路基路面工程課程設計--- 瀝青及水泥路面設計

1、<p>　　《路基路面工程》課程設計說明書</p><p>　　課 程 名 稱: 《路基路面工程》課程設計 </p><p>　　題 目: 瀝青及水泥路面設計 </p><p>　　專 業(yè): 道路橋梁與渡河工程 </p><p>　　學 生 姓 名:

2、</p><p>　　學　　 號: </p><p>　　指 導 教 師: </p><p>　　設 計 教 室: </p><p>　　開 始 時 間: 2012 年 06 月 18 日</p>&

3、lt;p>　　完 成 時 間: 2012 年 06 月 21 日</p><p><b>　　課程設計成績：</b></p><p>　　指導教師簽名： 年 月 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1《路基路面工程》課程設

4、計任務書1</p><p>　　1.1 設計時間和地點1</p><p>　　1.2設計目的和要求1</p><p><b>　　1.3設計資料1</b></p><p>　　1.4 設計依據1</p><p>　　1.5設計方法和步驟1</p><p>　　1

5、.5.1瀝青路面設計1</p><p>　　1.5.2水泥混凝土路面設計1</p><p>　　1.6設計成果的編制2</p><p>　　1.6.1設計計算書2</p><p><b>　　1.6.2圖紙2</b></p><p>　　1.7評分標準及成績評定2</p>

6、<p>　　1.8設計指導教師及分組情況3</p><p><b>　　2 設計資料3</b></p><p>　　3 瀝青路面設計4</p><p><b>　　3.1軸載分析4</b></p><p>　　3.1.1計彎沉值設計指標及瀝青基層層底拉應力驗算時，軸載當量換算4

7、</p><p>　　3.1.2驗算半剛性基層層底拉應力的累計當量軸次時，軸載當量換算6</p><p>　　3.2 結構組合與材料選取8</p><p>　　3.3 各層材料的抗壓模量和劈裂強度8</p><p>　　3.4 設計指標的確定9</p><p>　　3.4.1設計彎沉值9</p>

8、<p>　　3.4.2各層材料容許層底拉應力9</p><p>　　3.5 路面結構層厚度的計算10</p><p>　　3.6 路面結構層厚度的確定10</p><p>　　4 水泥混凝土路面設計11</p><p>　　4.1 交通量分析標準軸載與軸載換算11</p><p>　　4.2 初擬

9、路面結構13</p><p>　　4.3 確定材料參數13</p><p>　　4.4 計算荷載疲勞應力14</p><p>　　4.5 計算溫度疲勞應力15</p><p>　　4.6防凍厚度檢驗和接縫設計16</p><p><b>　　參考文獻17</b></p>

10、<p>　　1《路基路面工程》課程設計任務書</p><p>　　1.1 設計時間和地點</p><p>　　時間：2011-2012學年第二學期第19周</p><p>　　地點：各班所在教室10#B503、504</p><p>　　1.2設計目的和要求</p><p>　　目的：《路基路面工程》課程設計

11、是交通工程專業(yè)教學的一個重要環(huán)節(jié)，通過本次設計，使學生對所學本課程專業(yè)知識進行一次全面的、系統(tǒng)的綜合運用，能進行道路路基、路面結構的設計和計算。進而對所學知識加深理解、鞏固和融會貫通。</p><p>　　要求：在給定條件下，依據標準和規(guī)范合理進行路基、路面結構設計，寫出計算書，并繪制相關圖紙。</p><p><b>　　1.3設計資料</b></p>

12、<p><b>　　道路沿線地質情況；</b></p><p><b>　　交通量及道路等級；</b></p><p>　　以上資料進行了分組，見附表（設計資料分組表），請每位同學根據自己的班級和學號選擇對應的資料進行設計。</p><p><b>　　1.4 設計依據</b></p

13、><p>　　1、《公路工程技術標準》JTG B01-2003</p><p>　　2、《公路路基設計規(guī)范》JTG D30-2004；</p><p>　　3、《公路瀝青路面設計規(guī)范》JTG D50-2006；</p><p>　　4、《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》JTG D40-2002</p><p>　　5、《路基路

