課程設計--路基路面工程

1、<p>　　《路基路面工程》課程設計</p><p>　　駐馬店市（Ⅳ2）某一級公路</p><p>　　樁號 K23+152-K23+178</p><p>　　《路基路面工程》課程設計任務書</p><p>　　一、駐馬店市（Ⅳ2）某一級公路在樁號 K23+152~K23+178 段。設計資料： </p><

2、p>　　1、路基：填土為密實粘性土，容許承載力 [σ]=250KPa，f=0.40。 </p><p>　　2、墻后填料：粘土，φ=23，γ=17.64 KN/m，C=18.72KPa。 </p><p>　　3、擋土墻墻身材料：5號砂漿砌片石，γa=22.3KN/m，δ= φ/2，[σ]=2450 KMpa。 </p><p>　　4、設計荷載：汽車 -20

3、 級，掛車 -100。 </p><p>　　5、路基寬度自擬 ，邊坡坡度自擬。</p><p>　　6、路槽地面距地下水位1.3m,地面地下水位為0.9m。</p><p>　　二  路狀調(diào)查資料：</p><p><b>　　1 交通調(diào)查 </b></p><p>　　在不利季節(jié)調(diào)查

4、的雙向四車道平均日交通量： </p><p>　　預計未來使用期內(nèi)，交通量年平均增長率為 4-6% ，。 </p><p><b>　　2  材料調(diào)查 </b></p><p>　　沿線可采集各種砂、石料；附近有礦渣、爐渣可利用；水泥、石灰、瀝青等材料當?shù)乜晒?</p><p><b>　　三 要

5、求</b></p><p>　　1所有參加課程設計的同學共分六組，每組排列序號；以上交通量是第6號同學的基準交通量。其他同學，序號每增加或者減收1，相應的每種交通量增加或者減少值為5。</p><p>　　2交通年增長率自己擬定。</p><p>　　3每個學生設計3個路面結(jié)構(gòu)方案比選，選出各項指標最優(yōu)者。</p><p>　?。?/p>

6、1） </p><p><b>　　路基 E0</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　路基 E0</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><

7、b>　　路基 E0</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　路基 E0</b></p><p><b>　　（5）</b></p><p><b>　　路基 E0</b></p>

8、<p><b>　　（6）</b></p><p><b>　　路基 E0</b></p><p>　　以上路面類型所涉及的各個參數(shù)，每個人自己擬定，第一組選（1），第二組選（2），以下類推。瀝青混凝土c=0.2~0.3Mpa,內(nèi)摩擦角為20~35°。</p><p>　　四 設計內(nèi)容及步驟：&l

9、t;/p><p>　?。ㄒ唬r青混凝土路面</p><p>　　1交通量計算;2設計彎沉值;3確定路面結(jié)構(gòu)組合，選擇計算層，確定已知各個結(jié)構(gòu)層適宜厚度;4確定土基回彈模量;5確定路面格結(jié)構(gòu)層的抗壓強度、劈裂強度;6根據(jù)彎沉值，計算未知結(jié)構(gòu)層厚度;7根據(jù)確定的各個結(jié)構(gòu)層，進行結(jié)構(gòu)層的換算;8進行各個結(jié)構(gòu)層的彎拉應力計算與驗算;9進行結(jié)構(gòu)層的剪應力驗算;10各項設計參數(shù)都驗算合格，進行設計參數(shù)匯

10、總，確定設計方案。</p><p>　?。ǘ┧嗷炷谅访?lt;/p><p>　　1確定路面結(jié)構(gòu)組合;2混凝土面板厚度設計（交通量分析計算；路面結(jié)構(gòu)材料模量確定；荷載疲勞應力計算；溫度疲勞應力計算；面板厚度確定）；3面板尺寸和接縫的設計；4路肩設計；5普通混凝土路面配筋設計；6各項設計參數(shù)都驗算合格，進行設計參數(shù)匯總，確定設計方案。</p><p><b&g

11、t;　?。ㄈ﹫D紙</b></p><p>　　1用CAD畫出瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)、水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)以及二者銜接處的結(jié)構(gòu)圖，要求比例合適，尺寸標注正確</p><p><b>　　五 要求</b></p><p>　　1設計必須按時按要求完成；</p><p>　　2每位同學獨立完成，不得抄襲雷同；<

