路基路面課程設(shè)計(jì)

XXXX大學(xué)《路基路面工程》課程設(shè)計(jì)說明書課程名稱：路基路面工程題目：路基路面工程專業(yè)：道路橋梁與渡河工程學(xué)生姓名：XXX學(xué)號(hào)：XXXXX指導(dǎo)教師：XXXXXXXXXX設(shè)計(jì)教室：10#B503、504開始時(shí)間：2012年06月18H完成時(shí)間：2012年06月24日課程設(shè)計(jì)成績:學(xué)習(xí)態(tài)度及平時(shí)成績(30)技術(shù)水平與實(shí)際能力(20)創(chuàng)新(5)說明書撰寫質(zhì)量(45)總分(100)等級(jí)年月曰指導(dǎo)教師簽名:年月曰目錄TOC\o"1-5"\h\z1基本設(shè)計(jì)資料 12瀝青路面設(shè)計(jì) 11軸載分析 32結(jié)構(gòu)組合與材料選取 62.3各層材料的抗壓模量和劈裂強(qiáng)度 62.4設(shè)計(jì)指標(biāo)的確定 62.5路面結(jié)構(gòu)層厚度的計(jì)算 72.6防凍層厚度檢驗(yàn) 103水泥混凝土路面設(shè)計(jì) 121交通量分析 123.2初擬路面結(jié)構(gòu) 133.3確定材料參數(shù) 133.4計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力 143.5計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力 106防凍厚度檢驗(yàn)和接縫設(shè)計(jì) 12參考文獻(xiàn) 16

1基本設(shè)計(jì)資料擬設(shè)計(jì)道路路線位于微丘區(qū)，公路自然區(qū)劃為III區(qū)。地震烈度為六級(jí)。設(shè)計(jì)標(biāo)高243.50m,地下水位1.5m。平均稠度為1.08,季節(jié)性冰凍地區(qū)，凍結(jié)深度為1.2m,所經(jīng)地區(qū)多處為粉性土。表1-1交通組成及交通量表車型交通量(輛/晝夜)解放220CA10B解放150CA30A東風(fēng)160EQ140黃河80JN150黃河180JN162黃河100JN360長征190XD160交通120SH1412瀝青路面設(shè)計(jì)2.1軸載分析我國瀝青路面設(shè)計(jì)以雙輪組單軸載100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，表示為BZZ-lOOo標(biāo)準(zhǔn)軸載的計(jì)算參數(shù)按表3-1確定。表3-1標(biāo)準(zhǔn)軸載計(jì)算參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)軸載名稱BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載名稱BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載P(KN)100單輪當(dāng)量圓直徑d(mm)21.30輪胎接地壓強(qiáng)P(Mpa)0.70兩輪中心距(cm)1.5d(1)當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值設(shè)計(jì)指標(biāo)及瀝青基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，凡前、后軸軸載大于40kN的各級(jí)軸載弓的作用次數(shù)耳均換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)N。

N=N=f/=!式中：N-以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量次數(shù)；厲一被換算車型的各級(jí)軸載換算次數(shù)（次/日）；P—標(biāo)準(zhǔn)軸載（kN）;P-各種被換算車型的軸載（kN）；G—輪組系數(shù)，單輪組為6.4,雙輪組為1.0,四軸組為0.38；c2-軸數(shù)系數(shù)。K-被換算車型的軸載級(jí)別。當(dāng)軸間距離大于3m時(shí)，按單獨(dú)的一個(gè)軸載計(jì)算；當(dāng)軸間距離小于3m時(shí)，雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)按下面公式計(jì)算：C]=1+1.20-1）式中：m—軸數(shù)。表2-2軸載換算結(jié)果車型￡(RN)Gc2叫（次/口）ecu%嚴(yán)解放前軸19.4016.4220—CA10B后軸60.851125.35解放前軸26.5016.41507.62CA30A后軸2X36.12.2185.96東風(fēng)前軸23.7016.41601.95EQ140后軸69.202.212.02黃河前軸49.0016.48022.99JN150后軸101.601185.72黃河前軸59.5016.418031.38JN162后軸115.0011330.60黃河前軸50.0016.410031.38JN360后軸2X1102.216791.43長征前軸42.6016.419029.71XD160后軸2X85.22.214246.87交通前軸25.5516.41202.03SH141后軸55.10218.99則其設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)量軸次仗.：_[(l+"—l]x365切

