河南理工大學(xué)路基路面課程設(shè)計(jì)

1、路基路面課程設(shè)計(jì)Rode Subgrade and Pavement Course Design作 者 姓 名： 專業(yè)、班級(jí) ： 土木本1301班 學(xué) 號(hào) ： 指 導(dǎo) 教 師： 設(shè) 計(jì) 時(shí) 間： 2015.1.22 河 南 理 工 大 學(xué)Henan Polytechnic University目錄路基設(shè)計(jì)1 1.設(shè)計(jì)資料：1 2.破裂棱體位置計(jì)算1 3.荷載當(dāng)量土柱高度計(jì)算2 4.土壓力作用點(diǎn)位置計(jì)算3 5.穩(wěn)定性驗(yàn)算3 6.基地應(yīng)力和合力偏心矩驗(yàn)算4 7.截面內(nèi)力計(jì)算5 8.設(shè)計(jì)圖紙及工程量5瀝青路面設(shè)計(jì)6 1.基本設(shè)計(jì)資料6 2.瀝青路面設(shè)計(jì)7 2.1.軸載分析7 2.2結(jié)構(gòu)組合與材料選取

2、8 2.3計(jì)算設(shè)計(jì)彎沉值和容許彎拉應(yīng)力9 2.4路面結(jié)構(gòu)層厚度確定9 2.5驗(yàn)算防凍厚度10水泥混凝土路面設(shè)計(jì)11 1 .交通分析11 2 .初擬路面結(jié)構(gòu)12 3 .路面材料參數(shù)確定12 4 .荷載疲勞應(yīng)力12 5. 溫度疲勞應(yīng)力13參考文獻(xiàn)14I河南理工大學(xué)路基路面工程課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書路基設(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)資料：某新建公路K9+985K10+025路段采用漿砌片石重力式路堤墻，具體設(shè)計(jì)資料列于下： （1）路線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，山嶺重丘區(qū)一般二級(jí)公路，路基寬12m，路面寬7.5m。（2）車輛荷載，公路I級(jí)。（3）擋墻某處橫斷面布置及擋墻型式如圖（4）填料為砂性土，其密度18KN/m3，計(jì)算內(nèi)摩擦角=32，填料

3、與墻背間的摩擦角=。（5）地基為整體性較好的石灰?guī)r，其允許承載力=480Kpa，基底摩擦系數(shù)為=0.50。（6）墻身材料采用5號(hào)砂漿砌30號(hào)片石，砌體=22KN/m3，砌體容許壓應(yīng)力為kPa，容許剪應(yīng)力為=110Kpa，容許拉應(yīng)力為=65 kPa。2.破裂棱體位置計(jì)算（1）破裂角的計(jì)算：假設(shè)破裂面交于荷載范圍內(nèi)，則有1（墻背仰斜1:0.25，故）因?yàn)?根據(jù)路堤擋土墻破裂面交于荷載內(nèi)部時(shí)破裂角的計(jì)算公式：（2） 驗(yàn)算破裂面是否交于荷載范圍內(nèi)破裂契體長(zhǎng)度：車輛荷載分布寬度：所以，即破裂面交于荷載范圍內(nèi)，符合假設(shè)。3.荷載當(dāng)量土柱高度計(jì)算墻高6.5米，按墻高確定附加荷載強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。按照線性內(nèi)插法，