12、/p><p>　　3遵守紀律，準時參加輔導課；</p><p>　　六  推薦參考資料 </p><p>　　1 《路基路面工程》教材； </p><p>　　2 《公路路基設計規(guī)范》（ JTG D30-2004 ）人民交通出版社， 2004. 北京 </p><p>　　3 《公路瀝青路面設計規(guī)范》 JTJ 0

13、14-97), 人民交通出版社， 1997. 北京 </p><p>　　4 《公路路基設計手冊》，人民交通出版社， 1996. 北京 </p><p>　　5 〈公路水泥混凝土路面設計規(guī)范〉（ JTJ D40-2003 ）人民交通出版社 2003. 北京。 </p><p>　　6 〈公路設計手冊 - 路面〉人民交通出版社， 1999.. 北京。 </p&g

14、t;<p><b>　　1 基本設計資料</b></p><p>　　在不利季節(jié)調(diào)查的雙向四車道平均日交通量： </p><p>　　該路段為一級公路，瀝青混凝土路面設計年限15年，水泥混凝土路面設計基準期為30年，交通量年平均增長5%，車道系數(shù)η=0.45，該路段處于中國公路自然區(qū)劃IV2區(qū)，路面寬度設計為B=18m，行車道為四車道2×7.5

15、m。查表知，此公路處于中濕路段，路基土為粉質(zhì)中液限土，潮濕路段E0=19Mpa，中濕路段E0=29Mpa，干燥路段E0=30Mpa，沿線有砂石，且有碎石、石灰、粉煤灰供應。</p><p>　　2 瀝青混凝土路面設計 </p><p><b>　　2.1軸載分析</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

16、示為BZZ-100。</p><p>　　﹙1﹚當以設計彎沉值設計指標及瀝青基層層底拉應力驗算時，凡前、后軸軸載大于25kN的各級軸載的作用次數(shù)均換算成標準軸載的當量作用次數(shù)。</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(shù)；</p><p>　　— 被換算車型的各級軸載換算次數(shù)（次/日）；</p><p

17、><b>　　— 標準軸載（）；</b></p><p>　　— 各種被換算車型的軸載（）；</p><p>　　C2— 輪組系數(shù)，單輪組為6.4,雙輪組為1.0,四軸組為0.38；</p><p>　　C1— 軸數(shù)系數(shù)。當軸間距離大于3m時，按單獨的一個軸載計算；當間距離小于3m時，雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)按下面公式計算： 1+1.2(m-

18、1),m—軸數(shù)。</p><p>　　— 被換算車輛的類型數(shù)。</p><p><b>　　軸載換算結(jié)果</b></p><p>　　則其設計年限內(nèi)一個車道上的累計量軸次：</p><p>　?。?5262020次</p><p>　　﹙2﹚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50

19、KN的各級軸載的作用次數(shù)均按下式換算成標準軸載的當量作用次數(shù)。</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(shù)；</p><p>　　— 被換算車型的各級軸載換算次數(shù)（次/日）；</p><p><b>　　— 標準軸載（）；</b></p><p>　　— 各種被換算車型的軸載

20、（）；</p><p><b>　　—軸數(shù)系數(shù)；</b></p><p>　　—輪組系數(shù)，雙輪組為1.0，單輪組為18.5，四輪組為0.09；</p><p><b>　　軸載換算結(jié)果</b></p><p>　　則其設計年限內(nèi)一個車道上的累計量軸次為：</p><p>　　

21、＝79514483次</p><p>　　2.2 結(jié)構(gòu)組合與材料選取</p><p>　　根據(jù)《公路瀝青路面設計規(guī)范》，并考慮公路沿途有砂石、碎石、石灰、粉煤灰供應，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（300），底層采用二灰土（厚度待定），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

22、瀝青混凝土（90）。</p><p>　　2.3 各層材料的抗壓模量和劈裂強度</p><p>　　該路屬于 區(qū)，路基填土為密實粘性土，路槽底距地下水位高度為1.3m，由表1-6路基臨界高度參考值，知此高度介于 之間，屬于中濕路基；由表1-4路基干濕類型和表1-5各自然區(qū)劃土基干濕分界稠度知，路基平均稠度介于 之間，取ω=1.0，查表12-8二級自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值知， =27

23、.0MPa.</p><p>　　查表12-12瀝青混合料設計參數(shù)參考值和表12-13基層材料設計參數(shù)得，按設計彎沉計算厚度時采用20℃抗壓模量，驗算面層彎拉應力時采用15℃抗壓模量為計算值。各結(jié)構(gòu)層材料的抗壓模量及劈裂強度值如下圖所示：</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)組合參數(shù)</b></p><p>　　2.4 設計指標的確定</p&

