路基路面課程設(shè)計

1、<p>　　《路基路面課程設(shè)計》</p><p>　　2012.05.28</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一 路基設(shè)計..................................................2</p><p>　　1 設(shè)計說明書............

2、................................................2</p><p>　　2 路基橫斷面設(shè)計…………………………………………………………………………3</p><p>　　3 路基穩(wěn)定性驗算........................................................7</p><p>

3、　　二、路面設(shè)計.......................................................9</p><p>　　A、水泥混凝土路面設(shè)計.......................................9</p><p>　　1設(shè)計參數(shù)的確定與換算..........................................9</

4、p><p>　　2 路面層數(shù)及厚度確定............................................10</p><p>　　3 接縫設(shè)計……………………………………………………………………………12</p><p>　　B、瀝青路面設(shè)計..............................................12</p

5、><p>　　1標準軸載及軸載換算........................................12</p><p>　　2確定土基回彈模量 ..........................................15</p><p>　　3 方案初擬……………………………………………………………………………15</p>&l

6、t;p>　　4 新建路面厚度計算…………………………………………………………………17</p><p><b>　　路基設(shè)計</b></p><p><b>　　設(shè)計說明書</b></p><p><b>　　工程概況</b></p><p>　　擬設(shè)計道路路線位于平原微

7、丘地區(qū)，公路自然區(qū)劃分為II 1區(qū)，地震烈度為六級，設(shè)計標高為243.50mm，地下水位1.5m。</p><p><b>　　設(shè)計資料</b></p><p><b>　　2.1土質(zhì)</b></p><p>　　所經(jīng)過地區(qū)多為粉性土</p><p><b>　　2.2交通</b&g

8、t;</p><p>　　根據(jù)最新路網(wǎng)規(guī)劃，預(yù)測使用初期2007年年平均日交通量見下表，年平均增長率為6.5%：</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)與內(nèi)容</b></p><p>　　根據(jù)所給資料，利用HPDS2003公路路面設(shè)計程序系統(tǒng)進行路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計（至少兩種不同的路面結(jié)構(gòu)）</p><p>　　編寫設(shè)計說明書，

9、包括混凝土路面及瀝青路面結(jié)構(gòu)，厚度設(shè)計，水泥混凝土路面板接縫設(shè)計等。</p><p>　　對所選定的路面結(jié)構(gòu)方案，繪制路面結(jié)構(gòu)圖，包括瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計土，水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計圖及其接縫設(shè)計圖等，需用A3圖紙。</p><p><b>　　設(shè)計依據(jù)及標準</b></p><p>　　【1】《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTGD30-2004）</

10、p><p>　　【2】《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTGD50-2006）</p><p>　　【3】《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》（JTGD40-2002）</p><p>　　【4】《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF30-2003）</p><p><b>　　路基橫斷面設(shè)計</b></p><

11、;p>　　1.2.1確定自然區(qū)劃和路基干濕類型</p><p>　　由設(shè)計任務(wù)書可知，公路位于II 1區(qū)，路基土質(zhì)為粉性土。</p><p>　　由《公路自然區(qū)劃標準》得公路二級區(qū)劃的特征和指標：</p><p>　　1.2.2擬定路基橫斷面形式尺寸</p><p>　　1）確定公路等級：將車輛都折算成小客車</p>&l

12、t;p>　　所以每日交通量N0=600+420+320+180+100+120+210+300=2250 輛/d</p><p>　　計算遠景設(shè)計年限平均晝夜交通量由公式：計算</p><p><b>　　式中 :</b></p><p>　　Nd—遠景設(shè)計年平均日交通量，輛/日；</p><p>　　N0—起始

13、年平均日交通量，輛/日；</p><p>　　γ—年平均增長率，取6.5%；</p><p>　　n—遠景設(shè)計年限，取12年</p><p><b>　　所以： 輛/d</b></p><p>　　根據(jù)《公路工程技術(shù)標準》JTG B01-2003 ，擬定該條道路為雙車道的二級公路，設(shè)計車速為80km/h,設(shè)計采用的服務(wù)水