4、計(jì)算附加荷載強(qiáng)度，土壓力計(jì)算根據(jù)路堤擋土墻破裂面交于荷載內(nèi)部土壓力計(jì)算公式14.土壓力作用點(diǎn)位置計(jì)算:土壓力作用點(diǎn)到墻踵的垂直距離土壓力對(duì)墻趾力臂計(jì)算基地傾斜，土壓力對(duì)墻趾力臂：5.穩(wěn)定性驗(yàn)算 （1）墻體重量及其作用點(diǎn)位置計(jì)算擋墻按單位長(zhǎng)度計(jì)算，為方便計(jì)算從墻趾處沿水平方向把擋土墻分為兩部分，上部分為四邊形，下部分為三角形： （2）抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算：（基底1:5，）所以抗滑穩(wěn)定性滿足要求。 （3）抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算所以傾覆穩(wěn)定性不足，應(yīng)采取改進(jìn)措施以增強(qiáng)抗傾覆穩(wěn)定性。重新擬定b11.2m 傾斜基地，土壓力對(duì)墻址力臂：3所以傾覆穩(wěn)定性滿足要求。6.基地應(yīng)力和合力偏心矩驗(yàn)算（1）合力偏心距驗(yàn)算 上式中

5、彎矩為作用與基底形心的彎矩，所以計(jì)算時(shí)先要計(jì)算對(duì)形心的力臂：根據(jù)前面計(jì)算過(guò)的對(duì)墻趾的力臂，可以計(jì)算對(duì)形心的力臂：所以基底合力偏心矩滿足規(guī)范的規(guī)定。（1）基地應(yīng)力驗(yàn)算所以基底應(yīng)力滿足要求。17.截面內(nèi)力計(jì)算 墻面墻背平行，截面最大應(yīng)力出現(xiàn)在接近基地處，由基地應(yīng)力驗(yàn)算可知偏心矩及基地應(yīng)力滿足地基承載力，墻身應(yīng)力也滿足，驗(yàn)算內(nèi)力通過(guò)，墻頂頂寬1.2m，墻高6.5m。8.設(shè)計(jì)圖紙及工程量（1）擋土墻的平面、立面與橫斷面圖見附圖（2）擋土墻工程數(shù)量如下墻高（m）斷面尺寸（m）30號(hào)漿砌片石() 6.51.086.30.21.21 10.1路肩墻墻體間隔20 米設(shè)置沉降縫一道，縫內(nèi)用瀝青麻絮嵌塞；泄水孔尺

6、寸10×10cm，2-3米布置一個(gè)，泄水孔應(yīng)高出地面不小于30 厘米；墻背均應(yīng)設(shè)置50 厘米砂礫透水層，并做土工布封層。13瀝青路面設(shè)計(jì)1.基本設(shè)計(jì)資料（1）自然地理?xiàng)l件 新建高速公路一級(jí)，雙向四車道，采用瀝青路面結(jié)構(gòu)。土質(zhì)為粉質(zhì)土，填方路基高度2m，中濕狀態(tài)，年降雨量620mm，最高氣溫，最低氣溫。多年最大道路凍深120cm,平均凍結(jié)指數(shù)，最大凍結(jié)指數(shù)。（2）土基回彈模量取36。（3）確定交通組成和交通量，見表1。交通量年增長(zhǎng)率：前五年：；中間五年：；后五年：。瀝青路面累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次按15年計(jì)。表1：交通組成黃河JN150前軸492.21350后軸101.62.21350黃海DD69

7、0前軸5611400后軸10411400東風(fēng)CS938前軸2411300后軸7011300成都CD130前軸13.62.21200后軸27.22.21200奔馳LPK709前軸222.21300后軸442.21300黃河QD352前軸45.82.21600后軸95.82.21600江淮HF140A前軸18.92.21200后軸41.82.21200標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100各項(xiàng)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)軸載名稱BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載名稱BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載P（KN）100兩輪中心距（cm）1.5d輪胎接地壓強(qiáng)P(MPa)0.7單輪當(dāng)量圓直徑d(cm)21.32.瀝青路面設(shè)計(jì) 2.1.軸載分析(1) 我國(guó)瀝青路面設(shè)

