路基路面工程課程設(shè)計

1、<p><b>　　路基路面課程設(shè)計</b></p><p>　　課程名稱： 路基路面工程 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 基本設(shè)計資料1</p><p>　　2 瀝青路面設(shè)計1</p><p><b>　　

2、2.1軸載分析1</b></p><p>　　2.2結(jié)構(gòu)組合與材料選取4</p><p>　　2.3 各層材料的抗壓模量和劈裂強(qiáng)度4</p><p>　　2.4 設(shè)計指標(biāo)的確定5</p><p>　　2.5 路面結(jié)構(gòu)層厚度的計算6</p><p>　　2.6 高等級公路瀝青混凝土面層和半剛性基層、

3、底基層層底拉應(yīng)力驗算7</p><p>　　2.7 防凍層厚度檢驗8</p><p>　　3 水泥混凝土路面設(shè)計8</p><p>　　3.1 交通量分析9</p><p>　　3.2 初擬路面結(jié)構(gòu)10</p><p>　　3.3 確定材料參數(shù)10</p><p>　　3.4 計算荷

4、載疲勞應(yīng)力11</p><p>　　3.5 計算溫度疲勞應(yīng)力11</p><p>　　3.6 防凍厚度檢驗和接縫設(shè)計12</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)13</b></p><p><b>　　1 基本設(shè)計資料</b></p><p>　　擬設(shè)計道路路線位于微丘

5、區(qū)，公路自然區(qū)劃分為II1區(qū)。地震等級為六級。設(shè)計標(biāo)高為243.5m，地下水位為1.5m。平均稠度為1.08，季節(jié)性冰凍區(qū)，凍結(jié)深度為1.2m。所經(jīng)地區(qū)多處為粉性土。</p><p>　　表1-1交通組成及交通量表</p><p><b>　　2 瀝青路面設(shè)計 </b></p><p><b>　　2.1軸載分析</b>&

6、lt;/p><p>　　我國瀝青路面設(shè)計以雙輪組單軸載100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，表示為BZZ-100。標(biāo)準(zhǔn)軸載的計算參數(shù)按表3-1確定。</p><p>　　表3-1 標(biāo)準(zhǔn)軸載計算參數(shù)</p><p>　　﹙1﹚當(dāng)以設(shè)計彎沉值設(shè)計指標(biāo)及瀝青基層層底拉應(yīng)力驗算時，凡前、后軸軸載大于40kN的各級軸載的作用次數(shù)均換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量作用次數(shù)。</p><p&

7、gt;　　式中：— 以設(shè)計彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時的標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量次數(shù)；</p><p>　　— 被換算車型的各級軸載換算次數(shù)（次/日）；</p><p><b>　　— 標(biāo)準(zhǔn)軸載（）；</b></p><p>　　— 各種被換算車型的軸載（）；</p><p>　　C1— 輪組系數(shù)，單輪組為6.4,雙輪組為1.

8、0,四軸組為0.38；</p><p><b>　　C2— 軸數(shù)系數(shù)。</b></p><p>　　— 被換算車型的軸載級別。</p><p>　　當(dāng)軸間距離大于3m時，按單獨的一個軸載計算；當(dāng)軸間距離小于3m時，雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)按下面公式計算：</p><p><b>　　式中：m—軸數(shù)。</b&g

9、t;</p><p>　　表2-2 軸載換算結(jié)果</p><p>　　則其設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計量軸次：</p><p>　　式中 — 設(shè)計年限內(nèi)一個車道的累計當(dāng)量次數(shù)；</p><p>　　t — 設(shè)計年限，由材料知，t=20年；</p><p>　　— 設(shè)計端竣工后一年雙向日平均當(dāng)量軸次；</p>

10、<p>　　— 設(shè)計年限內(nèi)的交通量平均增長率，由材料知，γ=0.091；</p><p>　　— 車道系數(shù)，由材料知η=0.5。</p><p><b>　　則：次。</b></p><p>　　﹙2﹚驗算半剛性基層層底拉應(yīng)力的累計當(dāng)量軸次時，凡軸載大于40KN的各級軸載的作用次數(shù)均按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量作用次數(shù)。</p

11、><p>　　式中：— 以設(shè)計彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時的標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量次數(shù)；</p><p>　　— 被換算車型的各級軸載換算次數(shù)（次/日）；</p><p><b>　　— 標(biāo)準(zhǔn)軸載（）；</b></p><p>　　— 各種被換算車型的軸載（）；</p><p>　　—輪組系數(shù)，雙輪組為1

12、.0，單輪組為18.5，四輪組為0.09。</p><p><b>　　—軸數(shù)系數(shù)；</b></p><p><b>　　式中：m—軸數(shù)。</b></p><p>　　則其設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計量軸次為：</p><p><b>　　。</b></p><

