路基路面工程

銅陵學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課程名：路基路面工程班級：11土木二班學(xué)號：1111111154姓名：王龍里指導(dǎo)老師：謝中友老師1.1普通水泥混凝土路面設(shè)計資料：公路自然區(qū)劃=3\*ROMANIII區(qū)新建一條二級公路，路基回彈模量根據(jù)以往經(jīng)驗取30Mpa，采用普通混凝土路面，路面寬16m(雙向四車道），經(jīng)交通調(diào)查與預(yù)測知設(shè)計車道使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)為3200，交通量年增長率取5%，試設(shè)計該路面厚度。1.交通分析由課本479頁表16-20知，二級公路的設(shè)計基準(zhǔn)期為20年，安全等級為三級。由課本459頁表16-3知，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.39。已知交通量年平均增長率為5％。按下式可計算得到設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計車道標(biāo)準(zhǔn)荷載累計作用次數(shù)為=[(1+)t-1]=[(1+0.05)20-1]×0.39=15.06x106由表16-4可知屬重交通等級。表A．2．2車輛輪跡橫向分布系數(shù)公路等級縱縫邊緣處高速公路、一級公路、收費站0.17～0.22二級及二級以下公路行車道寬>7m0.34～0.39行車道寬≤7m0.54～0.622.初擬路面結(jié)構(gòu)由表16-20（課本479頁），相應(yīng)于安全等級三級的變異水平等級為中級。根據(jù)二級公路、重交通等級和中級變異水平等級，查表16-17（課本477頁），初擬普通混凝土面層厚度為0.22m?；鶎舆x用水泥穩(wěn)定粒料(水泥用量5％)，厚0.18m。墊層為0.15m低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定土。普通混凝土板的平面尺寸為寬4.5m，長5.0m。縱縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。3.路面材料參數(shù)確定按表16-23、16-25（課本480、481頁），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?；炷翉澙瓘姸葮?biāo)準(zhǔn)值交通等級特重重中等輕水泥混凝土的彎拉強度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）5.05.04.54.0鋼纖維混凝土的彎拉強度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）6.06.05.55.0課題已知路基回彈模量取30MPa。查表16-27（課本482頁），低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取600MPa，水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取1300MPa。按式16-53（課本482頁）計算基層頂面當(dāng)量回彈模量如下：4．荷載疲勞應(yīng)力按式16-52a（課本481頁），標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計算為因縱縫為設(shè)拉桿平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)kr=0.87?？紤]設(shè)計基準(zhǔn)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，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)kc=1.20。按式（16-49），荷載疲勞應(yīng)力計算為pr=KrKfKcps=0.87×2.565×1.20×1.259=3.37（MPa)5．溫度疲勞應(yīng)力由表16-28，Ⅱ區(qū)最大溫度梯度取88(℃／m)。板長5m，=5／0.677=7.39，由圖16-14可查普通混凝土板厚h=0.22m，Bx=0.71。按式16-56，最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力計算為溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)kt，按式16-57計算為再由式(B.2.1)(16-55)計算溫度疲勞應(yīng)力為查表16-20，二級公路的安全等級為三級，相應(yīng)于三級安全等級的變異水平等級為中級，目標(biāo)可靠度為85％。再據(jù)查得的目標(biāo)可靠度和變異水平等級，查表16-22，確定可靠度系數(shù)=1.13。