8、計(jì)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(jì)算參數(shù)按表2確定。以彎沉值和瀝青層的底層拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)，按照下面的式子進(jìn)行軸載當(dāng)量換算： N 以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量次數(shù)；ni 被換算車型的各級(jí)軸載換算次數(shù)（次/日）；P 標(biāo)準(zhǔn)軸載（ kN ）；Pi 各種被換算車型的軸載（ kN ）；C1 輪組系數(shù)，單輪組為 6.4,雙輪組為 1.0,四軸組為 0.38；C2 軸數(shù)系數(shù)。K 被換算車型的軸載級(jí)別當(dāng)軸間距離大于 3m 時(shí)，按單獨(dú)的一個(gè)軸載計(jì)算；當(dāng)軸間距離小于 3m 時(shí)，雙軸或 多軸的軸數(shù)系數(shù)按下面公式計(jì)算式中：-軸數(shù)表3：軸載換算結(jié)果黃

9、河JN150前軸492.2135034.58后軸101.62.21350825.05黃海DD690前軸561140032.11后軸10411400474.41東風(fēng)CS938前軸24113000.6后軸701130063.58成都CD130前軸13.62.212000.07后軸27.22.212001.53奔馳LPK709前軸222.213000.9后軸442.2130018.56黃河QD352前軸45.82.2160044.19后軸95.82.216001095.26江淮HF140A前軸18.92.212000.3后軸41.82.212009.892601.03(2) 設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道通過(guò)的

10、累計(jì)當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸次數(shù)按下式計(jì)算：式中： 設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道的累計(jì)當(dāng)量數(shù)； 設(shè)計(jì)年限，由材料知，t=15年； 設(shè)計(jì)端竣工后一年雙向日平均當(dāng)量軸次； 設(shè)計(jì)年限內(nèi)的交通量平均增長(zhǎng)率，由材料知，=0.087； 車道系數(shù)，由材料知=0.5。根據(jù)路面交通等級(jí)：本設(shè)計(jì)路面交通等級(jí)為重交通。 2.2結(jié)構(gòu)組合與材料選取 根據(jù)公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范，并考慮公路沿途有砂石、碎石、石灰、粉煤 灰供應(yīng)，采用如下方案：30mm細(xì)粒式瀝青混凝土+50mm中粒式瀝青混凝土+60mm粗粒式瀝青混凝土+200mm石灰粉煤灰碎石+200mm石灰土。 2.3計(jì)算設(shè)計(jì)彎沉值和容許彎拉應(yīng)力（結(jié)構(gòu)層底拉應(yīng)力應(yīng)用通用軟件計(jì)算） （1）設(shè)計(jì)彎沉值

11、根據(jù)我國(guó)公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D50-2006）規(guī)定的公式計(jì)算：:設(shè)計(jì)彎沉值（0.01mm）；:設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道累計(jì)當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載通行次數(shù):公路等級(jí)系數(shù)，一級(jí)公路為1.0； :面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0；:路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)，瀝青路面為1。(1) 我國(guó)公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D50-2006）規(guī)定，瀝青面層和基層層底拉應(yīng)力作為瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的第二項(xiàng)設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。公式如下：路面結(jié)構(gòu)材料的極限抗拉強(qiáng)度（MPa），由實(shí)驗(yàn)室按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)測(cè)定；：路面結(jié)構(gòu)材料的容許拉應(yīng)力（MPa）；：抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。瀝青混凝土面層按照計(jì)算，混凝土層按照計(jì)算，表4：路面結(jié)構(gòu)容許彎拉應(yīng)力材料名稱細(xì)粒式

12、瀝青混凝土1.43.340.44中粒式瀝青混凝土1.03.340.30粗粒式瀝青混凝土0.83.340.24水泥穩(wěn)定砂礫0.52.130.23級(jí)配碎石-2.13- 2.4路面結(jié)構(gòu)層厚度確定根據(jù)設(shè)計(jì)配合比，選取工程原材料，測(cè)定規(guī)定溫度和期齡的材料劈裂強(qiáng)度。按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程與公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程中規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)定。該結(jié)構(gòu)為半剛性基層，基層類型系數(shù)為1，設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算為22.43mm，利用設(shè)計(jì)程序計(jì)算路面結(jié)構(gòu)層厚度。計(jì)算結(jié)果見下表。表5：結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算結(jié)果層位結(jié)構(gòu)材料名稱劈裂強(qiáng)度MPa20抗壓模量（MPa）15抗壓模量（MPa）厚度（mm）層底拉應(yīng)力（MPa）容許拉