13、;p>　　2.2 結(jié)構(gòu)組合與材料選取</p><p>　　根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》，并考慮公路沿途有砂石、碎石、石灰、，路面結(jié)構(gòu)層采用瀝青混凝土（190），基層采用水泥穩(wěn)定碎石（厚度待定），底層采用二灰土（320），采用三層式瀝青混凝土面層，表層采用細(xì)粒式密級配瀝青混凝土（50），中面層采用中粒式密級配瀝青混凝土（60），下面層采用粗粒式密級配瀝青混凝土（80）。</p><p>

14、;　　2.3 各層材料的抗壓模量和劈裂強(qiáng)度</p><p>　　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2-4。</p><p>　　表2-4 結(jié)構(gòu)組合參數(shù)</p><p>　　2.4 設(shè)計指標(biāo)的確定</p><p><b>　　﹙1﹚設(shè)計彎沉值</b&

15、gt;</p><p>　　公路為一級，則公路等級系數(shù)取1.0；面層是瀝青混凝土，則面層類型的系數(shù)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)取1.0。</p><p>　　式中： — 設(shè)計彎沉值</p><p>　　— 設(shè)計年限內(nèi)的累計當(dāng)量年標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)</p><p>　　— 公路等級系數(shù)，一級公路為1.0</p&

16、gt;<p>　　— 面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0</p><p>　　— 基層類型系數(shù)，半剛性基層為1.0</p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　﹙2﹚各層材料按容許層底拉應(yīng)力，按下列公式計算：</p><p>　　式中 ： — 路面結(jié)構(gòu)材料的極限抗拉強(qiáng)度（Mp

17、a）；</p><p>　　— 路面結(jié)構(gòu)材料的容許拉應(yīng)力，即該材料能承受設(shè)計年限次加載的疲勞</p><p>　　彎拉應(yīng)力（Mpa）；</p><p>　　— 抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。</p><p>　　對瀝青混凝土面層的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)： </p><p>　　對無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料類的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)：

18、 </p><p>　　對無機(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)： </p><p>　　表2-5 結(jié)構(gòu)層容許彎拉應(yīng)力</p><p>　　2.4 路面結(jié)構(gòu)層厚度的計算</p><p>　　﹙1﹚理論彎沉系數(shù)的確定</p><p>　　式中： δ— 當(dāng)量圓半徑；</p><p>　　F— 彎沉

19、綜合修正系數(shù)， 。</p><p>　　因此： F=1.63×[17.62/2000/10.65]0.38(50/0.70) 0.36=0.51</p><p>　　=17.62×1400/(2000×10.65×0.7×0.51)=3.18</p><p>　　﹙2﹚確定設(shè)計層厚度</p><p

20、>　　采用三層體系表面彎沉系數(shù)，由諾莫圖算設(shè)計層厚度。</p><p>　　h/δ=4/10.65=0.47 E2/E1=1200/1400=0.857；</p><p>　　由三層體系彎沉系數(shù)諾莫圖查得：=6.38。</p><p>　　h/δ=4/10.65=0.47 =50/1200=0.042；</p><p>　　由

21、三層體系彎沉系數(shù)諾莫圖查得K1=1.13。</p><p>　　又因為K2= /(K1）=3.18/（6.38×1.13）=0.44，=50/1200=0.042；</p><p>　　，h/δ=4/10.65=0.47 ，由上查表得：H/δ=6.9，H= 10.65×6.9=73。</p><p><b>　　由可知：</b&g

22、t;</p><p>　　，因為H=73cm，可知h4=32.7cm，故取h4=33cm。</p><p>　　2.5 瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層層底拉應(yīng)力驗算</p><p>　　﹙1﹚瀝青混凝土面層層底拉應(yīng)力驗算</p><p>　　______________________ _____________

23、_________</p><p>　　h1=5cm E1=2000MPa h=21.80cm E1=1200Mpa </p><p>　　h2=6cm E2=1800MPa </p><p>　　h3=8cm E3=1200MPa H=58.49cm E2=3600MPa</p&

24、gt;<p>　　h4=33cm E4=3600MPa </p><p>　　h5=40cm E5=2400MPa </p><p>　　E0 =50 MPa E0=50MPa </p><p>&l

25、t;b>　　，。</b></p><p>　　查三層連續(xù)體系上層底面拉應(yīng)力系數(shù)諾莫圖，知，故滿足要求。</p><p>　　﹙2﹚水泥穩(wěn)定碎石層層底拉應(yīng)力驗算</p><p>　　______________________ ______________________</p><p>　　h1=5

26、cm E1=2000MPa h=45.59cm E1=3600Mpa </p><p>　　h2=6cm E2=1800MPa </p><p>　　h3=8cm E3=1200MPa H=40cm E2=2400MPa</p><p>　　h4=33cm E4=

