路基路面工程课程设计新建沥青混凝土路面设计

山东交通学院路基路面工程课程设计院(系)别xxxxxxxxxx

专业xxxxxxxxxxxxxx

班级xxxxxxx学号xxxxxxxxx姓名xxx指导教师xxxx成绩二○○九年六月目录一.新建沥青混凝土路面设计 一.新建沥青混凝土路面设计1、交通分析及设计弯沉值的确定。1.1轴载分析设计年限内一个车道的累计当量轴次数计算（确定路面等级）。车型前轴重后轴重后轴数后轴组轮数后轴距交通量黄河JN15049101.61双轮组620日野KB22250.2104.31双轮组110太脱拉1385104802双轮组<369东风EQ14023.769.21双轮组400跃进NJ13120.238.21双轮组600三湘CK65601325.61双轮组1058金陵JL6121S48.350.22双轮组>3280交通调查资料为2013年，设计年限起算年为2015年，交通量年平均增长率为7%1.1.1当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，各级轴载Pi的作用次数ni，匀应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N。匀应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N为交通调查年的日交通量所以设计起算年的日交通量为N1=N（1+γ）2=1297×（1+7%）2=1485（次/日）计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次数拟建高速公路，路面的设计年限为15年，车道系数η，见万德臣编著的《路基路面工程》第354页表16.2.3,取η=0.5。所以2015年——2030年的轴载次数是

1级轴载Pi的作用次数ni，匀应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N1.1.2当进行半刚性基层层底拉应力验算时，各按《道路公程》2.3.7得N为交通调查年的日交通量所以设计起算年的日交通量为N2=N（1+γ）2=1157×（1+7%）2=1325（次/日）所以2015年——2030年的轴载次数是1.2路面设计弯沉值的计算根据万德臣编著的《路基路面工程》364页的路面设计弯沉值公式（16.6.3公式）计算。该公路为一级公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层、底基层总厚度大于20cm，基层类型系数取1.0.ld=600Ne-0.2AcAsAb=600×6810279-0.2×1×1×1＝25.79（0.01mm）AC：公路等级系数高速公路去1.0;AS：面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0:沥青表面处治为1.2；中、低级路面为1.3；Ab基层类型系数，对于半刚性基层为1.0;Ne：设计年限内一个车道上的累计当量轴次数6810279次。2、土基回弹模量的确定按路基土类与干湿类型，确定该路段土基弹性模量。2.1由原始材料可知：路床表面至地下水位的高度H=2.2m，土地区所在的自然区为Ⅱ2，地段地质组为泥质砂岩，夹石英砂岩，上覆亚黏土。查万德臣编著的《路基路面工程》第19页表2.2.4得2.7m〉H〉2.0m，土基的干湿类型属中湿类型。查表2.2.2得土的稠度约为1.05。由表16.6.2“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值为28.0ＭＰ3.结构组合与材料的初选定因为设计年限内一个车道上的累计当量轴次数约为700万次左右，路面结构面层采用沥青混凝土（15cm），基层采用二灰稳定集料（？），底基层采用石灰土（25cm） 面层沥青混凝土15cm基层二灰稳定集料？底基层石灰土25cm 拟订路面组合与厚度为细粒式沥青混凝土4cm中粒式沥青混凝土5cm粗粒式沥青混凝土6cm石灰粉煤灰碎石？石灰土25cm4、各层材料抗压模量与劈裂强度的确定查万德臣编著的《路基路面工程》第342页表16.6.5，得到各种材料的抗压模量和劈裂强度，见下表：材料名称沥青针入度/（0.1mm）抗压模量/MPa劈裂强度/MPa20℃15℃细粒式密级配沥青混凝土≤90140020001.4中粒式密级配沥青混凝土≤90120018001.0粗粒式密级配沥青混凝土≤90100014000.8石灰粉煤灰碎石——150015000.65石灰土——5505500.235.相关设计指标的确定对于二级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。设计弯沉值=25.79(0.01mm)2)各层材料的容许层底拉应力为相关公式见万德臣编著的《路基路面工程》第371页其中，:沥青混凝土或半刚性材料在规定温度或龄期（MPa）：抗拉强度结构系数；Aa：沥青混凝土级配类型系数细、中粒式沥青混凝土为1.0；粗粒式为1.1；Ac：公路等级系数，二级公路取1.10；Ne=6810279次（用于沥青混凝土面层的计算）；=次（用于半刚性材料的计算）细粒式、中粒式密集配沥青混凝土Ks粗粒式密集配沥青混凝土Ks石灰粉煤灰碎石Ks石灰土Ks带入公式计算其容许拉应力。细粒式沥青混凝土：中粒式沥青混凝土：粗粒式沥青混凝土：石灰粉煤灰碎石石灰土6、设计资料总结：材料数值厚度/cm20℃模量/MPa15℃模量/MPa劈裂强度/MPa容许拉应力/MPa细粒式密级配沥青混凝土4140020001.40.49中粒式密级配沥青混凝土5120018001.00.39粗粒式密级配沥青混凝土6100014000.80.25石灰粉煤灰碎石？