路基路面課程設計 (2)

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 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 基本設計資料1</p><p>　　2 瀝青路面設計1</p><p><b>　　2

2、.1軸載分析1</b></p><p>　　2.2 結構組合與材料選取4</p><p>　　2.3 各層材料的抗壓模量和劈裂強度4</p><p>　　2.4 設計指標的確定5</p><p>　　2.5 路面結構層厚度的計算6</p><p>　　3 水泥混凝土路面設計12</p>

3、;<p>　　3.1 交通量分析12</p><p>　　3.2 初擬路面結構14</p><p>　　3.3 確定材料參數(shù)14</p><p>　　3.4 計算荷載疲勞應力15</p><p>　　3.5 計算溫度疲勞應力16</p><p>　　3.6防凍厚度檢驗和接縫設計17</p

4、><p><b>　　參考文獻18</b></p><p><b>　　附錄19</b></p><p><b>　　1 基本設計資料</b></p><p>　　該路段設計年限15年，交通量年平均增長7.5%，車道系數(shù)η=0.45，該路段處于中國公路自然區(qū)劃V2區(qū)，路面寬度為

5、B=28.0m，行車道為四車道2×7.5m，中間帶寬度為3.0m，左路緣寬度為0.5m，硬路肩寬度為3.5m，土路肩寬度為1.0m,且處于中濕路段，路基土為中液限粘性土，中濕路段E0=40Mpa，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?lt;/p><p>　　表1-1交通組成及交通量表</p><p><b>　　2 瀝青路面設計

6、 </b></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，表示為BZZ-100。標準軸載的計算參數(shù)按表3-1確定。</p><p>　　表2-1 標準軸載計算參數(shù)</p><p>　　﹙1﹚當以設計彎沉值設計指標及瀝青基層層底拉應力

7、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><b>　　— 標準軸載（）；</b></p><p>　　

8、— 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1.0,四軸組為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，雙軸或多軸

9、的軸數(shù)系數(shù)按下面公式計算：</p><p><b>　　式中：m—軸數(shù)。</b></p><p>　　表2-2 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>　　式中— 設計年限內一個車道的累計當量次數(shù)；</p><p>　　t — 設計年限，由材料知，

10、t=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，由材料知，γ=0.075；</p><p>　　— 車道系數(shù)，由材料知η=0.45。</p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　　次

11、。</b></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50KN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>

12、<b>　　— 標準軸載（）；</b></p><p>　　— 各種被換算車型的軸載（）；</p><p>　　—輪組系數(shù)，雙輪組為1.0，單輪組為18.5，四輪組為0.09。</p><p><b>　　—軸數(shù)系數(shù)；</b></p><p>　　此次標準軸載換算均采用后輪軸間距大于3m計，軸數(shù)系數(shù)

13、都等于1。</p><p>　　軸載換算結果如表2-3 所示</p><p>　　表2-3 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為：</p><p><b>　　次。</b></p><p>　　2.2 結構組合與材料選取</p><p>

14、　　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，路面結構層采用瀝青混凝土（180），基層采用水泥穩(wěn)定碎石（20mm），底層采用水泥石灰沙礫土（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瀝青混凝土（80）。</p><p>　　2.3 各層材料的抗壓模量和劈裂強度</p>

15、<p>　　土基回彈模量的確定可根據(jù)查表法查得。各結構層材料的抗壓模量及劈裂強 參照規(guī)范給出的推薦值確定。見表2-4。</p><p>　　表2-4 結構組合參數(shù)</p><p>　　2.4 設計指標的確定</p><p><b>　　﹙1﹚設計彎沉值</b></p><p>　　公路為高速公路，則

16、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；路面結構為半剛性基層瀝青路面，則路面結構類型系數(shù)取1.0。</p><p>　　式中： — 設計彎沉值</p><p>　　— 設計年限內的累計當量年標準軸載作用次數(shù)</p><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

17、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><p>　　式中 ： — 路面結構材料的極限抗拉強度（Mpa）；</p><p>　　— 路面結構材

18、料的容許拉應力，即該材料能承受設計年限次加載的疲勞</p><p>　　彎拉應力（Mpa）；</p><p>　　— 抗拉強度結構系數(shù)。</p><p>　　對瀝青混凝土面層的抗拉強度結構系數(shù)： </p><p>　　對無機結合料穩(wěn)定集料類的抗拉強度結構系數(shù)： </p><p>　　對無機結

