南京工業(yè)大學(xué)路基路面工程課程設(shè)計(jì)

1、路面結(jié)構(gòu)與路基邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)交通1001朱天南、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）瀝WMW設(shè)計(jì)1. 交通組成與軸載當(dāng)量計(jì)算車輛車型與日交通量的選用如下表所示：交通組成表表1序號(hào)車型前軸重（kN）后軸重（kN）后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸E巨（m）交通量1黃河JN16259.51151雙輪組6502黃河JN162A62.28116.221雙輪組6503解放CA10B19.460.851雙輪組6504解放CA1520.9770.381雙輪組6505解放CA30A29.536.752雙輪組<3500按交通量年平均增長(zhǎng)率5咐，乘以折算系數(shù)得設(shè)計(jì)年年初日平均交通量為8000,設(shè)計(jì)年限末年日平均交通量為14367,符合二級(jí)

2、公路對(duì)日平均交通量500015000的要求。（1）當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)及瀝宵層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí):設(shè)計(jì)年限末年日平均當(dāng)量軸次：設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上累計(jì)當(dāng)量軸次:（萬次）（2）當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí):設(shè)計(jì)年限末年日平均當(dāng)量軸次：設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上累計(jì)當(dāng)量軸次：（萬次）綜上，瀝宵路面交通屆丁中等交通等級(jí)。2. 路面材料及路面結(jié)構(gòu)的選取與土基模量的確定由丁該二級(jí)公路路面屆丁中等交通等級(jí)，故采用以下兩種方案?jìng)溥x：方案一：雙層式瀝宵面層+半剛性基層方案二：?jiǎn)螌邮綖r宵面層+半剛性基層+墊層由丁江蘇處丁IV類區(qū)劃，故土基模量取36MPa3. 設(shè)計(jì)彎沉值與容許拉應(yīng)力的確定路面設(shè)計(jì)彎沉值按下式計(jì)算：結(jié)

3、構(gòu)層容許彎拉應(yīng)力按下式計(jì)算：其中，對(duì)瀝宵混凝土面層：對(duì)無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料：對(duì)無極結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土：通過查表計(jì)算得：細(xì)粒式瀝宵混凝土：中粒式瀝宵混凝土：水泥穩(wěn)定碎石：4. 結(jié)構(gòu)層厚度確定丁結(jié)構(gòu)分析方案一4cm細(xì)粒式瀝宵混凝土+6cm中粒式瀝宵混凝土+35cm水泥穩(wěn)定碎石，如下圖所示細(xì)粒式瀝宵混凝土4cm中粒式瀝宵混凝土6cm水泥穩(wěn)定碎石35cm土基路面結(jié)構(gòu)表面彎沉值與結(jié)構(gòu)層層底彎拉應(yīng)力按下式計(jì)算:現(xiàn)將結(jié)果匯丁下表:結(jié)構(gòu)層層底應(yīng)力與完成值計(jì)算表表2序號(hào)結(jié)構(gòu)層材料名稱20C抗壓模量(MPa)15C抗壓模量(MPa)厚度(cm)層底拉應(yīng)力(MPa)容許拉應(yīng)力(MPa)層頂彎沉值(0.01mm)1細(xì)粒式

4、瀝青混凝土160022004-0.2520.4728.52粗粒式瀝青混凝土140020006-0.0940.3632.43水泥穩(wěn)定碎2460.3339.24土基36結(jié)構(gòu)表面彎沉值，且各層層底拉應(yīng)力均小丁容許拉應(yīng)力，故設(shè)計(jì)合理。(2) 方案二10cm細(xì)粒式瀝宵混凝土+22cm水泥穩(wěn)定碎石+20cmzK泥砂礫土，如下圖所示:細(xì)粒式瀝宵混凝土10cm水泥穩(wěn)定碎石22cm水泥砂礫土20cm土基路面結(jié)構(gòu)表面彎沉值與結(jié)構(gòu)層層底彎拉應(yīng)力計(jì)算方法同方案一，并匯丁下表:結(jié)構(gòu)層層底應(yīng)力與完成值計(jì)算表表3序號(hào)結(jié)構(gòu)層材料名稱20C抗壓模量(MPa)15C抗壓模量(MPa)厚度(cm)層底拉應(yīng)

5、力(MPa)容許拉應(yīng)力(MPa)層頂彎沉值(0.01mm)1細(xì)粒式瀝青混凝土140020002000-0.660.4728.12水泥穩(wěn)定碎石1500150015000.950.3337.83水泥砂礫土1000100010000.1540.17111.84土基36結(jié)構(gòu)表面彎沉值，且各層層底拉應(yīng)力均小丁容許拉應(yīng)力，故設(shè)計(jì)合理。（二）混凝土路面設(shè)計(jì)1. 交通分析車輛車型與日交通量的選用如下表所示：交通組成表表4序號(hào)車型前軸重（kN）后軸重（kN）后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸E巨（m）交通量1黃河JN16259.51151雙輪組6502黃河JN162A62.28116.221雙輪組6503解放CA10B19.