按式因而，所選普通混凝土面層厚度(0.22m)可以承受設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算一：設(shè)計目的通過本設(shè)計掌握高速公路瀝青路面設(shè)計的基本過程和計算方法。二：設(shè)計題目某地區(qū)某高速公路，其中某段經(jīng)調(diào)查路基為粉質(zhì)中液限粘土，地下水位1.1m，路基填土高度0.5m。設(shè)計初期混合交通量為25000輛/日，交通組成和代表車型的技術(shù)參數(shù)分別如表1、表2所示，交通量年平均增長率7%。該路沿線可開采砂礫、碎石，并有石灰、水泥、粉煤灰、瀝青供應(yīng)。請設(shè)計合適的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)。三：設(shè)計資料表1某路段混合交通組成車型分類一類車二類車三類車四類車五類車六類車代表車型桑塔納五十鈴解放CA10B黃河JN150黃河JN162交通SH361比重（%）24.5742.3022.049.011.890.18表2代表車型的技術(shù)參數(shù)序號汽車型號總重（Kn）載重（Kn）前軸重（Kn）后軸重（Kn）后軸數(shù)輪組數(shù)軸距（cm）出產(chǎn)國1桑塔納212五十鈴423解放CA10B80.2540.0019.4060.851雙中國4黃河JN150150.6082.6049.00101.601雙中國5黃河JN162174.50100.0059.50115.001雙中國6交通SH361280.00150.0060.002×1102雙130中國表3武漢地區(qū)2010材料單價表材料名稱單位材料單價（元）4cm中粒式瀝青砼25.4605cm中粒式瀝青砼28.5906cm粗粒式瀝青砼32.2208cm粗粒式瀝青砼42.95035cm二灰穩(wěn)定碎石51.36230cm二灰土24.6035cm水泥穩(wěn)定碎石51.29030cm碎石灰土27.00四：設(shè)計過程=1\*ROMANI）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Pi的作用次數(shù)ni均換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載p的當(dāng)量作用次數(shù)N。（1）軸載換算計算公式：計算數(shù)據(jù)如下表1-1車型（）（次/日）解放CA10B前軸19.4016.46237.320后軸60.85116237.32718.6733819黃河JN150前軸49.0016.42549.83732.8990328后軸101.60112549.832732.1142475黃河JN162前軸59.5016.4534.87357.7478353后軸115.0011534.87982.3898014交通SH361前軸60.0016.450.9435.3343294后軸2*1102.2150.943458.55347465∑N=8128.713則設(shè)計年限內(nèi)一個方向上一個車道的累計當(dāng)量軸次的計算：設(shè)計年限為t=15年，=10%，雙向六車道，故車道系數(shù)選為0.35。故=2\*ROMANII).當(dāng)進行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗算時，凡軸載大于50kN的各級軸載（包括車輛的前后軸）的作用次數(shù)，均按如下公式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量作用次數(shù).計算結(jié)果如下表4所示：車型（）（次/日）解放CA10B前軸19.411.856237.320后軸60.85116237.32117.24185635黃河JN150前軸4911.852549.8315.67658982后軸101.60112549.832792.89595753黃河JN162前軸59.5011.85534.8715.54374611后軸115.0011534.871636.179558486交通SH361前軸60.0011.8551.31.594后軸2*1102151.3244.136∑N=4823.267=3\*ROMANIII）方案一：AC-165cmAC-205cmAC-258cm二灰穩(wěn)定碎石35cm二灰土待求土基=3\*ROMANIII）土基回彈模量的確定該路段路基為粉質(zhì)中質(zhì)中液限土，地下水位1.1米，路基回填土高度0.5米。h1>1.6>h2所以可以確定該土基為中濕。查土基干濕狀態(tài)的稠度建議值表得：該路段土路基的平均稠度，取=1.00根據(jù)=4\*ROMANIV3級自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值得：土基回彈模量E0=36MPa。