路基路面課程設計樣本

資料內(nèi)容僅供您學習參考，如有不當或者侵權，請聯(lián)系改正或者刪除?！堵坊访婀こ獭氛n程設計計算書1、重力式擋土墻設計2、邊坡穩(wěn)定性設計3、瀝青混凝土路面設計

4、水泥混凝土路面設計目錄第1題重力式擋土墻設計 11.1設計資料 11.2設計任務 11.3設計參數(shù) 11.4車輛荷載換算 21.5主動土壓力計算 21.6擋土墻計算 5第2題邊坡穩(wěn)定性設計 92.1設計資料 92.2汽車荷載換算 92.3圓弧條分法 102.4結果分析 15第3題瀝青混凝土路面設計 173.1設計資料 173.2設計軸載與路面等級 173.3確定土基回彈模量 193.4路面結構組合設計 203.5路面厚度計算 213.6竣工驗收彎沉值和層底拉應力計算 22第4題水泥混凝土路面設計 244.1設計資料 244.2交通分析 244.3初擬路面結構 244.4路面材料參數(shù)確定 244.5荷載疲勞應力 254.6溫度疲勞應力 261重力式擋土墻設計1.1設計資料(1)漿砌片石重力式仰斜路堤墻,墻頂填土邊坡1:1.5,墻身縱向分段長度為,路基寬度,路肩寬度.(2)基底傾斜角,取汽車荷載邊緣距路肩邊緣.(3)設計車輛荷載標準值按公路－I級汽車荷載采用,即相當于汽車—超20級、掛車120(驗算荷載)。(4)墻后填料砂性土容重,填料與墻背的外摩擦角;粘性土地基與漿砌片石基底的摩擦系數(shù),地基容許承載力.(5)墻身采用2.5號砂漿砌25號片石,圬工容重,容許壓應力,容許剪應力,容許拉應力.1.2設計任務(1)車輛荷載換算。(2)計算墻后主動土壓力及其作用點位置。(3)設計擋土墻截面,墻頂寬度和基礎埋置深度應符合規(guī)范要求。進行抗滑動穩(wěn)定性驗算及抗傾覆穩(wěn)定性驗算。(4)基礎穩(wěn)定性驗算與地基承載力驗算。(5)擋土墻正截面強度及抗剪強度驗算。1.3設計參數(shù)1.3.1幾何參數(shù)墻高,取基礎埋深,墻身縱向分段長度;墻背仰斜坡度1:0.2,,墻底傾斜度,傾斜角;墻頂填土高度,填土邊坡坡度1:1.5,,汽車荷載邊緣距路肩邊緣.1.3.2力學參數(shù)墻后砂性土填料內(nèi)摩擦角,填料與墻背外摩擦角,填土容重;墻身采用2.5號砂漿砌25號片石,墻身砌體容重,砌體容許壓應力,砌體容許剪應力,砌體容許拉應力;地基容許承載力.1.4車輛荷載換算查閱《公路路基設計手冊》,按車帶寬均攤的方法,計算各級荷載換算土柱高,并確定車輛荷載作用寬度。1.4.1計算荷載:汽車—超20級汽車—超20級對應的換算土層厚度,內(nèi)數(shù)值大于分段長度,取從而求得.車輛荷載作用寬度.1.4.2驗算荷載:掛車—120掛車—120,,布置在路基全寬上。車輛荷載作用寬度.1.5主動土壓力計算1.5.1計算荷載:汽車—超20級1)計算破裂角假設破裂面交于荷載中部,則堤頂破裂面至墻踵:荷載內(nèi)緣至墻踵:荷載外緣至墻踵:因,故破裂面交與荷載中部,假設正確。2)計算主動土壓力,水平分量豎直分量3)主動土壓力作用點位置因墻底傾斜,故取修正值其中,擋土墻頂寬由1.6欄中的試算確定。1.5.2驗算荷載:掛車—120計算方法和公式同計算荷載,在式中取,.計算結果如下:1)計算破裂角假設破裂面交于荷載中部,則堤頂破裂面至墻踵:荷載內(nèi)緣至墻踵:荷載外緣至墻踵:因,故破裂面交與荷載中部,假設正確。2)計算主動土壓力,水平分量豎直分量3)主動土壓力作用點位置因墻底傾斜,故取修正值其中,擋土墻頂寬由1.6欄中的試算確定。1.6擋土墻計算比較計算荷載與驗算荷載,發(fā)現(xiàn)驗算荷載的土壓力較大。由于基底摩擦系數(shù)較小,估計為滑動控制,故先采用驗算荷載即掛車—120的土壓力計算。這里只對荷載組合Ⅱ進行計算。經(jīng)試算,取擋土墻頂寬.圖1-1重力式擋土墻設計示例1.6.1墻身自重計算墻身體積,,,墻身自重,,,1.6.2抗滑穩(wěn)定性與抗傾覆穩(wěn)定性驗算作用于墻底(即基底)的豎向力,抗滑穩(wěn)定系數(shù),滿足抗滑要求。墻身自重力臂,抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)滿足抗傾覆要求。驗算結果表明,斷面尺寸由滑動控制,故不必采用汽車—超20級的土壓力計算。1.6.4基底應力及合力偏心距驗算豎向力至墻趾A的距離,墻底斜寬基底合力偏心距,基底應力,滿足要求。1.6.5墻身截面強度驗算墻面、墻背相互平行,截面最大應力出現(xiàn)在接近基底處。偏心距和基底應力經(jīng)檢驗均滿足要求。墻身截面應力也能滿足墻身材料要求,故可不做檢驗。綜上可知,所擬截面符合要求,擋土墻頂寬.2邊坡穩(wěn)定性設計2.1設計資料路線經(jīng)過區(qū)域路基填土為粘土,邊坡為梯形邊坡,分兩級,土力學的指標:塑限14%,液限27%,含水量19%,天然容重18KN/m3,粘聚力19KPa,內(nèi)摩擦角27°,公路按一級公路標準,雙向四車道,設計車速為80Km/h,路基寬度為24.5m,荷載為車輛重力標準值550KN,中間護坡道取2m,車道寬度3.75m,硬路肩2.5m,土路肩0.75m,進行最不利布載時對左右各布3輛車。2.2汽車荷載換算在進行邊坡穩(wěn)定性分析時,需將車輛按最不利情況排列,去單位長度路段,并將車輛的設計荷載換算成當量土柱高度.按《公路工程技術標準》規(guī)定,對于標準車輛荷載前后輪最大軸距為12.8m.取后輪輪距為1.8m,相鄰兩車后輪中心間距為1.3m,輪胎著地寬度為0.6m,則m其中,為橫向分布車輛數(shù),為一輛車的重力,為橫向分布車輛輪胎最外緣之間的總距,m.2.3圓弧條分法2.3.1用4.5H法確定圓心輔助線①自坡腳點向下作垂線,垂線長.