19、合料穩(wěn)定細土類的抗拉強度結構系數(shù)： </p><p>　　2.5 路面結構層厚度的計算</p><p><b>　　圖2-1</b></p><p><b>　　圖2-2</b></p><p><b>　　圖2-3</b></p><p><b&

20、gt;　　圖2-4</b></p><p><b>　　圖2-5</b></p><p><b>　　圖2-6</b></p><p>　　表2-5軸載換算及設計彎沉值和容許拉應力計算</p><p><b>　　表2-6</b></p><p&

21、gt;　　當以設計彎沉值為指標及瀝青層層底拉應力驗算時 :</p><p>　　路面竣工后第一年日平均當量軸次 : 1088 </p><p>　　設計年限內一個車道上累計當量軸次 : 4667456 </p><p>　　當進行半剛性基層層底拉應力驗算時 :</p><p>　　路面竣工后第一年日平均當量軸次 : 1238 </

22、p><p>　　設計年限內一個車道上累計當量軸次 : 5310948 </p><p>　　公路等級 : 高速公路</p><p><b>　　表2-7</b></p><p>　　路面設計彎沉值 : 27.8 (0.01mm)</p><p><b>　　表2-8</b>&

23、lt;/p><p>　　新建路面結構厚度計算</p><p><b>　　表2-9</b></p><p><b>　　表2-10</b></p><p>　　按設計彎沉值計算設計層厚度 :</p><p>　　LD= 27.8 (0.01mm)</p><p

24、>　　H( 5 )= 15 cm </p><p>　　LS= 27.4 (0.01mm)</p><p>　　由于設計層厚度 H( 5 )=Hmin時 LS<=LD,故彎沉計算已滿足要求 .</p><p>　　H( 5 )= 15 cm(僅考慮彎沉)</p><p>　　按容許拉應力驗算設計層厚度 :</p&g

25、t;<p>　　H( 5 )= 15 cm(第 1 層底面拉應力驗算滿足要求) </p><p>　　H( 5 )= 15 cm(第 2 層底面拉應力驗算滿足要求)</p><p>　　H( 5 )= 15 cm(第 3 層底面拉應力驗算滿足要求)</p><p>　　H( 5 )= 15 cm(第 4 層底面拉應力驗算滿足要求)</p

26、><p>　　H( 5 )= 20 cm σ( 5 )= 0.125 MPa</p><p>　　H( 5 )= 25 cm σ( 5 )= 0.109 MPa</p><p>　　H( 5 )= 21.6 cm(第 5 層底面拉應力驗算滿足要求)</p><p><b>　　路面設計層厚度 :</b><

27、;/p><p>　　H( 5 )= 15 cm(僅考慮彎沉)</p><p>　　H( 5 )= 21.6 cm(同時考慮彎沉和拉應力)</p><p>　　驗算路面防凍厚度 :路面最小防凍厚度 40 cm</p><p>　　驗算結果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求 .</p><p>　　通過對設計層厚度取整, 最后得

28、到路面結構設計結果如下:</p><p><b>　　表2-11</b></p><p>　　---------------------------------------</p><p>　　細粒式瀝青混凝土 4 cm</p><p>　　--------------------------------

29、-------</p><p>　　中粒式瀝青混凝土 6 cm</p><p>　　---------------------------------------</p><p>　　粗粒式瀝青混凝土 8 cm</p><p>　　---------------------------------------&

30、lt;/p><p>　　水泥穩(wěn)定碎石 20 cm</p><p>　　---------------------------------------</p><p>　　水泥石灰砂礫土 22 cm</p><p>　　---------------------------------------<

31、/p><p><b>　　土基</b></p><p>　　竣工驗收彎沉值和層底拉應力計算</p><p><b>　　表2-12</b></p><p><b>　　表2-13</b></p><p>　　計算新建路面各結構層及土基頂面竣工驗收彎沉值 :&

32、lt;/p><p>　　第 1 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 23.6 (0.01mm)</p><p>　　第 2 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 26 (0.01mm)</p><p>　　第 3 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 30.1 (0.01mm)</p><p>　　第 4 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 36.2 (0.