14、平為一級，采用整體式路基。</p><p>　　由《公路工程技術(shù)標準》(JTJ B01—2003)可歸納得：</p><p>　　表1.3 路基寬度參數(shù)</p><p>　　行車道寬：2×7.5=15m；中央分隔帶：2m；路緣帶：0.5×2=1m；硬路肩：1.5×2=3m；土路肩:0.75×2=1.5m。所以路基寬度為：15

15、+2+1+3+1.5=22.5m</p><p>　　得路基橫斷面圖如圖1.1所示</p><p>　　設(shè)路堤填土高度為2.5m，路基填料為細粒土，由表取路基邊坡坡率為1?1.5，則邊坡寬度b=1.5H=3.75m。 表1.4 路堤邊坡坡率</p><p>　　1.2.3道路橫斷面排水設(shè)計</p><p>　　1.2.3.1邊溝設(shè)

16、置：邊溝的排水量不大，一般不需進行水文和水力計算。依據(jù)沿線情況，選用標準橫斷面形式。邊溝的縱坡一般與路線縱坡一致。邊溝橫斷面采用梯形，內(nèi)測邊坡坡率為1?1.5，外側(cè)邊坡坡度與挖方邊坡坡度相同。由于該公路位于東北東部，降雨量較大，梯形邊溝的底寬和深度都采用0.6m。由于水量較大，邊溝采用漿砌片石鋪砌，砌筑用砂漿M7.5號。邊溝斷面如圖1.2所示：</p><p>　　1.2.3.2截水溝設(shè)置：截水溝的位置應(yīng)盡量與絕

17、大多數(shù)的地面水流方向垂直，以提高截水溝的效能和縮短截水溝的長度。溝底采用0.5%的縱坡。截水溝截面采用對稱梯形，溝的邊坡坡度采用1?1.5，溝底采用干砌片石鋪筑。對截水溝斷面尺寸采用試算法進行水力計算，以獲得最佳斷面。</p><p>　?。?） 設(shè)計參數(shù)：縱坡i=0.005，坡率m=1.5，粗糙系數(shù)n=0.025，設(shè)計流量 =1.10m3/s。</p><p>　　（2） 假定溝底寬度b

18、=0.4m；由表1.5可得b/h=0.61,取h=0.66m；</p><p>　　表1.5 水力最佳斷面寬深比</p><p>　?。?） 水流斷面積： (1-1)</p><p>　　由 得，=0.92m2；</p><p>　　斷面系數(shù)：

19、 (1-2)</p><p><b>　　由 得，=3.6；</b></p><p>　　濕周： (1-3)</p><p>　　由 得，=2.78m；</p><p>　　水力半徑：

20、 (1-4)</p><p>　　由 得，=0.33m；</p><p>　?。?） 指數(shù)： (1-5)</p><p>　　由 得，=0.24；</p><p>　　流速系數(shù)： (1-6)</p><p

21、>　　由 得，=32.05；</p><p>　　水流斷面流速： (1-7)</p><p>　　由 得=1.3m/s；</p><p>　　斷面流量： (1-8)</p><p>　　由 得，=1.2

22、 m3/s；</p><p>　?。?） 驗算 溝底鋪砌采用干砌片石。</p><p>　　則由表1.6可得最大容許設(shè)計流速為=2.0m/s；</p><p>　　表1.6 容許流速表</p><p>　　假設(shè)水中主要含土類為中細沙，取α=0.5；</p><p>　　最小容許流速：

23、 (1-9)</p><p>　　由得=0.26 m/s；</p><p>　　因為設(shè)計結(jié)果=1.3 m/s，介于與值之間，所以流速符合要求。</p><p>　　又因為計算流量=1.2 m3/s，與 =1.10m3/s相差為超過10%，一般可認為符合設(shè)計要求。</p><p>　　綜上可知：因為流量和流速均符合要求，本截水溝