13、應(yīng)力MPa1細(xì)粒式瀝青混凝土1.21400200030-0.2940.442中粒式瀝青混凝土1.01200160050-0.1060.303粗粒式瀝青混凝土0.8900120060-0.0510.244水泥穩(wěn)定砂礫0.5150015002000.1610.235級(jí)配碎石-550550200-6土基-36 - 2.5驗(yàn)算防凍厚度 按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度 :LD= 23.2 (0.01mm)H( 5 )= 35 cm LS= 24.4 (0.01mm)H( 5 )= 40 cm LS= 22.6 (0.01mm)H( 5 )= 38.3 cm(僅考慮彎沉)按容許拉應(yīng)力驗(yàn)算設(shè)計(jì)層厚度 :H( 5

14、 )= 38.3 cm(第 1 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求)H( 5 )= 38.3 cm(第 2 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求)H( 5 )= 38.3 cm(第 3 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求)H( 5 )= 38.3 cm(第 4 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求)H( 5 )= 38.3 cm(第 5 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求)路面設(shè)計(jì)層厚度 :H( 5 )= 38.3 cm(僅考慮彎沉)H( 5 )= 38.3 cm(同時(shí)考慮彎沉和拉應(yīng)力)驗(yàn)算路面防凍厚度 :路面最小防凍厚度50 cm驗(yàn)算結(jié)果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求。水泥混凝土路面設(shè)計(jì)1 .交通分析一級(jí)公路設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為30年，交通分析及軸載同

15、瀝青路面。設(shè)計(jì)車道使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)為2601，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.2，交通量年平均增長(zhǎng)率為8%，由公式計(jì)算設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)荷載立即作用次數(shù)：車型黃河JN150前軸49350100-后軸101.6350100451.19黃海DD690前軸56400100-后軸104400100749.19東風(fēng)CS938前軸24300100-后軸703001000.99成都CD130前軸13.6200100-后軸27.2200100-奔馳LPK709前軸22300100-后軸44300100-黃河QD352前軸45.8600100-后軸95.8600100302江淮HF140A

16、前軸18.9200100-后軸41.82001009.891513.26軸載換算結(jié)果根據(jù)交通荷載分級(jí)，1513.26介于100和2000之間，故屬于重交通等級(jí)。屬于重交通等級(jí)。2 .初擬路面結(jié)構(gòu)根據(jù)一級(jí)公路、重交通和中級(jí)變異水平等級(jí)查表，初步擬定普通混凝土面層厚度為240mm?；鶎舆x用水泥穩(wěn)定粒料，厚度0.2m。墊層0.15m低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土。混凝土面板尺寸為寬4m，長(zhǎng)5m?？v縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。3 .路面材料參數(shù)確定根據(jù)混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值，取混凝土面層彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為5MPa，相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為31GPa。路基回彈模量為36MPa，低劑量無(wú)機(jī)結(jié)

17、合料穩(wěn)定土結(jié)合墊層回彈模量為600MPa，水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取1300MPa。計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量：普通混凝土面層相對(duì)剛度半徑計(jì)算：4 .荷載疲勞應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計(jì)算為：因?yàn)榭v縫為設(shè)拉桿平縫，接縫傳荷能力折減系數(shù)為=0.87，考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)。根據(jù)公路等級(jí)，考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)=1.3.荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算：5. 溫度疲勞應(yīng)力區(qū)最大溫度梯度取92().擬定板長(zhǎng)5m，=5/0.740=6.757,查得混凝土板厚=0.26m，=0.55，最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力計(jì)算為：根據(jù)自然分區(qū)為區(qū)，查表得回歸系數(shù)a=0.841,b=0.058,c=1.323,溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)按照下式計(jì)