6、460.851雙輪組6504解放CA1520.9770.381雙輪組6505解放CA30A29.536.752雙輪組<3500按交通量年平均增長(zhǎng)率5咐，乘以折算系數(shù)得設(shè)計(jì)年年初日平均交通量為8000,設(shè)計(jì)年限末年日平均交通量為14367,符合二級(jí)公路對(duì)日平均交通量500015000的要求。二級(jí)公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為20年，安全等級(jí)為三級(jí)，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.39，交通量年平均增長(zhǎng)率取5%由設(shè)計(jì)車道使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)13473,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)荷載累計(jì)作用次數(shù)計(jì)算如下：（萬次）屆丁特重交通等級(jí)，故在設(shè)計(jì)路面應(yīng)加厚考慮。2. 初擬路面結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為三級(jí)的道路對(duì)應(yīng)

7、的變異水平等級(jí)為中級(jí)。根據(jù)二級(jí)公路、重交通等級(jí)與中級(jí)變異水平等級(jí)，初擬如下兩個(gè)方案：方案一：24cm混凝土面層+18cm泥穩(wěn)定粒料基層+15cm無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土方案一：30cm混凝土面層+20cm*泥穩(wěn)定粒料基層兩方案中普通混凝土板的平面尺寸為4.5mx5.0m,縱縫為設(shè)拉桿的平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的平縫。3. 方案一設(shè)計(jì)校核(24cm混凝土面層+18cm泥穩(wěn)定粒料基層+15cM機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土)(1) 路面材料參數(shù)的確定取普通混凝土面層的彎拉強(qiáng)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由丁施工路段處丁江蘇IV類區(qū)劃，故土基模量取36MPa無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取600MPa

8、水泥穩(wěn)定粒料基層取1300MPa基層頂面當(dāng)量回彈模量計(jì)算如下：普通混凝土面層的相對(duì)剛度半徑:(2) 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：由丁縱縫為設(shè)拉桿平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)，考慮設(shè)計(jì)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)路面疲勞破壞影響的綜合系數(shù)。故疲勞荷載應(yīng)力為：(3) 溫度疲勞應(yīng)力IV區(qū)最大溫度梯度取92(C/m)。板長(zhǎng)5門，查表可知,故最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力為：計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)時(shí)，由自然區(qū)劃IV得參數(shù)，故溫度疲勞應(yīng)力：(4) 結(jié)構(gòu)可靠度判別二級(jí)公路的安全等級(jí)為三級(jí)，相應(yīng)丁三級(jí)安全等級(jí)的變異水平等級(jí)為中級(jí)，目標(biāo)可靠

9、度為85%確定可靠度系數(shù)。由丁有即所設(shè)計(jì)的路基路面結(jié)構(gòu)可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力與溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用，因此設(shè)計(jì)合理。結(jié)構(gòu)示意圖如下：普通混凝土面層240mm水泥穩(wěn)定粒料180mm石灰粉煤灰土150mm土基4. 方案一設(shè)計(jì)校核(30cm混凝土面層+20cm水泥穩(wěn)定粒料基層)(1)路面材料參數(shù)的確定取普通混凝土面層的彎拉強(qiáng)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由丁施工路段處丁江蘇IV類區(qū)劃，故土基模量取,水泥穩(wěn)定粒料基層取普通混凝土面層的相對(duì)剛度半徑:(2) 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：,考慮設(shè)計(jì)期內(nèi),根據(jù)公路由丁縱縫為設(shè)拉桿平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系

10、數(shù)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)等級(jí)，考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞破壞影響的綜合系數(shù)故疲勞荷載應(yīng)力為：(3) 溫度疲勞應(yīng)力IV區(qū)最大溫度梯度取92(C/m)。板長(zhǎng)5m,故最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力為：計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)時(shí)，由自然區(qū)劃IV得參數(shù)故溫度疲勞應(yīng)力：(4) 結(jié)構(gòu)可靠度判別二級(jí)公路的安全等級(jí)為三級(jí)，相應(yīng)丁三級(jí)安全等級(jí)的變異水平等級(jí)為中級(jí)，目標(biāo)可靠度為85%確定可靠度系數(shù)。由丁有即所設(shè)計(jì)的路基路面結(jié)構(gòu)可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力與溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用，因此設(shè)計(jì)合理。結(jié)構(gòu)示意圖如下：普通混凝土面層300mm水泥穩(wěn)定粒料200mm土基二、路基邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)一、確定路基邊坡率