27、3600MPa </p><p>　　h5=40cm E5=2400MPa </p><p>　　E0 =50 MPa E0=50MPa </p><p>　　h==45.59cm ， =50cm</p>

28、<p>　　由H/=40/10.65=3.76, =50/2400=0.02,查表得=0.06Mpa</p><p>　　H/=3.76, E2/E1=2400/3600=0.67,查表得=1.87</p><p>　　H/=3.76, h/=45.59/10.65=4.28,查表得 =0.5</p><p>　　由公式m=Pn1n2得m=0.7

29、15;0.06×1.87×0.50=0.04Mpa<R=0.20Mpa滿足要求。</p><p>　　﹙3﹚二灰土土層層底拉應(yīng)力驗算</p><p>　　______________________ _______________________</p><p>　　h1=5cm E1=2000MPa

30、 h=48.4cm E1=3600Mpa </p><p>　　h2=6cm E2=1800MPa </p><p>　　h3=8cm E3=1200MPa H=40cm E2=2400MPa</p><p>　　h4=33cm E4=3600MPa </p>&l

31、t;p>　　h5=40cm E5=2400MPa </p><p>　　E0 =30 MPa E0=50MPa </p><p><b>　　=48.4cm</b></p><p>　　由H/

32、=40/10.65=3.76,，，可知；</p><p>　　由H/=40/10.65=3.76，，可知；</p><p>　　由H/=40/10.65=3.76，，，可知。</p><p>　　由公式，故滿足要求。</p><p>　　2.7 抗剪能力驗算</p><p>　　瀝青面層的厚度為17.6cm，E=120

33、0Mpa，基層厚度為69.2cm,E=1500Mpa。</p><p>　　計算剪應(yīng)力和正應(yīng)力。</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　查圖14-27得，</b></p><p>　　查圖14-28得 </p><p>　　因而得f=0.3時

34、，</p><p><b>　　緩慢制動時：</b></p><p>　　2.6 防凍層厚度檢驗</p><p>　　根據(jù)規(guī)范知：在季節(jié)性冰凍地區(qū)的干燥土基不需要抗凍驗算</p><p>　　3 水泥混凝土路面設(shè)計</p><p><b>　　3.1 交通量分析</b><

35、;/p><p>　　由于路面有一個收費站，各種油類對瀝青會有不同程度的污染且宜有車轍，其要求采用水泥混凝土路面。所以，進(jìn)行普通水泥混凝土路面設(shè)計。</p><p>　　﹙1﹚標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算</p><p>　　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(biāo)準(zhǔn)軸載，表示為BZZ—100。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)

36、，換算公式為：</p><p>　　式中： — 100KN的單軸—雙輪組標(biāo)準(zhǔn)軸數(shù)的通行次數(shù)；</p><p>　　— 各類軸—輪型；級軸載的總重（KN）；</p><p>　　— 軸型和軸載級位數(shù)；</p><p>　　—各類軸—輪型i級軸載的通行次數(shù)；</p><p><b>　　—軸—輪型系數(shù)。<

37、/b></p><p>　　表3-1 軸載換算結(jié)果</p><p>　　則設(shè)計年限內(nèi)設(shè)計車道的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計作用次數(shù):</p><p>　　式中： — 標(biāo)準(zhǔn)軸載累計當(dāng)量作用次數(shù)；</p><p>　　t — 設(shè)計基準(zhǔn)年限；</p><p>　　γ — 交通量年平均增長率，由材料知，γ=0.091；</p&

38、gt;<p>　　η — 臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)，如下表3-2。</p><p>　　表3-2 混凝土路面臨界荷位車輛輪跡橫向分布系數(shù)</p><p>　　3.2 初擬路面結(jié)構(gòu)</p><p>　　因為交通量1×104＜18.7×104＜100×104次，故可知交通屬于中等交通。</p><

39、;p><b>　　公路設(shè)為二級公路</b></p><p>　　由以上可知相應(yīng)于安全等級為三級的變異水平等級為中級，根據(jù)二級公路、中等交通等級和中級變異水平等級。查規(guī)范知：</p><p>　　初擬普通混凝土面層厚為220mm； </p><p>　　基層選用石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料，厚為190mm；=1500Mpa</p>&

40、lt;p>　　墊層為150mm的低劑量無機(jī)結(jié)合穩(wěn)定土, =600Mpa</p><p>　　普通混凝土板的平面尺寸為寬3.75m；長為4.5m。</p><p>　　3.3 確定材料參數(shù)</p><p>　　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50Mpa；基層頂面當(dāng)量的回彈模量值計算如下：<