150015000.650.33石灰土255505500.230.097、确定石灰粉煤灰碎石层厚度运用HPDS2003公路路面设计程序系统进行计算。计算机计算成果如下***************************新建路面设计成果文件汇总***************************轴轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算序号车型名称前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(m)交通量1黄河JN15049101.61双轮组7102东风EQ14023.769.21双轮组4583跃进NJ13120.238.21双轮组6874日野KB22250.2104.31双轮组1265太脱拉13851.4802双轮组<3796三湘CK65601325.61双轮组12117金陵JL6121S48.350.22双轮组>3321设计年限15车道系数.5交通量平均年增长率7％当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时:路面竣工后第一年日平均当量轴次:1486设计年限内一个车道上累计当量轴次:6814865当进行半刚性基层层底拉应力验算时:路面竣工后第一年日平均当量轴次:1127设计年限内一个车道上累计当量轴次:5168475公路等级高速公路公路等级系数1面层类型系数1基层类型系数1路面设计弯沉值:25.8(0.01mm)层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土1.4.492中粒式沥青混凝土1.353粗粒式沥青混凝土.8.254石灰粉煤灰碎石.65.345石灰土.23.09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标准轴载:BZZ-100路面设计弯沉值:25.79(0.01mm)路面设计层层位:4设计层最小厚度:15(cm)层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)抗压模量(MPa)容许应力(MPa)(20℃)(15℃)1细粒式沥青混凝土414002000.492中粒式沥青混凝土512001800.393粗粒式沥青混凝土610001400.254石灰粉煤灰碎石?15001500.335石灰土25550550.096土基36按设计弯沉值计算设计层厚度:LD=25.79(0.01mm)H(4)=20cmLS=28(0.01mm)H(4)=25cmLS=24.8(0.01mm)H(4)=23.5cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度:H(4)=23.5cm(第1层底面拉应力验算满足要求)H(4)=23.5cm(第2层底面拉应力验算满足要求)H(4)=23.5cm(第3层底面拉应力验算满足要求)H(4)=23.5cm(第4层底面拉应力验算满足要求)H(4)=23.5cm(第5层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度:H(4)=23.5cm(仅考虑弯沉)H(4)=23.5cm(同时考虑弯沉和拉应力)验算路面防冻厚度:路面最小防冻厚度50cm验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,最后得到路面结构设计结果如下:细粒式沥青混凝土4cm中粒式沥青混凝土5cm粗粒式沥青混凝土6cm石灰粉煤灰碎石24cm石灰土25cm竣工验收弯沉值和层底拉应力计算公路等级:高速公路新建路面的层数:5标准轴载:BZZ-100层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)抗压模量(MPa)计算信息(20℃)(15℃)1细粒式沥青混凝土414002000计算应力2中粒式沥青混凝土512001800计算应力3粗粒式沥青混凝土610001400计算应力4石灰粉煤灰碎石2415001500计算应力5石灰土25550550计算应力6土基36计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值:第1层路面顶面竣工验收弯沉值LS=25.4(0.01mm)第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=28.1(0.01mm)第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=31.8(0.01mm)第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=36.7(0.01mm)第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=111.3(0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值LS=322.9(0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)LS=258.8(0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)计算新建路面各结构层底面最大拉应力:第1层底面最大拉应力σ(1)=-.219(MPa)第2层底面最大拉应力σ(2)=-.082(MPa)第3层底面最大拉应力σ(3)=-.035(MPa)第4层底面最大拉应力σ(4)=.124(MPa)第5层底面最大拉应力σ(5)=.074(MPa)通过计算机设计得到确定石灰煤渣矿渣层的厚度为24cm，实际路面结构的实测弯沉值为25.4cm（0.01mm）〈25.8cm，沥青面层的层底均受压应力，石灰粉煤灰碎石底面的最大拉应力为0.124Mpa<0.33Mpa，石灰土层层底的拉应力为0.074Mpa<0.09Mpa，上述计算结果均满足设计要求。