=4\*ROMANIV）其余各結(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1-3土基及路面材料設(shè)計參數(shù)層位標(biāo)號材料名稱抗壓彈性模量QUOTE錯誤!未找到引用源。劈裂強度1AC-16130019001.02AC-20120018001.03AC-25110013000.84二灰穩(wěn)定碎石150015000.65二灰土8008000.26土基36.0-=5\*ROMANV）設(shè)計指標(biāo)的確定（1）設(shè)計彎沉值公路為高速公路，則公路等級系數(shù)Ac取1.0；面層是瀝青混凝土，則面層類型的系數(shù)As取1.0；路面結(jié)構(gòu)為半剛性基層瀝青路面，則路面類型系數(shù)Ab取1.0。根據(jù)，求理論彎沉系數(shù)αc：對于BZZ-100，取P=0.7MPa，δ=eq\f(21.3,2)=10.65cm，根據(jù)，利用式12-15，求理論彎沉系數(shù): 對于BZZ-100，p=0.7MPa得（2）計算待求層厚度將該多層體系換算成當(dāng)量三層體系如圖2，其中中層厚度H由h2,h3,h4,h5組合而成,其計算方法如下：AC-16h1=5cmAC-20h2=5cm連續(xù)E1=1200MPah1AC-25h3=8cm二灰碎石h4=35cmH二灰土h5=？連續(xù)E2=800MPa土基土基E0=36MPa（a）實際路面結(jié)構(gòu)（b）當(dāng)量三層體系(3）計算H由=0.469,=0.923查圖得=5.7，又=1.65,查表得=7.6故H=7.6×10.65=80.94cm由公式計算得所以=28.09cm故取=30cm。驗算整體性材料底部的最大彎拉應(yīng)力 (1）確定容許拉應(yīng)力計算各層材料的容許底層拉應(yīng)力公式為Rsp/Ks本式中：R指路面結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力；sp指結(jié)構(gòu)層材料的極限抗拉強度；Ks指抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)，對AC-16對AC-20對AC-25對二灰穩(wěn)定碎石對二灰土材料名稱（MPa）（MPa）AC-161.04.160.24AC-201.04.160.24AC-250.83.780.21二灰穩(wěn)定碎石0.62.380.25二灰土0.32.380.12 （2）確定中粒式瀝青混凝土AC-16層底彎拉應(yīng)力將多層結(jié)構(gòu)換算為當(dāng)量三層體系，如圖1-7所示中粒式瀝青混凝土AC-16h1=5cm中粒式瀝青混凝土AC20h2=5cm連續(xù)E1=1800MPah1粗粒式瀝青混凝土AC-25h3=8cm二灰碎石h4=35cmH二灰土h5=30cm連續(xù)E2=1400MPa土基土基E0=36MPa（a）實際路面結(jié)構(gòu)（b）當(dāng)量三層體系圖1多層結(jié)構(gòu)當(dāng)量換算h=h1=5由查表得，表明該層層底承受彎曲壓應(yīng)力，自然滿足要求。（3）確定中粒式瀝青混凝土AC-20層底彎啦應(yīng)力中粒式瀝青混凝土AC-16h1=5cm中粒式瀝青混凝土AC20h2=5cm連續(xù)E1=1400MPah1粗粒式瀝青混凝土AC-25h3=8cm二灰碎石h4=35cmH二灰土h5=30cm連續(xù)E2=1200MPa土基土基E0=36MPa（a）實際路面結(jié)構(gòu)（b）當(dāng)量三層體系圖2多層結(jié)構(gòu)當(dāng)量換算由=1.084，，，由圖12-18，查得，表明該底層層底承受彎曲壓應(yīng)力，自然滿足要求。（4）確定中粒式瀝青混凝土AC-25層底彎拉應(yīng)力中粒式瀝青混凝土AC-16h1=5cm中粒式瀝青混凝土AC20h2=5cm連續(xù)E1=1200MPah1粗粒式瀝青混凝土AC-25h3=8cm二灰碎石h4=35cmH二灰土h5=30cm連續(xù)E2=1500MPa土基土基E0=36MPa（a）實際路面結(jié)構(gòu)（b）當(dāng)量三層體系圖3多層結(jié)構(gòu)當(dāng)量換算由=2.015，，，由圖12-18，查得，表明該底層層底承受彎曲壓應(yīng)力，自然滿足要求。（5）確定二灰碎石層底彎拉應(yīng)力中粒式瀝青混凝土AC-16h1=5cm中粒式瀝青混凝土AC20h2=5cm連續(xù)E1=1500MPah1粗粒式瀝青混凝土AC-25h3=8cm二灰碎石h4=35cmH二灰土h5=30cm連續(xù)E2=900MPa土基土基E0=36MPa（a）實際路面結(jié)構(gòu)（b）當(dāng)量三層體系圖4多層結(jié)構(gòu)當(dāng)量換算由=4.885，，，由圖12-18，查得，=1.47,=2.8,得=0.75所以=p=0.7×0.12×1.47×0.75=0.09MPa<,滿足要求。