000.8水泥稳定碎石待定150015000.5一灰土307507500.25土基30302.5设计指标的确定（1）设计弯沉值ld公路为高速公路,则公路等级系数气取1.0;面层是沥宵混凝土,则面层类型的系数As取1.0;路面结构为半刚性基层沥宵路面，则路面结构类型系数Ab取1.0。-02ld600Ne.AcAsAb式中：ld设计弯沉值Ne设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数Ac一公路等级系数，一级公路为1.0As一面层类型系数，沥宵混凝土面层为1.0Ab一基层类型系数，半

13、刚性基层为1.00.20.2所以ld600NeAcAsAb600（9.647106）1.01.01.024.06mm（2）各层材料按容许层底拉应力r,按下列公式计算：sRks式中：r路面结构材料的极限抗拉强度（Mpa）;s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（Mpa）;ks一抗拉强度结构系数。对沥宵混凝土面层的抗拉强度结构系数：0.2260.22Ks0.09Ne/Ac0.099.64710/1.03.10对无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数：0110.11Ks0.35Ne./Ac0.359.647106/1.02.05对无机结合料稳定细土类的抗拉强度结

14、构系数：0.11Ks0.45Ne./Ac0.459.647106/1.02.64表2-6结构层容许弯拉应力材料名称s(Mpa)ksr(Mpa)细粒沥青混凝土1.43.100.45中粒沥青混凝土1.03.100.32粗粒沥青混凝土0.83.100.26水泥稳定碎石0.52.050.24一灰土0.252.640.092.6路面结构层厚度的计算）理论弯沉系数的确定IsEi10002pF式中:a一当量圆半径；F-弯沉综合修正系数/els20000.380.36op因此:F1.63室4200010.650.38300.70.360.4824.061400C10002pF20000.710.650.48丈

15、"（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/8=4/10.65=0.376日佗1=1200/1400=0.857;由三层体系弯沉系数诺莫图查得=6.22。h/沪4/10.65=0.376E0/E2=30/1200=0.025;由三层体系弯沉系数诺莫图查得K1=1.460。旦0.025,E2乂因为K2=c/(K1)=3.516/(6.22X1.460=0.387,410.650.376，由上查表得：H/S=7.8，H=10.65灯.8=83。由hh>hE可知：H68J1000h；/1500352,25043.11.1h4,因为H=83cm,可知h4=

16、20.10cm,1200.1200,1200故取h4=21cm。如图所示：h1=4cmE1=2000MPah=4cmE1=2000Mpah2=6cmh3=8cmEz=1800MPa乓=1200MPak>H=?cmE2=1800MPah4=21cmE4=1500MPah5=30cmE5=750MPaE0=30MPaEc=30MPa2.7沥宵混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算h1=4cmE=2000MPah2=6cmE2=1800MPah3=8cmE3=1200MPah4=21cmE4=3600MPah5=30cmE5=2400MPa0=30MPa（1）沥宵混凝土面层层底拉应力验算

17、h=21.5cmE1=1400MpaH=56.8cmE2=1000MPa性=30MPaH21.510.65E22.02,Ei360036002400360054.3cm36003o1200查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图，知0，故mR0.11MPa满足要求。（2）水泥稳定碎石层层底拉应力验算h1=4cmE1=2000MPah=49.4cmE1=3600Mpah2=6cmE2=1800MPah3=8cmE3=1200MPa:H=35cmE2=2400MPah4=21cmE4=3600MPah5=30cmE5=2400MPaE0=30MPaEc=30MPah=h/Ek=49.4cm,hhk0

18、.=35cmk1,EKi1Ei1由H/=35/10.65=3.286385,E0/E2=30/2400=0.0125,查表得=0.05MpaH/=3.286385,E2/Ei=2400/3600=0.67,查表得m=2.1H/=3.286385,h/=51.84/10.65=4.8676,查表得n2=0.50由公式m=Pnm2得m=0.7X0.05X2.1X0.50=0.037Mpa<R=0.19Mpa满足要求（3）二灰土土层层底拉应力验算hh|h4=56.4cm由H妄3.29,旦10.65E23024000.0125,可知0.16;由廿关堂3.29,巨丝°0.67,可知n1.

19、14;10.65E13600-H35八5E2由一3.29,10.65E124003600h51.40.67,4.84,可知n20.45。10.65由公式mpnn0.70.160.451.140.057MPar0.06MPa,故满足要求2.8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h1=4cmE1=2000MPah=56.4cmE1=3600Mpah2=6cmE2=1800MPah3=8cmE3=1200MPaH=35cmE2=2400MPah4=21cmE4=3600MPah5=30cmE5=2400MPaE0=30MPaE0=30MPa检验，如小丁

20、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。此次设计路段当地多年平均最大冻深为0.5m,路面设计层总厚度为h=4+6+8+21+30=69cm,大丁最大冰冻深度50cm,所以不考虑冻层深度3.水泥混凝土路面设计3.1水泥混凝土路面设计的内容水泥混凝土路面结构设计包括以下内容：路面结构层组合设计、混凝土面板厚度设计、混凝土面板的平面尺寸与接缝设计、路肩设计、混凝土路面的钢筋配筋率设计。3.2交通量分析混凝土路面设计基准期参照表3-1进行拟定。设计道路等级为高速公路，故设计基准期选择30年。表3-1公路混凝土路面设计基准期参考值公路技术等级设计基准期（年）高速公路30一级公路30二

