河南城建學院路基路面課程設(shè)計報告書

1、河南城建學院路基路面課程設(shè)計說明書課程名稱：路基路首題目:專業(yè)：道路橋梁與渡河工程學生姓名:學號：072410128指導教師:尹振羽張會遠夏英志李輝李銳鐸設(shè)計教室:10#B502開始時間:年月日完成時間:年月日課程設(shè)計成績:學習態(tài)度及平時成績（30）技術(shù)水平與實際能力（20）創(chuàng)新（5）說明書撰寫質(zhì)量（45）總分(100)等級年月曰指導教帥簽名：1基本設(shè)計資料2.瀝青路面設(shè)計2.1瀝青路面設(shè)計的內(nèi)容2.2標準軸載及軸載當量換算2.3結(jié)構(gòu)組合與材料選取2.4各層材料的抗壓模量和劈裂強度6.2.5設(shè)計指標的確定7.2.6路面結(jié)構(gòu)層厚度的計算2.7瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層層底拉應(yīng)力驗算2.8

2、防凍層厚度檢驗.1.13.水泥混凝土路面設(shè)計123.1水泥混凝土路面設(shè)計的內(nèi)容123.2交通量分析1.23.3初擬路面結(jié)構(gòu)1.43.4確定材料參數(shù)1.43.5計算荷載疲勞應(yīng)力.15,3.6計算溫度疲勞應(yīng)力.16.3.7防凍厚度驗算及接縫設(shè)計17參考文獻191基本設(shè)計資料道路等級：高速公路氣象資料：該公路地處V2區(qū)；當?shù)囟嗄昶骄畲髢錾顬?.5米，水文情況：地下水位大丁5米，地表無積水；地質(zhì)資料：粉質(zhì)輕業(yè)粘土筑路材料及供應(yīng)狀況：沿線可開采碎石、砂礫，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供應(yīng)。交通量平均年增長率：6.5%車道數(shù)：雙向四車道車道系數(shù)："0.45汽車交通量組合：表1-1交通組成及交通

3、量表車型交通量（輛/日）解放CA10B145解放CA30A240東風EQ140160黃河JN150130黃河JN162160黃河JN360200長征XD160170交通SH1411002.瀝青路面設(shè)計2.1內(nèi)宵路面設(shè)計的內(nèi)容瀝宵路面設(shè)計包括原材料的調(diào)查與選擇、瀝宵混合料配合比以及基層材料配合比設(shè)計、各項設(shè)計參數(shù)的測試與選定、路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計、路面結(jié)構(gòu)層厚度驗算以及個路面結(jié)構(gòu)方案的比選。2.2標準軸載及軸載當量換算表2-1標準軸載BZZ-100各項參數(shù)標準軸載名稱BZZ-100標準軸載名稱BZZ-100標準軸載P（KN）100單輪當量圓直徑d（mm）21.3輪胎接地壓強P0.7兩輪中心距（cm）

4、1.5d(Mpa)P378（1）當以設(shè)計彎沉值設(shè)計指標及瀝宵基層層底拉應(yīng)力驗算時，凡前、后軸軸載大丁25kN的各級軸載R的作用次數(shù)葉均換算成標準軸載P的當量作用次數(shù)N。KpN.g頃5式中：N以設(shè)計彎沉值和瀝宵層層底拉應(yīng)力為指標時的標準軸載的當量次數(shù)Hi被換算車型的各級軸載換算次數(shù)（次/日）；P一標準軸載（kN）；P-各種被換算車型的軸載（kN）；Ci軸數(shù)系數(shù)。C2輪組系數(shù),單輪組為6.4，雙輪組為1.0，四軸組為0.38;K被換算車型的軸載級別。當軸間距離大丁3m時，按單獨的一個軸載計算；當軸間距離小丁3m時，雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)按下面公式計算：Cl11.2m1式中：m一軸數(shù)則其設(shè)計年限內(nèi)一個

