路基路面设计

1、. .jY课程名称：路基路面工程设计题目：路面设计院系：土木工程专业：铁道工程年级：2021级*：学号：指导教师：X红坡成绩指导教师 (签章)2021年 06月13日西南交通大学峨眉校区第1章任务书和指导书拟从*到*修建一条二级公路，宽9m，所在地区的自然区划属V4区，采用沥青混凝土路面或水泥混凝土路面。资料如下：预计竣工后第一年双向平均日交通量如表1。经过调查，预期交通量平均年增长率为r见表1和表2。方向分配系数为0.6。路基土质为粉质土，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.0m，路基填土高度1.5m。任务：可行性研究阶段，设计沥青路面和水泥混凝土路面各1种方案。表1 第一年双向平均日交

2、通量车型前轴重kN前轴数前轴轮组数后轴重kN后轴数后轴轮组数后轴轴距交通量辆/日黄河QD35259.01单95.81双-1交通SH-14145.01单2×82.52双2.6mQ2东风EQ14456.01单2×90.12双3.1mQ3罗曼SQ925150.01单3×111.33双2.4mQ4表2交通量以及年平均增长率学号末尾2位数kQ1Q2Q3Q4r(%)00-33450-k440-k380-k80-k5.4+0.01k20217322428418358585.62一、沥青路面设计1、以弯沉作为设计指标时的轴载换算公式为：车型前轴重kN前轴数前轴轮组数后轴重kN后轴

3、数后轴轮组数后轴轴距交通量辆/日年平均增长率r(%)黄河59.01单95.81双-4285.62交通45.01单2×82.52双2.6m418东风56.01单2×90.12双3.1m358罗曼50.01单3×111.33双2.4m582、累积轴次计算：车型黄河59.06.4195.81.011004286312083交通45.06.4182.51.02.2100418481东风56.06.4190.11.02100358639罗曼50.06.41111.31.03.4100583323、设计年限内标准轴载累计当量轴次：注：1. 由标准可知，二级公路设计年限为12年

4、T。2.查车道系数表，双向双车道设计中取。3设计年限内交通量平均增长率，%；设计中取5.62%。由公式得：=7527088次4、以半刚性基层地面容许拉应力为设计指标时的轴载换算：注： 1.轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。2.轴数系数，m为轴数。3.计算式：车型前轴重kN前轴数前轴轮组数后轴重kN后轴数后轴轮组数后轴轴距交通量辆/日年平均增长率r(%)黄河59.01单95.81双-4285.62交通45.01单2×82.52双2.6m418东风56.01单2×90.12双3.1m358罗曼50.01单3×111.33双2.4m585、累

5、积轴次计算：车型黄河59.018.5195.81.011004284201920交通45.018.5182.51.03100418282东风56.018.5190.11.03100358531罗曼50.018.51111.31.0510058687 6、设计年限内标准轴载累计当量轴次：由公式得：=6938074次7、确定土的回弹模量由资料可知，此二级公路所在地区为V4区，路基土质为粉质土，调查得知地下水位离地面1.0m，路基填土高度1.5m，那么有地下水位里路床顶面。查表3-3，V4粉性土地下水H1=2.22.5，H2=1.41.6，H3=0.50.7。那么H>H1,路基干湿类型为枯燥。

6、查表11-14，V4枯燥粉质土。查表11-16，二级自然区划各土组土基回弹模量参考值对应V4*红壤粉质土时，。取。8、初拟路面构造组合确定设计参数粗拟采用的路面构造类型假设拟定半刚性基层沥青路面，综合考虑各项因素初步确定路面构造组合与各层厚度如下表所示：构造层材料适宜厚度mm拟定厚度mm上面层细粒式沥青混凝土40-6050中面层中粒式沥青混凝土50-8060下面层粗粒式沥青混凝土80-120100基层水泥稳定碎石180-200190底基层二灰土180-200"路面构造层设计参数材料名称抗压回弹模量(MPa)极限弯拉强度(MPa)弯沉计算用20拉应力计算用15细粒式沥青混凝土14002

7、0001.4中粒式沥青混凝土120018001.0粗粒式沥青混凝土100012000.8水泥稳定碎石150036000.5二灰土75024000.259、路面构造层厚度设计注：路面设计弯沉值，0.01mm；设计年限内一个车道上标准轴的累计当量轴次；道路等级系数，二级公路取1.1面层类型系数,在此处为沥青混凝土面层取1.0；基层类型系数，对半刚性基层=1.01计算确定设计弯沉根据公式：=，其中=7527088次，计算结果如下：=27.810.01mm2计算确定容许弯拉应力根据公式：用于沥青层用于水泥稳定碎石，二灰稳定砂砾用于二灰土计算结果列于下表：构造层容许弯拉应力材料名称劈裂强度(MPa)构造