24、gt;<p><b>　　﹙1﹚設計彎沉值</b></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： — 設計彎沉值</p><p>　　— 設計年限內(nèi)的累計當量年標準軸載作用次數(shù)</p&

25、gt;<p>　　— 公路等級系數(shù)，一級公路為1.0</p><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力，按下列公式計算：</p>

26、;<p>　　式中 ： — 路面結(jié)構(gòu)材料的極限抗拉強度（Mpa）；</p><p>　　— 路面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)系數(shù)。</p><p>　　細粒式密級配瀝青混凝土：</p><p>　　=0.09 =0.09×1.0

27、15; /1.0=3.42</p><p>　　=1.4/3.42=0.409MPa</p><p>　　中粒式密級配瀝青混凝土：</p><p>　　=0.09 =0.09×1.0× /1.0=3.42</p><p>　　=1.0/3.42=0.292MPa</p><p>　　粗粒式密級配瀝青

28、混凝土：</p><p>　　=0.09 =0.09×1.1× /1.0=3.77</p><p>　　=0.8/3.77=0.212MPa</p><p><b>　　水泥碎石：</b></p><p>　　=0.35=0.35× /1.0=2.59</p><p>

29、;　　=0.5/2.59=0.193MPa</p><p><b>　　二灰土：</b></p><p>　　=0.45=0.45× /1.0=3.33</p><p>　　=0.25/3.33=0.075MPa</p><p><b>　　設計參數(shù)匯總表</b></p>&

30、lt;p>　　2.4 路面結(jié)構(gòu)層厚度的計算</p><p>　　各層體系彎沉等效換算公式</p><p><b>　　H= </b></p><p>　　標準軸載BZZ—100，輪胎接地壓強p=0.7MPa，當量圓半徑</p><p><b>　　因為： </b></p><

31、;p><b>　　得到： </b></p><p>　　查圖得： α＝6.2</p><p>　　由表面彎沉系數(shù)： ,得 0.22</p><p>　　查圖得：當 0.22時</p><p><b>　　=9.4</b></p><p><b>　　得

32、： </b></p><p>　　所以取石灰層的厚度為65cm。</p><p>　　2.5驗算各層層底拉應力</p><p><b>　　1）計算方法：</b></p><p>　?、佟Χ鄬勇访骟w系進行等效換算</p><p>　　求第i層的層底拉應力，則：</p>

33、<p><b>　　上層： </b></p><p><b>　　下層：</b></p><p><b>　?、?、計算</b></p><p>　　由公式：或求各層層底拉應力</p><p>　　式中： p——輪胎接地壓強p=0.7MPa；</p>&l

34、t;p>　　、、、、——由查“三層連續(xù)體系上（中）層底面拉應力系數(shù)圖”得到；</p><p><b>　　2）計算</b></p><p>　　①、多層路面體系進行等效換算</p><p>　?、凇⒂嬎愀鲗訉拥椎膹澙瓚?lt;/p><p>　　第一層底部彎拉應力：</p><p><b&

35、gt;　　查圖得：，，</b></p><p>　　所以：第一層底部彎拉應力 （符合）</p><p>　　第二層底部彎拉應力：</p><p><b>　　查圖得：，，</b></p><p>　　所以：第二層底部彎拉應力 （符合）</p><p>　　第三層底部彎拉應力：<

36、;/p><p><b>　　查圖得：，，</b></p><p>　　所以：第三層底部彎拉應力 （符合）</p><p>　　第四層底部彎拉應力：</p><p>　　查表得： =0.42</p><p>　　=0.7×0.085×1.46×0.42=0.

37、036MPa<0.193MPa(符合)</p><p>　　第四層底部彎拉應力：</p><p>　　查表得： 0.028 1.06 =0.34</p><p>　　=0.7×0.028×1.06×0.34=0.007MPa<0.075MPa(符合)</p><p>　　所以：上述設計結(jié)果滿

38、足設計要求。</p><p><b>　　3、水泥砼路面設計</b></p><p><b>　　3.1、交通量分析</b></p><p><b>　　1）計算方法：</b></p><p>　　水泥砼路面結(jié)構(gòu)設計以100單軸雙輪組荷載為標準軸載。凡前、后軸載大于40KN（單