式中N~設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道的累計(jì)當(dāng)量次數(shù)；t—設(shè)計(jì)年限，由材料知，t=15年；N-設(shè)計(jì)端竣工后一年雙向日平均當(dāng)量軸次；了一設(shè)計(jì)年限內(nèi)的交通量平均增長率，由材料知，丫二0.089：〃一車道系數(shù)，由材料知H二0.45。Ns(l+rjZ-lx365xqNs(l+rjZ-lx365xq5(1+0.05)-1+ 0.05>*11704e0.4=3.479xlO7（2）驗(yàn)算半剛性基層層底拉應(yīng)力的累計(jì)當(dāng)量軸次時(shí)，凡軸載大于50KN的各級(jí)軸載￡的作用次數(shù)耳均按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)N'。式中：N—以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量次數(shù);叫一被換算車型的各級(jí)軸載換算次數(shù)（次/日）；P—標(biāo)準(zhǔn)軸載（kN）；P—各種被換算車型的軸載（kN）；C；一輪組系數(shù)，雙輪組為1?0,單輪組為1&5,四輪組為0?09。C；—軸數(shù)系數(shù)；表2-3軸載換算結(jié)果車型PjkN)c2叫（次/口）cC“(％r解放前軸19.40118.5220—CA10B后軸60.851125.35解放前軸25.50118.515022.03CA30A后軸2X36.731117.22東風(fēng)前軸23.70118.51605.64EQ140后軸69.201122.99黃河前軸49.00118.58066.46JN150后軸101.601185.72黃河前軸59.50118.518090.71JN162后軸115.0011330.60

黃河JN360前軸50.00118.510090.71后軸2X110319261.04長征前軸42.60118.51QA85.88XD160后軸2X85.231iyu5791.19交通前軸25.55118.51on5.87SH141后軸55.1011iZU8.99rp— —10■?t(1+0.0850) -15陽)Tx365x；；\/(1+0.05)-11—+L— —1NsNe=0.0850.05>>16010.4>0.4=4.759xlO72.2結(jié)構(gòu)組合與材料選取根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》，路面結(jié)構(gòu)層釆用瀝青混凝土（190加加），基層釆用水泥穩(wěn)定碎石（厚度待定），底層釆用二灰土（400nun）,釆用三層式瀝青混凝土面層，表層釆用細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土（40加加），中面層采用中粒式密級(jí)配瀝青混凝土（60〃?加），下面層釆用粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土（90,77/7?）o2.3各層材料的抗壓模量和劈裂強(qiáng)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(qiáng)度已參照規(guī)范給出的推薦值確定。見表2-4o表2-4結(jié)構(gòu)組合參數(shù)層次材料名厚度(cm)抗壓回彈模量強(qiáng)度劈裂（Mpa）15。C模量20°C模量①細(xì)粒式瀝青混凝土4200014001.4②中粒式瀝青混凝土6160012001.0③粗粒式瀝青混凝土912009000.8④水泥穩(wěn)定碎石30150015000.5⑤二灰土20100010000.25⑥土基————2.4設(shè)計(jì)指標(biāo)的確定（1）設(shè)計(jì)彎沉值仃公路為一級(jí)，則公路等級(jí)系數(shù)人取1.0；面層是瀝青混凝土，則面層類型的系數(shù)人取1.0；路面結(jié)構(gòu)為半剛性基層瀝青路面，則路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)人取1.0。</=600曾％式中：ld~設(shè)計(jì)彎沉值N-設(shè)計(jì)年限內(nèi)的累計(jì)當(dāng)量年標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)&一公路等級(jí)系數(shù)，一級(jí)公路為1.0A-面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0人一基層類型系數(shù)，半剛性基層為1.0Id=600Ne-Q2AcAAb=600x（4.487x10?）_°2xlxlxl=17.69mm（2）各層材料按容許層底拉應(yīng)力樂，按下列公式計(jì)算：式中：<yR—路面結(jié)構(gòu)材料的極限抗拉強(qiáng)度（Mpa）；7?—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(jì)年限R次加載疲勞彎拉應(yīng)力（Mpa）；k~抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。對(duì)瀝青混凝土面層的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)：Ks=0.09NeO22/Ac=9.769對(duì)無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料類的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)：Ks=0.35Neoli/Ac=3.647對(duì)無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)土類的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)：Ks=O.45^e011/Ac=4.689表2-5結(jié)構(gòu)層容許彎拉應(yīng)力材料名稱b、(Mpa)(rK(Mpa)細(xì)粒瀝青混凝土1.44.110.34