8、强度系数K容许弯拉应力MPa细粒式沥青混凝土1.41.940.722中粒式沥青混凝土1.01.940.515粗粒式沥青混凝土0.81.940.412水泥稳定碎石0.51.800.277二灰土0.252.310.1083计算路表弯沉和底层拉应力采用计算机程序计算，输入各项参数得出计算结果如下：旧路检测轴载及其对应弯沉轴重(KN) 弯沉(0.01mm)1 工程类型参数工程类型新建工程2 设计弯沉(0.01mm) 3 验算内容验算方式弯拉应力验算4 弯沉参数设置设计弯沉(0.01mm) 27.815 交通参数设置公路等级二级公路6 路面等级高级路面7 土基模量参数土基模量(MPa) 368 泊松比

9、.359 构造组合基层& 垫层层号 110 是否控制层位否11 材料类型沥青混凝土类12 材料名称细粒式密级配沥青混凝土13 15度材料模量(MPa) 200014 20度材料模量(MPa) 140015 材料厚度(cm) 516 泊松比 .2517 容许弯拉应力(MPa) .72218 层号 219 是否控制层位否20 材料类型沥青混凝土类21 材料名称中粒式密级配沥青混凝土22 15度材料模量(MPa) 180023 20度材料模量(MPa) 120024 材料厚度(cm) 625 泊松比 .2526 容许弯拉应力(MPa) .51527 层号 328 是否控制层位否29 材料类型

10、沥青混凝土类30 材料名称粗粒式密级配沥青混凝土31 15度材料模量(MPa) 140032 20度材料模量(MPa) 100033 材料厚度(cm) 1034 泊松比 .2535 容许弯拉应力(MPa) .41236 层号 437 是否控制层位否38 材料类型无机结合料稳定集料类39 材料名称水泥碎石40 20度材料模量(MPa) 150041 材料厚度(cm) 1942 泊松比 .2543 容许弯拉应力(MPa) .27744 层号 545 是否控制层位是46 材料类型无机结合料稳定细粒土类47 材料名称二灰土48 20度材料模量(MPa) 75049 最小材料厚度(cm) 1850 最大

11、材料厚度(cm) 2051 泊松比 .2552 容许弯拉应力(MPa) .10853 计算结果54 路面设计弯沉值(0.01mm) 27.8155 路面构造的实测弯沉值(0.01mm) 27.1334556 路面第 1层厚度(cm) 557 路面第 2层厚度(cm) 658 路面第 3层厚度(cm) 1059 路面第 4层厚度(cm) 1960 路面第 5层厚度(cm) 1861 设计控制层厚度(cm) 1862 第 1构造层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 27.1334563 实际路面构造第 1层底最大拉应力(MPa) 064 第 2构造层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 27.47498

12、65 实际路面构造第 2层底最大拉应力(MPa) 066 第 3构造层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 26.912767 实际路面构造第 3层底最大拉应力(MPa) 068 第 4构造层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 26.1764869 实际路面构造第 4层底最大拉应力(MPa) .117379870 第 5构造层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 29.1132471 实际路面构造第 5层底最大拉应力(MPa) .105394772 土基层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 258.7631综上所述，该设计满足弯拉应力要求。10、根据标准可知，设计层的二灰土层厚度为19cm，设计弯沉为27

13、.810.01mm，路表计算弯沉27.133450.01mm。满足标准要求。第二章普通水泥混凝土路面设计拟从*到*修建一条二级公路，宽9m，所在地区的自然区划属V4区，拟采用普通混凝土面层，基层采用水泥稳定砂砾。资料如下：预计竣工后第一年双向平均日交通量如表1。经过调查，预期交通量平均年增长率为r见表1和表2。方向分配系数为0.6。路基土质为粉质土，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.0m，路基填土高度1.5m。表1 第一年双向平均日交通量车型前轴重kN前轴数前轴轮组数后轴重kN后轴数后轴轮组数后轴轴距交通量辆/日黄河QD35259.01单95.81双-1交通SH-14145.01单2&#