41、/p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p&

42、gt;<p><b>　　=</b></p><p>　　普通混凝土面層的相對剛度半徑為：</p><p>　　3.4 計算荷載疲勞應(yīng)力</p><p>　　根據(jù)二級公路、中等交通，由《路基路面工程》查得初擬普通混凝土面層厚度為0.22m。</p><p><b>　　由下列公式求得：</b

43、></p><p>　　式中 γ— 混凝土板的相對剛度半徑（m）；</p><p>　　H— 混凝土板的厚度（m）；</p><p>　　Ec— 水泥混凝土的彎沉彈性模量（Mpa）；</p><p>　　σp— 標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力（Mpa）；</p><p>　　kr— 考慮接縫傳荷能

44、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，kr=0.76 ～0.84，；</p><p>　　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3-3；</p><p>　　表3-3 綜合系數(shù)kc </p><p>　　σps— 標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps在四邊自由

45、板的臨界荷載處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力（Mpa）。 </p><p><b>　　= ，</b></p><p><b>　　= </b></p><p>　　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)Kc=1.2,Kr=0.895則荷載疲勞應(yīng)力為：</p><p><

46、;b>　　= </b></p><p>　　3.5 計算溫度疲勞應(yīng)力</p><p>　　由《路基路面工程》知，II區(qū)最大溫度梯度取88﹙℃/m﹚。板長4.5m，L/r=4.5/0.607=7.41；</p><p>　　已知混凝土板厚0.22m，L/r=5/0.605=, 查表得 =0.75。

47、 </p><p>　　則可知最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力： </p><p>　　式中： αc— 混凝土的溫度線膨脹系數(shù) ；</p><p>　　Tg — 最大溫度梯度，Tg=88°c/m；</p><p>　　Bx— 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)；</p><

48、p>　　σtm— 最大溫度梯度時土板的溫度翹取應(yīng)力（Mpa）。</p><p><b>　　=</b></p><p>　　溫度疲勞系數(shù) ，式中a，b和c為回歸系數(shù)，按所在地區(qū)公路自然區(qū)劃查下表 3-4。</p><p>　　表3-4 回歸系數(shù)a，b和c</p><p><b>　　=</b&g

49、t;</p><p><b>　　則溫度疲勞應(yīng)力： </b></p><p>　　綜合，二級公路的安全等級為三級，相應(yīng)于三級的安全等級的變異水平等級為中級，目標(biāo)可靠度為85﹪。再根據(jù)查得的目標(biāo)可靠度和變異水平等級，確定可靠度系數(shù)。</p><p><b>　　，</b></p><p><b&

50、gt;　　故滿足要求。</b></p><p>　　3.6防凍厚度檢驗和接縫設(shè)計</p><p><b>　　﹙1﹚防凍厚度檢驗</b></p><p>　　由《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》知，該地基為干燥路基，故不需要抗凍驗算。</p><p><b>　　﹙2﹚接縫設(shè)計</b><

51、;/p><p>　　為避免由溫度產(chǎn)生的應(yīng)力破壞，所以，在混凝土板中設(shè)置橫縫與縱縫，縫中設(shè)拉桿，拉桿長0.5m，直徑22mm，每隔40cm設(shè)置一個。</p><p><b>　　橫向脹縫</b></p><p>　　縫隙寬20mm，縫隙上部5cm深度內(nèi)澆填縫料拉桿的半段固定在混凝土內(nèi)，另</p><p>　　一半涂以瀝青，套上

52、長約10cm的塑料套筒，筒底與桿端之間留有3cm空隙，用木屑與彈性材料填充。</p><p><b>　　橫向縮縫</b></p><p>　　縮縫采用假縫，縫隙寬5mm，深度為5cm.</p><p><b>　　施工縫</b></p><p>　　施工縫采用平頭縫或企口縫的構(gòu)造形式，縫上深5cm

53、，寬為5mm的溝槽，內(nèi)澆</p><p><b>　　填縫料。</b></p><p><b>　　橫縫的布置</b></p><p>　　縮縫間距一般為5m，混凝土路面設(shè)置脹縫。</p><p><b>　　縱縫的設(shè)置</b></p><p>　　在平

54、行于混凝土路面行車方向設(shè)置縱縫，縫間距3.75cm，設(shè)置為假縫帶拉桿形式，</p><p>　　縫的上部留有5cm的縫隙，內(nèi)澆注填縫料，縫與橫縫一般做成垂直正交，使混凝土具有90°的角隅。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　鄧學(xué)鈞 路基路面工程(第二版).人民交通出版社，2005</p>

55、<p>　　中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范(JTJ014-97)</p><p>　　中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范(JTG F30-2003).</p><p>　　4. 《《路面工程 》》 方福森 人民交通出版社</p><p>　　5. <<公路路基設(shè)計手冊>> JTJ013