24、可采用底寬0.4m，而溝深H，應(yīng)為水深h加安全高度Δh=0.10~0.20m，本設(shè)計取Δh=0.14m，所以溝深H=h+Δh=0.66+0.14=0.8m。</p><p>　　截水溝斷面如圖1.3所示：</p><p><b>　　路基穩(wěn)定性驗算</b></p><p>　　由于本設(shè)計標準橫斷面采用一般路堤形式，路堤平均填土高度為2.5m。對

25、于路基的穩(wěn)定性分析，采用一般路堤的最高值8m。由《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTG D30—2004)得路堤邊坡坡度為定值。</p><p>　　1.3.1路基設(shè)計參數(shù)</p><p>　　路堤填土高h1=8m，路堤邊坡坡率為m=1?1.5，路堤填料為粘質(zhì)土，粘聚力C=20KPa，內(nèi)摩擦角φ=30°（tanφ=0.577）。土的容重取γ=20KN/m3。車輛荷載為公路一級汽車荷載。由《

26、公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTG D30—2004)，對路堤和地基的整體穩(wěn)定性采用簡化的Bishop法進行分析計算。</p><p>　　1.3.2穩(wěn)定性驗算</p><p>　　在進行路堤穩(wěn)定性驗算時，將車輛荷載按最不利情況排列，并換算成相當?shù)耐翆雍穸?。公路汽車荷載換算成土柱高：由《路基路面工程》有， ； 式中：N—并列車輛數(shù)，雙向四車

27、道N=4；</p><p>　　L— 標準車輛軸載為12.8m；</p><p>　　Q—一輛重車的重力（標準車輛荷載為550KN）；</p><p>　　γ—路基填料的重度為20KN/m3；</p><p>　　B—荷載橫向分布寬度，近似取路基寬25m。</p><p>　　數(shù)值帶入計算可得：h0=0.34m，取h0

28、=0.4m，偏于安全計算。</p><p>　　用4.5H法滑動面圓心位置的輔助線，取通過路堤坡腳和距路基左邊緣1/4路基跨度處的圓弧。H=h0+h1 式中h0----汽車荷載換算高度，h1----路基高度</p><p>　　繪出圓弧滑動面的計算圖示，如圖1.4所示</p><p>　　穩(wěn)定系數(shù)K值由《路基路面工程》有，式中：—各土條的法向分力，。—各土條的切

29、向分力，；—各土條重心與圓心連接線對豎軸y的夾角；L—圓弧滑動面全長，L=16.59m</p><p>　　綜上可列穩(wěn)定性計算表如表1.8所示：</p><p>　　表1.8 路堤穩(wěn)定性計算表</p><p><b>　　則，穩(wěn)定系數(shù) 。</b></p><p>　　由于K>1.45，所以路基穩(wěn)定性驗算結(jié)果滿足要

30、求。</p><p><b>　　路面設(shè)計</b></p><p><b>　　水泥混凝土路面設(shè)計</b></p><p>　　水泥混凝土路面板為剛性路面，具有較高的力學(xué)強度，在車輪荷載作用下變形較小。所以，混凝土板通常工作在彈性階段。本水泥混凝土路面設(shè)計主要依據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》(JTG D40—2002)。

31、在荷載圖示方面采用靜力作用均布面荷載，在地基模型方面，采用溫克勒地基模型。在路面板形態(tài)方面，采用半空間彈性地基有限大矩形板理論。</p><p>　　2.1．1設(shè)計參數(shù)的確定與換算</p><p>　?。?）標準軸載與荷載軸數(shù)的換算</p><p>　　根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》：水泥混凝土路面設(shè)計以100KN單軸——雙輪組荷載為標準軸載，各級軸載Pi的作用

32、次數(shù)Ni按下式換算為標準軸載Ps的作用次數(shù)Ns。</p><p>　　式中： ——100KN的單軸—雙輪組標準軸載通行次數(shù)</p><p>　　——各級軸—輪型i級軸載的總重（KN）</p><p>　　——軸—輪型系數(shù)。 單軸—雙輪組時；單軸—單輪組時雙軸—雙輪組時 </p><p>　　三軸—雙輪組時 </p>&