11、由丁本例中設(shè)計(jì)的路基屆丁高路基，根據(jù)規(guī)范要求應(yīng)采用折線性邊坡。其中上段坡高8m,坡比21:1.5;下段坡高17m坡比1:1.75。路基邊坡示伯意圖圖如右圖所示：二、穩(wěn)定性驗(yàn)算圖1路基邊坡示意圖1. 當(dāng)量土柱換算將公路一皿級(jí)汽車荷載換算成當(dāng)量土柱高。路基寬度內(nèi)能并排兩輛重車，則車輛荷載(公路一皿級(jí)荷載的重車為550kN)換算土柱高為：2. 繪制滑動(dòng)曲線用4.5H法確定圓心輔助線。將坡頂和坡腳連成一直線，如圖中虛線所示。根據(jù)該連線的坡比，從書中表4-1查得邊坡角為，輔助角°,0，分別自坡腳作和坡頂點(diǎn)作，兩直線相交丁。點(diǎn)；在坡腳A點(diǎn)作垂線AD=H=25m過D作連接O匕滑動(dòng)曲線圓心即在EO的

12、延長(zhǎng)線上，如下圖所示并依此繪出不同位置的過坡腳的滑動(dòng)曲線。本計(jì)算以第1條滑動(dòng)曲線為例，R=47.5m圖2滑動(dòng)面計(jì)算示意圖3. 分條計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)將圓弧土體分段。本例按第一條滑動(dòng)曲線分為16段，每個(gè)垂直土條的平均寬度為3.025m。計(jì)算每一分段面積時(shí)，將曲線形底部近似取直線，各分段圖形簡(jiǎn)化成矩形、梯形或三角形，進(jìn)而求出其近似面積。其中計(jì)算面積包括換算土柱部分的面積。各分條的抗滑力矩：滑動(dòng)力矩：邊坡穩(wěn)定性系數(shù)：其中，摩擦系數(shù)現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果匯丁下表:土條力矩計(jì)算表表5土條號(hào)土條寬土條中心高土條重土條對(duì)應(yīng)的圓心角抗滑力矩滑動(dòng)力矩12.162.6107.831.00100.8420.5393675.2424

13、312.54922.006.4245.760.93740.8060.5926029.8189408.92232.7510.31544.370.85720.7560.65511865.3119548.2542.7513.21697.490.77400.6990.71515749.3423158.3551.0014.1270.720.71950.6590.7527243.9478474.21364.0014.81136.640.65100.6060.79527030.832718.1874.0014.81136.640.54920.5220.85328683.5328182.9984.0014.4

14、1105.920.44780.4330.90129257.5622746.0194.0013.61044.480.36180.3540.93528514.4617562.93104.0012.6967.680.27240.2690.96327058.6212364.53114.0011.4875.520.18610.1850.98324847.827693.632124.009.8752.640.10120.1010.99521501.793610.79132.808.1435.460.00300.0031.00012391.4962.05248143.206.4393.22-0.0340-0

15、.0340.99911108.96-635.044154.004.3330.24-0.1102-0.1100.9949113.361-1725.5163.751.5108.00-0.1779-0.1770.9842664.085-908.01按上表數(shù)據(jù)計(jì)算，符合K值在1.251.50之間的要求。故可認(rèn)為邊坡穩(wěn)定。其余各不同的滑動(dòng)面計(jì)算過程與上類似，且計(jì)算所得K值均符合在1.251.50之間的要求，故認(rèn)為邊坡設(shè)計(jì)合理。三、課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過兩周時(shí)間的課程設(shè)計(jì)，我初步掌握了瀝宵路面與混凝土路面的設(shè)計(jì)方法，了解了如何進(jìn)行交通量換算與軸載當(dāng)量換算，也對(duì)二級(jí)公路路基路面結(jié)構(gòu)的選取有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。通過對(duì)

16、路基路面軟件HPDS200富勺學(xué)習(xí)，也基本理解了軟件設(shè)計(jì)與對(duì)層底拉應(yīng)力、彎沉值校核的要點(diǎn)。這兩周的時(shí)間里，通過實(shí)踐更深刻的理解了以往抽象的理論知識(shí)，同時(shí)為將來的設(shè)計(jì)工作奠定了一定的基礎(chǔ)。路面路基工程課程設(shè)計(jì)是路面路基工程課程的最后一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)，也是本專業(yè)第一次也是最重要的一次較全面地運(yùn)用一年來所學(xué)各方面知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐性訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)。本次課程設(shè)計(jì)不僅牽涉到了本學(xué)期所學(xué)路基路面工程課程的內(nèi)容，還牽涉到了以前所學(xué)習(xí)的材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等課程內(nèi)容，可以說它是對(duì)一年多來前面所學(xué)各課程的一個(gè)很好總結(jié)，對(duì)不同科目的融會(huì)貫通提出了新的要求。兩周的時(shí)間，是短暫而乂漫長(zhǎng)的。由丁路基路面材料與結(jié)構(gòu)的選取部分內(nèi)容具有一定的難度，需要花費(fèi)相當(dāng)一部分時(shí)間去查找資料以及學(xué)習(xí)了解相關(guān)規(guī)范，在加上校核的反復(fù)性，使得整個(gè)課程設(shè)計(jì)的節(jié)奏相當(dāng)緊湊。兩周的