21、级公路20三四级公路20（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BZZ100。凡前、后轴载大丁40KN（单轴）的轴数均应换算成标准轴数，换算公式为：式中：Ns100KN的单轴一双轮组标准轴数的通行次数;Pi各类轴一轮型；级轴载的总重（KN）;n轴型和轴载级位数；Ni各类轴一轮型i级轴载的通行次数；i一轴一轮型系数。单轴-双轮组：i1单轴-单轮组：i2.22103P0.43双轴-双轮组：i1.07105P0.22三轴-双轮组：i2.24108P0.22计算结果见表3-2。则设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数Ns(1)13

22、65Ne式中：Ne一标准轴载累计当量作用次数；t设计基准年限；Y一交通量年平均增长率，由材料知，丫=0.087;T一临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，如下表3-3N回1)t13651682.38(16.5%)3013650.201061107也Ne.0606.5%表3-2轴载换算结果车型PiaNiNs前轴19.40620.30145.000.00解放CA10B后轴60.851.00145.000.05前轴29.50518.00240.000.00解放CA30A后轴36.750.00240.000.00前轴23.70569.10160.000.00东风EQ140后轴69.201.00160.00

23、0.44前轴25.55551.03100.000.00交通SH141后轴55.101.00100.000.01前轴59.50383.10160.0015.13黄河JN162后轴115.001.00160.001497.22前轴50.00412.85200.001.26黄河JN360后轴110.000.00200.000.00前轴49.00416.46130.000.60黄河JN150后轴101.601.00130.00167.59长征XD160前轴42.60442.29170.000.09后轴85.200.00170.000.002N1682.38表3-3混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分布系数

24、公路等级纵缝边缘处高速公路、一级公路、收费站0.170.22行车道宽7m0.340.39二级及二级以下公路行车道宽7m0.540.62混凝土交通等级分类，根据表3-4确定交通量等级，为重型交通等级表3-4公路混凝土路面交通分级交通等级重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数Ne(x10E+4)>2000100-20003-100<33.3初拟路面结构因为交通量届丁重交通。可知相应丁安全等级为一级的变异水平等级为中级，根据高速公路、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;基层选用水泥稳定碎石，厚为200mm;垫层为150mm的石灰粉煤灰稳定砂砾。普通混凝

25、土板的平面尺寸为宽3.75m;长为4.5m。3.4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30Gpa;路基回弹模量为30Mpa;石灰粉煤灰稳定砂砾垫层回弹模量去1300Mpa;水泥稳定碎石基层回弹模量取1500Mpa。基层顶面当量的回弹模量值计算如下：Ex.22'E1h2E215000.2213000.152Z220.220.152h12h；1428MPaDxh13E1h；E2122(h1h2)2(141E1h1E2h215000.2313000.153(0.20.15)21241)1(15000.213000.15hxEt=7.36MNgm

26、12D官6.2211-)3-1127.363小=()=0.395m14281.51(旦)°.45=6.221Eo1.51(28)0.45=4.573011.44(旦)0.55=11.44华)E°300.550.831ahbE0(w)3=4.570.3950.83xE011428o30()3229.8MPa30普通混凝土面层的相对刚度半径为1Ec3300000.537h0.5370.25E229.80.681m3.5计算荷载疲劳应力根据高速公路、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：0.5373.EEtps0.0770.6h2ps式中p

27、kfkrkcps0.057kfNeY一混凝土板的相对刚度半径(m)；H一混凝土板的厚度（m）;Ec一水泥混凝土的弯沉弹性模量（Mpa）;cp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=0.870.92,纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界kr=1.0,纵缝为设杆拉的企口缝，kr=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3-5;表3-5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kc1.301.251.201.10ops标准轴载Ps在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力

28、（Mpa）ops0.0770.6h2=0.07700.6810.60.2520.978MPa,kfN0057=2.51p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kc1.20,则荷载疲劳应力为：pkfkrkcps=2.51X0.87X30X0.978=2.78MPa3.6计算温度疲劳应力由路基路面工程知，II区最大温度梯度取88（C/m）。板长4.5m,L/r=4.5/0.680=6.62;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tmcEchTgBx2式中：如一混凝土的温度线膨胀系数Tg最大温度梯度，Tg=88c/m;Bx-综合温

29、度翘区应力和内应力的温度应力系数am最大温度梯度时土板的温度翘取应力（Mpa）。cEchTgBx=1.0105300000.25880.632079MPatm22.温度疲劳系数kt上商上广b,式中a,b和c为回归系数，按所在地区公路tmfr自然区划查下表3-6。表3-6回归系数a,b和c系数公路自然区vnnmIVVVIa0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270kt上a（力）cb：tmfr则温度疲劳应力：t5=0.8282.079kttm0.535:2.0791323()0.0410.52552.0791.09MPa综合，高速公路的安全等级为一级,相应丁一级的安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为95%。再根据查得的目