33、lt;p>　　Ni——各類軸—輪型i級軸載的通行次數(shù)</p><p>　　注：小于和等于40KN（單軸）和80KN（雙軸）的軸載可略去不記</p><p>　　設(shè)計使用年限內(nèi)設(shè)計車道的標準軸載累計當量作用次數(shù)Ne</p><p><b>　　按下式計算：</b></p><p>　　式中 ——標準軸載累計當量作用

34、次數(shù)</p><p>　　——交通量年平均增長率6.5（%）</p><p>　　t——設(shè)計使用年限（為20年）</p><p>　　——臨街荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)，查規(guī)范得二級公路η=0.54～0.62取為0.54</p><p>　　根據(jù)《路基路面工程》可知 交通等級為重交通</p><p>　　由15-8可

35、知 水泥混凝土的彎拉強度標準值是5.0MPa</p><p>　　2.1.2路面層數(shù)及其厚度確定</p><p><b>　　水泥混凝土路面設(shè)計</b></p><p>　　設(shè) 計 內(nèi) 容 : 新建單層水泥混凝土路面設(shè)計；公 路 等 級 : 二級公路；變異水平的等級 : 中 級；可 靠 度 系 數(shù) : 1.13 ；面 層 類

36、 型 : 碾壓混凝土面層</p><p>　　行駛方向分配系數(shù) ：0.65 車道分配系數(shù)： 0.5 輪跡橫向分布系數(shù) ：0.54 交通量年平均增長率： 6.5 ％ 混凝土彎拉強度 ：4.5MPa 混凝土彎拉模量 ：29000 MPa混凝土面層板長度 ： 6 m 地區(qū)公路自然區(qū)劃： Ⅱ

37、 面層最大溫度梯度 ： 88 ℃/m 接縫應(yīng)力折減系數(shù)：0.87 </p><p>　　基(墊)層類型----新建公路土基上修筑的基(墊)層</p><p>　　基層頂面當量回彈模量 ET= 165.5 MPa</p><p>　　設(shè)計車道使用初期標準軸載日作用次數(shù) :94 ;路面的設(shè)計基準期 : 20 年; 設(shè)計基準期內(nèi)標準軸

38、載累計作用次數(shù) : 719332 ; 路面承受的交通等級 :中等交通等級;基層頂面當量回彈模量 : 165.5 MPa;混凝土面層設(shè)計厚度 : 232 mm 通過對設(shè)計層厚度取整, 最后得到路面結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果如下:</p><p>　　---------------------------------------</p><p>　　碾壓混凝土面層 240 mm<

39、;/p><p>　　---------------------------------------</p><p>　　水泥穩(wěn)定粒料 180 mm</p><p>　　---------------------------------------</p><p>　　石灰粉煤灰土 150 mm<

40、;/p><p>　　---------------------------------------</p><p><b>　　土基</b></p><p><b>　　2.1.3接縫設(shè)計</b></p><p><b>　　1）縱縫</b></p><p>

41、;<b>　　①縱向縮縫</b></p><p>　　根據(jù)規(guī)范，一次鋪筑寬度大于4.5m時，應(yīng)設(shè)置縱向縮縫，它采用假縫，并設(shè)置拉桿，拉桿直徑為20mm，長70cm，間距為1m，其構(gòu)造如下圖所示：</p><p>　?、诳v向施工縫（一般情況下于縮縫為同一條）</p><p>　　一次鋪筑寬度小于路面寬度時，應(yīng)設(shè)置縱向施工縫，采用平縫，設(shè)拉桿，直徑

42、20mm，長70cm，間距1m。構(gòu)造如下圖所示：</p><p><b>　?。?）橫縫</b></p><p><b>　?、?橫向縮縫</b></p><p>　　橫向縮縫采用假縫，其構(gòu)造如下圖所示，在特定交通公路上，橫向縮縫宜加設(shè)傳力桿，其他各級交通公路上，在鄰近脹縫或路面自由端部的3條縮縫內(nèi)，均宜加設(shè)傳力桿，傳力