最终验算通过确定采用该路面结构方案。二、新建水泥混凝土路面设计 1.交通分析由万德臣编著的《路基路面工程》417页表18.3.2，二级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级。由418页表18.3.4，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.39。交通量的年增长率为9%，按式（18.3.5）计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为Ne=Ne=2320=16029284（次）属于重交通2.初拟路面结构由万德臣编著的《路基路面工程》417页表18.3.2，相应于安全等级的变异水平等级为中级。根据二级公路、重交通等级和中级变异等级，根据表18.3.5，初拟普通混凝土面层厚度为0.22m。基层选用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚0.18m。垫层为0.15m石灰粉煤灰稳定土。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m，长5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。3.路面材料参数的确定按万德臣编著的《路基路面工程》420页表18.3.6，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路基回弹模量取30MPa。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。按万德臣编著的《路基路面工程》419页（式18.3.6）计算基层顶面当量回弹模量如下：Ex=h=1300×0.18=1013MPaDx==1300×0.18=0.57MN·mhx=12Dx=312×2.57/1013=0.312mMPa普通水泥混凝土面板的相对刚度半径按式（18.3.20）m4、荷载疲劳应力按式（18.3.19），标准轴载在临界荷位产生的荷载应力计算为：MPa接缝传荷能力的应力折减系数kr=0.87考虑设计基准期内疲劳作用的疲劳应力系数kf=。根据公路等级，由表18.3.10，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合的因素kc=1.20，MPa5、温度疲劳应力由表（18.3.11），Ⅲ区最大温度梯度取95℃/m，板长为5m，l/r=5/0.699=7.15，由图18.3.2可查普通混凝土板厚h=0.22m，Bx=0.66。按式（18.3.21），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：Mpa温度疲劳应力系数，查表（18.3.12）得自然区Ⅲ区的回归系数a=0.855、b=0.041、c=1.355按式（18.3.23）计算为：再由式（18.3.22）计算温度疲劳应力为：（Mpa）6、应力复核查表18.3.2，二级公路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为85%，再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表18.3.13，确定可靠度系数γr=1.08。按式（3.0.3）因而，所选混凝土面层厚度（0.22m）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。说明：若非特别指出，该设计过程中所用到的公式和表格都来之《公路水泥混凝土路面设计范》（JTGD40-2002）三、旧路（沥青混凝土路面）改建设计轴轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算序号车型名称前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(m)交通量1黄河JN15049101.61双轮组5202交通SH14125.5555.11双轮组12003太脱拉13851.4802双轮组<33604东风EQ14023.769.21双轮组220设计年限12车道系数0.5交通量平均年增长率10％当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时:路面竣工后第一年日平均当量轴次:1291设计年限内一个车道上累计当量轴次:5038298当进行半刚性基层层底拉应力验算时:路面竣工后第一年日平均当量轴次:858设计年限内一个车道上累计当量轴次:3348458公路等级二级公路公路等级系数1.1面层类型系数1基层类型系数1路面设计弯沉值:30.1(0.01mm)层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1中粒式沥青混