14、面工程》教材 鄧學鈞主編</p><p>　　6、《公路路基設計手冊》，人民交通出版社， 1996. 北京 </p><p>　　7、《公路設計手冊 - 路面》人民交通出版社， 1999.. 北京。 </p><p>　　1.5設計方法和步驟</p><p>　　1.5.1瀝青路面設計</p><p>　　計算標準軸

15、載的作用次數；確定道路的交通等級，選定設計年限及車道系數；計算使用年限內累計當量軸次；確定設計彎沉值Ld；確定各路段干濕類型和路基與各層的回彈模量值；路面結構組合設計；按三層體系理論計算路面厚度，確定采用方案，并驗算防凍厚度；繪制路面結構圖。</p><p>　　1.5.2水泥混凝土路面設計</p><p>　　水泥標準荷載的作用次數；確定交通量分級，選定設計年限及輪跡橫向分布系數；計算設

16、計使用年限內累計當量軸次；初擬路面結構，包括結構層次、類型和材料組成，各層的厚度、面板平面尺寸和接縫構造；確定材料參數，確定混凝土的設計彎拉強度和彈性模量，基層墊層和路基的回彈模量，基層頂面的當量回彈模量和計算回彈模量；計算荷載疲勞應力（查應力計算圖得最大荷載應力；定接縫傳荷系數，綜合系數；計算荷載疲勞應力；計算溫度應力）；由自然區(qū)劃選最大溫度梯度；按路面結構和板平面尺寸計算最大溫度梯度時的翹曲溫度應力，最后計算溫度疲勞應力；檢驗初擬路

17、面結構（按γr（σpr+σtr）≤fr公式檢驗，如不滿足，重擬路面結構，重新計算，直到滿足要求為止。計算厚度取整至厘米。）；畫出最后選定的路面結構圖。</p><p>　　1.6設計成果的編制</p><p>　　1.6.1設計計算書</p><p>　　整理設計過程中的計算形成設計計算書，并輔以必要的文字說明以及相關的示意圖和表格。</p><

18、p><b>　　1.6.2圖紙</b></p><p>　　繪制結構圖紙：路面結構布置圖。</p><p>　　1.7評分標準及成績評定</p><p>　　課程設計成績根據平時考勤、設計成果質量按五級記分評定方法評定。凡成績不及格者，必須重修。平時考查主要檢查學生的出勤情況、學習態(tài)度、是否獨立完成設計等幾方面。設計成果的檢查，著重檢查設

19、計圖紙和計算書的完整性和正確性。</p><p>　　課程設計的成績按優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五級評定。參考標準如下：</p><p>　　1.8設計指導教師及分組情況</p><p>　　1、尹振羽 15893447765</p><p>　　2、張會遠 13523750076</p><p>　　3、王小召

20、13592177718</p><p><b>　　2 設計資料</b></p><p>　　表2-1 道路沿線地質情況</p><p>　　表2-2 交通組成及交通量表</p><p><b>　　3 瀝青路面設計 </b></p><p><b>　　3.1軸載

21、分析</b></p><p>　　我國瀝青路面設計以雙輪組單軸載100kN為標準軸載，表示為BZZ-100。標準軸載的計算參數按表3-1確定。</p><p>　　表3-1 標準軸載計算參數</p><p>　　3.1.1計彎沉值設計指標及瀝青基層層底拉應力驗算時，軸載當量換算</p><p>　　（1）當以設計彎沉值設計指標及瀝

22、青基層層底拉應力驗算時，凡前、后軸軸載大于25kN小于130KN的各級軸載的作用次數均換算成標準軸載的當量作用次數。</p><p>　　式中：— 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次數；</p><p>　　— 被換算車型的各級軸載換算次數（次/日）；</p><p><b>　　— 標準軸載（）；</b></p&g

23、t;<p>　　— 各種被換算車型的軸載（）；</p><p><b>　　C1— 軸數系數。</b></p><p>　　C2— 輪組系數，單輪組為6.4,雙輪組為1.0,四軸組為0.38；</p><p>　　— 被換算車型的軸載級別。</p><p>　　當軸間距離大于3m時，按單獨的一個軸載計算；當

