路基路面课程设计成果

aaaa一、设计说明1、设计资料湖北宜昌至巴东某新建一级公路，经调查路基土为高液限粘土，地下水位为1米，路基填土高度1.2米，近期交通量如下车型刖轴重（kN）后轴重（kN）后轴数后轴轮组数后轴距日交通量(m)（辆/日）东风SP9135B20.1072.60224500解放CA10B19.4060.8512-520黄河JN16259.50115.0012-450太脱拉11138.7074.00221.2320尼桑CK20L49.85100.0012-420交通量年平均增长率7%（水泥混凝土路面设计时交通量年平均增长率取4%）,沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。2、设计内容分别设计水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的结构层次，并算出结构层厚度，水泥混凝土路面还需进行接缝设计。主要包括以下内容:（1）（1） 沥青混凝土路面：①、确定结构方案；③、计算待求层厚度;（2） 水泥混凝土路面①、确定结构方案；②、确定设计参数；④、弯拉应力计算。②、确定设计参数； ③、初拟混凝土板尺寸;④、应力计算； ⑤、接缝设计。2）、设计图（1） 路面结构图（2） 相应的计算图（3） 水泥混凝土路接缝构造图3、主要参考资料：路基路面工程公路水泥混凝土路面设计规范公路沥青路面设计规范公路路基设计规范公路设计手册《路面》二、沥青砼路面的设计一、轴载分析1）路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。当以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力为设计指标时，轴载换算采用如下的计算公式：N=tcC2ni（£）4.35Z=1式中：N—标准轴载的当量轴次，（次/日）；n——被换算车辆的各级轴载作用次数，（次/日）；IP——标准轴载，（kN）;P——被换算车辆的各级轴载，（kN）,轴载小于25kN的轴载作用不计；IC]—一轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1,四轮组为0.38。c——轴数系数，当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，当轴间距小于3m2时，双轴或多轴时按下式计算C€1+1.2(m-1)2m——轴数。当以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时，釆用如下公式：N=Ec；C2n(P)8i=1式中：C1——轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09;C2——轴数系数。当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，当轴间距小于3m2时，双轴或多轴时按下式计算C=1+2(m-1)2m——轴数。设计年限累计当量标准轴载数公式：2 [(1+r)t-1]x3652N= ・N.r(e r 1式中：N——设计年限内一个车道沿一个方向通过的累计标准当量轴次；et——设计年限(年)N1——路面营运第一年双向日平均当量轴次(次/日)；r——设计年限内交通平均增长率(%);„——与车道数有关的车辆横分布系数，简称车道系数；2)计算：轴载换算结果表(弯沉)车型P(kNiC1C2n(次/日)iCCn(P/L)4.3512i7P）东风SP9135B后轴72.612500248.36解放CA10B后轴60.851152059.92黄河JN162前轴59.51145047.03后轴11511450826.51太脱拉111前轴38.7113205.15后轴7412.2320189.99尼桑CK20L前轴49.851142020.33后轴10011420420.00N11817.28注：轴载小于25kN的轴载作用不计；累计当量轴次：根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取15年，四车道的车道系数是0.4~0.5,取0.45。N„［（1+，）顼］乂365.N閃［（1+Og"'365、⑻’淬x0.45„7500717次e r 1 0.07轴载换算结果表（半刚性材料结构层的层底拉应力）车型P(kN)iC'1C'2n（次/日）iCCn(P^)4.3512i/p东风SP9135B后轴72.61250077.18解放CA10B后轴60.85115209.77黄河JN162前轴59.5114507.07后轴115114501376.56太脱拉111后轴741332086.32尼桑CK20L后轴10011420420.00N 1976.9。注：轴载小于50kN的轴载作用不计;累计当量轴次:根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取15年，四车道的车道系数是0.4~0.5,取0.45。[(1+r)—1][(1+r)—1]x365[(1+0.07)15-1]x3650.07x1976.90x0.45=7924078次细粒密级配沥青混凝土细粒密级配沥青混凝土3顷中粒密级配沥青混凝土4cm粗粒密级配沥青混凝土5cm二灰稳定砂砾30.Ocm

石灰土？

土基7C-结构组合及材料选取二、结构组合与材料选取 由于上面的计算得到设计年限内一个行车 道上的累计标准轴次约为700万次左右。根据 规范推荐结构，并考虑到公路沿途可开采碎石、 砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。路 面结构面层采用沥青混凝土（12cm）,基层采 用二灰稳定砂砾（取30cm），底基层采用石灰土（厚度待定）。规范规定高速公路、一级公路的面层由二层至三 层组成。根据规范，采用三层式沥青面层，表层 采用细粒式密级配沥青混凝土（厚度3cm），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度 4cm），下面层采用粗粒式密级配混凝土（厚度5cm）。如图所示。三、各层材料的抗压模量和和劈裂强度

