南京工業(yè)大學路基路面工程課程設(shè)計報告書

1、路 基 路 面 工 程 課 程 設(shè) 計- . z.路面構(gòu)造與路基邊坡穩(wěn)定性設(shè)計交通1001 朱天南一、路面構(gòu)造設(shè)計一瀝青路面設(shè)計1.交通組成與軸載當量計算車輛車型與日交通量的選用如下表所示：交通組成表表1序號車型前軸重(kN)后軸重(kN)后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距(m)交通量1黃河JN16259.51151雙輪組6502黃河JN162A62.28116.221雙輪組6503解放CA10B19.460.851雙輪組6504解放CA1520.9770.381雙輪組6505解放CA30A29.536.752雙輪組3500按交通量年平均增長率5%計，乘以折算系數(shù)得設(shè)計年年初日平均交通量為8000，設(shè)計年

2、限末年日平均交通量為14367，符合二級公路對日平均交通量500015000的要求。(1) 當以設(shè)計彎沉值為指標及瀝青層層底拉應(yīng)力驗算時：設(shè)計年限末年日平均當量軸次：設(shè)計年限內(nèi)一個車道上累計當量軸次：(2) 當進展半剛性基層層底拉應(yīng)力驗算時：設(shè)計年限末年日平均當量軸次：設(shè)計年限內(nèi)一個車道上累計當量軸次：綜上，瀝青路面交通屬于中等交通等級。2. 路面材料及路面構(gòu)造的選取與土基模量確實定由于該二級公路路面屬于中等交通等級，故采用以下兩種方案備選：方案一：雙層式瀝青面層+半剛性基層方案二：單層式瀝青面層+半剛性基層+墊層由于*處于IV類區(qū)劃，故土基模量取36MPa。3. 設(shè)計彎沉值與容許拉應(yīng)力確實定

3、路面設(shè)計彎沉值 QUOTE 按下式計算：構(gòu)造層容許彎拉應(yīng)力 QUOTE 按下式計算：其中，對瀝青混凝土面層： QUOTE 對無機結(jié)合料穩(wěn)定集料： QUOTE 對無極結(jié)合料穩(wěn)定細粒土： QUOTE 通過查表計算得：細粒式瀝青混凝土： QUOTE 中粒式瀝青混凝土： QUOTE 水泥穩(wěn)定碎石： QUOTE 4. 構(gòu)造層厚度確定于構(gòu)造分析(1) 方案一4cm細粒式瀝青混凝土+6cm中粒式瀝青混凝土+35cm水泥穩(wěn)定碎石，如下列圖所示。細粒式瀝青混凝土 4 cm 中粒式瀝青混凝土 6 cm 水泥穩(wěn)定碎石 35 cm 土基路面構(gòu)造外表彎沉值 QUOTE 與構(gòu)造層層底彎拉應(yīng)力按下式計算：現(xiàn)將結(jié)果匯于下表：

4、構(gòu)造層層底應(yīng)力與完成值計算表表2序號構(gòu)造層材料名稱20抗壓模量(MPa)15抗壓模量(MPa)厚度(cm)層底拉應(yīng)力(MPa)容許拉應(yīng)力(MPa)層頂彎沉值(0.01mm)1細粒式瀝青混凝土160022004-0.2520.4728.52粗粒式瀝青混凝土140020006-0.0940.3632.43水泥穩(wěn)定碎2460.3339.24土基36構(gòu)造外表彎沉值 QUOTE ，且各層層底拉應(yīng)力均小于容許拉應(yīng)力，故設(shè)計合理。(2) 方案二10cm細粒式瀝青混凝土+22cm水泥穩(wěn)定碎石+20cm水泥砂礫土，如下列圖所示： 細粒式瀝青混凝土 10 cm 水泥穩(wěn)定碎石 22 cm

5、水泥砂礫土 20 cm 土基路面構(gòu)造外表彎沉值 QUOTE 與構(gòu)造層層底彎拉應(yīng)力計算方法同方案一，并匯于下表：構(gòu)造層層底應(yīng)力與完成值計算表表3序號構(gòu)造層材料名稱20抗壓模量(MPa)15抗壓模量(MPa)厚度(cm)層底拉應(yīng)力(MPa)容許拉應(yīng)力(MPa)層頂彎沉值(0.01mm)1細粒式瀝青混凝土140020002000-0.660.4728.12水泥穩(wěn)定碎石1500150015000.950.3337.83水泥砂礫土1000100010000.1540.17111.84土基36構(gòu)造外表彎沉值 QUOTE ，且各層層底拉應(yīng)力均小于容許拉應(yīng)力，故設(shè)計合理。二混凝土路面設(shè)計1.交通分析車輛車型與