43、桿長40cm，直徑15mm,每隔50cm設(shè)一根。</p><p><b>　?、?橫向脹縫</b></p><p>　　在鄰近橋梁或其他固定構(gòu)筑處，與柔性路面相接處，板厚改變處隧道口，小半徑平曲線和凹形豎曲線縱坡變換處，均應(yīng)設(shè)置脹縫，在鄰近構(gòu)造物處的脹縫，應(yīng)根據(jù)施工溫度至少設(shè)置二條，上述設(shè)置以外的脹縫宜盡量不設(shè)或少設(shè)，其間距可根據(jù)施工溫度混凝土集料的膨脹性并結(jié)合當?shù)?/p>

44、經(jīng)驗確定，脹縫采用滑動傳力桿，長50cm，直徑25cm的光圓鋼筋，每隔30cm設(shè)一根，桿的半段固定在混凝土內(nèi)，另半段涂的瀝青，套上長10cm的小套子，筒底與桿端之間留出約3cm的空隙并用木屑與彈性材料填充，固一條脹縫上的傳力桿，設(shè)有套筒的活動端在兩邊交錯布置（如圖）</p><p><b>　?、蹤M向施工縫</b></p><p>　　橫向施工縫位置宜設(shè)在脹縫或縮縫處

45、，設(shè)在脹縫處的施工縫，其構(gòu)造與橫向脹縫處相同，設(shè)在縮縫處的施工縫采用平縫加傳力桿型，傳力桿長度的一半再加5cm應(yīng)涂以瀝青，其構(gòu)造如下圖所示。</p><p>　?。?）拉桿：拉桿采用螺紋鋼筋，設(shè)在板厚中央，并對應(yīng)拉桿中部10cm范圍內(nèi)進行防銹處理。</p><p>　?。?）傳力桿：傳力桿采用光面鋼筋，其長度一般再加5cm，應(yīng)涂以瀝青或者加塑料套</p><p>　

46、?。?）接縫材料：接縫材料按使用性能分為接縫板和填縫料兩種，接縫板可采用松木板、纖維板、泡抹橡膠板、泡抹樹脂板等。其技術(shù)要求見JTJ012-94表5.3.2。填縫料應(yīng)采用與混凝土面板縫壁粘結(jié)力強，回彈好，適應(yīng)混凝土面板收縮，不溶于水和不滲水，高溫時不溢出，低溫時不脆裂和耐久性好的材料。</p><p>　?。?）特殊部分混凝土路面的處理：混凝土面板縱、橫向自由邊邊緣下的基礎(chǔ)，當有可能產(chǎn)生較大的塑性變形時，宜在邊緣

47、加設(shè)補強鋼筋，角隅處加設(shè)發(fā)針形鋼筋式鋼筋網(wǎng)。</p><p><b>　　瀝青路面設(shè)計</b></p><p>　　2.2.1標準軸載及軸載換算</p><p>　　設(shè)計采用現(xiàn)行路面設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的標準軸載BZZ-100KN，p=0.7MPa ,δ=10.65cm，設(shè)計使用年限為15年。 當進行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗算時，凡軸載大于50kN的各

48、級軸載（包括車輛的前、后軸）Pi的作用次數(shù)ni，按式4-2換算成標準軸載P的當量作用次數(shù)N： (2-1)</p><p>　　式中：—被換算車型各級軸載的軸數(shù)系數(shù)。當軸間距大于3m時，按單獨的一個軸計算，軸數(shù)系數(shù)即為軸數(shù)m；當軸間距小于3m時，雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)為；</p><p>　　—被換算軸載的輪組系數(shù)，單輪組為18.5，雙輪

49、組為1.0，四輪組為0.09。</p><p>　　上述軸載換算公式僅適用于單軸軸載小于130kN的軸載換算。</p><p>　　各種汽車當量軸次計算見表</p><p>　　N=nbi=436次/日</p><p>　　注：當計算半剛性基層層底拉應(yīng)力時，軸載換算系數(shù)；總（車輛）換算系數(shù)＝后軸換算系數(shù)＋前軸換算系數(shù)；當量軸次＝交通量