查表得：得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。抗压模量取2OoC的模量，各值均取规范给定范围的中值，因此得到2OoC的抗压模量：细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa,中粒式密级配混凝土为1200MPa,粗粒式密级配沥青混凝土为lOOOMPa二灰稳定砂砾为1500Mpa,石灰土550MPao各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝土为1.4Mpa,中粒式密级配沥青混凝土为l.OMpa,粗粒式密级配沥青混凝土为0.8Mpa,二灰稳定砂砾为0.7Mpa,石灰土0.225MPao四、 土基回弹模量的确定该路段处于"，区，为粘质土，处于干燥状态，拟定稠度为1.1。，查表“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”查得土基回弹模量为40MPao五、 设计指标的确定11.=3cm11.=3cmE,=1.40OMPaq=l.4MPa

li3=4cm]:..2=12UUYIPaq=l.UMP壮I.1.=1OUU】IP;l%=1).XMPa=30cmA=1500MPaq=°,7MPah产?R,=550MPa^=0.225MPa=WMP:lzc-各层的抗压模量与劈裂强度1）设计弯沉什公式：I=96OMo.2AAd ecs式中：l 设计弯沉值（0.01mm）;dN——设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数；eA——公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0,二级公路为1.1,三四级公C路为1.2;A——面层类型系数，沥青徐面层为1.0,热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1,中低级路面为1.2。弯拉应力设计控制指标容许拉应力公式:€€=—sp

RKs式中：€—路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限N次加载的疲劳R e弯拉应力（MPa）;€ sp路面结构材料的极限抗拉强度（€ spK——抗拉强度结构系数。根据结构层材料不同，按以下公式计算。=0.09=0.09N0.2/Aec（沥青砼面层）=0.35N0.ii=0.35N0.ii/Aec（无机结合料稳定集料）=0.45N0.ii/Aec（无机结合料稳定细粒土）（贫砼）=0.51N0.07/A（贫砼）ec2）计算：该公路为一级公路，取A=1.0；面层是沥青砼，取A=1.0；TOC\o"1-5"\h\zc s①、设计弯沉值：l=960N-0.2AA=960x7500717-0.2x1x1=40.48(0.01mm)d ecs②、各层材料的容许层底拉应力:细粒式密级配沥青砼:K=0.09N0.2/A=0.09x75007170.2/1.0=2.13s ec€ 1.4€=—= =0.6573MPaRK2.13s中粒式密级配沥青砼:K=0.09N0.2/A=0.09x75007170.2/1.0=2.13s ec€ 10€=—= =0.4695MPaRK2.13s粗粒式密级配沥青砼:K=0.09N0.2/A=0.09x75007170.2/1.0=2.13s ec

€ 08€=—=^=0.3756MPaRK2.13二灰稳定砂砾：二灰稳定砂砾属于半刚性基层故二灰稳定砂砾：二灰稳定砂砾属于半刚性基层故N=7924078eK=0.35N0.11/A=0.35x79240780.11/1.0=2.01s e c€ 07€ =^=0.3483MPaRK2.01s石灰土：石灰土属于半刚性基层故N=7924078eK=0.45N0.11/A=0.45x79240780.11/1.0=2.01s e c€ 0225€=z=—=0.1119MPaRK2.01s六、设计资料总结设计弯沉值为：40.34(0.01mm)，相关设计资料汇总如下：材料名称h(cm)2OoC弹模（MPa）容许拉应力（MPa）细粒式密级配沥青混凝土314000.6573中粒式密级配沥青混凝土412000.4695粗粒式密级配沥青混凝土510000.3756二灰稳定砂砾3015000.3483石灰土？5500.1119土基—40—七、确定石灰层厚度首先对多层路面体系进行等效换算aaaaaaaaE^HOOMPali=3,OcniEi=1400MPahz=4cmEz=1200MPah3=5cmE3=1UOOMPali E2=12OO-.1?：lhq=30cmE^l^OOMPal.o=4E5=550MP：i£(-各层体系弯沉等兹挨算图式h=h=3cmE=1400MPa1E=1200MPa2H=h+£h22 H=h+£h22 k2k=3h=10365=0.28E=1200=爵6E=如=0.033E12002由:2乂E10.65xa=0.04048L1400E=41.55+0.722hTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"E 5标准轴载BZZ—1OO,轮胎接地压强p=0.7MPa，当量圆半径5=10.65cmH 41.55+0.722h——= 55 10.65得：„=3.80L查图得：K=1.30查图得：K=1.30i„=6.45由表面弯沉系数：„=„.K.KL 1 2得:K=0.452查图得：当K=0.45时2H41.55+0.722h5 10.65得：h=34.2cm5所以：取石灰层厚度为35cm。八、验算各层层底拉应力