6、日交通量的選用如下表所示：交通組成表表4序號車型前軸重(kN)后軸重(kN)后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距(m)交通量1黃河JN16259.51151雙輪組6502黃河JN162A62.28116.221雙輪組6503解放CA10B19.460.851雙輪組6504解放CA1520.9770.381雙輪組6505解放CA30A29.536.752雙輪組3500按交通量年平均增長率5%計，乘以折算系數(shù)得設(shè)計年年初日平均交通量為8000，設(shè)計年限末年日平均交通量為14367，符合二級公路對日平均交通量500015000的要求。二級公路的設(shè)計基準期為20年，平安等級為三級，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取

7、0.39，交通量年平均增長率取5%。由設(shè)計車道使用初期標準軸載日作用次數(shù)13473，設(shè)計基準期內(nèi)設(shè)計車道標準荷載累計作用次數(shù)計算如下：屬于特重交通等級，故在設(shè)計路面應(yīng)加厚考慮。2. 初擬路面構(gòu)造平安等級為三級的道路對應(yīng)的變異水平等級為中級。根據(jù)二級公路、重交通等級與中級變異水平等級，初擬如下兩個方案：方案一：24cm混凝土面層+18cm水泥穩(wěn)定粒料基層+15cm無機結(jié)合料穩(wěn)定土方案一：30cm混凝土面層+20cm水泥穩(wěn)定粒料基層兩方案中普通混凝土板的平面尺寸為4.5m5.0m，縱縫為設(shè)拉桿的平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的平縫。3. 方案一設(shè)計校核(24cm混凝土面層+18cm水泥穩(wěn)定粒料基層+15cm

8、無機結(jié)合料穩(wěn)定土)(1) 路面材料參數(shù)確實定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31GPa。由于施工路段處于*IV類區(qū)劃，故土基模量取36MPa，無機結(jié)合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取600MPa，水泥穩(wěn)定粒料基層取1300MPa?；鶎禹斆娈斄炕貜椖Ａ坑嬎闳缦拢浩胀ɑ炷撩鎸拥南鄬偠劝霃剑?2) 荷載疲勞應(yīng)力標準軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載：由于縱縫為設(shè)拉桿平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù) QUOTE ，考慮設(shè)計期內(nèi)荷載應(yīng)力累計疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù) QUOTE ，根據(jù)公路等級，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞破壞影響的綜合系數(shù) QUOTE 。故疲勞荷載應(yīng)力為：(3)

9、 溫度疲勞應(yīng)力IV區(qū)最大溫度梯度取92(/m)。板長5m， QUOTE ,查表可知 QUOTE ，故最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力為：計算溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)時，由自然區(qū)劃IV得參數(shù)， QUOTE ,.故溫度疲勞應(yīng)力：(4) 構(gòu)造可靠度判別二級公路的平安等級為三級，相應(yīng)于三級平安等級的變異水平等級為中級，目標可靠度為85%，確定可靠度系數(shù) QUOTE 。由于有即所設(shè)計的路基路面構(gòu)造可以承受設(shè)計基準期內(nèi)荷載應(yīng)力與溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用，因此設(shè)計合理。構(gòu)造示意圖如下： 普通混凝土面層 240 mm 水泥穩(wěn)定粒料 180 mm 石灰粉煤灰土 150 mm 土基4. 方案一設(shè)計校核30cm混凝土面層

10、+20cm水泥穩(wěn)定粒料基層(1) 路面材料參數(shù)確實定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31GPa。由于施工路段處于*IV類區(qū)劃，故土基模量取 QUOTE ，水泥穩(wěn)定粒料基層取 QUOTE 。普通混凝土面層的相對剛度半徑：(2) 荷載疲勞應(yīng)力標準軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載：由于縱縫為設(shè)拉桿平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù) QUOTE ，考慮設(shè)計期內(nèi)荷載應(yīng)力累計疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù) QUOTE ，根據(jù)公路等級，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞破壞影響的綜合系數(shù) QUOTE 。故疲勞荷載應(yīng)力為：(3) 溫度疲勞應(yīng)力IV區(qū)最大溫度梯度取92(/m)。板長5m， Q

11、UOTE ,查表可知 QUOTE ，故最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力為：計算溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)時，由自然區(qū)劃IV得參數(shù)， QUOTE ,.故溫度疲勞應(yīng)力：(4) 構(gòu)造可靠度判別二級公路的平安等級為三級，相應(yīng)于三級平安等級的變異水平等級為中級，目標可靠度為85%，確定可靠度系數(shù) QUOTE 。由于有即所設(shè)計的路基路面構(gòu)造可以承受設(shè)計基準期內(nèi)荷載應(yīng)力與溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用，因此設(shè)計合理。構(gòu)造示意圖如下： 普通混凝土面層 300 mm 水泥穩(wěn)定粒料 200 mm 土基二、路基邊坡穩(wěn)定性設(shè)計一、確定路基邊坡率由于本例中設(shè)計的路基屬于高路基，根據(jù)規(guī)*要求應(yīng)采用折線性邊坡。其中上段坡高8m，坡比1:

12、1.5；下段坡高17m，坡比1:1.75。路基邊坡示意圖圖如右圖所示：圖 SEQ 圖表 * ARABIC 1 路基邊坡示意圖二、穩(wěn)定性驗算1. 當量土柱換算將公路級汽車荷載換算成當量土柱高。路基寬度內(nèi)能并排兩輛重車，則車輛荷載(公路級荷載的重車為550kN)換算土柱高為：2. 繪制滑動曲線用4.5H法確定圓心輔助線。將坡頂和坡腳連成一直線，如圖中虛線所示。根據(jù)該連線的坡比，從書中表4-1查得邊坡角為 QUOTE ，輔助角 QUOTE ， QUOTE ，分別自坡腳作 QUOTE 和坡頂點作 QUOTE ，兩直線相交于O點；在坡腳A點作垂線AD=H=25m，過D作連接OE，滑動曲線圓心即在EO的延

13、長線上，如下列圖所示。并依此繪出不同位置的過坡腳的滑動曲線。本計算以第1條滑動曲線為例，R=47.5m。圖2 滑動面計算示意圖3. 分條計算穩(wěn)定系數(shù)將圓弧土體分段。本例按第一條滑動曲線分為16段，每個垂直土條的平均寬度為3.025m。計算每一分段面積時，將曲線形底部近似取直線，各分段圖形簡化成矩形、梯形或三角形，進而求出其近似面積。其中計算面積包括換算土柱局部的面積。各分條的抗滑力矩：滑動力矩：邊坡穩(wěn)定性系數(shù)：其中，摩擦系數(shù)現(xiàn)將計算結(jié)果匯于下表：土條力矩計算表表5土條號土條寬土條中心高 QUOTE 土條重土條對應(yīng)的圓心角 QUOTE 抗滑力矩滑動力矩12.162.6107.831.00100.

14、8420.5393675.2424312.54922.006.4245.760.93740.8060.5926029.8189408.92232.7510.31544.370.85720.7560.65511865.3119548.2542.7513.21697.490.77400.6990.71515749.3423158.3551.0014.1270.720.71950.6590.7527243.9478474.21364.0014.81136.640.65100.6060.79527030.832718.1874.0014.81136.640.54920.5220.85328683.53

15、28182.9984.0014.41105.920.44780.4330.90129257.5622746.0194.0013.61044.480.36180.3540.93528514.4617562.93104.0012.6967.680.27240.2690.96327058.6212364.53114.0011.4875.520.18610.1850.98324847.827693.632124.009.8752.640.10120.1010.99521501.793610.79132.808.1435.460.00300.0031.00012391.4962.05248143.206

16、.4393.22-0.0340-0.0340.99911108.96-635.044154.004.3330.24-0.1102-0.1100.9949113.361-1725.5163.751.5108.00-0.1779-0.1770.9842664.085-908.01按上表數(shù)據(jù)計算 QUOTE ，符合K值在1.251.50之間的要求。故可認為邊坡穩(wěn)定。其余各不同的滑動面計算過程與上類似，且計算所得K值均符合在1.251.50之間的要求，故認為邊坡設(shè)計合理。三、課程設(shè)計總結(jié)通過兩周時間的課程設(shè)計，我初步掌握了瀝青路面與混凝土路面的設(shè)計方法，了解了如何進展交通量換算與軸載當量換算，也對二級

17、公路路基路面構(gòu)造的選取有了一個初步的認識。通過對路基路面軟件HPDS2003的學習,也根本理解了軟件設(shè)計與對層底拉應(yīng)力、彎沉值校核的要點。這兩周的時間里，通過實踐更深刻的理解了以往抽象的理論知識，同時為將來的設(shè)計工作奠定了一定的根底。路面路基工程課程設(shè)計是路面路基工程課程的最后一個重要教學環(huán)節(jié)，也是本專業(yè)第一次也是最重要的一次較全面地運用一年來所學各方面知識進展實踐性訓練的重要環(huán)節(jié)。本次課程設(shè)計不僅牽涉到了本學期所學路基路面工程課程的內(nèi)容，還牽涉到了以前所學習的材料力學、構(gòu)造力學等課程內(nèi)容，可以說它是對一年多來前面所學各課程的一個很好總結(jié)，對不同科目的融會貫穿提出了新的要求。兩周的時間，是短暫而又漫長的。由于路基路面材料與構(gòu)造的選取局部內(nèi)容具有一定的難度，需要花費相當一局部時間去查找資料以及學習了解相關(guān)規(guī)*，在加上校核的反復性，使得整