5、車道上的累計量軸次Ne：Ne(1)1365N1式中Ne設(shè)計年限內(nèi)一個車道的累計當量次數(shù)；t設(shè)計年限,由材料知,t=15年；N1-設(shè)計端竣工后一年雙向日平均當量軸次；一設(shè)計年限內(nèi)的交通量平均增長率,由材料知,廣0.065;一車道系數(shù)，由材料知護0.45。表2-2軸載換算結(jié)果車型PiC1C2nN解放前軸19.401.006.40145.00CA10B后軸60.851.001.00145.0016.71解放前軸29.502.206.40240.0016.69CA30A后軸36.752.201.00240.006.78東風前軸23.701.006.40160.00EQ140后軸69.201.001.0

6、0160.0032.25父通前軸25.551.006.40100.001.69SH141后軸55.101.001.00100.007.48黃河前軸59.501.006.40160.00107.02JN162后軸115.001.001.00160.00293.87黃河前軸50.002.206.40200.00138.09JN360后軸110.002.201.00200.00666.06黃河前軸49.001.006.40130.0037.37JN150后軸101.601.001.00130.00139.29長征前軸42.602.206.40170.0058.48XD160后軸85.202.201.

7、00170.00186.33月N1708.11則其設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計量軸次&：Ne(1)1365N式中Ne設(shè)計年限內(nèi)一個車道的累計當量次數(shù)；t設(shè)計年限,由材料知,t=15年；N1-設(shè)計端竣工后一年雙向日平均當量軸次；一設(shè)計年限內(nèi)的交通量平均增長率,由材料知,廣0.065;一車道系數(shù)，由材料知護0.45。則：t15Ne（1）1365N1（1°.065）13651708.110.456.784G0.065（2）驗算半剛性基層層底拉應(yīng)力的累計當量軸次時，凡軸載大丁50KN的各級軸.'載Pi的作用次數(shù)幾均按下式換算成標準軸載P的當量作用次數(shù)N。'K*P8NCQ

8、n）i1P式中：n'-以設(shè)計彎沉值和瀝宵層層底拉應(yīng)力為指標時的標準軸載的當量次數(shù)；幾一被換算車型的各級軸載換算次數(shù)（次/日）；P一標準軸載（kN）；P-各種被換算車型的軸載（kN）；C1輪組系數(shù)，雙輪組為1.0,單輪組為18.5,四輪組為0.09。C2一軸數(shù)系數(shù)；表2-3軸載換算結(jié)果車型PiC1C2nN解放前軸19.401.0018.50145.000.01CA10B后軸60.851.001.00145.002.73解放前軸29.503.0018.50240.000.76CA30A后軸36.753.001.00240.000.24東風前軸23.701.0018.50160.000.03

9、EQ140后軸69.201.001.00160.008.41父通前軸25.551.0018.50100.000.03SH141后軸55.101.001.00100.000.85黃河前軸59.501.0018.50160.0046.50JN162后軸115.001.001.00160.00489.44黃河前軸50.003.0018.50200.0043.36JN360后軸110.003.001.00200.001286.15黃河前軸49.001.0018.50130.007.99JN150后軸101.601.001.00130.00147.60長征前軸42.603.0018.50170.0010

10、.23XD160后軸85.203.001.00170.00141.61月N2185.95表2-4瀝青路面交通等級交通等BZZ-100累計標準軸次大客車及中型以上各種級Ne（次/車道）貨車交通量Nn（輛/d/車道）輕交通<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通則其設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計量軸次Ne為:Kl（1/1365z（10.065）1513656NeN12185.950.59.64710次。0.065根據(jù)表2-4可知，交通等級均

11、為中等交通。2.3結(jié)構(gòu)組合與材料選取根據(jù)公路瀝宵路面設(shè)計規(guī)范，并考慮公路沿途有碎石、砂礫、并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供應(yīng)，路面結(jié)構(gòu)層采用瀝宵混凝土（180mm）,基層采用水泥穩(wěn)定碎石（厚度待定），底層采用二灰土（300mm）,采用三層式瀝宵混凝土面層，表層采用細粒式密級配瀝宵混凝土（40mm）,中面層采用中粒式密級配瀝宵混凝土（60mm）,下面層采用粗粒式密級配瀝宵混凝土（80mm）。2.4各層材料的抗壓模量和劈裂強度土基回彈模量的確定可根據(jù)查表法查得。各結(jié)構(gòu)層材料的抗壓模量及劈裂強度已參照規(guī)范給出的推薦值確定。見表2-5。表2-5結(jié)構(gòu)組合參數(shù)層厚度抗壓回彈模量強度劈裂材料名次（cm）15&