1）计算方法：①、对多层路面体系进行等效换算L.下层：气呉匕0'广k=i+1 L.下层：气呉匕0'广k=i+1 *i+1②、计算多层体系等效換算图示由公式：„=p„mm或„=p„nn求各层层底拉应力12 12式中： P——轮胎接地压强p=0.7MPa;„、m、m、n、n——由查“三层连续体系上（中）层底面拉应力系数图”得到;1 2 1 22）计算①、多层路面体系进行等效换算层位多层体系等效三层体系每层底弯拉应力每二层底弯拉应力每三层底弯拉应力每四层底弯拉应力每五层底弯拉应力EiMPahicmEiMPahicmEiMPahicmEiMPahicmEiMPahicmEiMPahicm1140031400312007.12100012.45150041.25150041.25212004120061.23310005100070.094150030150041.48aaaa5550355035550356404040404040 €=忐=0.28H61.23=5.7510.65 器= €=忐=0.28H61.23=5.7510.65 器=0.857E=-^=0.033E12002查图得：,<0，m1 所以：第一层底部弯拉应力，=p，mm12（符合）第二层底部弯拉应力:h=2^=0.67€10.65H=迫=6.58€ 10.65E—2 E1嚣=0.833E-^02 i0°0=0.04第一层底部弯拉应力：查图得：,<0，m1所以：第二层底部弯拉应力,所以：第二层底部弯拉应力,=p,mm12符合）第三层底部弯拉应力: h=1245= h=1245=1.17€10.65H41.48=3.8910.65E—2115001『 1.510004^=0.027查图得：，<0，m1所以：第三层底部弯拉应力，所以：第三层底部弯拉应力，=p，mm12符合）第四层底部弯拉应力:h=些=h=些=3.87€10.65 € 10!=3.27t= =0.367E15001E=^°=0.073E5502查图得：,查图得：,=0.14，m=1.26，m=0.601 2,=p,mm=0.7x0.14x1.26x0.60=0.074MPa<0.3483MPa （符合） 第五层底部弯拉应力:

E=^°=0.073E5502TOC\o"1-5"\h\zh 41.25 ccrE=^°=0.073E5502-= =3.87 —= =3.27t= =0.367€ 10.65 € 10.65 E 15001查图得：厅=0.028,n=1.68,n=0.381 2,=p,nn=0.7x0.028x1.68x0.38=0.013MPa„0.1119MPa12所以：上述设计结果满足设计要求（见附图1）;、水泥砼路面设计一、交通分析1）计算方法：水泥砼路面结构设计以1。。kN单轴双轮组荷载为标准轴载。不同轴一轮型和轴载的作用次数，按下式换算为标准轴载的作用次数。N=2…€NGpL）16

sii100i=1式中：N——100kN的单轴一双轮组标准轴载的通行次数;sP——各类轴一轮型；及轴载的总重（kN）；in——轴型和轴载的通行次数；N——各类轴一轮型i级轴载的通行次数;i€——轴一轮型系数。i单轴一双轮组：€=L。i单轴一单轮组： €=2.22x103P-0.43i双轴一双轮组： €=1.07x10-5P-0.22ii三轴一双轮组： €=2.24x10-8P-0.22iiaaaa标准轴载累计当量作用次数NeVNX[(1,g)r-1]…N=―s r x365x€e gr式中：N—标准轴载累计当量作用次数；er—设计基准期(年)g——交通量年平均增长率；r€——临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，查表16-3；本设计为一级公路，取€=0.2。2)计算:标准轴载换算表车型iNiP(kN)i…N(-P^)16ii100解放CA10B后轴152068.51.22黄河JN162前轴145059.50.11后93太脱拉111后轴1320742.59尼桑CK20L前轴142049.850.01后轴1420100420.00Ns4634.86注：小于40kN的单轴和80kN的双轴不计标准轴载累计当量作用次数：公路为一级公路，故取t=2。年，€=0.2。心NX[(1,g)r-1] 4634.86x[(1,0.04)2。-1]N= —工——-x365x€= x365x0.2=10075257次e g 0.04r属于重交通等级。

