路基路面工程課程設(shè)計

1、<p>　　課程名稱： 路基路面工程 </p><p>　　學(xué) 院： 建筑工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 土 木 工 程 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　年 級： 2009級 </p><p&g

2、t;　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </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>　　2.1軸載分析1</b

3、></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、底基層層底拉應(yīng)力驗算7<

4、;/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 計算荷載疲勞應(yīng)力11</p&

5、gt;<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>　　該路段設(shè)計年限20年，交通量年平均增長8.7%，車道

6、系數(shù)η=0.5，該路段處于中國公路自然區(qū)劃II2區(qū)，路面寬度為B=24.5m，行車道為四車道2×7.5m，此公路設(shè)有一個收費站，且處于中濕路段，設(shè)計任務(wù)書要求收費站采用水泥混凝土路面，其他路段采用瀝青混凝土路面。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(yīng)。</p><p>　　表1-1交通組成及交通量表<

7、;/p><p><b>　　2 瀝青路面設(shè)計 </b></p><p><b>　　2.1軸載分析</b></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>

8、<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25kN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>　　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

9、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1.0,四軸組為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)

10、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></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

11、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><p>　　— 設(shè)計年限內(nèi)的交通量平均增長率，由材料知，γ=0.087；</p><p>　　— 車道系數(shù)，由材料知η=0.5。</p><p><b>　　則：次。<

12、;/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50KN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><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><

13、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1.0，單輪組為18.5，四輪組為0.09。</p><p><b>　　—軸數(shù)系數(shù)；</b></p><p>　　表2-3 軸載換算結(jié)果</p><p&g

14、t;　　則其設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計量軸次為：</p><p><b>　　次。</b></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(shè)計規(guī)范》，并考慮公路沿途有砂石、碎石、石灰、粉煤灰供應(yīng)，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（300），采用三層式瀝青

15、混凝土面層，表層采用細(xì)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（90）。</p><p>　　2.3 各層材料的抗壓模量和劈裂強度</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度已 參照規(guī)范給出的推薦值確定。見表2-4。</p><p>　　表2-4

16、 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></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<

17、;/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><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></

18、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)材料的極限抗拉強度（Mpa）；</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>　　— 抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)。</p&

19、gt;<p>　　對瀝青混凝土面層的抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)： </p><p>　　對無機結(jié)合料穩(wěn)定集料類的抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)： </p><p>　　對無機結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)土類的抗拉強度結(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>

20、<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— 彎沉綜合修正系數(shù)， 。</p><p>　　因此： F=1.63×[14.98/2000/10.65]0.38(30/0.70) 0.36=0.400 </p><p>　　=14.98×1400/(

21、2000×10.65×0.7×0.4)=3.516</p><p>　　﹙2﹚確定設(shè)計層厚度</p><p>　　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=0.376 E2/E1=1200/1400=0.857；</p><p>　　由三層體系彎沉系數(shù)諾莫圖查

22、得：=6.22。</p><p>　　h/δ=4/10.65=0.376 =30/1200=0.025；</p><p>　　由三層體系彎沉系數(shù)諾莫圖查得K1=1.460。</p><p>　　又因為K2= /(K1）=3.516/（6.22×1.460）=0.387，，，由上查表得：H/δ=7.8，H= 10.65×7.8=83。</p&

23、gt;<p><b>　　由可知：</b></p><p>　　，因為H=83cm，可知h4=36.3cm，故取h4=37cm。</p><p><b>　　如圖所示：</b></p><p>　　______________________ ____________________

24、__</p><p>　　h1=4cm E1=2000MPa h=4cm E1=2000Mpa </p><p>　　h2=6cm E2=1800MPa </p><p>　　h3=9cm E3=1200MPa H=？cm E2=1800MPa</p><p>　

25、　h4=37cm E4=3600MPa </p><p>　　h5=35cm E5=2400MPa </p><p>　　E0 =30 MPa E0=30MPa </p><p>　　2.5 瀝青混凝土面層和半剛性

26、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>　　______________________ ______________________</p><p>　　h1=4cm E1=2000MPa h=21.5cm E1=1400Mpa <

27、;/p><p>　　h2=6cm E2=1800MPa </p><p>　　h3=9cm E3=1200MPa H=56.8cm E2=1000MPa</p><p>　　h4=37cm E4=3600MPa </p><p>　　h5=35cm E5=2400MPa