②自點向右作水平線,.即圓心輔助線上一點。③平均邊坡,據(jù)此查表得.④以點為中心,把逆時針旋轉角至;以點為中心,把水平線順時針旋轉角至;即為圓心輔助線上另一點。⑤連接,并延長至,則即為圓心輔助線。結果如圖所示。圖2-14.5H法確定危險圓心輔助線2.3.2假設滑動曲線經(jīng)過路基中線1)計算步驟①圓弧范圍內(nèi)土條分10段,每段寬3.45m.②計算曲線每一分段距圓心豎線之間的偏角,其中,為各段中心橫坐標,圓心豎線右側為正,左側為負,為滑動曲線半徑。③將土條底部曲線近似看做直線,計算個分段面積,其中包括土柱部分面積。④取路堤1m長,計算各分段重力.并計算其法向分量,切向分量.⑤直接用CAD讀出滑動曲線總長.⑥計算穩(wěn)定系數(shù),其中,摩擦系數(shù),粘聚力.2)計算結果經(jīng)過CAD軟件對土條10等分,取每段土條中位線深度作為土條深度,并記下相關數(shù)據(jù)。圖2-2滑動曲線經(jīng)過路基中線具體數(shù)據(jù)如下表所示:表2-1曲線經(jīng)過路基中線的邊坡穩(wěn)定性分析分段土條深度(m)(kN/m)(kN/m)(kN/m)11.85-24.22-0.410.916.38114.89104.77-47.1325.08-15.50-0.270.9617.53315.47303.99-84.3137.76-7.15-0.120.9926.77481.90478.15-59.9849.931.040.021.0034.26616.65616.5511.19510.739.250.160.9937.02666.33657.67107.11612.3017.640.300.9542.44763.83727.91231.47714.3426.440.450.9049.47890.51797.37396.51812.2635.970.590.8142.30761.35616.18447.1999.2446.830.730.6831.88573.80392.58418.49104.5660.570.870.4915.73283.18139.14246.63合計4834.311667.17注:土條寬3.45m,滑動曲線長L=41.92m.最后算得邊坡穩(wěn)定系數(shù).2.3.3滑動曲線經(jīng)過距左邊緣路基1/4路基寬度處用類似的方法對土條10等分,仍取每段土條中位線深度作為土條深度,結果如下,圖2-3滑動曲線經(jīng)過距左邊緣路基1/4路基寬度處具體數(shù)據(jù)如下表所示:表2-2曲線經(jīng)過距左邊緣路基1/4路基寬度處的邊坡穩(wěn)定性分析分段土條深度(m)(kN/m)(kN/m)(kN/m)11.08-8.97-0.160.993.0755.2154.53-8.6122.99-2.70-0.051.008.49152.85152.68-7.2034.533.580.061.0012.87231.57231.1214.4645.889.820.170.9916.70300.59296.1851.2756.8416.220.280.9619.43349.66335.7497.6766.5423.050.390.9218.57334.32307.63130.9077.0929.800.500.8720.14362.44314.51180.1287.4837.280.610.8021.24382.38304.25231.6196.5545.610.710.7018.60334.84234.23239.27103.1355.370.820.578.89160.0190.93131.66合計2321.821061.15注:土條寬2.84m,滑動曲線長L=33.46m.最后算得邊坡穩(wěn)定系數(shù).2.3.4滑動曲線經(jīng)過距右邊緣路基1/4路基寬度處用類似的方法對土條12等分,仍取每段土條中位線深度作為土條深度,結果如下,圖2-4滑動曲線經(jīng)過距右邊緣路基1/4路基寬度處具體數(shù)據(jù)如下表所示:表2-3曲線經(jīng)過距右邊緣路基1/4路基寬度處的邊坡穩(wěn)定性分析分段土條深度(m)(kN/m)(kN/m)(kN/m)12.43-38.15-0.620.798.24148.28116.61-91.6026.59-28.60-0.480.8822.34402.12353.06-192.49310.05-19.13-0.330.9434.07613.25579.39-200.97412.94-11.57-0.200.9843.87789.60773.55-158.37514.60-3.49-0.061.0049.49890.89889.24-54.23616.684.390.081.0056.551017.811014.8377.91718.8912.510.220.9864.041152.671125.30249.68818.8720.830.360.9363.971151.451076.19409.45917.2729.650.490.8758.551053.82915.83521.321014.9539.320.630.7750.68912.25705.73578.051111.5750.600.770.6339.22706.00448.12545.55126.1165.750.910.4120.71372.83153.13339.93合計8150.972024.24注:土條寬3.39m,滑動曲線長L=51.98m.