24、軸間距離小于3m時，雙軸或多軸的軸數系數按下面公式計算：</p><p><b>　　式中：m—軸數。</b></p><p>　?。?）將交通量換算成標準軸載換算與累計軸載</p><p>　　表3-2軸載換算結果</p><p>　　則其設計年限內一個車道上的累計量軸次：</p><p>　　

25、式中 — 設計年限內一個車道的累計當量次數；</p><p>　　t — 設計年限，由設計資料可知高速公路設計年限為15年；</p><p>　　— 設計端竣工后一年雙向日平均當量軸次；</p><p>　　— 設計年限內的交通量平均增長率，由設計資料可知，前8年γ=0.09，然后的7年γ=0.03；</p><p>　　— 車道系數，此設

26、計高速選定為雙向六車道，η=0.3。</p><p>　　則前8年的累計當量軸次：</p><p>　　后7年的累計當量軸次：</p><p>　　則其設計年限內一個車道上的累計量軸次:</p><p>　　由上面的計算結果，故根據交通等級標準可以判定該交通量屬于特重交通。</p><p>　　3.1.2驗算半剛性基層

27、層底拉應力的累計當量軸次時，軸載當量換算</p><p>　　（1）驗算半剛性基層層底拉應力的累計當量軸次時，凡軸載大于50KN的各級軸載的作用次數均按下式換算成標準軸載的當量作用次數。</p><p>　　式中：— 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次數；</p><p>　　— 被換算車型的各級軸載換算次數（次/日）；</p>

28、<p><b>　　— 標準軸載（）；</b></p><p>　　— 各種被換算車型的軸載（）；</p><p><b>　　—軸數系數；</b></p><p>　　—輪組系數，雙輪組為1.0，單輪組為18.5，四輪組為0.09。</p><p>　　當軸間距離大于3m時，按單獨的一個

29、軸載計算；當軸間距離小于3m時，雙軸或多軸的軸數系數按下面公式計算：</p><p><b>　　式中：m—軸數。</b></p><p>　　（2）將交通量換算成標準軸載換算與累計軸載</p><p>　　表3-3 軸載換算結果</p><p>　　則前8年的累計當量軸次：</p><p>　　

30、后7年的累計當量軸次：</p><p>　　其設計年限內一個車道上的累計量軸次:</p><p>　　由上面的計算結果，故根據交通等級標準可以判定該交通量屬于特重交通。</p><p>　　3.2 結構組合與材料選取</p><p>　　根據《公路瀝青路面設計規(guī)范》，該道路為高速公路，瀝青路面設計年限為15年，并考慮公路沿途有砂石、碎石、石灰

31、、粉煤灰水泥等材料供應，路面結構層采用瀝青混凝土（180），基層采用水泥穩(wěn)定碎石（厚度待定），底層采用級配碎石（250），采用三層式瀝青混凝土面層，表層采用細粒式密級配瀝青混凝土（40），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>　　3.3 各層材料的抗壓模量和劈裂強度</p><p>　　土基干濕類型確定為中濕，由土質，干濕類型

32、，道路最大凍深，基層墊層類型查表確定路面最小防凍厚度為50cm。土基回彈模量的確定可根據查表法查得。各結構層材料的抗壓模量及劈裂強度參照規(guī)范給出的推薦值確定，見表3-4。</p><p>　　表3-4 結構組合參數</p><p>　　3.4 設計指標的確定</p><p>　　3.4.1設計彎沉值</p><p>　　公路為高速公路，則公路

33、等級系數取1.0；面層是瀝青混凝土，則面層類型的系數取1.0；路面結構為半剛性基層瀝青路面，則路面結構類型系數取1.0。</p><p><b>　　式中： </b></p><p><b>　　— 設計彎沉值</b></p><p>　　— 設計年限內的累計當量年標準軸載作用次數</p><p>

34、　　— 公路等級系數，一級公路為1.0</p><p>　　— 面層類型系數，瀝青混凝土面層為1.0</p><p>　　— 基層類型系數，半剛性基層為1.0</p><p><b>　　所以：</b></p><p>　　3.4.2各層材料容許層底拉應力</p><p>　　各層材料容許層底拉應