12、#176;C模量20C模量（Mpa）細混凝土4200014001.4中混凝土6180012001.0粗混凝土8120010000.8水泥穩(wěn)定碎石待定150015000.5一灰土307507500.25土基30302.5設(shè)計指標的確定（1）設(shè)計彎沉值ld公路為高速公路,則公路等級系數(shù)氣取1.0;面層是瀝宵混凝土,則面層類型的系數(shù)As取1.0;路面結(jié)構(gòu)為半剛性基層瀝宵路面，則路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)Ab取1.0。-02ld600Ne.AcAsAb式中：ld設(shè)計彎沉值Ne設(shè)計年限內(nèi)的累計當量年標準軸載作用次數(shù)Ac一公路等級系數(shù)，一級公路為1.0As一面層類型系數(shù)，瀝宵混凝土面層為1.0Ab一基層類型系數(shù)，半

13、剛性基層為1.00.20.2所以ld600NeAcAsAb600（9.647106）1.01.01.024.06mm（2）各層材料按容許層底拉應(yīng)力r,按下列公式計算：sRks式中：r路面結(jié)構(gòu)材料的極限抗拉強度（Mpa）;s一路面結(jié)構(gòu)材料的容許拉應(yīng)力，即該材料能承受設(shè)計年限Ne次加載的疲勞彎拉應(yīng)力（Mpa）;ks一抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)。對瀝宵混凝土面層的抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)：0.2260.22Ks0.09Ne/Ac0.099.64710/1.03.10對無機結(jié)合料穩(wěn)定集料類的抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)：0110.11Ks0.35Ne./Ac0.359.647106/1.02.05對無機結(jié)合料穩(wěn)定細土類的抗拉強度結(jié)

14、構(gòu)系數(shù)：0.11Ks0.45Ne./Ac0.459.647106/1.02.64表2-6結(jié)構(gòu)層容許彎拉應(yīng)力材料名稱s(Mpa)ksr(Mpa)細粒瀝青混凝土1.43.100.45中粒瀝青混凝土1.03.100.32粗粒瀝青混凝土0.83.100.26水泥穩(wěn)定碎石0.52.050.24一灰土0.252.640.092.6路面結(jié)構(gòu)層厚度的計算）理論彎沉系數(shù)的確定IsEi10002pF式中:a一當量圓半徑；F-彎沉綜合修正系數(shù)/els20000.380.36op因此:F1.63室4200010.650.38300.70.360.4824.061400C10002pF20000.710.650.48丈

15、"（2）確定設(shè)計層厚度采用三層體系表面彎沉系數(shù)，由諾莫圖算設(shè)計層厚度。h/8=4/10.65=0.376日佗1=1200/1400=0.857;由三層體系彎沉系數(shù)諾莫圖查得=6.22。h/滬4/10.65=0.376E0/E2=30/1200=0.025;由三層體系彎沉系數(shù)諾莫圖查得K1=1.460。旦0.025,E2乂因為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燈.8=83。由hh>hE可知：H68J1000h；/1500352,25043.11.1h4,因為H=83cm,可知h4=

16、20.10cm,1200.1200,1200故取h4=21cm。如圖所示：h1=4cmE1=2000MPah=4cmE1=2000Mpah2=6cmh3=8cmEz=1800MPa乓=1200MPak>H=?cmE2=1800MPah4=21cmE4=1500MPah5=30cmE5=750MPaE0=30MPaEc=30MPa2.7瀝宵混凝土面層和半剛性基層、底基層層底拉應(yīng)力驗算h1=4cmE=2000MPah2=6cmE2=1800MPah3=8cmE3=1200MPah4=21cmE4=3600MPah5=30cmE5=2400MPa0=30MPa（1）瀝宵混凝土面層層底拉應(yīng)力驗算