最后算得邊坡穩(wěn)定系數(shù).由以上結果可知,第二條曲線(經(jīng)過距左邊緣路基1/4路基寬度處)穩(wěn)定系數(shù)最小,而且是最靠左邊,故下面再計算經(jīng)過路基左邊緣的滑動曲線的穩(wěn)定系數(shù)。2.3.5滑動曲線經(jīng)過路基左邊緣對土條7等分,取每段土條中位線深度作為土條深度,結果如下,圖2-5滑動曲線經(jīng)過路基左邊緣具體數(shù)據(jù)如下表所示:表2-4曲線經(jīng)過距右邊緣路基1/4路基寬度處的邊坡穩(wěn)定性分析分段土條深度(m)(kN/m)(kN/m)(kN/m)10.689.480.160.992.1638.9238.396.4121.8015.300.260.965.72103.0399.3827.1932.5721.280.360.938.17147.11137.0853.3942.9427.520.460.899.35168.29149.2477.7652.6934.130.560.838.55153.98127.4686.3961.4241.310.660.754.5281.2861.0553.6670.7449.400.760.652.3542.3627.5732.16合計640.17336.95注:土條寬3.18m,滑動曲線長L=26.52m.最后算得邊坡穩(wěn)定系數(shù).2.4結果分析由以上結果可知,第二條曲線(經(jīng)過距左邊緣路基1/4路基寬度處)為極限滑動面,其穩(wěn)定系數(shù)滿足范圍(1.25—1.50)要求,因此所給邊坡滿足邊坡穩(wěn)定性要求。3.瀝青混凝土路面設計3.1設計資料廣州郊區(qū)(IV區(qū))某新建雙向2車道二級公路,擬采用瀝青混凝土路面,行車道中央劃雙線分隔。路基土為高液限粘土,地下水位為－1.05m,路基填土高度0.5m,預計通車初年的交通組成及交通量如下表所示:表3-1預測交通組成及交通量車型前軸重(kN)后軸重(kN)后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距(m)交通量(輛/d)黃河JN16358.6114.0120380江淮AL660017.026.5120440東風EQ14023.669.3120185東風SP925050.7113.3324200北京BJ13013.427.4120200交通量年平均增長率7％,沿線可開采碎石、砂礫,并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供應。3.2設計軸載與路面等級路面設計以雙輪組單軸載100kN為標準軸載。3.2.1以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標1)軸載換算采用公式,其中,為標準軸載的當量軸次(次/日)為軸數(shù)系數(shù)為輪組系數(shù),雙輪組為1.0,單論組為6.4為各種被換算車輛的作用次數(shù)(次/日)為各種被換算車輛的軸型(kN)為標準軸載(kN)當軸間距大于3m時,按單獨的一個軸計算,此時軸數(shù)系數(shù)為1;當軸間距小于3m時,雙輪或多輪的軸系數(shù)按公式計算,式中為軸數(shù)。軸載換算結果見下表,表3-2以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標的軸載換算車型(kN)(次/日)(次/日)黃河JN163前軸58.616.4380237.86后軸11411380671.92江淮AL6600前軸1716.44401.26后軸26.5114401.36東風EQ140前軸23.716.41852.26后軸69.21118537.29東風SP9250前軸50.716.420066.68后軸113.3116001032.88北京BJ130前軸13.5516.42000.21后軸27.2112000.69合計2052.432)累計當量軸次瀝青路面二級公路設計年限以計,雙向兩車道車道系數(shù),則累計當量軸次,(次)屬于中等交通。3.2.2以半剛性材料層的拉應力為設計指標1)軸載換算采用公式,其中,為軸數(shù)系數(shù)為輪組系數(shù),雙輪組為1.0,單輪組為18.5其余符號意義同前。單軸,雙輪或多輪的軸系數(shù)按公式計算,式中為軸數(shù)。軸載換算結果見下表,表3-3以半剛性材料層的拉應力為設計指標的軸載換算車型(kN)(次/日)(次/日)黃河JN163前軸58.6118.538097.75后軸114113801083.98江淮AL6600前軸17118.54400.01后軸26.5114400.01東風EQ140前軸23.7118.51850.03后軸69.2111859.73東風SP9250前軸50.7118.520016.15后軸113.3116001629.26北京BJ130前軸13.55118.52000.00后軸27.2112000.01合計2836.942)累計當量軸次瀝青路面二級公路設計年限以計,雙向兩車道車道系數(shù),則累計當量軸次,(次)3.3確定土基回彈模量3.3.1確定臨界高度廣州郊區(qū)(IV區(qū)),路基土為高液限粘土,查表取路基臨界高度.3.3.2擬定土的平均稠度地下水位為－1.05m,路基填土高度0.5m,,故土基屬中濕路基,查表取平均稠度。3.3.3預估路基回彈模量再根據(jù)土類和自然區(qū)劃以及平均稠度,并考慮到采用重型擊實標準時,路基回彈模量可較表列數(shù)值提高20%-35%,取土基回彈模量設計值為.3.4路面結構組合設計3.4.1擬定路面結構組合方案二級公路中等交通路面宜采用雙層結構,面層類型選擇瀝青混凝土。