50、5;總換算系數(shù)。在設(shè)計年限內(nèi)，一個車道上的累計當量軸次參照式(4-3)進行計算：</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　式中：Ne—設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計當量軸次，次；t—設(shè)計年限，取15年；</p><p>　　N1—路面竣工后第一年的平均日當量軸次，次/d；</p><p>　　Nt

51、—設(shè)計年限最后一年的平均日當量軸次，次/d；</p><p>　　γ—設(shè)計年限內(nèi)交通量的平均年增長率，為6.5%；</p><p>　　η—車道系數(shù)，取0.7。</p><p>　　計算 Ne=2.694×10^6次 </p><p>　　根據(jù)《路基路面工程》可知路面等級為高級路面，面層類型是瀝青混凝土。設(shè)計年限是12年。<

52、;/p><p>　　2.2.2確定土基回彈模量：根據(jù)設(shè)計資料可知，路線位于II1區(qū)，路基設(shè)計標高為243.50m。所經(jīng)過的地區(qū)大多為粉性土。設(shè)填方的高度為2.5m。地下水位是1.5m。所以有H=1.5+1.0=4.0m。根據(jù)《路基路面工程》可知，H>H1 可知路基的干濕類型為干燥類。通過表2-7可知Wc大于1.05取Wc=1.15；根據(jù)《路基路面工程》可知土基回彈模Eo=33.5MPa</p>&

53、lt;p>　　2.2.3方案初擬：根據(jù)交通狀況，結(jié)構(gòu)層的最小施工厚度等因素綜合考慮，初擬個結(jié)構(gòu)層厚度如下：公 路 等 級 : 二級公路；新建路面的層數(shù) : 4 標 準 軸 載 : BZZ-100 ；路面設(shè)計彎沉值 : 33.8 (0.01mm)；面設(shè)計層層位 : 4 ；計層最小厚度 : 15 (cm)</p><p>　　根據(jù)軟件HPDS2003A計算系統(tǒng)計算：軸載換算及設(shè)計彎沉值和

54、容許拉應(yīng)力計算</p><p>　　設(shè)計年限 :12 ;車道系數(shù):0 .7 ;交通量平均年增長率:6.5 ％</p><p>　　當以設(shè)計彎沉值為指標及瀝青層層底拉應(yīng)力驗算時 :路面竣工后第一年日平均當量軸次 : 644 ;設(shè)計年限內(nèi)一個車道上累計當量軸次 : 2858212 。</p><p>　　當進行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗算時 : 路面竣工后第一年日平均

55、當量軸次 : 406 ;設(shè)計年限內(nèi)一個車道上累計當量軸次 : 1801916。 </p><p>　　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；基層類型系數(shù)： 1 路面設(shè)計彎沉值 : 33.8 (0.01mm)</p><p>　　2.2.4新建路面結(jié)構(gòu)厚度計算</p><p>　　公 路 等 級 : 一級公路；新建路面的層數(shù)

56、: 4 ； 標 準 軸 載 : BZZ-100; 路面設(shè)計彎沉值 : 33.8 (0.01mm);路面設(shè)計層層位 : 4 ;設(shè)計層最小厚度 : 15 (cm)</p><p>　　按設(shè)計彎沉值計算設(shè)計層厚度 LD= 33.8 (0.01mm) H( 4 )= 15 cm LS= 37 (0.01mm) H( 4 )= 20 cm LS= 33.2 (0.01mm)

57、 H( 4 )= 19.2 cm(僅考慮彎沉)</p><p>　　按容許拉應(yīng)力驗算設(shè)計層厚度 :H( 4 )= 19.2 cm(第 1 層底面拉應(yīng)力驗算滿足要求) H( 4 )= 19.2 cm(第 2 層底面拉應(yīng)力驗算滿足要求) H( 4 )= 19.2 cm(第 3 層底面拉應(yīng)力驗算滿足要求) H( 4 )= 19.2 cm(第 4 層底面拉應(yīng)力驗算滿足要求)</p><p&g