路基路面課程設計瀝青混凝土路面

1、目錄目錄.1一 路基設計.21 設計資料.22 擋土墻的布置.23 擋土墻橫斷面布置，并擬定斷面尺寸.24 主動土壓力計算.25抗滑動穩(wěn)定性驗算.46抗傾覆穩(wěn)定性驗算.57基底合力偏心距驗算.58 墻身截面強度驗算.69伸縮縫與沉降縫設計.710排水設計.7.二、路面設計.8A、水泥混凝土路面設計.81 交通分析.82 初擬路面結構.103 路面材料參數(shù)確定.104 荷載疲勞應力105 溫度疲勞應力11B、瀝青路面設計.12一新建柔性路面設計.121交通分析.122確定土基回彈模量 .13 3 路面等級以及路面類型的確定.144 擬定路面結構層厚度145 計算設計彎沉值14二 舊路改造181確

2、定原路面當量回彈模量.192 確定補強材料及厚度.19 3 按容許拉應力驗算設計層厚度20三 參考文獻.21設計說明書一 路基設計（1）設計資料1 荷載：計算荷載汽車-20級，驗算荷載掛車-100；2 墻后填料為砂性土，容重，計算內(nèi)摩擦角，填料與墻背間的摩擦角=1/2；3 地基為整體性較好的石灰?guī)r，其容許承載力=450KPa，基地摩阻系數(shù)f=0.55；4 墻體材料5號砂漿砌筑30號片石，其容重，其容許壓應力=600KP，容許剪應力=100KP，容許拉應力=60KP。（2）擋土墻平面、立面布置二級公路在樁號為K30+845-K30+879路段為填方路段，為保證路堤邊坡穩(wěn)定，少占地拆遷，故設置路堤

3、擋土墻，擬采用重力式擋土墻。(圖2)（3）擋土墻橫斷面布置，擬定斷面尺寸具體布置如圖2（4）主動土壓力計算1. 車輛荷載換算當時，；當時，由直線內(nèi)插法得：H=8m時，換算均布土層厚度：2主動土壓力計算（假設破裂面交于荷載中部） （1）破裂角由得： 驗核破裂面位置：堤頂破裂面至墻鍾：(H+a)tg=7.86m荷載內(nèi)緣至墻鍾：b+Htg+d+b=3+8*0.25+0.5+0.75=6.25m荷載外緣至墻鍾：b+Htg+d+b+b=6.25+7=13.25m由于破裂面至墻鍾的距離大于荷載內(nèi)緣至墻鍾的距離并且小于荷載外緣至墻鍾的距離，所以破裂面交于路基荷載中部的假設成立。并且直線形仰斜墻背，且墻背傾角

4、較小，不會出現(xiàn)第二破裂面。（2）主動土壓力系數(shù)K和 （3）求主動土壓力及土壓力的作用點（5）擋土墻抗滑穩(wěn)定性驗算為保證擋土墻抗滑穩(wěn)定性，應驗算在土壓力及其他外力作用下，基底摩阻力抵抗擋土墻滑移的能力。即：式中：G-擋土墻自重， Ex,Ey-墻背主動土壓力的水平與垂直分力 基底傾斜角 u基底摩擦系數(shù)，取0.55 主動土壓力分項系數(shù)，取1.4不等式左邊為： 不等式右邊為：由上述計算結果得：成立，因此該擋墻抗滑穩(wěn)定性滿足要求。（6）抗傾覆穩(wěn)定性驗算要使擋墻抗傾覆滿足要求即滿足：= 滿足要求。（7）基底應力及偏心距驗算基礎底面的壓應力作用于基底的合力偏心距e為： 其中： e=2.5/2-0.928=0

5、.322B/6=0.417 基礎底面的壓應力滿足要求?；缀狭ζ木嗪奢d組合為：擋土墻結構自重、土重、土側壓力、汽車荷載引起的土側壓力相組合。查表可知，堅密的巖石地基的合力偏心距須有，由以上計算可知是滿足的。地基承載力抗力值須滿足 p1.2f式中 p基底平均壓應力（KPa）； A基礎底面每延米的面積，即基礎寬度，B×1.0（）； N每延米作用于基底的總豎向設計值（KN）； f地基承載力抗力值（KPa）；式中 地基承載應力標準值； 承載力修正系數(shù)； 基底下持力層上土的天然容重； 基礎地面以下各土層的加權平均容重； b基礎底面寬度小于3m時取3m，大于6m時取6m； h基礎底面的埋置深度