—、初拟路面结构由表16-2。相应于安全等级二级的变异水平为中级。根据一级公路、重交通等级和中级变异水平等级，查表16-17,初拟普通砼面层厚度为0.25m。基层选用水泥稳定粒料0.22m（水泥剂量5%）。垫层为0.15m的低剂量无机结合料稳定土。砼板的平面尺寸为长5m，宽3.75m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。三、路面材料参数的确定1）计算方法：新建公路的基层顶面当量回弹模量值：0F0F二ahbF 3tx0- h2F+h2FTOC\o"1-5"\h\zF€~1 2~2xh2+h212八 Fh3Fh3(h+h)2 1 1、D+ta+—— ( + )-1-12 12 4FhFh\o"CurrentDocument"11 22Fb€1—1.44J)-0.55F0式中:F0——路床顶面的回弹模量（MPa）,查表16-26的参考值;式中:F——基层和底基层或垫层的当量回弹模量（MPa）；xF2—基层和底基层或垫层的回弹模量（MPa），查表16-27的参考值;h——基层和底基层或垫层的当量厚度（m）;xD——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度（MNm）；xhh——基层和底基层或垫层的厚度;JL 匕

a、a、b与E 有关的回归系数。尤0砼板的相对刚度半径（m）;r=0.537h3E/E匕ct式中：h 砼板的厚度（m）;E——水泥砼的弯拉弹性模量（MPa）,可查表16-25和参考值；c2）计算:按表16-23、16-25取普通砼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。查表16-14,路基回弹模量取30MPa，查表16-27,低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取600MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量取1300MPa。计算基层顶面当量回弹模量如下：h2E+h2E 0.222x1300+0.152x600E= 一—= =1078MPaxh2+h2 0.222+0.152TOC\o"1-5"\h\z1 2八 Eh3Eh3(h+h)2 1 1D=T4+—A+——J( + )-1x12 12 4EhEh11 221300x0.223600x0.153(0.22+0.15)2 1 1 、= + + ( + )-112 12 4 1300x0.22600x0.15=1.32MN.mh=312D/E=312x1.32/1078=0.245mx'xxTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"E 1078a=6.22[1-1.51(f)-0.45]=6.22[1-1.51( )-0.45]=4.346\o"CurrentDocument"E 300\o"CurrentDocument"E 1078b=1-1.44J)-0.55=1-1.44( )-0.55=0.799E 300E 1078E=ahbE(—)13=4.346x0.2450.799x30x( )13=140MPatx0E 300普通砼面层的相对刚度半径：r=0.537h3：E7E=0.537x0.25x331000..140=0.812m四、荷载疲劳应力1） 计算方法标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按下式计算,=KKK,prrfcps式中：K一考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆的平缝：K=0.87〜0.92，r r纵缝为不设拉杆的平缝或自由边界：K=L。，纵缝为设拉杆的企口缝：rK=0.76〜0.84；rK――考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数，按公路等级查表c16-24确定；Kf——考虑设基准期内标准轴载荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数，按下式计算： K=Nvfe式中：N——设计基准期内标准轴载累计作用次数；v——与混合料有关的指数，普通砼取。.。57;b——标准轴载P在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力（MPa），按下式计ps s算： ,=0.077r0.6h-2ps式中：r一砼板的相对半径（m）；h——砼板的厚度（m）；2） 计算标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为,=0.077r0.6h-2=0.077x0.8120.6x0.25-2=1.087MPaps因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数K=。.87。考虑设计基准期内荷r载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数aaaaK=Nv=100752570.057=2.507。根据公路等级，由表16-24,考虑偏载和动载等/e因素对路面疲劳损坏的影响的综合系数K=L25。c荷载疲劳应力计算为b=KKKb=0.87x2.507,1.25,1.087=2.96MPaprrfcps五、温度疲劳应力1）计算方法在临界荷位处的温度疲劳应力按下式计算：b=Kbtrttm式中：b——最大温度梯度时砼板的温度翘曲应力（MPa），按下式计算：tm以EhTb=—cc——Btm 2x式中：a―砼的温度线膨胀系数，通常可取lx10-5/oC；cT——最大温度梯度，查表16-28取用；gB——综合温度翘曲应力和内应力作用的温度系数，查图16-14；xh 砼板厚度（m）;K——考虑温度应力累计疲劳作用于的疲劳系数，按下式计算:fbK=——[a(—tm)c—b]

tbftm r式中：a,b,c——回归系数，按所在地区的公路自然区划查表16-29确定;水泥砼路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态,极限状态方程式如下:…(b +b)<frprtr r式中：€——可靠度系数，依据所选目标可靠度及变异水平等级按表16-22确定；rf——水泥砼弯拉强度标准值（MPa），见表16-23；r2）计算由表16-28,W区最大温度梯度取92（oC