中粒瀝青混凝土1.04.110.24粗粒瀝青混凝土0.84.110.19水泥穩(wěn)定碎石0.52.450.20二灰土0.253.150.082.5路面結(jié)構(gòu)層厚度的計(jì)算新建路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算一級(jí)公路5一級(jí)公路5BZZ-10017.69(0.01mm)415(cm)新建路面的層數(shù)標(biāo)準(zhǔn)軸載路面設(shè)計(jì)彎沉值路面設(shè)計(jì)層層位設(shè)計(jì)層最小厚度層位結(jié)構(gòu)層材料名稱 厚度(cm)抗壓模量(MPa)抗壓模量(MPa)容許應(yīng)力(MPa)1細(xì)粒式瀝青混凝土(20°C)(15°C)414002000.342中粒式瀝青混凝土612001600.243粗粒式瀝青混凝土99001200.194水泥穩(wěn)定碎石??15001500?25石灰粉煤灰土2010001000.086土基35按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度：LD=17.69(0.01mm)H(4)=35cm LS=7(0.01mm)H(4)=40cm LS=17.1(0.01mm)H(4)=38.2cm(僅考慮彎沉)按容許拉應(yīng)力驗(yàn)算設(shè)計(jì)層厚度：

H(4)=38.2cm(第層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求）H(4)=H(4)=38.2cm(第層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求）H(4)=38.2cm(第2H(4)=38.2cm(第3H(4)=38.2cm(第4H(4)=38.2cm(第5路面設(shè)計(jì)層厚度：H(4)=H(4)=驗(yàn)算路面防凍厚度層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求）層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求）層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求）層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求）38.2cm（僅考慮彎沉）38.2cm（同時(shí)考慮彎沉和拉應(yīng)力）路面最小防凍厚度50cm驗(yàn)算結(jié)果表明，路面總厚度滿足防凍要求?通過對(duì)設(shè)計(jì)層厚度取整，最后得到路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果如下:細(xì)粒式瀝青混凝土4cm中粒式瀝青混凝土6cm粗粒式瀝青混凝土9cm水泥穩(wěn)定碎石39cm石灰粉煤灰土20cm土基2.6防凍層厚度檢驗(yàn)根據(jù)規(guī)范知：在季節(jié)性冰凍地區(qū)的中濕路段，路面設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行防凍厚度的檢驗(yàn)，如小于規(guī)范定的最小防凍厚度時(shí)，應(yīng)增設(shè)或加墊層使路面總厚度達(dá)到要求。路面結(jié)構(gòu)層總片丿叟h二4+6+9+22+40二8lcm,大J-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(jì)3.1交通量分析（1）標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算我國公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范以汽車軸重為100kN的單軸荷載作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載，表示為BZZ-lOOo凡前、后軸載大于40KN（單軸）的軸數(shù)均應(yīng)換算成標(biāo)準(zhǔn)軸數(shù),換算公式為：式中：N-100KN的單軸一雙輪組標(biāo)準(zhǔn)軸數(shù)的通行次數(shù);P-各類軸一輪型；級(jí)軸載的總重（KN）;”一軸型和軸載級(jí)位數(shù)；“一各類軸一輪型i級(jí)軸載的通行次數(shù)；5,—軸一輪型系數(shù)。表3-1軸載換算結(jié)果車型匕（kN）n.（次/日）解放前軸19.40220—CA10B后軸60.850.078解放CA30A前軸26.50—后軸2X36.71500.443X10-5東風(fēng)前軸23.70160—EQ140后軸69.200.442黃河前軸49.0080—JN150后軸101.60103.13黃河前軸59.5018017.02JN162后軸115.001684.37黃河前軸50.001004.56JN360后軸2X11098.36長征前軸42.60190—XD160后軸2X85.23.317交通前軸25.551on—SH141后軸55.101ZU0.0087則設(shè)計(jì)年限內(nèi)設(shè)計(jì)車道的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)：n=/式中：Ne~標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)當(dāng)量作用次數(shù);t一設(shè)計(jì)基準(zhǔn)年限；Y一交通量年平均增長率，由材料知，丫=0?089；n-臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)，如下表3?2。公路等級(jí)縱縫邊緣處高速公路、一級(jí)公路、收費(fèi)站0.17?0.22二級(jí)及二級(jí)以下公路行車道寬>7m0.34?0.39行車道寬W7m0.54?0.62表3-2混凝土路面臨界荷位車輛輪跡橫向分布系數(shù)N嚴(yán)N」（l+"—l]x365x〃=6.68xlOd次。3.2初擬路面結(jié)構(gòu)因?yàn)榻煌?X10'<38.3XIO^100X10*次，故可知交通屬于中等交通。由以上可知相應(yīng)于安全等級(jí)為三級(jí)的變異水平等級(jí)為中級(jí)，根據(jù)二級(jí)公路、中等交通等級(jí)和中級(jí)變異水平等級(jí)。查規(guī)范知：初擬普通混凝土面層厚為220mm：基層選用石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料，厚為180mm：墊層為150mm的低劑量無機(jī)結(jié)合穩(wěn)定土。普通混凝土板的平面尺寸為寬4.5m；長為5.0mo3.3確定材料參數(shù)取普通混凝土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為4?5Mpa,相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為29Gpa；路基回彈模量為35Mpa；低劑量無機(jī)結(jié)合穩(wěn)定土墊層回彈模量為600Mpa；石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料基層回彈模量取1300Mpao基層頂面當(dāng)量的回彈模量值計(jì)算如下：匚 h遲+也1300x0.202+600x0.152讓。升人“E= = ； ； =\63?7'MPaxh：+h： 0.20-+0.15-