33、01mm)</p><p>　　第 5 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 93.2 (0.01mm)</p><p>　　土基頂面竣工驗收彎沉值 LS= 292.5 (0.01mm)</p><p>　　(根據(jù)“基層施工規(guī)范”第88頁公式)</p><p>　　LS= 232.9 (0.01mm)</p><p>　　

34、(根據(jù)“測試規(guī)程”第56頁公式)</p><p>　　計算新建路面各結構層底面最大拉應力 :</p><p>　　第 1 層底面最大拉應力 σ( 1 )=-0.208 (MPa)</p><p>　　第 2 層底面最大拉應力 σ( 2 )=-0.026 (MPa)</p><p>　　第 3 層底面最大拉應力 σ( 3 )=-0.03 (MP

35、a)</p><p>　　第 4 層底面最大拉應力 σ( 4 )= 0.075 (MPa)</p><p>　　第 5 層底面最大拉應力 σ( 5 )= 0.118 (MPa)</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)的中濕、潮濕路段，路面設計應進行防凍厚度的檢驗，如小于規(guī)范定的最小防凍厚度

36、時，應增設或加墊層使路面總厚度達到要求。路面結構層總厚度h=4+6+8+20+22=60cm，大于最大冰凍深度40cm，所以不考慮凍層深度。</p><p>　　3 水泥混凝土路面設計</p><p><b>　　3.1 交通量分析</b></p><p>　　﹙1﹚標準軸載與軸載換算</p><p>　　我國公路水泥混

37、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40KN（單軸）的軸數(shù)均應換算成標準軸數(shù)，換算公式為：</p><p>　　式中： — 100KN的單軸—雙輪組標準軸數(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>

38、<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)。</b></p><p>　　表3-1 軸載換算結果</p><p>　　則設計年限內設計車道的標準軸載累計作用次數(shù):</p><p>　　式中： — 標準軸載累計當量作用次數(shù)；</p><p>

39、;　　t — 設計基準年限；</p><p>　　γ — 交通量年平均增長率，由材料知，γ=0.075；</p><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>　　=7.72×106次。</p><p&

40、gt;　　3.2 初擬路面結構</p><p>　　因為交通量100×104＜772×104＜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一級的變異水平等級為低級，根據(jù)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260mm；碾壓混凝土基層厚為150mm；底基層選用水泥穩(wěn)定粒料（水泥用量5%），厚200mm,墊層為180mm的低劑量無

41、機結合料穩(wěn)定土。普通混凝土板的平面尺寸長為4.0m，寬從中央分隔帶至路肩依次為5m、5m、4m?？v縫為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿的假縫。碾壓混凝土不設縱縫，橫縫設假縫，間距4m。</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度標準值為5.0Mpa，相應彎拉彈性模量標準值為31Gpa；碾壓混凝土彎拉強度標準值為4.0Mpa，相應彎拉彈性模量標準值為2

42、7Gpa。</p><p>　　路基回彈模量為40Mpa；低劑量無機結合料穩(wěn)定土墊層回彈模量去650Mpa；水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取1400Mpa。</p><p>　　基層頂面當量的回彈模量值計算如下：</p><p><b>　　==1064Mpa</b></p><p><b>　　=</b>

43、;</p><p>　　=4.23(MN*m)</p><p>　　= =0.363m </p><p><b>　　==4.074</b></p><p><b>　　==0.763</b></p><p><b>　　==225</b></p

44、><p>　　3.4 計算荷載疲勞應力</p><p>　　普通混凝土面層和碾壓混凝土基層組成分離式復合式面層。此時=0,=0。復合式混凝土面層的截面總剛度，計算：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=52.998（MN*m）</p><p>　　普通混凝土面層的相對剛度半徑

45、為：</p><p>　　標準軸載在普通混凝土面層臨界荷位處產生的荷載應力計算為</p><p><b>　　==0.828</b></p><p>　　=0.416 </p><p>　　普通混凝土面層，因縱縫為設拉桿平縫，接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)=0.87；碾壓混凝土基層不設縱縫，不考慮接縫傳荷