其中,表面層采用細粒式密集配瀝青混凝土,下面層采用粗粒式密集配瀝青混凝土。由于沿線可開采碎石、砂礫,并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供應,故基層和底基層分別采用石灰粉煤灰碎石基層和石灰土穩(wěn)定碎石。擬定方案:3cm細粒式密集配瀝青混凝土+7cm粗粒式密集配瀝青混凝土+20cm石灰粉煤灰碎石基層+?石灰土穩(wěn)定碎石,以石灰土穩(wěn)定碎石為設計層。3.4.2各層材料設計參數(shù)查表,確定各層材料的抗壓回彈模量。當以路表彎沉值為設計驗算指標時,取標準試驗溫度為20℃;當以層底拉應力為設計驗算指標時,取標準試驗溫度為15℃。然后查表確定各層材料劈裂強度,并借助HPDSA軟件計算各層材料容許拉應力(容許拉應力計算公式為,抗拉強度結構系數(shù)按結構材料類型選擇相應公式計算)。軟件計算結果如下表:表3-4各層材料設計參數(shù)層位結構層材料名稱厚度(cm)抗壓模量(MPa)劈裂強度(MPa)容許拉應力(MPa)20℃15℃1細粒式瀝青混凝土314001.40.512粗粒式瀝青混凝土7100015000.80.263石灰粉煤灰碎石20130013000.70.374石灰土穩(wěn)定碎石?9009000.350.183.5路面厚度計算3.5.1設計彎沉二級公路等級系數(shù),瀝青混凝土面層系數(shù),半剛性基層瀝青路面結構類型系數(shù),故設計彎沉,3.5.2路面結構厚度計算同樣借助HPDSA軟件計算。首先,確定設計層最小厚度為15cm,路面最小防凍厚度50cm.然后輸入抗壓模量、容許應力、設計彎沉、厚度等參數(shù),進行厚度計算。1)按設計彎沉值計算設計層厚度LD=27.01(0.01mm)H(4)=20cmLS=29.3(0.01mm)H(4)=25cmLS=26.1(0.01mm)H(4)=23.6cm(僅考慮彎沉)2)按容許拉應力驗算設計層厚度H(4)=23.6cm(第1層底面拉應力驗算滿足要求)H(4)=23.6cm(第2層底面拉應力驗算滿足要求)H(4)=23.6cm(第3層底面拉應力驗算滿足要求)H(4)=23.6cm(第4層底面拉應力驗算滿足要求)路面設計層厚度:H(4)=23.6cm(僅考慮彎沉)H(4)=23.6cm(同時考慮彎沉和拉應力)3)驗算路面防凍厚度路面最小防凍厚度50cm,驗算結果表明,路面總厚度滿足防凍要求。3.5.3各結構層厚度對設計層厚度取整,得到各結構層厚度最終結果,細粒式密集配瀝青混凝土:3cm粗粒式密集配瀝青混凝:7cm石灰粉煤灰碎石基層:20cm石灰土穩(wěn)定碎石:24cm3.6竣工驗收彎沉值和層底拉應力計算依然利用HPDSA軟件。輸入抗壓模量、厚度等參數(shù),進行竣工驗收彎沉值和層底拉應力計算。1)計算新建路面各結構層及土基頂面竣工驗收彎沉值第1層路面頂面竣工驗收彎沉值LS=26.6(0.01mm)第2層路面頂面竣工驗收彎沉值LS=29.1(0.01mm)第3層路面頂面竣工驗收彎沉值LS=34.6(0.01mm)第4層路面頂面竣工驗收彎沉值LS=82(0.01mm)土基頂面竣工驗收彎沉值,LS=261.9(0.01mm)(根據(jù)”基層施工規(guī)范”第88頁公式)LS=207(0.01mm)(根據(jù)”測試規(guī)程”第56頁公式)2)計算新建路面各結構層底面最大拉應力第1層底面最大拉應力σ(1)=-.273(MPa)第2層底面最大拉應力σ(2)=-.068(MPa)第3層底面最大拉應力σ(3)=.069(MPa)第4層底面最大拉應力σ(4)=.134(MPa)可見,各結構層底面最大拉應力均小于各自的容許拉應力,故滿足應力要求。4路面設計4.1水泥混凝土路面設計交通組成表車型名稱單軸單輪組的個數(shù)軸重(KN)單軸雙輪組個數(shù)軸重(KN)雙軸單輪組的個數(shù)軸重(KN)三軸單輪組的個數(shù)軸重(KN)交通量黃海DD64013217000001561解放CA108119.4160.8500001600黃河JN36015000122000510五十鈴EXR1811601100120000694.1.1軸載分析水泥混凝土路面結構設計以100KN單軸—雙輪組荷載為標準軸載。⑴以設計彎沉值為指標及驗算面層層底拉力中的累計當量軸次。①軸載換算:式中:——100KN的單軸—雙輪組標準軸載的作用次數(shù);——單軸—單輪、單軸—雙輪組、雙軸—雙輪組或三軸—雙輪組軸型i級軸載的總重KN;——各類軸型i級軸載的作用次數(shù);——軸型和軸載級位數(shù);——軸—輪型系數(shù),單軸—雙輪組時,=1;單軸—單輪時,按式計算;雙軸—雙輪組時,按式;三軸—雙輪組時,按式計算。軸載換算結果如表所示車型名稱黃海DD640前軸32.002.22×103×32.00-0.431561—后軸70.00115615.188解放CA108前軸19.402.22×103×19.40-0.431600—后軸60.85116000.526黃河JN360前軸50.002.22×103×50.00-0.435103.52×10-0.8后軸220.001.07×10-5×220.00-0.22510501.63五十鈴EXR181前軸60.002.22×103×60.00-0.43697.430后軸300.002.24×10-8×100.00-0.226924.157531.508注:軸載小于40KN的軸載作用不計。