南京工業(yè)大學(xué)路基路面工程課程設(shè)計

1、路面結(jié)構(gòu)與路基邊坡穩(wěn)定性設(shè)計交通1001朱天南、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計（一）瀝WMW設(shè)計1. 交通組成與軸載當量計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率5咐，乘以折算系數(shù)得設(shè)計年年初日平均交通量為8000,設(shè)計年限末年日平均交通量為14367,符合二級

2、公路對日平均交通量500015000的要求。（1）當以設(shè)計彎沉值為指標及瀝宵層層底拉應(yīng)力驗算時:設(shè)計年限末年日平均當量軸次：設(shè)計年限內(nèi)一個車道上累計當量軸次:（萬次）（2）當進行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗算時:設(shè)計年限末年日平均當量軸次：設(shè)計年限內(nèi)一個車道上累計當量軸次：（萬次）綜上，瀝宵路面交通屆丁中等交通等級。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公路路面屆丁中等交通等級，故采用以下兩種方案備選：方案一：雙層式瀝宵面層+半剛性基層方案二：單層式瀝宵面層+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)計彎沉值與容許拉應(yīng)力的確定路面設(shè)計彎沉值按下式計算：結(jié)

3、構(gòu)層容許彎拉應(yīng)力按下式計算：其中，對瀝宵混凝土面層：對無機結(jié)合料穩(wěn)定集料：對無極結(jié)合料穩(wěn)定細粒土：通過查表計算得：細粒式瀝宵混凝土：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)力與完成值計算表表2序號結(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)計合理。(2) 方案二10cm細粒式瀝宵混凝土+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)力與完成值計算表表3序號結(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)計合理。（二）混凝土路面設(shè)計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率5咐，乘以折算系數(shù)得設(shè)計年年初日平均交通量為8000,設(shè)計年限末年日平均交通量為14367,符合二級公路對日平均交通量500015000的要求。二級公路的設(shè)計基準期為20年，安全等級為三級，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.39，交通量年平均增長率取5%由設(shè)計車道使用初期標準軸載日作用次數(shù)13473,設(shè)計基準期內(nèi)設(shè)計車道標準荷載累計作用次數(shù)計算如下：（萬次）屆丁特重交通等級，故在設(shè)計路面應(yīng)加厚考慮。2. 初擬路面結(jié)構(gòu)安全等級為三級的道路對應(yīng)

7、的變異水平等級為中級。根據(jù)二級公路、重交通等級與中級變異水平等級，初擬如下兩個方案：方案一：24cm混凝土面層+18cm泥穩(wěn)定粒料基層+15cm無機結(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)計校核(24cm混凝土面層+18cm泥穩(wěn)定粒料基層+15cM機結(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度標準值為5.0MPa,相應(yīng)彎拉彈性模量標準值為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基層頂面當量回彈模量計算如下：普通混凝土面層的相對剛度半徑:(2) 荷載疲勞應(yīng)力標準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)計期內(nèi)荷載應(yīng)力累計疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)，根據(jù)公路等級，考慮偏載和動載等因素對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5門，查表可知,故最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力為：計算溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)時，由自然區(qū)劃IV得參數(shù)，故溫度疲勞應(yīng)力：(4) 結(jié)構(gòu)可靠度判別二級公路的安全等級為三級，相應(yīng)丁三級安全等級的變異水平等級為中級，目標可靠

9、度為85%確定可靠度系數(shù)。由丁有即所設(shè)計的路基路面結(jié)構(gòu)可以承受設(shè)計基準期內(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度標準值為5.0MPa,相應(yīng)彎拉彈性模量標準值為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剛度半徑:(2) 荷載疲勞應(yīng)力標準軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載：,考慮設(shè)計期內(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)力累計疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)等級，考慮偏載和動載等因素對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5m,故最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力為：計算溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)時，由自然區(qū)劃IV得參數(shù)故溫度疲勞應(yīng)力：(4) 結(jié)構(gòu)可靠度判別二級公路的安全等級為三級，相應(yīng)丁三級安全等級的變異水平等級為中級，目標可靠度為85%確定可靠度系數(shù)。由丁有即所設(shè)計的路基路面結(jié)構(gòu)可以承受設(shè)計基準期內(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)計一、確定路基邊坡率

11、由丁本例中設(shè)計的路基屆丁高路基，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)定性驗算圖1路基邊坡示意圖1. 當量土柱換算將公路一皿級汽車荷載換算成當量土柱高。路基寬度內(nèi)能并排兩輛重車，則車輛荷載(公路一皿級荷載的重車為550kN)換算土柱高為：2. 繪制滑動曲線用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作，兩直線相交丁。點；在坡腳A點作垂線AD=H=25m過D作連接O匕滑動曲線圓心即在EO的

12、延長線上，如下圖所示并依此繪出不同位置的過坡腳的滑動曲線。本計算以第1條滑動曲線為例，R=47.5m圖2滑動面計算示意圖3. 分條計算穩(wěn)定系數(shù)將圓弧土體分段。本例按第一條滑動曲線分為16段，每個垂直土條的平均寬度為3.025m。計算每一分段面積時，將曲線形底部近似取直線，各分段圖形簡化成矩形、梯形或三角形，進而求出其近似面積。其中計算面積包括換算土柱部分的面積。各分條的抗滑力矩：滑動力矩：邊坡穩(wěn)定性系數(shù)：其中，摩擦系數(shù)現(xiàn)將計算結(jié)果匯丁下表:土條力矩計算表表5土條號土條寬土條中心高土條重土條對應(yīng)的圓心角抗滑力矩滑動力矩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)計算，符合K值在1.251.50之間的要求。故可認為邊坡穩(wěn)定。其余各不同的滑動面計算過程與上類似，且計算所得K值均符合在1.251.50之間的要求，故認為邊坡設(shè)計合理。三、課程設(shè)計總結(jié)通過兩周時間的課程設(shè)計，我初步掌握了瀝宵路面與混凝土路面的設(shè)計方法，了解了如何進行交通量換算與軸載當量換算，也對二級公路路基路面結(jié)構(gòu)的選取有了一個初步的認識。通過對

16、路基路面軟件HPDS200富勺學(xué)習(xí)，也基本理解了軟件設(shè)計與對層底拉應(yīng)力、彎沉值校核的要點。這兩周的時間里，通過實踐更深刻的理解了以往抽象的理論知識，同時為將來的設(shè)計工作奠定了一定的基礎(chǔ)。路面路基工程課程設(shè)計是路面路基工程課程的最后一個重要教學(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用一年來所學(xué)各方面知識進行實踐性訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)。本次課程設(shè)計不僅牽涉到了本學(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，可以說它是對一年多來前面所學(xué)各課程的一個很好總結(jié)，對不同科目的融會貫通提出了新的要求。兩周的時間，是短暫而乂漫長的。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，需要花費相當一部分時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，使得整個課程設(shè)計的節(jié)奏相當緊湊。兩周的