46、能力的應力折減系數(shù)=0.87。水泥混凝土面層，考慮設計基準期內荷載應力累計疲勞作用的疲勞應力系數(shù)；</p><p>　　碾壓混凝土基層，考慮設計基準期內荷載應力累計疲勞作用的疲勞應力系數(shù) 。</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合系數(shù)=1.30。</p><p>　　普通混凝土面層的荷載疲勞應力計算為：</p>

47、;<p>　　==2.312MPa</p><p>　　==1.516MPa</p><p>　　3.5 計算溫度疲勞應力</p><p>　　V區(qū)最大溫度梯度取88（℃/m）。普通混凝土面層板長4m，l/=4/0.760=5.26,可由普通混凝土面層=0.26m，得=0.53，=0.96。</p><p>　　最大溫度梯度時的

48、普通混凝土上面層的溫度翹曲應力計算為</p><p><b>　　,</b></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)，</p><p>　　按公路等級查下表3-3；</p><p>　　表3-3 綜合系數(shù)kc </p><p>　　σps— 標準軸載Ps在四

49、邊自由板的臨界荷載處產生的荷載應力（Mpa）。 </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>　　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)應力和內

50、應力的溫度應力系數(shù)；</p><p>　　σtm— 最大溫度梯度時土板的溫度翹取應力（Mpa）。</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　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&g

51、t;　　表3-4 回歸系數(shù)a，b和c</p><p>　　普通混凝土面層的溫度疲勞應力系數(shù)，查表可得在自然區(qū)V，式中a=0.871，b=0.071，c=1.287，為 </p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　則溫度疲勞應力： </b></p><p>　　綜合，高速公路

52、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(jù)查得的目標可靠度和變異水平等級，確定可靠度系數(shù)。</p><p><b>　　普通混凝土</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　碾壓混凝土</b></p><

53、p><b>　　故滿足要求。</b></p><p>　　3.6防凍厚度檢驗和接縫設計</p><p><b>　　﹙1﹚防凍厚度檢驗</b></p><p>　　由《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》知，路面防凍厚度為0.40m，而設計路面總厚度為0.60m，由于0.40<0.60，故滿足設計要求。</p&g

54、t;<p><b>　　﹙2﹚接縫設計</b></p><p>　　為避免由溫度產生的應力破壞，所以，在混凝土板中設置橫縫與縱縫，這段路為重交通，縫中設拉桿，拉桿長0.5m，直徑22mm，每隔40cm設置一個。</p><p><b>　?、贆M向脹縫</b></p><p>　　縫隙寬20mm，縫隙上部5cm

55、深度內澆填縫料拉桿的半段固定在混凝土內，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><p><b>　　②橫向縮縫</b></p><p>　　縮縫采用假縫，縫隙寬5mm，深度為5cm.</p><p><b>　?、凼┕たp&l

56、t;/b></p><p>　　施工縫采用平頭縫或企口縫的構造形式，縫上深5cm，寬為5mm的溝槽，內澆填縫料。</p><p><b>　?、軝M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>　?、菘v縫的設置</b></p>

57、<p>　　在平行于混凝土路面行車方向設置縱縫，縫間距3.75cm，設置為假縫帶拉桿形式，</p><p>　　縫的上部留有5cm的縫隙，內澆注填縫料，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</b></p><p>　　鄧學鈞 路基路面工程(第二版).人民交通出版社，2

58、005</p><p>　　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</p><p>　　中華人民共和國行業(yè)標準：公路水泥混凝土路面設計規(guī)范(JTG D40-2002).北京：人民交通出版社2002</p><p>　　4. 中華人民共和國行業(yè)標準：<<公路工程技術標準>>(JTG

59、B01—2003)</p><p>　　5. <<公路路基設計手冊>></p><p>　　6.鄧學均，陳榮生.《剛性路面設計》（第二版）.北京:人民交通出版社，1988</p><p>　　7.林繡賢.《柔性路面結構設計》.北京：人民交通出版社，1998</p><p>　　8.黃曉明.《水泥路面設計》.北京：人民交

60、通出版社，2003</p><p>　　9.高速公路叢書編委會.《高速公路路基設計與施工》.北京：人民交通出版社，2001</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　瀝青混凝土路基</b></p><p><b>　　水泥混凝土路基</b></