②計算累計當量軸次根據(jù)表設計規(guī)范,二級公路的設計基準期為20年,安全等級為二級,輪跡橫向分布系數(shù)是0.34~0.39取0.39,gr=0.086,則其交通量在中,故屬重交通等級。4.1.2初擬路面結構根據(jù)二級公路、重交通等級和低級變異水平等級,查表4.4.6初擬兩種方案。如下:方案一:普通混凝土面層厚度為22cm,基層采用水泥穩(wěn)定粒料(水泥用量5%),厚15cm。墊層為15cm天然砂礫材料。普通混凝土板的平面尺寸為寬3.5m,長5.0m?？v縫為設拉桿平縫,橫縫為設傳力桿的假縫。方案二:普通混凝土面層厚度為22cm,基層采用水泥穩(wěn)定粒料(水泥用量5%),厚15cm。墊層為15cm級配碎礫石。普通混凝土板的平面尺寸為寬3.5m,長5.0m。縱縫為設拉桿平縫,橫縫為設傳力桿的假縫。4.1.3路面計算(方案一)4.1.3.1路面材料參數(shù)確定確定基層頂面當量回彈模量查《路基路面工程》(第三版)表16—26和表16—27取土基抗壓回彈模量Eo=35MPa,水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取E1=1500MPa,天然砂礫回彈模量取E2=200MPa,取值與設計值一樣。按表16—23和表16—25,混凝土面層設計彎拉強度:fr=5.0MPa,相應彎拉彈性模量為Ec=31×104MPa計算基層頂面當量回彈模量如下:=1.0737MN.m式中:Et——基層頂面的當量回彈模量,MPa;E0——路床頂面的回彈模量,Ex——基層和底基層或墊層的當量回彈模量,——基層和底基層或墊層的回彈模量,——基層和底基層或墊層的當量厚度,——基層和底基層或墊層的當量彎曲剛度,——基層和底基層或墊層的厚度,——與Ex/E0有關的回歸系數(shù)普通混凝土面層的相對剛度半徑按式(16-52b)計算為:4.1.3.2計算荷載疲勞應力按式(16-52b),標準軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力計算為:因縱縫為設拉桿平縫,接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)Kr=0.87?？紤]設計基準期內(nèi)荷應力累計疲勞作用的疲勞應力系數(shù)(v—與混合料性質有關的指數(shù),普通混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土,ν=0.057;碾壓混凝土和貧混凝土,ν=0.065;鋼纖維混凝土,按)根據(jù)公路等級,由表16-24考慮偏載和動載等因素,對路面疲勞損失影響的綜合系數(shù)Kc=1.20,按式(16-49),荷載疲勞應力計算為4.1.3.3溫度疲勞應力由表16-28,Ⅳ區(qū)最大溫度梯度取88(℃／m)。板長5m,,由圖16-14可查普通混凝土板厚。按式(16-56),最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應力計算為:溫度疲勞應力系數(shù)Kt,按式(B.2.3)計算為式中:a、b、c—回歸系數(shù),按所在地區(qū)的公路自然區(qū)劃查表B.2.3確定。再由式(16-55)計算溫度疲勞應力為查表16-20,二級公路的安全等級為三級,相應于三級安全等級的變異水平為中級,目標可靠度為85%。再據(jù)查得的目標可靠度和變異水平等級,查表16-22,確定可靠度系數(shù)按式(16-48)因而,所選混凝土面層厚度(0.22m)能夠承受設計基準期內(nèi)荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用。各計算步驟以及公式都參照方案一來計算,得出結果如下:設計內(nèi)容:新建單層水泥混凝土路面設計公路等級:二級公路變異水平的等級:中級可靠度系數(shù):1.10面層類型:普通混凝土面層車型名稱單軸單輪組的個數(shù)軸重(KN)單軸雙輪組個數(shù)軸重(KN)雙軸單輪組的個數(shù)軸重(KN)三軸單輪組的個數(shù)軸重(KN)交通量黃海DD64013217000001561解放CA108119.4160.8500001600黃河JN36015000122000510五十鈴EXR181160110012000069行駛方向分配系數(shù)1車道分配系數(shù)1輪跡橫向分布系數(shù).39交通量年平均增長率6.8％混凝土彎拉強度5MPa混凝土彎拉模量31000MPa混凝土面層板長度5m地區(qū)公路自然區(qū)劃Ⅳ面層最大溫度梯度88℃/m接縫應力折減系數(shù).87基(墊)層類型----新建公路土基上修筑的基(墊)層層位基(墊)層材料名稱厚度(mm)回彈模量(MPa)1水泥穩(wěn)定粒料15015002天然砂礫1502003土基35基層頂面當量回彈模量ET=141.5MPaHB=220r=.713SPS=1.3SPR=3.2BX=.7STM=2.1KT=.5STR=1.04SCR=4.24GSCR=4.66RE=-6.8%設計車道使用初期標準軸載日作用次數(shù):602路面的設計基準期:20年設計基準期內(nèi)標準軸載累計作用次數(shù):3437320路面承受的交通等級:重交通等級基層頂面當量回彈模量:141.5MPa混凝土面層設計厚度:220mm經(jīng)過對設計層厚度取整以及設計人員對路面厚度進一步的修改,最后得到路面結構設計結果如下:---------------------------------------普通混凝土面層220mm---------------------------------------水泥穩(wěn)定粒料150mm---------------------------------------天然砂礫150mm---------------------------------------土基4.1.4方案二計算4.1.4.1路面材料參數(shù)確定確定基層頂面當量回彈模量查《路基路面工程》(第三版)表16—26和表16—27取土基抗壓回彈模量Eo=35MPa,水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取E1=1500MPa,級配碎礫石回彈模量取E2=300MPa,取值與設計值一樣。