17、h=21.5cmE1=1400MpaH=56.8cmE2=1000MPa性=30MPaH21.510.65E22.02,Ei360036002400360054.3cm36003o1200查三層連續(xù)體系上層底面拉應(yīng)力系數(shù)諾莫圖，知0，故mR0.11MPa滿足要求。（2）水泥穩(wěn)定碎石層層底拉應(yīng)力驗算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滿足要求（3）二灰土土層層底拉應(yīng)力驗算hh|h4=56.4cm由H妄3.29,旦10.65E23024000.0125,可知0.16;由廿關(guān)堂3.29,巨絲°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,故滿足要求2.8防凍層厚度檢驗根據(jù)規(guī)范知：在季節(jié)性冰凍地區(qū)的中濕、潮濕路段，路面設(shè)計應(yīng)進行防凍厚度的h1=4cmE1=2000MPah=56.4cmE1=3600Mpah2=6cmE2=1800MPah3=8cmE3=1200MPaH=35cmE2=2400MPah4=21cmE4=3600MPah5=30cmE5=2400MPaE0=30MPaE0=30MPa檢驗，如小丁

20、規(guī)范定的最小防凍厚度時，應(yīng)增設(shè)或加墊層使路面總厚度達到要求。此次設(shè)計路段當?shù)囟嗄昶骄畲髢錾顬?.5m,路面設(shè)計層總厚度為h=4+6+8+21+30=69cm,大丁最大冰凍深度50cm,所以不考慮凍層深度3.水泥混凝土路面設(shè)計3.1水泥混凝土路面設(shè)計的內(nèi)容水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計包括以下內(nèi)容：路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計、混凝土面板厚度設(shè)計、混凝土面板的平面尺寸與接縫設(shè)計、路肩設(shè)計、混凝土路面的鋼筋配筋率設(shè)計。3.2交通量分析混凝土路面設(shè)計基準期參照表3-1進行擬定。設(shè)計道路等級為高速公路，故設(shè)計基準期選擇30年。表3-1公路混凝土路面設(shè)計基準期參考值公路技術(shù)等級設(shè)計基準期（年）高速公路30一級公路30二

21、級公路20三四級公路20（1）標準軸載與軸載換算我國公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范以汽車軸重為100kN的單軸荷載作為設(shè)計標準軸載，表示為BZZ100。凡前、后軸載大丁40KN（單軸）的軸數(shù)均應(yīng)換算成標準軸數(shù)，換算公式為：式中：Ns100KN的單軸一雙輪組標準軸數(shù)的通行次數(shù);Pi各類軸一輪型；級軸載的總重（KN）;n軸型和軸載級位數(shù)；Ni各類軸一輪型i級軸載的通行次數(shù)；i一軸一輪型系數(shù)。單軸-雙輪組：i1單軸-單輪組：i2.22103P0.43雙軸-雙輪組：i1.07105P0.22三軸-雙輪組：i2.24108P0.22計算結(jié)果見表3-2。則設(shè)計年限內(nèi)設(shè)計車道的標準軸載累計作用次數(shù)Ns(1)13

22、65Ne式中：Ne一標準軸載累計當量作用次數(shù)；t設(shè)計基準年限；Y一交通量年平均增長率，由材料知，丫=0.087;T一臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)，如下表3-3N回1)t13651682.38(16.5%)3013650.201061107也Ne.0606.5%表3-2軸載換算結(jié)果車型PiaNiNs前軸19.40620.30145.000.00解放CA10B后軸60.851.00145.000.05前軸29.50518.00240.000.00解放CA30A后軸36.750.00240.000.00前軸23.70569.10160.000.00東風EQ140后軸69.201.00160.00

23、0.44前軸25.55551.03100.000.00交通SH141后軸55.101.00100.000.01前軸59.50383.10160.0015.13黃河JN162后軸115.001.00160.001497.22前軸50.00412.85200.001.26黃河JN360后軸110.000.00200.000.00前軸49.00416.46130.000.60黃河JN150后軸101.601.00130.00167.59長征XD160前軸42.60442.29170.000.09后軸85.200.00170.000.002N1682.38表3-3混凝土路面臨界荷位車輛輪跡橫向分布系數(shù)