凝土10.412粗粒式沥青混凝土0.80.33水泥稳定碎石0.50.3改建路段原路面当量回弹模量计算原路面实测弯沉值(0.01mm)1581101601541389781137755695831501391365914182145771441461496989789373607914697898567965678899010169908070原路面有效弯沉数:45原路面平均弯沉值:101(0.01mm)原路面弯沉值标准差:33(0.01mm)测定汽车轴载100kN改建公路等级二级公路保证率系数1.5原沥青面层厚度10(cm)测定时路表温度与测定前5d日平均气温的平均值之和85(℃)原路面基层类型:粒料类或沥青稳定类基层季节影响系数1.2湿度影响系数1温度修正系数.75原路面计算弯沉值:135(0.01mm)原路面当量回弹模量:121.5(MPa)改建路面补强厚度计算公路等级:二级公路加铺路面的层数:3标准轴载:BZZ-100路面设计弯沉值:30.1(0.01mm)路面设计层层位:3设计层最小厚度:15(cm)层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)抗压模量(MPa)容许应力(MPa)(20℃)(15℃)1中粒式沥青混凝土412001800.412粗粒式沥青混凝土610001400.33水泥稳定碎石?15001500.34改建前原路面40按设计弯沉值计算设计层厚度:LD=30.1(0.01mm)H(3)=35cmLS=31.1(0.01mm)H(3)=40cmLS=26.9(0.01mm)H(3)=36.2cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度:H(3)=36.2cm(第1层底面拉应力验算满足要求)H(3)=36.2cm(第2层底面拉应力验算满足要求)H(3)=36.2cm(第3层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度:H(3)=36.2cm(仅考虑弯沉)H(3)=36.2cm(同时考虑弯沉和拉应力)通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,最后得到路面结构设计结果如下:中粒式沥青混凝土4cm粗粒式沥青混凝土6cm水泥稳定碎石36cm改建前原路面竣工验收弯沉值和层底拉应力计算公路等级:二级公路加铺路面的层数:3标准轴载:BZZ-100层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)抗压模量(MPa)计算信息(20℃)(15℃)1中粒式沥青混凝土412001800计算应力2粗粒式沥青混凝土610001400计算应力3水泥稳定碎石3615001500计算应力4改建前原路面40计算改建路面各加铺层顶面竣工验收弯沉值:第1层路面顶面竣工验收弯沉值LS=30.1(0.01mm)第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=33.8(0.01mm)第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=39.8(0.01mm)计算改建路面各加铺层底面最大拉应力:第1层底面最大拉应力σ(1)=-.236(MPa)第2层底面最大拉应力σ(2)=-.096(MPa)第3层底面最大拉应力σ(3)=.167(MPa)四.相关图纸五.设计心得体会一周的课程设计，很快就要结束了。在这里我感到我学到了很多东西，同时认识到了自己的很多不足。我学会了有关于沥青路面的设计以及用计算机计算的步骤，学会了设计水泥混凝土路面和沥青路面的补强设计。再设计过程中我发现自己有好多的不足，对于很多的公式都不能熟练运用，在画图的时候，大家都在用CAD画图，他们用的很熟练，而我用的很陌生，我几乎从没有练习过CAD，所以用的很不熟练，作为新一代的大学生，信息时代的材料学生，不能熟练运用CAD令我感到很是羞愧。书到用时方恨少，平时虽然认真学习，但是一实际运用就看出了问题。设计的时候才发现原来以前都是是是而非，似懂非懂。而且自己的实践经验也少的可怜，于是在设计过程中在对材料的选用，结构的选用上都有很多不合理的地方。所以作为新一代的大学生，作为处于信息时代的大学生，我们要不断学习，不断充实自己，将自己学到的理论与实际相结合，做到真正的技术性学术人才。跟上时代的脚步，做新一代的技术性人才。目录TOC\o"1-2"\h\z\u第一章总论 1一、项目概况 1二、项目提出的理由与过程 6三、项目建设的必要性 8四、项目的可行性 12第二章市场预测 15一、市场分析 15二、市场预测 16三、产品市场竞争力分析 19第三章建设规模与产品方案 22一、建设规模 22二、产品方案 22三、质量标准 22第四章项目建设地点 25一、项目建设地点选择 25二、项目建设地条件 25第五章技术方案、设备方案和工程方案 28一、技术方案 28二、产品特点 30三、主要设备方案 32四、工程方案 32第六章原材料与原料供应 35一、原料来源及运输方式 35二、燃料供应与运输方式 35第七章总图布置、运输、总体布局与公用辅助工程 37一、总图布置 37二、运输 38三、总体布局 38四、公用辅助工程 39第八章节能、节水与安全措施 44一、主要依据及标准 44二、节能 44三、节水 45四、消防与安全 45第九章环境影响与评价 47一、法规依据 47二、项目建设对环境影响 48三、环境保护措施 48四、环境影响评价 49第十章项目组织管理与运行 50一、项目建设期管理