按表16—23和表16—25,混凝土面層設計彎拉強度:fr=5.0MPa,相應彎拉彈性模量為Ec=31×104MPa計算基層頂面當量回彈模量如下:=1.35MN.m式中:Et——基層頂面的當量回彈模量,MPa;E0——路床頂面的回彈模量,Ex——基層和底基層或墊層的當量回彈模量,——基層和底基層或墊層的回彈模量,——基層和底基層或墊層的當量厚度,——基層和底基層或墊層的當量彎曲剛度,——基層和底基層或墊層的厚度,——與Ex/E0有關的回歸系數(shù)普通混凝土面層的相對剛度半徑按式(16-52b)計算為:4.1.4.2計算荷載疲勞應力按式(16-52b),標準軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力計算為:因縱縫為設拉桿平縫,接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)Kr=0.87。考慮設計基準期內(nèi)荷應力累計疲勞作用的疲勞應力系數(shù)(v—與混合料性質有關的指數(shù),普通混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土,ν=0.057;碾壓混凝土和貧混凝土,ν=0.065;鋼纖維混凝土,按)根據(jù)公路等級,由表16-24考慮偏載和動載等因素,對路面疲勞損失影響的綜合系數(shù)Kc=1.20,按式(16-49),荷載疲勞應力計算為4.1.4.3溫度疲勞應力由表16-28,Ⅳ區(qū)最大溫度梯度取88(℃／m)。板長5m,,由圖16-14可查普通混凝土板厚。按式(16-56),最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應力計算為:溫度疲勞應力系數(shù)Kt,按式(B.2.3)計算為式中:a、b、c—回歸系數(shù),按所在地區(qū)的公路自然區(qū)劃查表B.2.3確定。再由式(16-55)計算溫度疲勞應力為查表16-20,二級公路的安全等級為三級,相應于三級安全等級的變異水平為中級,目標可靠度為85%。再據(jù)查得的目標可靠度和變異水平等級,查表16-22,確定可靠度系數(shù)按式(16-48)∴所選混凝土面層厚度(0.22m)能夠承受設計基準期內(nèi)荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用。各計算步驟以及公式都參照方案一來計算,得出結果如下:設計內(nèi)容:新建單層水泥混凝土路面設計公路等級:二級公路變異水平的等級:中級可靠度系數(shù):1.10面層類型:普通混凝土面層車型名稱單軸單輪組的個數(shù)軸重(KN)單軸雙輪組個數(shù)軸重(KN)雙軸單輪組的個數(shù)軸重(KN)三軸單輪組的個數(shù)軸重(KN)交通量黃海DD64013217000001561解放CA108119.4160.8500001600黃河JN36015000122000510五十鈴EXR181160110012000069行駛方向分配系數(shù)1車道分配系數(shù)1輪跡橫向分布系數(shù).39交通量年平均增長率6.8％混凝土彎拉強度5MPa混凝土彎拉模量31000MPa混凝土面層板長度5m地區(qū)公路自然區(qū)劃Ⅳ面層最大溫度梯度88℃/m接縫應力折減系數(shù).87(墊)層類型----新建公路土基上修筑的基(墊)層層位基(墊)層材料名稱厚度(mm)回彈模量(MPa)1水泥穩(wěn)定粒料15015002級配碎礫石1503003土基35基層頂面當量回彈模量ET=151.2MPaHB=220r=.697SPS=1.28SPR=3.15BX=.7STM=2.11KT=.5STR=1.05SCR=4.2GSCR=4.62RE=-7.6%設計車道使用初期標準軸載日作用次數(shù):602路面的設計基準期:20年設計基準期內(nèi)標準軸載累計作用次數(shù):3437320路面承受的交通等級:重交通等級基層頂面當量回彈模量:151.2MPa混凝土面層設計厚度:220mm經(jīng)過對設計層厚度取整以及設計人員對路面厚度進一步的修改,最后得到路面結構設計結果如下:---------------------------------------普通混凝土面層220mm---------------------------------------水泥穩(wěn)定粒料150mm---------------------------------------級配碎礫石150mm---------------------------------------土基4.1.5水泥混凝土路面方案技術經(jīng)濟比較選擇以上兩種方案的結構層只是大致相同,所設結構層厚度一樣,只是在墊層材料上有細微處區(qū)別,故技術上基本相似,主要的選擇在于墊層材料的可選性,以及該地的地質條件,并要考慮到該地區(qū)公路的實際應用年限。