6、(m)。顯然，p=193.341.2f=1.2×465.3=558.36 滿足地基承載力的要求。（8）墻身截面強度驗算如附圖示，選取一個截面進行驗算：11截面（即二分之一墻高處）。(1)強度計算 須滿足 式中 設計軸向力（KN）； 其中 重要性系數(shù)，取1.0； 恒重引起的軸向力（KN），=2×4×24=192KN； 主動土壓力產(chǎn)生的軸向力（KN），=7.87KN A擋土墻構件的計算截面積（），A=2；材料的極限抗壓強度（KPa），=1275；抗力安全系數(shù)，取2.31；軸向力偏心影響系數(shù)，。 滿足要求。(2)穩(wěn)定計算 須滿足 式中 ； 彎曲平面內(nèi)的縱向翹曲系數(shù)；H/

7、B=8/2.5=3.2<10 認為此擋墻是矮墻，取=1。 成立。同理選取另一個截面進行驗算：22截面（即變階處），經(jīng)驗算強度與穩(wěn)定驗算均滿足。所以擋墻截面強度滿足要求。（9）擋土墻的伸縮縫與沉降縫設計 把伸縮縫和沉降縫結合在一起，統(tǒng)成為變形縫，沿墻長每10米設置變形縫，變形縫全高設置，其寬度取0.02米，縫內(nèi)沿墻內(nèi)、外、頂三邊填塞瀝青木板，塞入深度為0.2米。(10)擋土墻的排水設施設計在墻身上沿墻高和墻長設置泄水孔，其為10cm20cm的方孔，具有向墻外傾斜的坡度，間距取為2.5m，泄水孔的進水側設反濾層，厚度為0.4m，在最下排泄水孔的底部設置隔水層，由于處于自然區(qū)域處，泄水量較大，

8、在排水層底部加設縱向滲溝，配合排水層把水排出墻外。二 路面設計A 水泥混凝土路面設計 路基為黏性土，采用普通混凝土路面，路面寬7米（1） 交通分析1 可靠度設計標準及變異系數(shù)范圍、可靠度系數(shù)的選用 公路技術等級二級公路安全等級三級設計基準期（a）20目標可靠度（%）85目標可靠指標1.04變異水平等級中可靠度系數(shù)1.102 標準軸載作用次數(shù)的換算 計算設計使用年限內(nèi)的標準軸載累計作用次數(shù)軸載換算的計算公式為：（計算結果如下表）臨界荷載處的車輛輪跡橫向系數(shù)取0.6，交通年增長率為0.05，設計基準期內(nèi)設計車道標準荷載累計作用次數(shù)為 屬于重交通等級。車型軸型Pi（kN）軸輪型系數(shù)N(次/日)Ns小

9、客車前軸單軸單輪16.56659000后軸單軸單輪23576.59000中客車SH130前軸單軸單輪25.5555110000后軸單軸單輪45.1431.610001.26大客車CA50前軸單軸單輪28.7524.212500后軸單軸雙輪68.2112502.74小貨車BJ130前軸單軸單輪13.4727.312000后軸單軸單輪27.4534.712000中貨車CA50前軸單軸單輪28.7524.28000后軸單軸雙輪68.218001.75中貨車EQ140前軸單軸單輪23.7569.110000后軸單軸雙輪69.2110002.77大貨車JN150前軸單軸單輪49416.58003.68后

10、軸單軸雙輪101.618001031特大日野車KB222前軸單軸單輪50.2412.17004.69后軸單軸雙輪104.317001373拖掛車五十鈴前軸單軸單輪60381.715016.15后軸雙軸雙輪100（3軸）01500（2） 初擬路面結構查表16-17（本課設所用數(shù)據(jù)表皆取于路基路面工程），初擬普通混凝土面層厚度為0.22m；基層采用水泥穩(wěn)定粒料，厚0.2m；墊層為0.15m低劑量無機結合料穩(wěn)定土。普通混凝土板的平面尺寸為寬3.5m，長5.0m?？v縫為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿的假縫。（3） 路面材料參數(shù)確定查表16-23和表16-25，取普通混凝土的彎拉強度標準值為5.0MPa,相