24、公路等級縱縫邊緣處高速公路、一級公路、收費站0.170.22行車道寬7m0.340.39二級及二級以下公路行車道寬7m0.540.62混凝土交通等級分類，根據(jù)表3-4確定交通量等級，為重型交通等級表3-4公路混凝土路面交通分級交通等級重中等輕設(shè)計車道標準軸載累計作用次數(shù)Ne(x10E+4)>2000100-20003-100<33.3初擬路面結(jié)構(gòu)因為交通量屆丁重交通?？芍鄳?yīng)丁安全等級為一級的變異水平等級為中級，根據(jù)高速公路、重交通等級和中級變異水平等級。查規(guī)范知：初擬普通混凝土面層厚為250mm;基層選用水泥穩(wěn)定碎石，厚為200mm;墊層為150mm的石灰粉煤灰穩(wěn)定砂礫。普通混凝

25、土板的平面尺寸為寬3.75m;長為4.5m。3.4確定材料參數(shù)取普通混凝土面層的彎拉強度標準值為5.0Mpa,相應(yīng)彎拉彈性模量標準值為30Gpa;路基回彈模量為30Mpa;石灰粉煤灰穩(wěn)定砂礫墊層回彈模量去1300Mpa;水泥穩(wěn)定碎石基層回彈模量取1500Mpa?；鶎禹斆娈斄康幕貜椖Ａ恐涤嬎闳缦拢篍x.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華)E°300.550.831ahbE0(w)3=4.570.3950.83xE011428o30()3229.8MPa30普通混凝土面層的相對剛度半徑為1Ec3300000.537h0.5370.25E229.80.681m3.5計算荷載疲勞應(yīng)力根據(jù)高速公路、重交通,由路基路面工程查得初擬普通混凝土面層厚度為0.25m。由下列公式求得：0.5373.EEtps0.0770.6h2ps式中p

27、kfkrkcps0.057kfNeY一混凝土板的相對剛度半徑(m)；H一混凝土板的厚度（m）;Ec一水泥混凝土的彎沉彈性模量（Mpa）;cp標準軸載Ps在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力（Mpa）;kr-考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)，縱縫為設(shè)桿拉的平縫，kr=0.870.92,縱縫為不設(shè)桿拉的平縫或自由邊界kr=1.0,縱縫為設(shè)桿拉的企口縫，kr=0.760.84,;kc-考慮偏載和動載因素對路面疲勞損壞影響綜合系數(shù)，按公路等級查下表3-5;表3-5綜合系數(shù)kc公路等級高速公路一級公路二級公路三、四級公路kc1.301.251.201.10ops標準軸載Ps在四邊自由板的臨界荷載處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力

28、（Mpa）ops0.0770.6h2=0.07700.6810.60.2520.978MPa,kfN0057=2.51p根據(jù)公路等級，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜和系數(shù)kc1.20,則荷載疲勞應(yīng)力為：pkfkrkcps=2.51X0.87X30X0.978=2.78MPa3.6計算溫度疲勞應(yīng)力由路基路面工程知，II區(qū)最大溫度梯度取88（C/m）。板長4.5m,L/r=4.5/0.680=6.62;已知混凝土板厚0.25m,Bx=0.63。則可知最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力tmcEchTgBx2式中：如一混凝土的溫度線膨脹系數(shù)Tg最大溫度梯度，Tg=88c/m;Bx-綜合溫

29、度翹區(qū)應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù)am最大溫度梯度時土板的溫度翹取應(yīng)力（Mpa）。cEchTgBx=1.0105300000.25880.632079MPatm22.溫度疲勞系數(shù)kt上商上廣b,式中a,b和c為回歸系數(shù)，按所在地區(qū)公路tmfr自然區(qū)劃查下表3-6。表3-6回歸系數(shù)a,b和c系數(shù)公路自然區(qū)vnnmIVVVIa0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270kt上a（力）cb：tmfr則溫度疲勞應(yīng)力：t5=0.8282.079kttm0.535:2.0791323()0.0410.52552.0791.09MPa綜合，高速公路的安全等級為一級,相應(yīng)丁一級的安全等級的變異水平等級為低級，目標可靠度為95%。再根據(jù)查得的目