35、力，按下列公式計算：</p><p><b>　　式中 ：</b></p><p>　　— 路面結構材料的極限抗拉強度（Mpa）；</p><p>　　— 路面結構材料的容許拉應力，即該材料能承受設計年限次加載的疲勞彎拉應力（Mpa）；</p><p>　　— 抗拉強度結構系數。</p><p>

36、　　對瀝青混凝土面層的抗拉強度結構系數：</p><p>　　對無機結合料穩(wěn)定集料類的抗拉強度結構系數：</p><p>　　表3-5 結構層容許彎拉應力</p><p>　　3.5 路面結構層厚度的計算</p><p>　　應用程序計算新建路面結構厚度</p><p>　　公 路 等 級 : 高速公路<

37、/p><p>　　新建路面的層數 : 5 </p><p>　　標 準 軸 載 : BZZ-100</p><p>　　路面設計彎沉值 : 18.54 (0.01mm)</p><p>　　路面設計層層位 : 4 </p><p>　　設計層最小厚度 : 20 (cm)</p><p&g

38、t;　　按設計彎沉值計算設計層厚度 :</p><p>　　LD= 18.54 (0.01mm)</p><p>　　H( 4 )= 45 cm LS= 19 (0.01mm)</p><p>　　H( 4 )= 50 cm LS= 17.4 (0.01mm)</p><p>　　H( 4 )= 46.4 cm(僅考慮彎沉

39、)</p><p>　　按容許拉應力驗算設計層厚度 :</p><p>　　H( 4 )= 46.4 cm(第 1 層底面拉應力驗算滿足要求)</p><p>　　H( 4 )= 46.4 cm(第 2 層底面拉應力驗算滿足要求)</p><p>　　H( 4 )= 46.4 cm(第 3 層底面拉應力驗算滿足要求)</p>&

40、lt;p>　　H( 4 )= 46.4 cm(第 4 層底面拉應力驗算滿足要求)</p><p><b>　　路面設計層厚度 :</b></p><p>　　H( 4 )= 46.4 cm(僅考慮彎沉)</p><p>　　H( 4 )= 46.4 cm(同時考慮彎沉和拉應力)</p><p>　　驗算路面防凍厚度

41、 :</p><p>　　路面最小防凍厚度 50 cm</p><p>　　驗算結果表明，路面總厚度滿足防凍要求</p><p>　　3.6 路面結構層厚度的確定</p><p>　　根據計算內容，最終確定該道路結構設計為六層，各個結構層的厚度確定見表3-6. </p><p>　　表3-6 路面結構層采用厚度<

42、;/p><p>　　4 水泥混凝土路面設計</p><p>　　4.1 交通量分析標準軸載與軸載換算</p><p>　　我國公路水泥混凝土路面設計規(guī)范以汽車軸重為100kN的單軸荷載作為設計標準軸載，表示為BZZ—100。凡前、后軸載大于50KN（單軸）的軸數均應換算成標準軸數，換算公式為：</p><p>　　式中： — 100KN的單軸—

43、雙輪組標準軸數的通行次數；</p><p>　　— 各類軸—輪型；級軸載的總重（KN）；</p><p>　　— 軸型和軸載級位數；</p><p>　　—各類軸—輪型級軸載的通行次數；</p><p><b>　　—軸—輪型系數。</b></p><p>　　表4-1 軸載換算結果</p&

44、gt;<p>　　則設計年限內設計車道的標準軸載累計作用次數:</p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　— 標準軸載累計當量作用次數；</p><p>　　t — 設計基準年限30年；</p><p>　　γ — 交通量年平均增長率，設計年限內的交通量平均增長率，由設計資料可知

45、，前8年γ=0.09，然后的22年γ=0.03；</p><p>　　η — 臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數，如下表4-2。</p><p>　　表4-2 混凝土路面臨界荷位車輛輪跡橫向分布系數</p><p>　　則前8年的累計當量軸次：</p><p>　　后22年的累計當量軸次：</p><p>　　其設計年