14、215;82.52双2.6mQ2东风EQ14456.01单2×90.12双3.1mQ3罗曼SQ925150.01单3×111.33双2.4mQ4表2交通量以及年平均增长率学号末尾2位数kQ1Q2Q3Q4r(%)00-33450-k440-k380-k80-k5.4+0.01k34-66400-k380-k400-k10+k5.9-0.01k67-99300+k320+k350+kk6.3-0.01k1. 交通分析水泥混凝土路面构造设计以100kN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。轴型轴位轴重(Pi/100)16当量交通量标准轴次kN系数次/日次/日黄河QD352前59.0.2

15、.16×10-4 2.16×10-4 *4280.09后95.80.5030.503428215.284交通SH-141前452.83×10-62.83×10-64180.001后2×82.50.0460.09241838.456东风EQ144前569.3×10-59.3×10-53580.03后2×90.1 0.1890.378358135.324罗曼SQ9251前501.53×10-51.53×10-5580.001后3×111.3 5.5516.6458965.12合计1354.

16、306根据标准：二级水泥公路设计基准期为20年，车轮轮迹横向分布系数取0.36。由此可计算得以下数据由表3.0.7 可知，属重交通荷载等级 (2) 初拟路面构造根据二级公路、重交通等级和中级变异水平等级，查表初选路面构造层次、类型和材料组成；拟定各层的厚度、面层板平面尺寸和接缝构造如下：构造层材料拟定厚度cm面层普通混凝土25基层水泥稳定粒料20垫层级配碎砾石18(3) 路面材料参数确定根据标准，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，泊松比为0.15。查表取粗集料为花岗岩混凝土线膨胀系数c=11×10-6 /。查表E.0.1-1，取低液限

17、粉士的回弹模量为100MPa。查表E. 0. 1-2 ，取距地下水位1.0m时的湿度调整系数为0.74。由此，路床顶综合回弹模量取为100×0.74=74MPa。查附录E.0.2,水泥稳定砂砾基层的弹性模量取2000MPa,泊松比取0.20 ，级配砾石底基层回弹模量取250MPa ，泊松比取0.35 。按式(B.2.4-1) 式(B.2.4-4) 计算板底地基综合回弹模量如下:Ex=i=1n(hi2Ei)i=1nhi2=h12E1h12=250MPahx=i=1nhi=h1=0.18m=0.26×lnhx+0.86=0.26×ln0.18+0.86=0.414Et

18、=ExE0E0=250740.414×74=122.5MPa板底地基综合回弹模量Et取120MPa.混凝土面层板的弯曲刚度Dc式B.2.2-3、半刚性基层板的弯曲刚度Db式B.4.1-2、路面构造总相对刚度半径rg式(B.4.1-3)为：Dc=Echc312(1-c2)=31000×0.25312×1-0.152=41.29MN.mDb=Ebhb312(1-b2)=2000×0.2312×1-0.22=1.39MN.mrg=1.21Dc+DbEt13=1.21×41.29+1.3912013=0.708m4荷载应力按式B.4.1-1，

19、标准轴载和极限荷载在临界荷位处产生的荷载应力为：Ps=1.45×10-31+DbDcrg0.65hc-2Ps0.94=1.45×10-31+1.3941.29×0.7080.65×0.25-2×1000.94=1.36MPaPm=1.45×10-31+DbDcrg0.65hc-2Pm0.94=1.45×10-31+1.3941.29×0.7080.65×0.25-2×1380.94=1.841MPa按式B.2.1计算面层荷载疲劳应力，按式B.2.6计算面层最大荷载应力。Pr=krkfkcPs=0

20、.87×2.37×1.05×1.36=2.94MPaP,max=krkcPm=0.87×1.05×1.841=1.682MPa其中：1.接缝传荷能力的应力折减系数，采用混凝土路肩时，kr=0.870.92（路肩面层与路面面层等厚度时取最低值，减薄时取最高值），此时取kr=0.87；2.计算理论与实际差异以及动载等因素影响的综合系数kc，按公路等级查表B.2.1 确定。取kc=1.05。3.设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数kf，kf=Ne=37710710.057=2.37材料疲劳指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土，=0.

21、057；Ne设计基准期内设计轴载累计作用次数；5温度应力由表3.0.10得，最大温度梯度取88/m。按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数BL。kn=12hcEc+hbEb-1=120.2531000+0.202000-1=4627MP/m=DcDbDc+Dbkn14=41.29×1.3941.29+1.39×462714=0.131m=-kng4-Dc3kn4-Dcg3=-4627×0.8904-41.29×0.13134627×0.1314-41.29×0.7083=0.23t=L3g=53×0.708=2.35混凝土面层板的温度翘曲应力系数其中h=0.26mCL=1-11+sinh2.35cos2.35+cosh