11、應彎拉彈性模量標準值為31Gpa。 計算基層頂面當量回彈模量如下： 普通混凝土面層的相對剛度半徑（4） 荷載疲勞應力標準荷載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力計算為: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?？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)。根據(jù)公路等級，由表16-24，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)。荷載疲勞應力計算為：（5） 溫度疲勞應力由表16-28，IV區(qū)最大溫度梯度取92/m，板長5m，由,16-14可查得普通混凝土板厚0.22m，溫度應力系數(shù)0.71。最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應力：溫度疲勞應力系數(shù)可按下式計算確定： (2-22)式

12、中：a、b和c回歸系數(shù)，按所在地區(qū)的公路自然區(qū)劃查表16-29確定，自然區(qū)劃為IV區(qū)，式中a=0.041，b=0.058，c=1.323。臨界荷位處的溫度疲勞應力按下式計算確定： 由表16-20可得二級公路的安全等級為三級，目標可靠度為85，相應的變異水平等級為中，再由表16-22可得可靠度系數(shù)=1.10。水泥混凝土路面結構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)，其表達式采用下式計算： 普通混凝土面層為，因而，擬定的面層厚度為0.22m的普通混凝土路面，可以承受設計基準期內(nèi)荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用。B 瀝青路面設計1 新建柔性路面選擇IV區(qū)，黏質(zhì)土，土基干濕狀

13、態(tài)為潮濕，稠度取0.9，則回彈模量為37MPa. 對于K15+500-K15+600、K22+440-K53+350，采用瀝青路面，道路等級為二級公路，路面類型為瀝青混凝土。（1） 交通分析路面設計以雙輪組單軸載100KN為標準軸載當以設計彎沉為指標及驗算瀝青層層底拉應力時各級軸載換算采用，計算結果如下表。二級公路瀝青路面的設計年限為12年，雙向四車道的車道系數(shù)0.45則設計使用期累計當量軸次為：屬于中等交通。車型Pi（kN）C1C2Ni(次/日)N小客車前軸16.516.49002.27后軸2316.49009.64中客車前軸25.5516.4100016.92后軸45.116.410002

14、00.38大客車前軸28.716.4125035.07后軸68.2111250236.52小貨車前軸13.416.412001.23后軸27.416.4120027.52中貨車前軸28.716.480022.44后軸68.211800151.37中貨車前軸23.716.4100012.2后軸69.2111000201.59大貨車前軸4916.4800229.94后軸101.611800857.19特大日野車前軸50.216.4700223.53后軸104.311700840.69拖掛車前軸6016.4150104.05后軸1002.21150330合計（N）3502.55（2）確定土基回彈模量

15、值選擇IV區(qū)，黏質(zhì)土，土基干濕狀態(tài)為潮濕，稠度取0.9，則回彈模量為37MPa （3）路面等級以及路面類型的確定 路面等級選為二級公路，路面類型為瀝青混凝土。（4）擬定路面結構層的厚度表面層采用3cm厚細粒式密集配瀝青混凝土，下面層采用8cm厚粗粒式密集配瀝青混凝土?；鶎雍偷谆鶎臃謩e采用水泥石灰穩(wěn)定碎石基層（厚18cm）和石灰穩(wěn)定土底基層（厚度待計算確定）。土基及路面材料的回彈模量及各強度值列于下表中材料名稱抗壓回彈模（MPa）劈裂強度（MPa）2015細粒試瀝青混泥土140020001.4中粒試瀝青混泥土120018001粗粒試瀝青混泥土100014000.8 兩灰碎石15000.65石灰土

16、5500.225土基27 （5）計算設計彎沉值二級公路，取，面層為瀝青混凝土，取，該結構為柔性基層與半剛性基層組合，按內(nèi)插法確定基層類型系數(shù)為。設計彎沉： 計算各層材料的容許層底拉應力細粒式密集配瀝青混凝土面層：粗粒式密集配瀝青混凝土：水泥石灰穩(wěn)定碎石：石灰穩(wěn)定土：材料名稱厚度（cm）抗壓回彈模（MPa）容許拉應力（MPa）2015細粒式密集配瀝青混凝土3150020000.5粗粒式密集配瀝青混凝土8120018000.29水泥石灰穩(wěn)定碎石18 1500 0.32 石灰穩(wěn)定土？5000.13土基-40采用HPDS2003A公路路面設計程序計算結果：公 路 等 級 : 二級公路 新建路面的層數(shù)