46、限內一個車道上的累計量軸次:</p><p>　　由上面的計算結果，故根據交通等級標準可以判定該交通量屬于重交通。</p><p>　　4.2 初擬路面結構</p><p>　　因為交通量100×104＜904.3×104＜2000×104次，故可知交通屬于重交通。該道路為高速公路安全等級為一級，變異水平等級為低級，設計基準年限30年。

47、根據高速公路、重交通等級和低級變異水平等級。查規(guī)范知：初擬普通混凝土面層厚為250mm；基層選用水泥穩(wěn)定粒料水泥穩(wěn)定砂礫厚度為200mm；墊層為150mm的低劑量無機結合穩(wěn)定土采用二灰土。普通混凝土板的平面尺寸為寬3.75m；長為4.5m。</p><p>　　4.3 確定材料參數</p><p>　　取普通混凝土面層的彎拉強度標準值為5.0Mpa，相應彎拉彈性模量標準值為31Gpa；路基

48、回彈模量為29Mpa；低劑量無機結合穩(wěn)定土墊層回彈模量去600Mpa；水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取1300Mpa。</p><p>　　基層頂面當量的回彈模量值計算如下：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　普通混凝土面層的相對剛度半徑為：</p><p>　　4.4 計算荷載疲勞應力</p&

49、gt;<p>　　根據一級公路、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。</p><p><b>　　由下列公式求得：</b></p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　— 混凝土板的相對剛度半徑（m）；</p><p>　　—

50、混凝土板的厚度（m）；</p><p>　　— 水泥混凝土的彎沉彈性模量（Mpa）；</p><p>　　— 標準軸載Ps在臨界荷位處產生的荷載疲勞應力（Mpa）；</p><p>　　— 考慮接縫傳荷能力的應力折減系數，縱縫為設桿拉的平縫，kr=0.87 ～0.92，縱縫為不設桿拉的平縫或自由邊界kr=1.0，縱縫為設桿拉的企口縫，kr=0.76 ～0.84，；&

51、lt;/p><p>　　— 考慮偏載和動載因素對路面疲勞損壞影響綜合系數，按公路等級查下表4-3；</p><p>　　表4-3 綜合系數kc </p><p>　　— 標準軸載Ps在四邊自由板的臨界荷載處產生的荷載應力（Mpa）。 </p><p>　　根據公路等級，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜和系數,則荷載疲勞應力

52、為：</p><p>　　=2.49×0.87×1.30×1.045</p><p><b>　　=2.94MPa</b></p><p>　　4.5 計算溫度疲勞應力</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=4.5/0.760=5

53、.92；已知混凝土板厚0.25m，。 </p><p>　　則可知最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應力：</p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　— 混凝土的溫度線膨脹系數 ；</p><p>　　— 最大溫度梯度，；</p>&l

54、t;p>　　— 綜合溫度翹區(qū)應力和內應力的溫度應力系數；</p><p>　　— 最大溫度梯度時土板的溫度翹取應力（Mpa）。</p><p><b>　　溫度疲勞系數： </b></p><p>　　式中a，b和c為回歸系數，按所在地區(qū)公路自然區(qū)劃查下表 3-4。</p><p>　　表4-4 回歸系數a，b和

55、c</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　則溫度疲勞應力：</b></p><p>　　綜合，高速公路的安全等級為一級，相應于一級的安全等級的變異水平等級為低級，目標可靠度為95﹪。再根據查得的目標可靠度和變異水平等級，確定可靠度系數。</p><p><b>

56、;　　故滿足要求。</b></p><p>　　4.6防凍厚度檢驗和接縫設計</p><p>　　由《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》知，路面防凍厚度為0.5m，而設計路面總厚度為0.60m，由于0.5<0.60，故滿足設計要求。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]《公

57、路工程技術標準》JTG B01-2003；</p><p>　　[2]《公路路基設計規(guī)范》JTG D30-2004；</p><p>　　[3]《公路瀝青路面設計規(guī)范》JTG D50-2006；</p><p>　　[4]《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》JTG D40-2002；</p><p>　　[5]《路基路面工程》教材 鄧學鈞編著；&