28、 </p><p>　　E0 =30 MPa E0=30MPa </p><p><b>　??；</b></p><p><b>　　，。</b></p><p>　　查三層連續(xù)體系上層底

29、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=4cm E1=2000MPa h=49.4cm E1=3600Mp

30、a </p><p>　　h2=6cm E2=1800MPa </p><p>　　h3=9cm E3=1200MPa H=35cm E2=2400MPa</p><p>　　h4=37cm E4=3600MPa </p><p>　　h5=35cm E5=2400MPa

31、 </p><p>　　E0 =30 MPa E0=30MPa </p><p>　　h==49.4cm ， =35cm</p><p>　　由H/=35/10.65=3.286385, =30/2400=0.0125,查表得=

32、0.05Mpa</p><p>　　H/=3.286385, E2/E1=2400/3600=0.67,查表得n1=2.1</p><p>　　H/=3.286385, h/=51.84/10.65=4.8676,查表得 n2=0.50</p><p>　　由公式m=Pn1n2得m=0.7×0.05×2.1×0.50=0.037Mpa&

33、lt;R=0.19Mpa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=4cm E1=2000MPa h=56.4cm E1=3600Mpa &

34、lt;/p><p>　　h2=6cm E2=1800MPa </p><p>　　h3=9cm E3=1200MPa H=35cm E2=2400MPa</p><p>　　h4=37cm E4=3600MPa </p><p>　　h5=35cm E5=2400MPa

35、 </p><p>　　E0 =30 MPa E0=30MPa </p><p><b>　　=56.4cm</b></p><p><b>　　由，，可知；</b></p>&l

36、t;p><b>　　由，，可知；</b></p><p><b>　　由，，，可知。</b></p><p>　　由公式，故滿足要求。</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(shè)計應(yīng)進(jìn)行防凍厚度的檢驗，如小于規(guī)范定的最小

37、防凍厚度時，應(yīng)增設(shè)或加墊層使路面總厚度達(dá)到要求。路面結(jié)構(gòu)層總厚度h=4+6+9+35+37=91cm，大于最大冰凍深度80cm，所以不考慮凍層深度。</p><p>　　3 水泥混凝土路面設(shè)計</p><p><b>　　3.1 交通量分析</b></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

38、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)，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)

39、；</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)。</b></p><p>　　表3-1 軸載換算結(jié)果</p><p&

40、gt;　　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=0.087；</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>&

41、lt;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>　　=2800397.633次。</p><p>　　3.2 初擬路面結(jié)構(gòu)</p><p>　　因為交通量100×104＜280.04×104＜2000×104次，故可知交通屬于重交通。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)一級公路

42、、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，厚為200mm；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度標(biāo)準(zhǔn)值為5.0Mpa，相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為31Gpa；路基回彈模量為29Mpa；低劑量無機結(jié)

43、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(dāng)量的回彈模量值計算如下：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p>

44、<p>　　==0.328m </p><p><b>　　==4.35</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　普通混凝土面層的相對剛度半徑為：</p><p>　　3.4

45、 計算荷載疲勞應(yīng)力</p><p>　　根據(jù)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>　　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><

46、;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>

47、　　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在四邊自由板的臨界荷載處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力（Mpa）。 </p><p><b>　　= ，=2.33</b></p><p>　　根據(jù)

48、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),則荷載疲勞應(yīng)力為：=2.33×0.87×1.25×1.045=2.65MPa </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=4.5/0.760=5.92；已知混凝土板厚0.25m，Bx=0.

49、63。 </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

50、的溫度應(yīng)力系數(shù)；</p><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

51、><b>　　=</b></p><p><b>　　則溫度疲勞應(yīng)力： </b></p><p>　　綜合，一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>　　，故滿足要求。</b&

52、gt;</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，路面防凍厚度為0.5m，而設(shè)計路面總厚度為0.60m，由于0.5<0.60，故滿足設(shè)計要求。</p><p><b>　　﹙2﹚接縫設(shè)計

53、</b></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，這段路為重交通，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>

54、<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>　　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

55、采用平頭縫或企口縫的構(gòu)造形式，縫上深5cm，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><

56、/p><p>　　在平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

57、通出版社，2005</p><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(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(biāo)準(zhǔn)：公路水泥混凝土路面設(shè)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(biāo)準(zhǔn)：<<公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)>&g