39、軸）的軸數(shù)均應換算成標準軸數(shù)，不同軸—輪型和軸載的作用次數(shù)，按下式換算為標準軸載的作用次數(shù)。</p><p>　　式中：——100的單軸—雙輪組標準軸載的通行次數(shù)；</p><p>　　——各類軸—輪型；及軸載的總重（）；</p><p>　　——軸型和軸載的通行次數(shù)；</p><p>　　——各類軸—輪型i級軸載的通行次數(shù)；</p&g

40、t;<p>　　——軸—輪型系數(shù)。 單軸—雙輪組：，單軸—單輪組： ，雙軸—雙輪組：，三軸—雙輪組： </p><p><b>　　軸載換算結(jié)果</b></p><p>　　標準軸載累計當量作用次數(shù)</p><p>　　式中：——標準軸載累計當量作用次數(shù)；</p><p>　　r——設計基準期（年），1

41、級公路為30年；</p><p>　　——交通量年平均增長率；取為5％；</p><p>　　——臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)，查表14-4，本設計為一級公路，取。</p><p><b>　　=9329960次</b></p><p>　　3.2 初擬路面結(jié)構(gòu)</p><p>　　因為交通量

42、100×104＜932.996×104＜2000×104次，故可知交通屬于重交通。由以上可知相應于安全等級為二級的變異水平等級為中級，根據(jù)一級公路、重交通等級和中級變異水平等級。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，厚度為220mm；墊層為150mm的低劑量無機結(jié)合穩(wěn)定土。普通混凝土板的平面尺寸為寬3.75m；長為5m?？v縫為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿的假縫。</p>

43、<p>　　3.3 確定材料參數(shù)</p><p><b>　　1）計算方法：</b></p><p>　　新建公路的基層頂面當量回彈模量值：</p><p>　　式中：——路床頂面的回彈模量(MPa),查表16-26的參考值；</p><p>　　——基層和底基層或墊層的當量回彈模量(MPa)；</p

44、><p>　　、——基層和底基層或墊層的回彈模量（MPa），查表16-27的參考值；</p><p>　　——基層和底基層或墊層的當量厚度（m）；</p><p>　　——基層和底基層或墊層的當量彎曲剛度（）；</p><p>　　——基層和底基層或墊層的厚度；</p><p>　　a、b——與有關(guān)的回歸系數(shù)。</p

45、><p>　　砼板的相對剛度半徑（m）；</p><p>　　式中：h——砼板的厚度（m）；</p><p>　　——水泥砼的彎拉彈性模量（MPa），</p><p><b>　　2）計算：</b></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

46、；路基回彈模量為30Mpa；低劑量無機結(jié)合穩(wěn)定土墊層回彈模量取600Mpa；水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取1300Mpa。</p><p>　　計算基層頂面當量回彈模量如下：</p><p>　　普通砼面層的相對剛度半徑：</p><p>　　3.4、荷載疲勞應力</p><p><b>　　1）計算方法</b></p

47、><p>　　標準軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應力按下式計算</p><p>　　式中：——考慮接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)，縱縫為設拉桿的平縫：，縱縫為不設拉桿的平縫或自由邊界： ，縱縫為設拉桿的企口縫：；</p><p>　　——考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)；</p><p>　　——考慮設基準期內(nèi)標準軸載荷載應力累計疲勞

48、作用的疲勞應力系數(shù)，按下式計算：</p><p>　　式中：——設計基準期內(nèi)標準軸載累計作用次數(shù)；</p><p>　　——與混合料有關(guān)的指數(shù)，普通砼取0.057；</p><p>　　——標準軸載在四邊自由板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力（MPa），按下式計算： </p><p>　　式中：——砼板的相對半徑（m）；</p>&l

49、t;p>　　——砼板的厚度（m）；</p><p><b>　　2）計算</b></p><p>　　標準軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力計算為</p><p>　　因縱縫為設拉桿平縫，接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)?？紤]設計基準期內(nèi)荷載應力累計疲勞作用的疲勞應力系數(shù)</p><p><b>　　= </

50、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的影響的綜合系數(shù)</p><p><b>　　綜合系數(shù)kc</b></p><p><b>　　荷載疲勞應力計算為</b></p><p>　　=0.87×2.496×1.25×1.087=

51、2.951MPa</p><p>　　3.5、溫度疲勞應力</p><p><b>　　1）計算方法</b></p><p>　　在臨界荷位處的溫度疲勞應力按下式計算：</p><p>　　式中：——最大溫度梯度時砼板的溫度翹曲應力（MPa），按下式計算：</p><p>　　式中：——砼的溫度線