（6）確定二灰碎石層底彎拉應(yīng)力中粒式瀝青混凝土AC-16h1=5cm中粒式瀝青混凝土AC20h2=5cm連續(xù)E1=1500MPah1粗粒式瀝青混凝土AC-25h3=8cm二灰碎石h4=35cmH二灰土h5=30cm連續(xù)E2=900MPa土基土基E0=36MPa（a）實際路面結(jié)構(gòu)（b）當(dāng)量三層體系圖5多層結(jié)構(gòu)當(dāng)量換算由=4.885，，查得=1.15,=0.45所以=p=0.7×0.31×1.15×0.45=0.11MPa<,滿足通過計算可以確定本方案所擬定路面結(jié)構(gòu)符合要求，即如圖6中粒式瀝青混凝土AC-16h1=5cm中粒式瀝青混凝土AC20h2=5cm粗粒式瀝青混凝土AC-25h3=8cm二灰碎石h4=35cm二灰土h5=30cm圖6結(jié)構(gòu)組合方案方案二：(1）確定路面結(jié)構(gòu)方案中粒式瀝青混凝土AC-16h1=5cm中粒式瀝青混凝土AC20h2=5cm粗粒式瀝青混凝土AC-25h3=6cm水泥碎石h4=35cm碎石灰土？2）確定路面設(shè)計彎沉值eq\o\ac(○,1)計算設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計當(dāng)量軸次。由式12-31：由題意，取η=0.35圖7eq\o\ac(○,2)確定路面設(shè)計彎沉值查表得，，eq\o\ac(○,3)確定土基回彈模量值查表可得土基的回彈模量=36.0MPa(3)計算待求層厚度土基及路面材料的回彈模量及各強度值列于下表5 表5土基及路面材料設(shè)計參數(shù)層位標(biāo)號材料名稱抗壓彈性模量QUOTE錯誤!未找到引用源。劈裂強度1AC-16120018001.02AC-2080014001.03AC-25100012000.84水泥碎石150015000.55水泥石灰土8008000.36土基36.0-=1\*GB3①根據(jù)，利用式12-15，求理論彎沉系數(shù): 對于BZZ-100，p=0.7MPa,得=2\*GB3②計算待求層厚度將該多層體系換算成當(dāng)量三層體系如圖8，其中中層厚度H由h2,h3,h4,h5組合而成,其計算方法如下：中粒式瀝青混凝土AC-16h1=5cm中粒式瀝青混凝土AC20h2=5cm連續(xù)E1=1500MPah1粗粒式瀝青混凝土AC-25h3=6cm水泥碎石h4=35cmH碎石灰土h5=？cm連續(xù)E2=900MPa土基土基E0=36MPa（a）實際路面結(jié)構(gòu)（b）當(dāng)量三層體系圖7多層結(jié)構(gòu)當(dāng)量換算計算H由=0.469,=0.667查圖得=8.2，又=1.42,查表得=8.1故H=8.1×10.65=86.27cm由公式計算得所以=29.11cm故取=30cm。(4)驗算整體性材料底部的最大彎拉應(yīng)力 =1\*GB3①確定容許拉應(yīng)力計算各層材料的容許層底拉應(yīng)力對AC-16對AC-20對AC-25對水泥碎石對碎石灰土材料名稱（MPa）（MPa）AC-161.04.160.24AC-201.04.160.24AC-250.83.780.21水泥碎石0.52.380.21碎石灰土0.33.060.10=2\*GB3②確定AC-16層底拉應(yīng)力中粒式瀝青混凝土AC-16h1=5cm中粒式瀝青混凝土AC20h2=5cm連續(xù)E1=1800MPah1粗粒式瀝青混凝土AC-25h3=6cm水泥碎石h4=35cmH碎石灰土h5=30cm連續(xù)E2=1400MPa土基土基E0=36MPa（a）實際路面結(jié)構(gòu)（b）當(dāng)量三層體系圖8多層結(jié)構(gòu)當(dāng)量換算h==5.0cm，由=0.48，，，由圖12-18，查得，表明該底層層底承受彎曲壓應(yīng)力，自然滿足要求。eq\o\ac(○,3)確定AC-20層底拉應(yīng)力將多層結(jié)構(gòu)換算為當(dāng)量三層體系，如圖9中粒式瀝青混凝土AC-16h1=5cm中粒式瀝青混凝土AC-20h2=5cm連續(xù)E1=1400MPah1粗粒式瀝青混凝土AC-25h3=6cm水泥碎石h4=35cmH碎石灰土h5=30cm連續(xù)E2=1200MPa土基土基E0=36MPa（a）實際路面結(jié)構(gòu)（b）當(dāng)量三層體系圖9多層結(jié)構(gòu)當(dāng)量換算由=1.13，，，由圖12-18，查得，表明該底層層底承受彎曲壓應(yīng)力，自然滿足要求。eq\o\ac(○,4)確定AC-25層底拉應(yīng)力中粒式瀝青混凝土AC-16h1=5cm中粒式瀝青混凝土AC20h2=5cm連續(xù)E1=1200MPah1粗粒式瀝青混凝土AC-25h3=6cm水泥碎石h4=35cmH碎石灰土h5=30cm連續(xù)E2=1500MPa土基土基E0=36MPa（a）實際路面結(jié)構(gòu)（b）當(dāng)量三層體系圖10多層結(jié)構(gòu)當(dāng)量換算由=1.81，，，由圖12-18，查得，表明該底層層底承受彎曲壓應(yīng)力，自然滿足要求。