該公路自然區(qū)劃為Ⅳ6區(qū),處于Ⅳ6區(qū)的粘性土處于中濕或潤濕情況?？筛鶕?jù)不同的路面潮濕狀態(tài)采取措施。由1.2.3筑路材料可知:①砂、礫石料場沿河分布,運輸方便,可利用國道及地方道路運到工地;②塊片石沿線塊片石料場儲量豐富,石場石料主要為青灰色石灰?guī)r、花崗巖,石質堅硬,質量好,儲量大,可滿足橋涵、防護、排水等工程用石料的需要。沿線各地有數(shù)已開采的石料場,石質堅硬,儲量豐富。其巖石的磨耗值、壓碎值均能滿足路面規(guī)范的要求,可作為各種路面及各種構造物的筑路材料,沿線路分布密集,運輸方便,運距小。而若用級配碎礫石得經(jīng)過篩選或加工,利用天然砂礫做墊層則可直接利用無需加工或篩選,綜合上述內(nèi)容建議采用第一種方案。4.2瀝青路面設計路面設計以雙軸組單軸載100KN作為標準軸載⑴以設計彎沉值為指標及驗算瀝青層層底拉應力中的累計當量軸次。a).軸載換算軸載換算采用如下的計算公式:式中:N—標準軸載當量軸次,次/日—被換算車輛的各級軸載作用次數(shù),次/日P—標準軸載,KN—被換算車輛的各級軸載,KNK—被換算車輛的類型數(shù)—軸載系數(shù),,m是軸數(shù)。當軸間距離大于3m時,按單獨的一個軸載計算;當軸間距離小于3m時,應考慮軸數(shù)系數(shù)。:輪組系數(shù),單輪組為6.4,雙輪組為1,四輪組為0.38。式中:——以半剛性材料層的拉應力為設計指標時的標準軸載的當量軸次(次/d)——被換算車型軸數(shù)系數(shù)——被換算車型的輪組系數(shù),雙輪組為1.0,單輪組委18.5,四輪組為0.09,以拉應力為設計指標時,雙軸或多軸的軸數(shù)字按下式計算:式中:m——軸數(shù)當各種車型的不同軸載換算成BZZ-100標準軸載的當量軸次。當以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標時,各級軸載均按下式計算:式中:N——以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標時的標準軸載的當量軸次(次/d)ni——被換算車型的各級軸載作用次數(shù)(次/d)P——標準軸載(KN)Pi——被換算車型的各級軸載(KN)C1——被換算車型的各級軸數(shù)系數(shù)C1——北換算車型的輪組系數(shù),雙輪組為1.0,單輪組為6.4,四輪組為0.38K——被換算車型的軸載級別當軸距大于3m時,應單獨的一個軸載計算:當軸距小于3m時,雙軸或多軸的系數(shù)由下式計算C1=1+1.2(m-1)設計年限累計當量標準軸載數(shù)設計年限內(nèi)一個車道沿一個方向經(jīng)過的累計標準當量軸次數(shù)Ne按式3.1.7計算:式中:——設計年限內(nèi)一個車道的累計當量軸次(次/車道)T——設計年限(年)N1——營運第一年雙向日平均當量軸次(次/d)——設計年限內(nèi)交通量的平均增長率(%)——車道系數(shù)設計年限按表3.1.3取:各級公路的瀝青路面設計年限公路等級設計年限(年)公路等級設計年限(年)高速公路、一級公路15三級公路8二級公路12四級公路6分段時間交通量年增長率序號分段時間(年)交通量年增長率(%)1126.8車道系數(shù)η按表3.1.6取:公路無分隔時,車道窄宜選高值,車道寬宜選低值。車道特征η車道特征η雙向單車道1.0雙向六車道0.3-0.4雙向兩車道0.6-0.7雙向八車道0.25-0.35雙向四車道0.4-0.54.2.1初擬瀝青路面(方案一)軸載換算及設計彎沉值和容許拉應力計算序號車型名稱前軸重(kN)后軸重(kN)后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距(m)交通量1黃海DD64032701雙輪組15612解放CA10B19.460.851雙輪組16003黃河JN360501102雙輪組<35104五十鈴EXR181601003雙輪組>369計年限12車道系數(shù)0.7序號分段時間(年)交通量年增長率157.8％246.9％335.7％一個車道上大客車及中型以上的各種貨車日平均交通量Nh=2618,屬重交通等級當以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標時:路面營運第一年雙向日平均當量軸次:2707設計年限內(nèi)一個車道上的累計當量軸次:1.25604E+07屬重交通等級當以半剛性材料結構層層底拉應力為設計指標時:路面營運第一年雙向日平均當量軸次:3668設計年限內(nèi)一個車道上的累計當量軸次:1.701941E+07屬重交通等級路面設計交通等級為重交通等級公路等級二級公路公路等級系數(shù)1.1面層類型系數(shù)1路面結構類型系數(shù)1路面設計彎沉值:25.1(0.01mm)層位結構層材料名稱劈裂強度(MPa)容許拉應力(MPa)1細粒式瀝青混凝土1.20.42中粒式瀝青混凝土10.343粗粒式瀝青混凝土0.80.274水泥穩(wěn)定碎石0.60.35石灰土穩(wěn)定砂礫0.50.25新建路面結構厚度計算公路等級:二級公路新建路面的層數(shù):5標準軸載:BZZ-100路面設計彎沉值:25.1(0.01mm)路面設計層層位:4設計層最小厚度:40(mm)層位結構層材料名稱厚度(mm)抗壓模量(MPa)(20℃)抗壓模量(MPa)(15℃)容許應力(MPa)1細粒式瀝青混凝土4014001