52、膨脹系數(shù)，通?？扇。?lt;/p><p>　　——最大溫度梯度，按表14-3取用；</p><p>　　——綜合溫度翹曲應力和內(nèi)應力作用的溫度系數(shù)，查圖14-13；</p><p>　　——砼板厚度（m）；</p><p>　　——考慮溫度應力累計疲勞作用于的疲勞系數(shù)，按下式計算：</p><p>　　式中：a,b,c——

53、回歸系數(shù)，按所在地區(qū)的公路自然區(qū)劃查表14-10確定；</p><p><b>　　2）計算</b></p><p>　　由表14-3，Ⅳ區(qū)最大溫度梯度取92（）。板長5m，，由圖14-13，可查普通砼板厚，。</p><p>　　最大溫度梯度時砼板的溫度翹曲應力計算為</p><p><b>　　回歸系數(shù)a，

54、b和c</b></p><p>　　溫度疲勞應力系數(shù)，查表可得，自然區(qū)劃為Ⅳ區(qū)，式中，，， </p><p><b>　　溫度疲勞應力為</b></p><p>　　3.6 面板厚度確定</p><p>　　水泥砼路面結(jié)構(gòu)設計以行車荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設計的極限狀態(tài)，極限狀態(tài)方程式如下：&

55、lt;/p><p>　　——可靠度系數(shù)，依據(jù)所選目標可靠度及變異水平等級按表14-12確定；</p><p>　　——水泥砼彎拉強度標準值（MPa）；</p><p>　　查表14-7，一級公路的安全等級為二級，相應于二級安全等級的變異水平為中級，目標可靠度為90%。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)</p><p&g

56、t;<b>　　則： </b></p><p>　　因而，所選用的普通砼面層厚度（0.25m）可以承受設計基準期內(nèi)荷載應力和溫度應力的綜合作用，即：初擬路面結(jié)構(gòu)符合規(guī)范要求。</p><p><b>　　3.7接縫設計</b></p><p>　　為避免由溫度產(chǎn)生的應力破壞，所以，在混凝土板中設置橫縫與縱縫，這段路為重交通

57、，縫中設滑動傳力桿，拉桿長0.45m，直徑28mm，每隔30cm設置一個。</p><p><b>　　橫向脹縫</b></p><p>　　縫隙寬20mm，縫隙上部3cm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&g

58、t;<p><b>　　橫向縮縫</b></p><p>　　縮縫采用假縫，縫隙寬5mm，深度為5cm,間距為5m.</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，縫寬為5mm, 在深度為5cm的溝槽內(nèi)澆灌填縫料。</p><p>

59、<b>　　橫縫的布置</b></p><p>　　縮縫間距一般為5m，混凝土路面設置脹縫。</p><p><b>　　縱縫的設置</b></p><p>　　在平行于混凝土路面行車方向設置縱縫，縫間距3.75m，設置為假縫帶拉桿形式，縫的上部留有5cm的縫隙，內(nèi)澆注填縫料，縱縫與橫縫一般做成垂直正交，使混凝土板具有90

60、°的角隅。</p><p><b>　　3.7 配筋設計</b></p><p>　　為防止基礎產(chǎn)生較大的塑性變形，在混凝土路面的自由邊緣和角隅處設置補強鋼筋。</p><p><b>　　邊緣鋼筋</b></p><p>　　用兩根直徑為12mm的螺紋鋼筋設置在板的下部70mm處，距板頂

61、、板底均不小于50mm，兩根鋼筋的間距為100mm。在橫向脹縫兩側(cè)板邊緣以及混凝土路面的起、終端處也設置橫向邊緣鋼筋；</p><p><b>　　角隅鋼筋</b></p><p>　　用兩根直徑為16mm的螺紋鋼筋，布置在板的上部，距板頂不小于50mm，距板邊100mm。另外，鋼筋保護層的最小厚度不應小于50mm。</p><p><b

62、>　　參考文獻</b></p><p>　　1.《路基路面工程》，人民交通出版社</p><p>　　2.《結(jié)構(gòu)設計原理》，人民交通出版社</p><p>　　3.《道路橋梁勘測》，人民交通出版社</p><p>　　4.中華人民共和國行業(yè)標準：公路瀝青路面設計規(guī)范(JTG D50-2006).北京：人民交通出版社2006&