=5\*GB3⑤確定水泥碎石層底拉應(yīng)力中粒式瀝青混凝土AC-16h1=5cm中粒式瀝青混凝土AC20h2=5cm連續(xù)E1=1500MPah1粗粒式瀝青混凝土AC-25h3=6cm水泥碎石h4=35cmH碎石灰土h5=30cm連續(xù)E2=800MPa土基土基E0=36MPa（a）實際路面結(jié)構(gòu)（b）當(dāng)量三層體系圖11多層結(jié)構(gòu)當(dāng)量換算由=4.66，，，由圖12-18，查得，=1.46,=2.8,得=0.9所以=p=0.7×0.13×1.46×0.9=0.12MPa<,滿足=6\*GB3⑥確定石灰土碎石土層底拉應(yīng)力將多層結(jié)構(gòu)換算為當(dāng)量三層體系，如圖12中粒式瀝青混凝土AC-16h1=5cm中粒式瀝青混凝土AC20h2=5cm連續(xù)E1=1500MPah1粗粒式瀝青混凝土AC-25h3=6cm水泥碎石h4=35cmH碎石灰土h5=30cm連續(xù)E2=800MPa土基土基E0=36MPa（a）實際路面結(jié)構(gòu)（b）當(dāng)量三層體系圖12多層結(jié)構(gòu)當(dāng)量換算由=4.66，14，，=2.8，得，=1.22,=0.5所以=p=0.7×1.22×0.5×0.12=0.05MPa<,滿足通過計算可以確定本方案所擬定路面結(jié)中粒式瀝青混凝土AC-16h1=5cm中粒式瀝青混凝土AC20h2=5cm粗粒式瀝青混凝土AC-25h3=6cm水泥碎石h4=35cm碎石灰土h5=30cm解法二由瀝青路面設(shè)計電算程序計算。方案一新建路面結(jié)構(gòu)厚度計算公路等級:高速公路新建路面的層數(shù):5標(biāo)準(zhǔn)軸載:BZZ-100路面設(shè)計彎沉值:18.32(0.01mm)路面設(shè)計層層位:5設(shè)計層最小厚度:10(mm)層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度20℃平均抗壓標(biāo)準(zhǔn)差15℃平均抗壓標(biāo)準(zhǔn)差容許應(yīng)力(mm)模量(MPa)(MPa)模量(MPa)(MPa)(MPa)1中粒式瀝青混凝土50130001900012中粒式瀝青混凝土50120001800013粗粒式瀝青混凝土801100013000.84水泥穩(wěn)定碎石3501500015000.65石灰粉煤灰土?80008000.26新建路基36按設(shè)計彎沉值計算設(shè)計層厚度:LD=18.32(0.01mm)H(5)=210mmLS=18.8(0.01mm)H(5)=260mmLS=17.5(0.01mm)H(5)=228mm(僅考慮彎沉)按容許拉應(yīng)力計算設(shè)計層厚度:H(5)=228mm(第1層底面拉應(yīng)力計算滿足要求)H(5)=228mm(第2層底面拉應(yīng)力計算滿足要求)H(5)=228mm(第3層底面拉應(yīng)力計算滿足要求)H(5)=228mm(第4層底面拉應(yīng)力計算滿足要求)H(5)=228mm(第5層底面拉應(yīng)力計算滿足要求)路面設(shè)計層厚度:H(5)=228mm(僅考慮彎沉)H(5)=228mm(同時考慮彎沉和拉應(yīng)力)驗算路面防凍厚度:路面最小防凍厚度500mm驗算結(jié)果表明,路面總厚度滿足防凍要求.通過對設(shè)計層厚度取整,最后得到路面結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果如下:----------------------------------------中粒式瀝青混凝土50mm----------------------------------------中粒式瀝青混凝土50mm----------------------------------------粗粒式瀝青混凝土80mm----------------------------------------水泥穩(wěn)定碎石350mm----------------------------------------石灰粉煤灰土230mm----------------------------------------新建路基方案二新建路面結(jié)構(gòu)厚度計算公路等級:高速公路新建路面的層數(shù):5標(biāo)準(zhǔn)軸載:BZZ-100路面設(shè)計彎沉值:18.32(0.01mm)路面設(shè)計層層位:5設(shè)計層最小厚度:10(mm)層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度20℃平均抗壓標(biāo)準(zhǔn)差15℃平均抗壓標(biāo)準(zhǔn)差容許應(yīng)力(mm)模量(MPa)(MPa)模量(MPa)(MPa)(MPa)1中粒式瀝青混凝土50120001800012中粒式瀝青混凝土5080001400013粗粒式瀝青混凝土601000012000.84水泥碎石土3501500015000.55碎石灰土