.22中粒式瀝青混凝土501200160013粗粒式瀝青混凝土6090012000.84水泥穩(wěn)定碎石?150015000.65石灰土穩(wěn)定砂礫200130015000.56土基35按設計彎沉值計算設計層厚度:LD=25.1(0.01mm)H(4)=190mmLS=26.8(0.01mm)H(4)=240mmLS=23.7(0.01mm)H(4)=217mm(僅考慮彎沉)按容許拉應力計算設計層厚度:H(4)=217mm(第1層底面拉應力計算滿足要求)H(4)=217mm(第2層底面拉應力計算滿足要求)H(4)=217mm(第3層底面拉應力計算滿足要求)H(4)=217mm(第4層底面拉應力計算滿足要求)H(4)=217mm(第5層底面拉應力計算滿足要求)路面設計層厚度:H(4)=217mm(僅考慮彎沉)H(4)=217mm(同時考慮彎沉和拉應力)經(jīng)過對設計層厚度取整以及設計人員對路面厚度進一步的修改,最后得到路面結構設計結果如下:----------------------------------------細粒式瀝青混凝土40mm----------------------------------------中粒式瀝青混凝土50mm----------------------------------------粗粒式瀝青混凝土60mm----------------------------------------水泥穩(wěn)定碎石220mm----------------------------------------石灰土穩(wěn)定砂礫200mm----------------------------------------新建路基竣工驗收彎沉值和層底拉應力計算公路等級:二級公路新建路面的層數(shù):5標準軸載:BZZ-100層位結構層材料名稱厚度(mm)抗壓模量(MPa)(20℃)抗壓模量(MPa)(15℃)計算信息1細粒式瀝青混凝土401400計算應力2中粒式瀝青混凝土5012001600計算應力3粗粒式瀝青混凝土609001200計算應力4水泥穩(wěn)定碎石22015001500計算應力5石灰土穩(wěn)定砂礫20013001500計算應力6新建路基35計算新建路面各結構層及土基頂面竣工驗收彎沉值:第1層路面頂面交工驗收彎沉值LS=24.9(0.01mm)第2層路面頂面交工驗收彎沉值LS=27.5(0.01mm)第3層路面頂面交工驗收彎沉值LS=31.2(0.01mm)第4層路面頂面交工驗收彎沉值LS=35.7(0.01mm)第5層路面頂面交工驗收彎沉值LS=101.1(0.01mm)路基頂面交工驗收彎沉值LS=266.2(0.01mm)計算新建路面各結構層底面最大拉應力:(未考慮綜合影響系數(shù))第1層底面最大拉應力σ(1)=-.208(MPa)第2層底面最大拉應力σ(2)=-.068(MPa)第3層底面最大拉應力σ(3)=-.049(MPa)第4層底面最大拉應力σ(4)=.048(MPa)第5層底面最大拉應力σ(5)=.168(MPa)4.2.2初擬瀝青路面(方案二)軸載換算及設計彎沉值和容許拉應力計算序號車型名稱前軸重(kN)后軸重(kN)后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距(m)交通量1黃海DD64032701雙輪組15612解放CA10B19.460.851雙輪組16003黃河JN360501102雙輪組<35104五十鈴EXR181601003雙輪組>369設計年限12車道系數(shù)0.7序號分段時間(年)交通量年增長率157.8％246.9％335.7％一個車道上大客車及中型以上的各種貨車日平均交通量Nh=2618,屬重交通等級當以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標時:路面營運第一年雙向日平均當量軸次:2707設計年限內(nèi)一個車道上的累計當量軸次:1.25604E+07屬重交通等級當以半剛性材料結構層層底拉應力為設計指標時:路面營運第一年雙向日平均當量軸次:3668設計年限內(nèi)一個車道上的累計當量軸次:1.701941E+07屬重交通等級路面設計交通等級為重交通等級公路等級二級公路公路等級系數(shù)1.1面層類型系數(shù)1路面結構類型系數(shù)1路面設計彎沉值:25.1(0.01mm)層位結構層材料名稱劈裂強度(MPa)容許拉應力(MPa)1細粒式瀝青混凝土1.20.42中粒式瀝青混凝土10.343粗粒式瀝青碎石4水泥穩(wěn)定碎石0.60.35級配碎石新建路面結構厚度計算公路等級:二級公路新建路面的層數(shù):5標準軸載:BZZ-100路面設計彎沉值:25.1(0.01mm)路面設計層層位:4設計層最小厚度:40(mm)層位結構層材料名稱厚度(mm)抗壓模量(MPa)(20℃)抗壓模量(MPa)(15℃)容許應力(MPa)1細粒式瀝青混凝土4014000.42中粒式瀝青混凝土50120018000.343粗粒式瀝青碎石7090012000.44水泥穩(wěn)定碎石?150017000.35級配碎石2001502006新建路基35按設計彎沉值計算設計層厚度:LD=28.6(0.01mm)H(4)=25cmLS=32.8(0.01mm)H(4)=30cmLS=28.5(0.01mm)H(4)=29.9cm(僅考慮彎沉)按設計彎沉值計算設計層厚度:LD=25.1(0.01mm)H(4)=40mmLS=5.2(0.01mm)由于設計層厚度H(4)=Hmin時LS<=LD,故彎沉計算已滿足要求