17、: 4 標 準 軸 載 : BZZ-100 路面設計彎沉值 : 24.5 (0.01mm) 路面設計層層位 : 4 設計層最小厚度 : 15 (cm)按設計彎沉值計算設計層厚度 : LD= 24.5 (0.01mm) H( 4 )= 40 cm LS= 26.2 (0.01mm) H( 4 )= 45 cm LS= 23.2 (0.01mm) H( 4 )= 42.8 cm(僅考慮彎沉)按容許拉應力驗算設計層厚度 :H( 4 )= 42.8 cm(第 1 層底面拉應力驗算滿足要求)H( 4 )= 42.8 cm(第 2 層底面拉應力驗算滿足要求)H( 4 )= 42.8 cm(第 3 層底面拉

18、應力驗算滿足要求)H( 4 )= 67.8 cm ( 4 )= 0.089 MPa H( 4 )= 72.8 cm ( 4 )= 0.08 MPaH( 4 )= 72.6 cm(第 4 層底面拉應力驗算滿足要求) 路面設計層厚度 : H( 4 )= 42.8 cm(僅考慮彎沉) H( 4 )= 72.6 cm(同時考慮彎沉和拉應力) 驗算路面防凍厚度 : 路面最小防凍厚度 80 cm驗算結果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求 .通過對設計層厚度取整, 最后得到路面結構設計結果如下: - 細粒式瀝青混凝土 3 cm - 中粒式瀝青混凝土 4 cm - 水泥石灰穩(wěn)定土 6 cm - 石灰土 73 cm

19、 - 土基竣工驗收彎沉值和層底拉應力計算計算新建路面各結構層及土基頂面竣工驗收彎沉值 :第 1 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 13.9 (0.01mm) 第 2 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 14.3 (0.01mm) 第 3 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 15 (0.01mm) 第 4 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 16.1 (0.01mm)土基頂面竣工驗收彎沉值 LS= 322.9 (0.01mm)(根據(jù)“基層施工規(guī)范”第88頁公式) LS= 258.8 (0.01mm)(根據(jù)“測試規(guī)程”第56頁公式)計算新建路面各結構層底面最大拉應力 :第 1 層底面最大拉應力 ( 1

20、)=-0.179 (MPa) 第 2 層底面最大拉應力 ( 2 )=-0.071 (MPa) 第 3 層底面最大拉應力 ( 3 )=-0.046 (MPa) 第 4 層底面最大拉應力 ( 4 )= 0.079 (MPa)由以上計算結果可得，各結構層容許拉應力均大于底面最大拉應力，故滿足應力滿足要求。2 舊路改造（1）確定原路面當量回彈模量改建路段原路面當量回彈模量計算 原路面實測彎沉值(0.01mm) 72 81 78 64 66 65 68 75 72 71 66 73 68 77 74 74 81 82 78 79 原路面有效彎沉數(shù) : 20 原路面平均彎沉值 : 73 (0.01mm)

21、原路面彎沉值標準差 : 6 (0.01mm) 測定汽車軸載 100 kN 改建公路等級 二級公路 保證率系數(shù) 1.5 原瀝青面層厚度 3 (cm) 季節(jié)影響系數(shù) 1.08 濕度影響系數(shù) 1 溫度修正系數(shù) 1 原路面計算彎沉值 : 89 (0.01 mm) 原路面當量回彈模量 : 184.3 (MPa) （2）確定補強層材料及厚度該道路為二級公路，擬采用中粒式瀝青混凝土、水泥石灰穩(wěn)定砂礫兩層補強，用采用HPDS2003A公路路面設計程序計算求解補強層厚度。 公 路 等 級 : 二級公路 加鋪路面的層數(shù) : 2 標 準 軸 載 : BZZ-100 路面設計彎沉值 : 89 (0.01mm) 路面設計層層位 : 2 設計層最小厚度 : 15 (cm)層位材料名稱