D/迢+/7遲+(H(1x12 4E^+EJu1300x0.204計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力根據(jù)一級(jí)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04計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力根據(jù)一級(jí)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：= + ( + )12 4 1300x0.20 600x0.15=2.57MN訕12￡)i/?=(—-^)3=0.61mExa=6.22[1-1.51(|^)-°45]=6.22x[l-1.51x(1^^嚴(yán)】=仙Fb=l_1.44(才)55Fb=l_1.44(才)55=1-1.44(163.7535嚴(yán)5=043= =4.167x0.610-x35x(__r=179.75^.普通混凝土面層的相對(duì)剛度半徑為:/=0.537/z0.537x0.22x1<29000y/=0.537/z0.537x0.22x1<29000y<179.75>=0.643加“0.537疤7可b“0.537疤7可b亍kfk,.k<Qpsf=O.O77/06/?-2kf=H-混凝土板的厚度(m);E-水泥混凝土的彎沉彈性模量(Mpa)；op—標(biāo)準(zhǔn)軸載匕在臨界荷位處產(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=0.87?0.92,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，"0.76?0.84,；k-考慮偏載和動(dòng)載因素對(duì)路面疲勞損壞影響綜合系數(shù)，按公路等級(jí)查下表3-3；表3-3 綜合系數(shù)kc公路等級(jí)高速公路一級(jí)公路二級(jí)公路三、四級(jí)公路kc1.301.251.201.10Op-標(biāo)準(zhǔn)軸載巳在四邊自由板的臨界荷載處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力（Mpa）。f=0.077/°6/?~2=0.0770XO.64306x0.22-2=1.220MR/,k,=N：?=2.081根據(jù)公路等級(jí)，考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜和系數(shù)^.=1.20，則荷載疲勞應(yīng)力為:bp=kfkka=Q.87X2.081X1.20X1.220=2.65MPa3.5計(jì)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）o板長5m,L/r=5.92;己知混凝土板厚0.25m,Bx=0.63o則可知最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力：%/￡蘭丄式中：a-混凝土的溫度線膨脹系數(shù):Te一最大溫度梯度,T=88°c/m；B-綜合溫度翹區(qū)應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù)；

。詬一最大溫度梯度時(shí)土板的溫度翹取應(yīng)力（Mpa）。=2A5MPa_1.0xICT'x29000x0.25x88x0.63=2A5MPa2溫度疲勞系數(shù) &=厶［。（字）「-切，式中a,b和c為回歸系數(shù)，按所在地區(qū)公路b伽 fr自然區(qū)劃查下表3-4o表3-4回歸系數(shù)a，b和c系數(shù)公路自然區(qū)IIIIIIVVVIVIIa0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270k,=-^-[°（玉